[发明专利]电动汽车用智能车载高压配电管理单元

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电动汽车用智能车载高压配电管理系统。

背景技术

新能源商用车辆，如纯电动、混合动力、燃料电池等通常采用大量的、成组的动力电池（如锂离子电池）模块作为车辆的动力存储模块，称之为动力电池模块，并由动力电池模块为驱动电机提供动力来源，从而实现取代传统的汽、柴油或节油的目的。

在传统车辆上，主要使用直流12V（对于乘用车而言）、直流24V（对于商用车而言）等低压电源（电源电压小于直流60V）作为车载用电设备的电源，并具备较为完善的电源分配管理及控制功能和模块，称之为车身控制器（BCM：Body Control Module），实现低压电器设备的人工控制或自动控制，并具备相应的安全控制策略。

在新能源车辆中，动力电池的电压一般都大于60V的安全电压，尤其在商用车领域，电压最高可达直流700V，放电电流最高可达400A。因此，对车辆的高压电源的安全、合理分配及控制成为新能源车辆研究的重点。同时，一些新能源汽车要求具备外充电功能，并需要统计、显示电量的充放电情况。在车辆维修期间，需对高压电设备进行维修操作，需要具备安全操作功能。

在一般新能源车辆，尤其是乘用车，最基本的能量链应当包含：动力电池单元，能量管理单元（PDU：Power Distribution Unit），主电机，电机控制器，以及其他附件等。参见图1，其中：黑色粗线代表高压系统，黑色细线代表低压系统

动力电池单元作为电动汽车的核心部件之一，动力电池单元主要实现能量的输出及控制，内部包含有：成组的电池电芯（Battery），作为最基本的储能单元；电池管理系统从板（LECU：Local Electrical Control Unit），实现单体电池数据采集；电池模块管理单元 （BMU：Battery Management Unit），实现SOC（State Of Charger：荷电状态）估算，热管理控制等； 电压互感器和电流传感器对输出电压、电流的采集和转化输出，为电池管理系统提供数据；电源分配模块（EDM：Electrical Distribution Module），输出接触器的控制，预充电管理；电池均衡模块（MBB：Monitor Balance Board），自动实现电池单体间的均衡。

传统的能量管理单元（PDU）实现能量的分配和保护，主要包含：高压接触器、保险丝、高压连接器等，主要实现高压电源的分配和保护，但是由于能量管理单元（PDU）功能简单，因此一般不包含控制功能，内部包含的接触器的控制由整车控制器完成。一般情况下，能量管理单元（PDU）和整车控制器系统是独立的，而且功能上互有侧重。

国外的商用车技术状态基本与乘用车技术状态相同，动力电池为一个成组的电池系统。但在国内，目前商用车新能源车辆主要运用于客车领域，由于续驶里程的关系，通常会携带多个独立的动力电池单元，并采用换电模式或外插充电的运作方式，即用完后换电模式或外充电模式。因此，基于可靠性、安全性以及成本的考虑，商用车上所使用的每个独立动力电池单元内部无法实现、也没有必要实现类似乘用车那样完整的控制、检测等功能。 因此，其动力电池单元仅包含电池单芯、电池管理系统从板LECU等最基本的模块。而能量管理单元PDU系统包含高压电源的分配和保护功能、电流的监控功能、车身控制单元（BCM单元）等功能。整车控制器承担了PDU系统内的控制、数据传输以及动力电池的安全检测功能。

但是这样的设计，多套控制系统往往互相独立，协作性差，通用性不强，仅适用于特定的车型，并且需要整车控制器预留大量的控制接口和控制策略，导致整车控制器负担严重，影响整车性能。

目前国内相关专利有：中国专利201020277614.1公开了一种电动车用高压电源控制盒，主要适用于乘用车辆，仅包含高压电源的输入与输出执行机构，功能简单，不包含高压电源安全保护系统和智能控制单元。中国专利201110086132.2公开了一种纯电动商用车高压配电箱，该配电箱虽然是针对纯电动商用车，但该专利也仅仅包含高压电源的输入与输出执行机构、绝缘监测、能量显示以及部分的控制系统等，在电动车辆安全和基本功能上还缺少外充电接口、预充电和快速放电等功能设计；还缺少高压互锁功能，高压互锁功能在SAE J2344《GUILDELINES FOR ELECTRIC VEHICLE SAFETY》中有强制要求；该专利还缺少高压紧急断开的设计考虑等。因此该专利在纯电动商用车上的使用还存在较多的实际问题需要解决。

发明内容