CN102328629A - 方位变化检测装置及其电池侧翻检测系统、检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方位变化检测装置，其包括设在第一方位上用于输出第一状态的第一位置传感器、设在第二方位上用于输出第二状态的第二位置传感器、用于对该第一状态与该第二状态进行滤波的滤波电路以及用于判断该第一状态与该第二状态的变化的判断电路。所述方位变化检测装置能通过两个方位上的状态变化推断所述方位变化检测装置的现态。本发明还涉及一种具有该方位变化检测装置的电池侧翻检测系统、检测方法。

Description

方位变化检测装置及其电池侧翻检测系统、检测方法

技术领域

本发明涉及电动车中的电力系统，尤其涉及一种判断电动车侧翻并对该电动车侧翻作出回应的装置及方法。 

背景技术

由于诸多原因，与采用传统内燃机的汽车相比，具有可充电电池的电动车具有很多优势。电动车本身就更有效率，这也意味着跟传统内燃机车相比，电动车的能源更多的是用在汽车的运动上，而不是在散热中丢失。电动车也不会排放任何副产物。但是，电动车的使用还存在技术上的诸多挑战。例如，在侧翻情况下电动车的电池必须受到监控，因为侧翻情况发生时，电池会从它的安置点移出，或者电动车整个侧翻时电池会完全移出舱内或移出存储区。具有模块化电池的电动车，比如在美国专利申请号12/779,877(发明人为周先生等人)中介绍的电动车及系统，在侧翻时一个或多个电池必须受到监控。出于安全的原因，必须侦测出侧翻状况并作出相应的回应。否则，电动车的第一接触人如消防员或医护人员可能因还处于运行状态的电池而触电受伤，或自由传电等一系列不好的情况会因为电动车侧翻而发生。同时，在电动车侧翻时，电池有可 能引起火花而导致火灾。响应该电动车侧翻时的回应动作可以包括断开电池连接，或发出侧翻信号如声音、光等其它类似提示信号。在当前电动车中侧翻检测以及回应体系通常是复杂的计算机系统。目前的解决方案是采用微处理器执行一个操作系统。该操作系统较复杂而且需要专用软件系统，该专用软件系统运行必须十分可靠，因为电池管理系统的失常很容易引起该侧翻检测以及回应体系异常。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种检测电动车侧翻并作出回应的有效地、简单、模块的方法及装置。综上讨论，操作系统与其它软件增加电动车的制造成本。有鉴于此，本发明揭露的装置及方法主要是利用可以广泛使用而不需要软件的现成硬件。在操作中，当电动车或电池侧翻时，侧翻检测装置将检测侧翻状态并做出回应。比如当检测到侧翻时，将电池与电动车的电力传递系统断开的处理器提示侧翻状态。有利地，在此介绍的任何与装置的操作相关的电路、模块和方式能由电池供电，其通过彼此的电性连接，而非通过电池总线供电于电动车中的剩余电气系统。结果，上述介绍的系统能单独行动去电气或机械断开电池与电动车的电力传递系统之间的藕接，甚至发生重大事故时也可以实现，如因碰撞引起倾斜或翻车。 

本发明一方面提供了一种方位变化检测装置，其包括设在第一方位上用于输出第一状态的第一位置传感器、设在第二方位上用于输出第二状态的第二位 置传感器、用于对该第一状态与该第二状态进行滤波的滤波电路以及用于判断该第一状态与该第二状态的变化的判断电路。优选地，该第一方位与该第二方位彼此相反；该装置还包括用于输出倾斜状态的输出电路；根据第一状态与该第二状态的变化判断倾斜状态；用于过滤第一状态与该第二状态的滤波电路包括RC滤波器、RL滤波器以及RLC滤波器中的至少一者；用于过滤第一状态与该第二状态的滤波电路包括处理器；用于判断该第一状态与该第二状态的变化的判断电路包括处理器；用于判断该第一状态与该第二状态的变化的判断电路包括逻辑电路；该第一位置传感器改变该第一状态基于与平行于地面的平面存在一个预定角度；该第二位置传感器改变第二状态基于与该装置位于的平面一定预定角度；该第二位置传感器改变第二状态基于与该装置位于的平面一定预定角度；该第一位置传感器包括第一倾斜门槛，第二位置传感器包括第二倾斜门槛，该第一倾斜门槛与该第二倾斜门槛相同；该第一位置传感器包括第一倾斜门槛，第二位置传感器包括第二倾斜门槛，该第一倾斜门槛与该第二倾斜门槛相异。 

本发明另一方面提供了一种电池侧翻检测系统，其应用于电动车中，该电池侧翻检测系统包括至少一个模块化电池与侧翻检测电路。该至少一个模块化电池藕接于电力传递系统，并包括用于包装多个电池单元的外壳。该侧翻检测电路，连接于该外壳，并包括：第一位置传感器，用于输出第一状态；第二位置传感器，用于输出第二状态；滤波电路，用于对该第一状态与该第二状态进 行滤波；判断电路，用于判断该第一状态与该第二状态的变化。优选地，该第一位置传感器设在第一方位上，该第二位置传感器设在第二方位上，该第一方位与该第二方位彼此相反；该第一位置传感器设在第一方位上，该第二位置传感器设在第二方位上，该第一方位与该第二方位彼此倾斜；该侧翻检测电路沿与地面平行的平面与该外壳连接；该侧翻检测电路沿与地面相交的平面与该外壳连接；该侧翻检测电路包括滤波模块，该滤波模块用于过滤该第一位置传感器与该第二位置传感器中的至少一者输出的持续变化状态；该侧翻检测电路包括判断模块用于基于该第一状态与该第二状态变化判断侧翻条件；该侧翻检测电路包括用于将侧翻条件传送给内部处理器的电路；该侧翻检测电路包括用于断开该至少一个模块化电池与该电力传递系统的电路。 

本发明另一方面还提供了一种电池侧翻检测方法，其应具有电力传递系统的电动车中，该包括：测量在第一方位上的第一位置传感器的第一状态输出；测量在第二方位上的第二位置传感器的第二状态输出；比较该第一位置传感器与该第二位置传感器的输出。优选地，该电池侧翻检测方法还包括过滤该第一状态与该第二状态的中的至少一者；该电池侧翻检测方法还包括发出侧翻条件信以响应该第一状态与该第二状态的比较步骤；该电池侧翻检测方法还包括断开该模块化电池与该电力传递系统的电性连接以响应提示侧翻的步骤。 

本发明与现有技术相比，有益效果在于：在电动车侧翻时，电动车中的模块化电池上的方位变化检测装置迅速检测出电动车发生侧翻并做出回应动作， 将该模块化电池与电动车中的电力传递系统断开电气或机械连接，从而可以避免电动车的第一接触人如消防员或医护人员可能因还处于运行状态的电池而触电受伤，或自由传电等一系列不好的情况会因为电动车侧翻而发生。 

附图说明

图1A展示了具有模块化电池箱的电动车的结构示意图。 

图1B展示了一实施方式中的倾斜传感器的结构示意图。 

图1C展示了又一实施方式中的倾斜传感器的结构示意图。 

图2A展示了具有倾斜传感器的模块化电池的结构示意图。 

图2B展示了另一具有倾斜传感器的模块化电池结构示意图。 

图3展示了一种判断电动车倾斜或侧翻并作出回应体系的方法流程图。 

符号说明

模块化电池箱 110 

模块化电池 110A、110B、110C、250 

电动车 100 

电力传递系统 150 

马达 160 

倾斜传感器 200、270 

第一位置传感器 210 

第二位置传感器 215 

基板 205 

安装凸沿 255 

逻辑电路 230 

输出端 235 

滤波电路 220 

轮子 256 

底面 258 

顶面 259 

连接器 251 

判断电动车倾斜或侧翻并作出回应体系的方法 300 

方法步骤 310～360、370A、370B 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

请参阅图1，其为具有模块化电池箱110的电动车100的结构示意图，该模块化电池箱110容置有三块模块化电池110A、110B、以及110C。如美国专利申请号12/779,877中介绍，在此作引用，模块化电池在电动车中的使用存在 很多益处，尤其是城市居民使用电动车100不易造成交通堵塞。使用者能很方便将模块化电池110A、110B、以及110C搬到室内进行充电。一般，模块化电池110A、110B、以及110C与电力传递系统150电性藕接，通过电力传递系统150提供电能，如向电动车100的马达160提供电能。如上所述，所有电动车系统均具有侧翻检测以及回应方式。然而，当前的解决方案是建在操作系统上或者嵌入在庞大的控制反馈系统中，因而比较昂贵复杂。 

请参阅图1B，其展示了本实施方式的一个的倾斜传感器200。在本实施方式中，倾斜传感器200包括安装在基板205上的第一位置传感器210与第二位置传感器215。基板205可以为印刷电路板，或面包板，或任何能将电子元件电性藕接在一起的器件。在本实施方式中，基板205包括用于将倾斜传感器200安装在合适位置的若干安装凸沿(Mounting Bosses)255，如安装在图1A中模块化电池110A、110B、以及110C处。第一位置传感器210与第二位置传感器215安装在相对立的方位，因而每一个位置传感器能输出一个截然相反的方位状态。第一位置传感器210输出第一状态，第二位置传感器215输出第二状态。假设平面底部是地面，第一位置传感器210朝上，第二位置传感器215朝下，则第一位置传感器210输出正常状态(即非侧翻状态)。相类似，假设第一位置传感器210朝天，第二位置传感器215朝地，将输出正常或者侧翻状态。任何其它方位将被定义为倾斜或侧翻状态。因此，第二位置传感器215的方位为倾斜或侧翻状态。第一位置传感器210包括第一倾斜门槛，第二位置传感器215 包括第二倾斜门槛，该第一倾斜门槛与该第二倾斜门槛相同，当然，该第一倾斜门槛与该第二倾斜门槛也可以相异。倾斜门槛就是指正常状态与侧翻状态的临界点。 

第一位置传感器210与第二位置传感器215藕接至逻辑电路230。逻辑电路230用于感测第一位置传感器210与第二位置传感器215的输出状态的变化，且还用于在第一位置传感器210与第二位置传感器215同时改变状态时判断为倾斜状态。因为倾斜传感器200是安装在一个固定物上的，如电池，当该固定物倾斜时，倾斜传感器200必定随之倾斜。因此，第一位置传感器210与第二位置传感器215也因倾斜而改变方位。这两个对立方位的位置传感器的使用增加了误差缺陷的层次。因为位置传感器一般是机械装置，是非闭锁型，意味着位置传感器的输出状态一旦发生变化将变至一个为非闭锁的新状态，在没有复位下，输出状态因外部控制又一次变化。因为逻辑电路230只有在两个位置传感器的输出状态改变时提示倾斜或侧翻状态，即只有一个位置传感器的输出状态异常时，是不会提示倾斜或侧翻状态的，因此任何由此引起的失误不会造成一个错误的倾斜或侧翻状态。当两个位置传感器的输出状态同时改变时，逻辑电路230能快速判断。逻辑电路230通过与输出端235藕接，将倾斜信息传递至内部处理器(图未示)，并由该内部处理器针对该倾斜信息作出回应。比如，电动车因碰撞而侧翻时，电动车的模块化电池上附着有倾斜传感器200的地方，该内部处理器能关闭电池，或分离电池，或其它任何措施能确保路人以及营救 人员不会与处于运行中的电池接触。逻辑电路230为集成电路，如微处理器FPGA、ASIC或类似能编程去判断两个位置传感器的输出区别的芯片。具有通常知识者能根据这个披露而做相应的变动以实现这个逻辑电路230，在其它实施方式中，逻辑电路230也可以采用其它逻辑原件比如比较器和放大器。 

在一些实施方式中，考虑对电动车的电池无意义的方位改变是有利的，不希望这也被判断为侧翻状态。这么做会使电动车熄火，造成在交通停顿。为此，两个位置传感器210、215与逻辑电路230之间还设置有滤波电路220。滤波电路对两个位置传感器210、215的输出信号进行滤波，滤去电动车开车时方位上的瞬间抖动，如碰撞、拐弯。优选地，滤波电路220包括电阻、电感和电容中的至少两个元件，例如组成RC滤波器、RL滤波器，RCL滤波器。RC滤波器的时间常数能根据实际滤波需要(已知的非侧翻状态)而进行调整设置。比如，一个可调谐RC时间常数能设置一秒钟为常态。此外，非事件，如洞穴或陡峭的车道，将引起来自位置传感器210、215的小输出，滤波电路220滤除，相对于侧翻事件，则引起来自位置传感器210、215的大输出。滤波器220可以采用数字滤波器与数字处理器之一，或者采用其它可以用于对信号进行滤波的器件。例如，位置传感器210、215的输出可以连接到一个模拟/数字转换器，从而输出操作可以过滤或其他数字。一般来说，大多数数字处理器包括模拟/数字转换器，因此数字操作可以低成本、简单。此外，具有通常知识者能根据这个披露而做相应的变动以实现这个滤波电路220，在其它实施方式中，滤波电路220 可以与逻辑电路230包含在一个单一集成电路电路中。 

请参阅图1C，其展示了另一个实施方式的倾斜传感器200。碰撞或其它交通事故中，电动车不会上下颠倒，但是较易发生一定程度上的倾斜，比如，电动车停放，或者碰撞或其它交通事故引起的倾斜。因此，第一位置传感器210和第二位置传感器215不可能在此时相对于它们的出发点而输出改变状态表示充分倾斜度，因而，倾斜传感器200不能将此时侦测为倾斜状态。最终，第一位置传感器210和第二位置传感器215以一定的倾斜角度安装于倾斜传感器200的基板205上，如图1C所示。在图1B的实施方式中，当倾斜传感器200与地面平行的水平面的角度超过90度之后，将输出倾斜状态。然而，第一位置传感器210与第二位置传感器215相对于基板205存在一定角度时，倾斜传感器200输出倾斜或侧翻状态就存在一定的偏置量。比如，如果第一位置传感器210与第二位置传感器215安装在基板205上，且与基板205存在30度的倾斜度，因此倾斜传感器200与地面平行的水平面的角度超过60度之后，将输出倾斜状态，而不再是90度了。当然，这个例子是假定第一位置传感器210与第二位置传感器215是选择90度时输出状态的。优选地，第一位置传感器210与第二位置传感器215同一故障状态(如倾斜或侧翻状态)展示不同输出和不同的回应。最终，两个位置传感器的定位可以相对基板205直接对立设置，或者相对基板205均存在相同的正角度，基于应用的具体需求而选择不同的定位传感器，设定什么样的角度时位置传感器输出相应方位上的变化。有许多不同种类 的位置传感器和其他装置，能侦测相对于地面的角度变化而在超出90度时输出改变状态。然而，这些装置通常比较贵，并且需要编程或其它额外部件来实现。因此，此次披露的解决方案特别有利于建设安全、低成本的电动车。 

请参阅图2A，其展示了具有倾斜传感器270的模块化电池250。在本实施方式中，模块化电池250包括用于提高机动性的一套轮子256。模块化电池250收容在模块化电池箱(图未示)里，其收容方式可以参阅美国专利申请号12/779,862，模块化电池250的底面258朝地面。在本实施方式中，倾斜传感器270安装在模块化电池250的顶面259，且与顶面259大致平行。顶面259与底面大致平行，因为要考虑制造公差，不同轮胎膨胀以及一些其它的因素，因此，只能做到大致平行。在交通事故中，如碰撞或翻转，可能电池250从箱(图未示)内移出，可能整个车子的侧面或顶面倒地。如上所述，在这样的条件下需要电池250侦测出来且断开与电力传递系统150的电气藕接或机械连接，如图1A所示。在图2A的例子中，倾斜传感器270与模块化电池250电性藕接且安装在模块化电池250上。当然，倾斜传感器270也可以安装在模块化电池250的内部。当侦测到倾斜或侧翻情况时，与模块化电池250连接的处理器(图未示)通过连接器251能使模块化电池250与电力传递系统断开电性连接。当然，也可以通过机械开关如电池阀、继电器而选择机械拆卸，引起模块化电池250与图1中的电力传递系统150的机械分离。具有通常知识者根据此披露的内容选择其它机械或电气分离的方式与方法是显而易见的。 

请参阅图2B，安装在电池250上的倾斜传感器270相对于电池250的顶面259存在一个角度，顶面259与地面大致平行。在这种条件下，不论电池250还是整个电动车静止时是处于侧面而非顶面，此时倾斜传感器270的静止角度为90度附近。图1B中第一位置传感器210与第二位置传感器215的任何一个不变动状态就可以认为存在静止角度，由此得出没有检测到倾斜或侧翻条件的结论。然而，如果倾斜传感器270以一定角度安装，图1B中第一位置传感器210与第二位置传感器215中的每一个将因倾斜传感器270的已知角度而改变状态，因此，如果电动车一侧静止，倾斜传感器270的静止角度将超出90度，而引起两个位置传感器的状态改变，从而图1B中的逻辑电路230判断为倾斜或侧翻条件并做相应提示。虽然图2A与图2B展示了倾斜传感器270安装在电池250的顶面259上，但是具有通常知识者能根据此披露的内容作调整而将倾斜传感器270安装在电池250内部，或者安装在图1A中的模块化电池箱110中，或者安装于其它能使倾斜传感器270检测倾斜或侧翻状态且提示内部处理器断开与电池250之间的电气或机械连接的便利位置。可以理解，倾斜传感器270还能安装在相对于顶面259的平面上，而两个位置传感器以一定的相关角度安装，如图1C所示。 

请参阅图3，其展示了一种判断电动车倾斜或侧翻并作出回应体系的方法300。第一步骤310，测量第一位置传感器的输出。第二步骤320，测量第二个位置传感器的输出。步骤310和320中的测量动作是可以同时、连续发生的。 步骤330，判断该第一、第二位置传感器的输出区别点。步骤340，过滤该第一、第二位置传感器的输出。这一步用于过滤出不会对安全引起风险的在定位上的瞬间的、轻微的变化。然而，如果没有过滤出这些变化，则可能引起电动车熄火。步骤340的过滤动作可以发生在步骤330之前或之后。步骤350，如果第一位置传感器和第二位置传感器的输出存在固定的变化，则可以判断是倾斜还是侧翻。总上所述，第一个倾斜传感器和第二个倾斜传感器的不同点，可以用来决定倾斜状态或者侧翻状态。步骤360，倾斜或是侧翻状态被传递给处理器。处理器可以在倾斜传感器或者电池的面板上，或者其它任何合适的位置。优选地，处理器可以根据倾斜或者侧翻状态而做出响应。步骤370A，电池与电动车的电力传递系统断开电性连接，步骤370B，电池与电动车的电力传递系统断开机械连接。 

具有通常知识者根据此披露的内容能很容易地鉴赏其优势：低成本，检测电动车的倾斜或侧翻状态并做出回应的易操作体系却没有采用操作系统、软件或者韧体。因此，上述描述的系统及方法能独立操作于任何计算机系统或者电动车内部采用的其它网络。在碰撞或者其它交通事故，侧翻或者倾斜状态这些系统有可能失灵，而本发明的倾斜或侧翻系统仍然可以使用，将电动车的电池与静止的电力传递系统断开电性和/或机械连接。词语“位置传感器”并不是用来对本实施方式进行限定而是包括了一个广阔系列，模块组件、元件侦测方位并基于该方位输出状态，包括不局限于不同的加速器、电容装置、电压装置、MEMS 装置、弹簧质量基础装置、电学装置，石英装置，剪切振膜装置，热量装置，或者其它已知的能侦测并输出方位的方便或特殊的应用电子模组。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (25)

1.一种方位变化检测装置，其包括：

第一位置传感器，设在第一方位上用于输出第一状态；

第二位置传感器，设在第二方位上用于输出第二状态；

滤波电路，用于对该第一状态与该第二状态进行滤波；及

判断电路，用于判断该第一状态与该第二状态的变化。

2.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，该第一方位与该第二方位彼此相反。

3.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，该装置还包括用于输出倾斜状态的输出电路。

4.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，根据第一状态与该第二状态的变化判断倾斜状态。

5.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，用于过滤第一状态与该第二状态的滤波电路包括RC滤波器、RL滤波器以及RLC滤波器中的至少一者。

6.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，用于过滤第一状态与该第二状态的滤波电路包括处理器。

7.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，用于判断该第一状态与该第二状态的变化的判断电路包括处理器。

8.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，用于判断该第一状态与该第二状态的变化的判断电路包括逻辑电路。

9.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，该第一位置传感器改变该第一状态基于与平行于地面的平面存在一个预定角度。

10.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，该第二位置传感器改变第二状态基于与该装置位于的平面一定预定角度。

11.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，该第一位置传感器包括第一倾斜门槛，第二位置传感器包括第二倾斜门槛，该第一倾斜门槛与该第二倾斜门槛相同。

12.如权利要求1所述的方位变化检测装置，其特征在于，该第一位置传感器包括第一倾斜门槛，第二位置传感器包括第二倾斜门槛，该第一倾斜门槛与该第二倾斜门槛相异。

13.一种电池侧翻检测系统，其应用于电动车中，该电池侧翻检测系统包括：

至少一个模块化电池，藕接于电力传递系统，并包括用于包装多个电池单元的外壳；及

侧翻检测电路，连接于该外壳，并包括：

第一位置传感器，用于输出第一状态；

第二位置传感器，用于输出第二状态；

滤波电路，用于对该第一状态与该第二状态进行滤波；及

判断电路，用于判断该第一状态与该第二状态的变化。

14.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该第一位置传感器设在第一方位上，该第二位置传感器设在第二方位上，该第一方位与该第二方位彼此相反。

15.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该第一位置传感器设在第一方位上，该第二位置传感器设在第二方位上，该第一方位与该第二方位彼此倾斜。

16.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该侧翻检测电路沿与地面平行的平面与该外壳连接。

17.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该侧翻检测电路沿与地面相交的平面与该外壳连接。

18.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该侧翻检测电路包括滤波模块，该滤波模块用于过滤该第一位置传感器与该第二位置传感器中的至少一者输出的持续变化状态。

19.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该侧翻检测电路包括判断模块用于基于该第一状态与该第二状态变化判断侧翻条件。

20.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该侧翻检测电路包括用于将侧翻条件传送给内部处理器的电路。

21.如权利要求13所述的电池侧翻检测系统，其特征在于，该侧翻检测电路包括用于断开该至少一个模块化电池与该电力传递系统的电路。

22.一种电池侧翻检测方法，其应具有电力传递系统的电动车中，该包括：

测量在第一方位上的第一位置传感器的第一状态输出；

测量在第二方位上的第二位置传感器的第二状态输出；及

比较该第一位置传感器与该第二位置传感器的输出。

23.如权利要求22所述的电池侧翻检测方法，其特征在于，该电池侧翻检测方法还包括过滤该第一状态与该第二状态的中的至少一者。

24.如权利要求22所述的电池侧翻检测方法，其特征在于，该电池侧翻检测方法还包括发出侧翻条件信以响应该第一状态与该第二状态的比较步骤。

25.如权利要求22所述的电池侧翻检测方法，其特征在于，该电池侧翻检测方法还包括断开该模块化电池与该电力传递系统的电性连接以响应提示侧翻的步骤。

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