CN102759411A - 一种电池包温度和湿度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电池包温度和湿度监测系统，其包括电池包，至少一个温湿度传感器，温湿度采集模块，电池管理系统和显示模块。本发明的电池包温度和湿度监测系统技术简单，成本低廉，实现方便。该监测系统能够及时准确地确定电池包内的温度和湿度，通过仪表显示或者报警信号通知驾驶者，使驾驶者及时准确的了解电池包的温度和湿度情况，保证电池组的安全运行，提高电动汽车使用的安全可靠性和动力电池的使用寿命。

Description

一种电池包温度和湿度监测系统

技术领域

本发明涉及电池组的设计及控制领域，特别涉及一种电池包温度和湿度监测系统。

背景技术

新能源汽车以其节约能源、低能耗、低污染的优点，近年来得到了充分的重视和发展。但是，由于其安全可靠性还存在风险，限制了其使用市场，导致其可靠性降低的一个原因是新能源汽车在使用过程中，环境复杂多变，容易导致其电池组内部空气的温度和湿度发生明显变化。

众所周知，目前电池是新能源汽车行业发展的瓶颈，而电池只有处在合适的温度、湿度环境下工作才能发挥其良好性能，否则将会导致电池组使用寿命急剧缩短、行驶安全性严重降低。因此，准确快速地监测电池组内部的温度和湿度是使电池组工作在合适环境，提高电池组使用寿命，提高新能源汽车行车安全性，推动新能源行业不断向前发展的关键举措。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电池包温度和湿度监测系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种电池包温度和湿度监测系统，其包括电池包，至少一个能够检测温度和湿度的温湿度传感器，温湿度采集模块，电池管理系统和显示模块，所述温湿度传感器设置在电池包内部，所述温湿度传感器检测所述电池包内的温度和湿度并将温度信号和湿度信号传输给所述温湿度采集模块，所述温湿度采集模块将温度信号和湿度信号处理后传输给所述电池管理系统，所述电池管理系统将电池包内的温度值和湿度值传输给显示模块进行显示。

在本发明的一种优选实施例中，该电池包温度和湿度监测系统还包括报警装置，所述报警装置与所述电池管理系统相连，当电池包内的温度和湿度出现异常时，所述电池管理系统向报警装置发出信号，使报警装置进行报警。

本发明的电池包温度和湿度监测系统技术简单，成本低廉，实现方便。该监测系统能够及时准确地确定电池包内的温度和湿度，通过仪表显示或者报警信号通知驾驶者，一旦出现故障，能够根据当前不同故障发出不同的报警信号，使驾驶者及时准确的了解电池包的温度和湿度情况，保证电池组的安全运行，提高电动汽车使用的安全可靠性和动力电池的使用寿命。

在本发明的另一种优选实施例中，电池管理系统还与车辆控制单元相连，所述车辆控制单元接收电池管理系统发送的电池包内的温度值和湿度值，当电池包内的温度值超出安全温度范围或电池包内的湿度值超出安全湿度范围时，所述车辆控制单元向电池管理系统发出控制信号使所述电池管理系统断开电池包的输出端。

本发明根据电池包内的温度值和湿度值控制电池管理系统断开电池包的输出端，能够提高电池包工作过程中的可靠性，使汽车行驶更加安全。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明电池包温度和湿度监测系统的结构示意图；

图2是本发明一种优选实施方式中的温湿度传感器的接线示意图；

图3是本发明一种优选实施方式中温湿度传感器和温湿度采集模块的连接示意图；

图4是本发明一种优选实施方式中报警装置的结构示意图；

图5是本发明电池包温度和湿度监测系统的监测流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1是本发明电池包温度和湿度监测系统的结构示意图，从图中可见，该电池包温度和湿度监测系统包括电池包，该电池包内具有至少一个电池组，还具有至少一个能够检测温度和湿度的温湿度传感器，温湿度采集模块，电池管理系统和显示模块。温湿度传感器设置在电池包内部，该温湿度传感器检测电池包内的温度和湿度并将温度信号和湿度信号传输给温湿度采集模块，在本实施方式中，该温湿度传感器检测的温度信号和湿度信号是模拟信号，温湿度采集模块将温度信号和湿度信号进行模数转换后进行处理，然后传输给电池管理系统，电池管理系统将电池包内空气的温度值和湿度值送到显示模块进行显示。

本发明的电池包温度和湿度监测系统技术简单，成本低廉，实现方便。该监测系统能够及时准确地确定电池包内的温度和湿度，通过仪表显示或者报警信号通知驾驶者，保证电池组的安全运行，能够提高电动汽车使用的安全可靠性和动力电池的使用寿命。

在本实施方式中，温湿度传感器是能够同时检测温度值和湿度值的集成在一起的一个传感器，在本发明另外的实施方式中，温湿度传感器由分立的一个温度传感器和一个湿度传感器构成，其中，温度传感器用于检测电池包内的温度值，湿度传感器用于检测电池包内的湿度值。

图2是本发明一种优选实施方式中采用的温湿度传感器的接线示意图，从图中可见，在本实施方式中，该温湿度传感器包括电源引脚Vdd，电源接地引脚GND，串行时钟输入引脚SCK和串行数据引脚DATA四个引脚，其中，电源引脚Vdd和电源接地引脚GND分别与电源相连，在本实施方式中，电源引脚Vdd和电源接地引脚GND之间可增加100nF的电容，用于去耦滤波。串行时钟输入引脚SCK与温湿度采集模块相连，用于温湿度采集模块与温湿度传感器之间的通讯同步，在本实施方式中，由于接口包含了安全静态逻辑，因而不存在最小串行时钟输入频率。串行数据引脚与温湿度采集模块相连，温湿度采集模块通过串行数据引脚DATA读取温湿度传感器检测的电池包内的温度信号和湿度信号，在本实施方式中，串行数据引脚DATA的工作状态为三态门的工作状态，当串行数据引脚DATA在串行时钟输入引脚SCK时钟下降沿后改变状态，并仅在串行时钟输入引脚SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在串行时钟输入引脚SCK时钟高电平时，串行数据引脚DATA必须保持稳定，为避免信号冲突，温湿度采集模块应驱动串行数据引脚DATA在低电平，需要一个外部的上拉电阻，通常已包含在温湿度采集模块的I/O电路中。在本实施方式中，采用的温湿度传感器为SHT1X系列。

图3是本发明一种优选实施方式中温湿度传感器和温湿度采集模块的连接示意图，从图中可见，温湿度传感器的串行时钟输入引脚SCK与温湿度采集模块的时钟输入引脚RXD连接作为串行通信输入，温湿度传感器的串行数据引脚DATA与温湿度采集模块的信号输入引脚P1连接实现温湿度数据传输。在本实施方式中，该温湿度采集模块能正常工作，要依靠图3中右侧的上电自动复位电路和时钟电路两个外围电路。单片机启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态工作，在温湿度采集模块的复位引脚RESET与电源引脚Vcc之间接有一电容C3，电容C3下接一个电阻R接地，上电复位电路的工作进程是在加电时，上电复位电路通过电容C3加给温湿度采集模块的复位引脚RESET一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着电源引脚Vccc对电容C3充电过程而逐渐回落。时钟电路主要产生时钟信号驱动温湿度采集模块工作，通过外接晶振实现时钟电路的时序控制。当使用片内振荡器时，晶体振荡电路的反向输入端X1、晶体振荡电路的反向输出端X2分别为反向放大器的输入和输出端，外接晶体Y1以及电容C1和电容C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。通过复位电路和时钟电路，保证了温湿度采集模块的正常工作。

在本实施方式中，温湿度采集模块可以与一个温湿度传感器连接，也可以与多个温湿度传感器并行连接，实现多个温湿度传感器的并行工作。

在本实施方式中，该电池包温度和湿度监测系统还包括报警装置，该报警装置与电池管理系统相连，当电池包内的温度值、湿度值之一或两者出现异常时，电池管理系统向报警装置发出信号，使报警装置进行报警。具体是判断当前电池包内温度值是否低于最低温度值或温度值是否高于最高温度值、湿度值是否高于设定值，然后电池管理系统根据判断结果对报警装置发出信号，使得报警装置根据电池组内部温度值和湿度值的情况发出不同的报警声。在本实施方式中，报警装置根据电池包内温度值和湿度值的情况发出三种不同的报警声，当温度值和湿度值均出现异常时，第一报警声响起，当仅温度值出现异常时，第二报警声响起，当仅湿度值出现异常时，第三报警声响起。

图4是本发明一种优选实施方式中报警装置的结构示意图，该报警装置包括限流电阻R1，三极管和蜂鸣器，限流电阻R1的一端与电池管理系统相连，，限流电阻R1的另一端与三极管的基极连接，三极管的集电极连接蜂鸣器一端，蜂鸣器的另一端连接电源。

在本实施方式中，蜂鸣器采用压电蜂鸣器，其工作原理为：压电蜂鸣器以压电陶瓷器制作而成，压电陶瓷是一类将压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷，当压力陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生变形时，它就会在内部产生一个电流，电流的变化与压力的变化密切相关，反之，当在电压陶瓷上加上一定频率的电压，就会在内部产生一定频率的电力，从而就会引起压电陶瓷微笑变形，这一变形带动空气发生振动，如果频率适当，就产生蜂鸣声，可以被人耳听见。

在本实施方式中，该报警装置的工作过程为：当电池包内的温度值、湿度值之一或两者出现异常时，电池管理系统向报警装置发出信号，该信号通过限流电阻R1加到三极的管基极，根据电池管理系统向报警装置发出信号的不同，三极管交替工作于截止，饱和形态，形成高低电平波。

基于电池包内不同的温湿度情况，电池管理系统向报警装置发出信号的不同，形成不同频率的的电平波，当不同频率的电压值施加在蜂鸣器上后，使得蜂鸣器发出三种不同报警声，提示使用人员，达到安全保护的作用。

在本实施方式中，设定电池包内的最低温度值为-20℃，电池包内的最高温度值为55℃，湿度值为相对湿度，其设定值为90%。当温度值和湿度值均出现异常时，即当电池包内温度低于-20℃或者高于55℃，或者相对湿度高于90%，则蜂鸣器发出第一报警声；当仅温度值出现异常时，即当电池包内温度低于-20℃或者高于55℃，则蜂鸣器发出第二报警声；当仅湿度值出现异常时，即相对湿度高于90%，则蜂鸣器发出第三报警声。

在本发明的一种优选实施方式中，温湿度采集模块至少为一个，所有的温湿度采集模块均通过CAN通信线路与电池管理系统相连。

在本实施方式中，电池管理系统还通过CAN通信线路与车辆控制单元相连，该车辆控制单元接收电池管理系统发送的电池包内的温度值和湿度值并进行判断，当电池包内的温度值超出安全温度范围或电池包内的湿度值超出安全湿度范围时，车辆控制单元向电池管理系统发出控制信号使电池管理系统断开电池包的输出端，起到了安全的保护作用，使电池包工作过程中安全可靠性更高，更好地提高电池汽车的品质，更重要的是对驾驶人和乘坐人给以安全保护。

图5是本发明电池包温度和湿度监测系统的监测流程图，该电池包温度和湿度监测系统运行具有如下步骤：

首先，温湿度传感器监测电池包内的温度和湿度并将温度信号和湿度信号传输给温湿度采集模块；然后，温湿度采集模块将温度信号和湿度信号处理后传输给电池管理系统，电池管理系统判断电池包内的温度和湿度是否均出现异常，当电池包内的温度和湿度均出现异常时，报警装置发出第一报警声，当电池包内的温度出现异常而湿度正常时，报警装置发出第二报警声，当电池包内的湿度出现异常而温度正常时，报警装置发出第三报警声。当电池包内的温度值超出安全温度范围或电池包内的湿度值超出安全湿度范围时，车辆控制单元向电池管理系统发出控制信号使电池管理系统断开电池包的输出端。

利用本发明的电池包温度和湿度监测系统进行监测，只要车辆启动，电池管理系统就一直接收温湿度采集模块发出的数据，并对当前电池包内温度和湿度状况做出准确判断，一旦出现故障，电池管理系统将对报警装置发出指令，根据当前不同故障发出不同的报警声，从而达到监测的作用，提高了行车的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池包温度和湿度监测系统，其特征在于：包括电池包，至少一个能够检测温度和湿度的温湿度传感器，温湿度采集模块，电池管理系统和显示模块，所述温湿度传感器设置在电池包内部，所述温湿度传感器检测所述电池包内的温度和湿度并将温度信号和湿度信号传输给所述温湿度采集模块，所述温湿度采集模块将温度信号和湿度信号处理后传输给所述电池管理系统，所述电池管理系统将电池包内的温度值和湿度值传输给显示模块进行显示。

2.如权利要求1所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于：还包括报警装置，所述报警装置与所述电池管理系统相连，当电池包内的温度或湿度出现异常时，所述电池管理系统向报警装置发出信号，使报警装置进行报警。

3.如权利要求2所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于，所述报警装置包括限流电阻，三极管和蜂鸣器，所述限流电阻的一端与电池管理系统相连，所述限流电阻的另一端与三极管的基极连接，所述三极管的集电极连接蜂鸣器一端，所述蜂鸣器的另一端连接电源。

4.如权利要求3所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于，所述蜂鸣器具有三种不同的报警声。

5.如权利要求1或2所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于：所述电池管理系统还与车辆控制单元相连，所述车辆控制单元接收电池管理系统发送的电池包内的温度值和湿度值，当电池包内的温度值超出安全温度范围或电池包内的湿度值超出安全湿度范围时，所述车辆控制单元向电池管理系统发出控制信号使所述电池管理系统断开电池包的输出端。

6.如权利要求1所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于:所述温湿度传感器的引脚由电源引脚，电源接地引脚，串行时钟输入引脚和串行数据引脚构成，所述电源引脚和电源接地引脚分别与电源相连，所述串行时钟输入引脚与温湿度采集模块相连，用于温湿度采集模块与温湿度传感器之间的通讯同步，所述串行数据引脚与温湿度采集模块相连，温湿度采集模块通过串行数据引脚读取温湿度传感器检测的电池包内的温度信号和湿度信号。

7.如权利要求1所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于:所述温湿度传感器由一个温度传感器和一个湿度传感器构成，所述温度传感器用于检测电池包内的温度，所述湿度传感器用于检测电池包内的湿度。

8.如权利要求1所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于:所述温湿度采集模块的时钟输入引脚与温湿度传感器的串行时钟输入引脚连接，所述温湿度采集模块的信号输入引脚与温湿度传感器的串行数据引脚连接，实现温湿度信号的传输，所述温湿度采集模块还与上电自动复位电路和时钟电路相连；所述上电自动复位电路由电容（C3）和电阻（R）构成，所述电容（C3）连接在所述温湿度采集模块的复位引脚与电源引脚之间，所述电阻（R）的一端连接电容（C3），所述电阻（R）的另一端连接接地；所述时钟电路由晶体（Y1）、电容（C1）和电容（C2）构成，所述晶体（Y1）连接在所述温湿度采集模块的晶体振荡电路的反向输入端（X1）和晶体振荡电路的反向输出端（X2）之间，所述晶体（Y1）的一端通过电容（C1）接地，所述晶体（Y1）的另一端通过电容（C2）接地。

9.如权利要求1或8所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于:所述温湿度采集模块至少为一个。

10.如权利要求1或8所述的电池包温度和湿度监测系统，其特征在于:所述温湿度采集模块通过CAN通信线路与所示电池管理系统相连。

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