CN103542986A - 用于hv液体冷却的电池组的增强的导电流体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于HV液体冷却的电池组的增强的导电流体传感器。提供了用于检测电池组或容器中泄漏的冷却流体的传感器。传感器是传感器线的一部分，其中线的一端电力地连接电池组的正极端子或负极端子并且线的另一端放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置。故障隔离检测电路监控从传感器的电压输出并且如果测量的电压电势大于预定电压阈值则确定存在冷却流体泄漏。

Description

用于HV液体冷却的电池组的增强的导电流体传感器

技术领域

本发明总体上涉及一种用于检测从流体冷却电池组泄漏的冷却流体的传感器，并且，更特别地涉及一种用于检测从电动车辆上的流体冷却电池组泄漏的冷却流体的传感器，其中传感器包括电力地连接到延伸至泄漏流体会聚集的区域的电池组的端子的导线。

背景技术

在当今的汽车市场中电动车辆迅速地获得流行。这些车辆包括诸如增程电动车辆（EREV）的混合动力车辆，和诸如电池电动车辆（BEV）的纯电动车辆，所述混合动力车辆结合了电池和诸如内燃发动机，燃料电池系统等的主动力源。电动车辆提供了几个所希望的特征，例如消除了局部排放和消费者水平上的以石油为基础的燃料使用，以及可能的低操作成本。电动车辆些电池可以具有不同的电池类型，例如锂-离子，镍金属氢化物，铅-酸等。用于电动车辆的典型的高压电池系统可以包括许多电池单元或包括几个电池单元的模块以满足车辆动力和能量需求。将电池组性能和寿命最大化是考虑电动车辆的设计和操作的关键。

为了帮助将电池组性能和持久性最大化，可以控制电池组的温度。对于某些类型的电池组，例如锂-离子，本领域公知的是提供热管理系统，其围绕电池组中的各个电池单元流动冷却流体以从其中除去热量。此外，该热管理系统可以包括加热器以加热冷却流体，例如在冷车起动期间，其转而加热电池至所期望的工作温度。电池组和电池外壳内的各个流动通道和流动路径被密封从而冷却流体容纳在正确的区域中。然而，由于许多情况，例如老化，磨损，温度变化等，这些流动通道可能发生泄漏，这导致冷却流体流出流动通道。

有时在电路中使用了故障隔离检测系统以提供电气故障检测。电动车辆和电动混合动力车辆包括将电池的高压与车辆上的其余电气部件隔离开的故障隔离电路。提供了电路以监控隔离并且如果隔离中存在暴露，可以提供警报信号以指示隔离的损失，包括自动关闭车辆电池。

在现有技术中存在许多不同类型的故障隔离电路，其包括主动隔离电路和被动隔离电路，其中隔离电路可以在电池电路内部或在电池电路外部。为了提供电气故障隔离，一些车辆配备了电池断开单元（BDU），其在通过打开电池接触器在碰撞事件后自动地从车辆断开或除去电池电源。而且，本领域公知的是采用手动维修断开（MSD），其是将电池分隔为两部分的装置，其中响应于车辆碰撞，训练过的应答器可以移除MSD以隔离电池。

由于冷却电池组的冷却流体可以是导电的，该冷却流体的损失可以产生其中可能产生隔离损失的导电通路。通常，车辆中的电力隔离电路提供在电池外壳中的上方位置并且可能从热管理系统泄漏的流体倾向于在电池组壳体或容器的下方区域中收集。因此，该隔离电路可能不会检测到泄漏，直到流体液面已经达到相当高的流体液面，这典型地并不是所希望的。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于检测电池组或容器中泄漏的冷却流体的传感器。传感器是传感器线的一部分，其中线的一端电力地连接电池组的正极端子或负极端子并且线的另一端放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置。故障隔离检测电路监控从传感器的电压输出并且如果测量的电压电势大于预定电压阈值则确定存在冷却流体泄漏。

结合附图，从以下描述和所附权利要求中，本发明的附加特征将会变得显而易见。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种用于检测来自液体冷却的电池组的冷却流体泄漏的方法，所述电池组包括正极端子和负极端子，所述方法包括：

将传感器线的第一端电力地连接到电池组的正极端子或负极端子之一；

将传感器线的第二端放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置；

测量来自传感器线的电压输出；以及

如果测量的电压输出大于预定电压阈值，则确定存在冷却流体泄漏。

2. 根据方案1所述的方法，其中传感器线包括电阻并且其中测量电压输出包括测量电阻上的电压输出。

3. 根据方案2所述的方法，其中传感器线包括电力地与电阻串联以用于防止电流流入电池组端子的二极管。

4. 根据方案1所述的方法，其中放置传感器线的第二端包括相对接近于支撑托盘放置传感器线的第二端，电池组安装在所述支撑托盘上。

5. 根据方案4所述的方法，其中传感器线的第二端与支撑托盘之间的距离是可调节的。

6. 根据方案1所述的方法，其中测量电压输出包括使用电压隔离电路测量电压输出。

7. 根据方案6所述的方法，其中电压隔离电路监控电池组的正极端子与负极端子之间的电压平衡。

8. 根据方案1所述的方法，其中测量传感器线的电压输出包括借助于通过泄漏的冷却流体从传感器线的第一端的导电路径、在电池组端子与接地电势之间提供电连接。

9. 根据方案1所述的方法，其中电池组是电动车辆上的高压电池组。

10. 一种用于检测来自电动车辆上的流体冷却的电池组的冷却流体泄漏的方法，所述电池组包括正极端子和负极端子，所述方法包括：

提供包括传感器电阻的传感器线，所述传感器线具有第一端和第二端；

将传感器线的第一端电力地连接到电池组的正极端子或负极端子的任一个上；

将传感器线的第二端放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置；

提供故障隔离电路；

使用故障隔离电路检测传感器电阻上的电压输出；以及

如果传感器电阻的电压输出超过电压阈值，则确定存在冷却流体泄漏。

11. 根据方案10所述的方法，其中传感器线包括电力地与电阻串联以用于防止电流流入电池组端子的二极管。

12. 根据方案10所述的方法，其中故障隔离电路监控电池组的正极端子与负极端子之间的电压平衡。

13. 根据方案10所述的方法，其中测量传感器线的电压输出包括借助于通过泄漏的冷却流体从传感器线的第一端的导电路径、在电池组端子与接地电势之间提供电连接。

14. 一种电力地连接到电池组上的电池电路，所述电池组包括正极端子和负极端子，所述电池电路包括：

用于检测从冷却电池组的冷却流体通道的冷却流体泄漏的泄漏检测电路，所述泄漏检测电路包括提供在传感器线内的电阻，所述传感器线具有与电池组的正极端子或负极端子电力地连接的第一端和放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置的第二端；以及

电力地连接到电池组的正极端子和负极端子的故障隔离电路，所述故障隔离电路监控电阻上的电压电势并且如果线的第二端放置在泄漏的冷却流体内并且产生从电池组端子至接地的电力路径时提供泄漏检测信号。

15. 根据方案14所述的电池电路，其中泄漏检测电路包括电力地与电阻串联以用于防止电流流入电池组端子的二极管。

16. 根据方案14所述的电池电路，其中传感器线的第二端与处于接地电势的部件之间的距离是可调节的。

17. 根据方案14所述的电池电路，其中故障隔离电路监控电池组的正极端子与负极端子之间的电压平衡。

18. 根据方案14所述的电池组，其中电池组是电动车辆上的高压电池组。

附图说明

图1是包括用于检测泄漏的冷却流体的传感器的电池系统的视图；

图2是包括故障隔离电路和流体液面传感器的电池电路的示意图；

图3是包括故障隔离电路和流体液面传感器的电池电路的示意图；以及

图4是示出了使用传感器用于检测电池组或容器中的流体累积的过程的流程图。

具体实施方式

涉及用于检测车辆上的电池组中泄漏的冷却流体的传感器的本发明的实施例的以下讨论实质上仅仅是示例性的，并且并不旨在以任何方式限制本发明或其应用或使用。例如，本发明具有用于检测从车辆电池中的冷却系统泄漏出的流体的应用。然而，如本领域技术人员将要理解的是，本发明的液体传感器可以具有其它应用。

如将在下文中详细讨论的，本发明提出了一种电力地连接到车辆中的电池上的传感器，其检测从热管理系统泄漏出的冷却流体，并且其使得故障隔离电路显示隔离的损失从而检测泄漏。

图1是包括电池组12的电池系统10的视图。电池组12意图是表示任意适当的液体冷却电池组，其包括任意数目的电池单元，任意适当的电池单元的电力结构，任意适当的电池模块的电力结构，任意适当的电池化学性质，例如锂-离子，金属氢化物和铅-酸等。电池组12包括电池端子14，其旨在表示电池组12的正极端子或者负极端子并且可以在可以获得电池电压的电池组12中的任意适当位置。电池组12被示出安装在支撑托盘16上，该支撑托盘16旨在表示任意适当的安装结构或用于电池组12的外壳。安装螺栓18或其它适当的安装结构可以将支撑托盘16紧固到车辆结构（未示出）上。支撑托盘16典型地是金属，其可以是导电的，并且也可以是其它非导电材料，例如固化速率。支撑托盘16和/或螺栓18可以电力地连接到车辆底板接地上并且因而在参考电压电势。

电池系统10还包括热管理系统20，其将适当的冷却流体，例如DexCool，Glysantin等，引导通过在电池组12内部提供的流动通道22。流动通道22可以提供在电池组12内任意适当的结构中并且具有任意适当的直径。尽管未具体公开，热管理系统20将包括适当的泵，冷却装置，加热器，温度传感器等以提供用于在此描述目的的电池冷却和控制。正如以上讨论的，流过流动通道22一些冷却流体从其中泄漏并且泄漏出电池组12的各种情况可能发生。这由收集在支撑托盘16内和底部处的泄漏的冷却流体24表示。

根据本发明，电池系统10包括传感器线26，其具有从传感器线26的端部延伸的传感器28。传感器线26电力地与端子14连接，所述端子如所提及的可以是电池组12的正极端子或负极端子。传感器线26可以电力地连接到电池组12的正极或负极端子的任一个上，由于两者都不在底板接地处并且在任一个端子与地面之间将存在电势差。传感器28以一些可调节并且离其公知的距离相对于支撑托盘16放置以检测可能从流动线路22泄漏并且收集在支撑托盘16内的流体24的累积。如在下文中详细地描述的，泄漏的冷却流体24的液面水平最终可达到传感器28，这将提供信号至高压隔离电路，显示存在冷却流体泄漏。

正如以上的讨论，电池系统10内的一些各种部件可以是导电的或至少部分地导电的。因此，需要的是传感器28的位置远离那些导电部件足够远，称为“爬电距离”，从而由电池组12提供的电压电势将不会引起传感器28与那些电力部件之间的电弧。例如，传感器28的端部需要离安装螺栓18足够远，从而其间的电压电势不会产生电弧。此外，由于可能希望将传感器28放置为相当接近支撑托盘16以检测少量的泄漏流体24，电池系统10包括设置在传感器28与托盘16之间的托盘16上的非导电的隔离板30。板30防止传感器28与托盘16之间的电弧并且具有适当的面积和厚度以执行该功能。板30可以由任何适当的材料制成，例如聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜。

当泄漏的流体24的液面水平达到传感器28时，在传感器28与托盘16之间产生了导电路径32，其处于底板接地或参考电势，这样使得隔离检测电路检测电力不均衡或隔离损失。换句话说，当由于通过流体24内的传感器28泄漏的冷却流体的液面水平增加产生了导电路径32时，由于通过线28从端子14至接地的电流，隔离电路的电性质变化。例如，线26内提供已知的电阻可以与可以由隔离电路测量的电池电路中的其它电阻一起产生电压分配网络。二极管可以提供在传感器线26内与电阻串联以防止电流流入电池组12并且提供参考电压。设计隔离检测电路从而流体24，托盘16的导电属性以及导电路径32的距离提供了可以测量并且用于设置渗漏诊断信号的电力响应。

用于电池电路和故障隔离电路的许多不同的电力结构在本领域是公知的，并且如在此讨论的在正确的电力结构中将传感器线26包含在那些电路中将很好地被本领域技术人员理解以检测显示流体泄漏的故障隔离。

图2是包括电池电路42和隔离电路44的电路40的典型的示例的示意图。电路40是这样的电路的一个总体表示，并且不旨在是具体为任意一个电路或限制到在此讨论的本发明。如上所述，公知的隔离电路可以是被动的或主动的并且可以在电池外壳内部或外部。电路40中的虚线表示了电池电路42与隔离电路44之间的分隔。因此，对于隔离电路44在电池外壳内部的那些设计，整个电路40将在电池外壳中并且对于隔离电路44在电池外壳外部的那些设计，虚线将在外壳内的电路40的部分和在外壳外部的电路40的部分分隔开。

电池电路42包括正极电池端子线路46和负极电池端子线路48。电阻50提供在正极电池线路46与接地电势之间并且电阻52提供在负极电池线路48与接地电势之间。电阻50与52是平衡电阻，其提供了电路40的正极支柱与电路40的负极支柱之间的电力平衡。

根据本发明，传感器电路54提供在电池电路42中以检测如上所述的从流动通道22泄漏的流体。尤其地，传感器电路54表示感测线26，其在电路40中示出了其电力结构。传感器电路54包括电阻56，如果由于流体24的液面水平产生了导电路径32，所述电阻56提供由隔离电路44检测的阻抗值。虚线64表示取决于是否存在流体23而可以或可以不存在的导电路径32。当流体24存在并且由线64限定的导电路径建立时，除了通过平衡电阻50在线46与接地之间的电连接外，然后通过电阻56在线46与接地之间存在电连接。当电阻56的阻抗添加到电路40上的时候，阻抗平衡变化，其中隔离电路44检测到该不平衡并且提供故障信号。换句话说，在端子线46与接地之间并联的电阻50与56的组合通过可以测量的电压电势使得电路44不平衡。

希望但不是必需的是，提供与电阻56电力串联的二极管58以防止电流流入正极或负极线路46和48并且提供参考电压电势。二极管58可以提供许多优点，包括用于断路或短路电路的诊断能力，固定输出电压测量，例如0.7v，反极性保护，以及功能/故障传感器与隔离探测电路之间的合理化。

传感器电路60示出为电力连接到负极电池线路48和接地并且仅仅代表性的是传感器可以为电路42的正极侧或负极侧中的任一个提供。尽管可能提供独立地连接到电池电路42的正极和负极侧的两个流体液面传感器，仅需要包括用于在此描述目的的一个传感器。

图3是还包括如上所述的电池电路72和隔离电路44的电路70的示意图。在该实施例中，电池电路72不包括平衡电阻50和52，其中传感器电路54和60直接地电力连接到端子46和48。在该设计中，由虚线74表示的导电路径的产生引起了除线路46或48之外的导电路径，其中阻抗可以测量以检测泄漏。

图4是示出了如上所述的用于确定流体泄漏是否存在的过程的流程图80。车辆或电池组在方框82打开并且隔离电路44在方框84启动。算法然后在方框86运行隔离检测诊断并且在方框88运行流体泄露诊断。算法然后在方框90从泄漏检测传感器读出输出电压，并且在决定菱形框92确定是否存在流体泄漏。为了这样，算法确定传感器电阻56上测量的电压输出是否大于泄漏电压阈值。在非限制的实施例中，算法还确定，电阻50上的电压大于还是小于第一电压平衡阈值以及电阻52上的电压大于还是小于第二电压平衡阈值。因此，在该实施例中，算法通过确定传感器电阻56上的电压大于泄漏电压阈值而确定泄漏可能存在，并且然后还通过确定电阻50和52上的电压分别大于第一和第二平衡阈值而证实传感器测量是正确的并且没有故障。如果所有三个这些情况全部满足，则算法确定泄漏发生并且在方框94设定适当的诊断。如果测量的传感器电压大于泄漏阈值，但平衡电阻50上的电压和平衡电阻52上的电压分别小于第一和第二平衡阈值，然后在方框94还可以设置故障的泄漏检测传感器诊断。否则，如果没有满足这些条件，算法确定流体不存在，并且因此没有泄露。

如本领域技术人员将会理解的，为了描述本发明在此讨论的几个和各个步骤和过程可以是指由使用电学现象操作和/或转换数据的计算机，处理器，或其它电子计算装置执行的操作。那些计算机和电子装置可以使用各种易失性和/或非易失性存储器，其包括非瞬时性计算机可读介质，非瞬时性计算机可读介质具有存储在其上的可执行程序，可执行程序包括可以由计算机或处理器执行的各种代码或可执行指令，其中存储器和/或计算机可读介质可以包括全部形式和类型的存储器和其它计算机可读介质。

以上的讨论仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域技术人员将从这样的讨论和从附图和权利要求中容易地认识到，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在此可以作出各种变化、修改和改变。

Claims (10)

1.一种用于检测来自液体冷却的电池组的冷却流体泄漏的方法，所述电池组包括正极端子和负极端子，所述方法包括：

将传感器线的第一端电力地连接到电池组的正极端子或负极端子之一；

将传感器线的第二端放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置；

测量来自传感器线的电压输出；以及

如果测量的电压输出大于预定电压阈值，则确定存在冷却流体泄漏。

2.根据权利要求1所述的方法，其中传感器线包括电阻并且其中测量电压输出包括测量电阻上的电压输出。

3.根据权利要求2所述的方法，其中传感器线包括电力地与电阻串联以用于防止电流流入电池组端子的二极管。

4.根据权利要求1所述的方法，其中放置传感器线的第二端包括相对接近于支撑托盘放置传感器线的第二端，电池组安装在所述支撑托盘上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中传感器线的第二端与支撑托盘之间的距离是可调节的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中测量电压输出包括使用电压隔离电路测量电压输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其中电压隔离电路监控电池组的正极端子与负极端子之间的电压平衡。

8.根据权利要求1所述的方法，其中测量传感器线的电压输出包括借助于通过泄漏的冷却流体从传感器线的第一端的导电路径、在电池组端子与接地电势之间提供电连接。

9.一种用于检测来自电动车辆上的流体冷却的电池组的冷却流体泄漏的方法，所述电池组包括正极端子和负极端子，所述方法包括：

提供包括传感器电阻的传感器线，所述传感器线具有第一端和第二端；

将传感器线的第一端电力地连接到电池组的正极端子或负极端子的任一个上；

将传感器线的第二端放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置；

提供故障隔离电路；

使用故障隔离电路检测传感器电阻上的电压输出；以及

如果传感器电阻的电压输出超过电压阈值，则确定存在冷却流体泄漏。

10.一种电力地连接到电池组上的电池电路，所述电池组包括正极端子和负极端子，所述电池电路包括：

用于检测从冷却电池组的冷却流体通道的冷却流体泄漏的泄漏检测电路，所述泄漏检测电路包括提供在传感器线内的电阻，所述传感器线具有与电池组的正极端子或负极端子电力地连接的第一端和放置在泄漏的冷却流体会聚集的位置的第二端；以及

电力地连接到电池组的正极端子和负极端子的故障隔离电路，所述故障隔离电路监控电阻上的电压电势并且如果线的第二端放置在泄漏的冷却流体内并且产生从电池组端子至接地的电力路径时提供泄漏检测信号。

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