CN105609682A - 一种带充气气囊的电动汽车电池包及保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带充气气囊的电动汽车电池包，包括电池包本体、电池包壳体、碰撞检测单元、安全气囊组件和控制单元；电池包壳体包括包裹于电池包本体外的内层壳体和设置于内层壳体外的外层壳体，内层壳体与外层壳体之间设有容置腔；碰撞检测单元包括两个以上碰撞传感器，安全气囊组件包括四个充气气囊和与充气气囊对应的气体发生器，四个充气气囊分别设置于前后左右四个方向的容置腔内；控制单元根据碰撞传感器的输出信号判断车辆受撞击的方向，并触发与撞击方向对应的充气气囊的气体发生器对充气气囊充气。本发明还公开了一种带充气气囊的电动汽车电池包保护装置。本发明能有效保护汽车碰撞对电池包的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种带充气气囊的电动汽车电池包及保护装置。
背景技术
随着新能源汽车技术的不断发展，和人们环保意识的不断提升，电动汽车已越来越普及。电动汽车是以动力电池(即电池包)提供动力源，驱动动力电机推动汽车前进。为了保证足够的续航里程，现有动力电池的体积都比较大，并且重量也较大，在发生汽车碰撞事故时，动力电池很容易就会受撞击变形和损坏，而动力电池破损不仅会造成电池液外泄，还有可能导致漏电危险，严重影响乘架人员的人身安全。因此，如何确保电动汽车的动力电池行驶安全性越来越受到重视。在现有技术中，主要采取通过控制策略在电动汽车受到一定撞击时迅速断开电池输出电源的方式避免车外高压件漏电、短路起火二次伤害乘员。
但现有的动力电池保护方案存在以下问题，即使BMS(电池管理系统)收到碰撞信号后已经断开电池内部高压接触器，当电动汽车受到的撞击大于一定强度时，动力电池仍然容易产生变形、挤压、内部结构破坏等，导致电池内部短路、漏电、起火、漏液等对乘员造成二次伤害。其仍然无法解决电池变形以及漏电的危险。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明一种带充气气囊的电动汽车电池包，用于解决现有电动汽车在碰撞时电池包变形和漏电等问题。
本发明是这样实现的：
一种带充气气囊的电动汽车电池包，包括电池包本体、电池包壳体、碰撞检测单元、安全气囊组件和控制单元；
所述电池包本体包括两个以上电池单体和吸能缓冲片，吸能缓冲片设置于电池单体之间以及电池包本体外圈，电池包本体的输出端设置有高压接触器；
所述电池包壳体包括包裹于电池包本体外的内层壳体和设置于内层壳体外周的外层壳体，所述内层壳体为金属壳体，外层壳体为塑料壳体，内层壳体与外层壳体之间在前后左右四个方向分别预留有容置腔；
所述碰撞检测单元设置于所述容置腔内，包括第一碰撞传感器和第二碰撞传感器，第一碰撞传感器设置于电池包本体的纵向中轴线上，用于检测车辆纵向方向的碰撞力度；第二碰撞传感器设置于电池包本体的横向中轴线上，用于检测车辆横向方向的碰撞力度；
所述安全气囊组件包括四个充气气囊和与充气气囊对应的气体发生器，四个充气气囊分别设置于前后左右四个方向的容置腔内；
所述控制单元分别与碰撞检测单元以及安全气囊组件连接，控制单元根据第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号判断车辆受撞击的方向，并将第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号与标定的阈值比较，当第一碰撞传感器和/或第二碰撞传感器的输出信号大于标定的阈值时，控制单元触发与撞击方向对应的充气气囊的气体发生器对充气气囊充气。
进一步的，所述第一碰撞传感器和第二碰撞传感器为加速度传感器，控制单元通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于预定的第一阈值来判断汽车是否发生碰撞，并通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于所述标定的阈值来判断汽车碰撞是否对电动包造成影响。
进一步的，当一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制单元仅判断电池包本体输出端的高压接触器。
进一步的，所述控制单元包括电池包管理系统和集成于电池包管理系统内的电池安全管理芯片，所述碰撞检测单元和安全气囊组件均连接于所述电池安全管理芯片。
进一步的，外层壳体在与充气气囊相对的内侧壁处设置有弱化处理的凹槽，外层壳体凹槽处的结构强度低于外层壳体其他位置。
为解决上述技术问题，本发明提供的另一技术方案为：
一种带充气气囊的电动汽车电池包保护装置，该电池包包括电池包本体和电池包壳体，该电池包保护装置包括碰撞检测单元、安全气囊组件和控制单元；
所述电池包本体包括两个以上电池单体和吸能缓冲片，吸能缓冲片设置于电池单体之间以及电池包本体外圈，电池包本体的输出端设置有高压接触器；
所述电池包壳体包括包裹于电池包本体外的内层壳体和设置于内层壳体外周的外层壳体，所述内层壳体为金属壳体，外层壳体为塑料壳体，内层壳体与外层壳体之间在前后左右四个方向分别预留有容置腔；
所述碰撞检测单元设置于所述容置腔内，包括第一碰撞传感器和第二碰撞传感器，第一碰撞传感器设置于电池包本体的纵向中轴线上，用于检测车辆纵向方向的碰撞力度；第二碰撞传感器设置于电池包本体的横向中轴线上，用于检测车辆横向方向的碰撞力度；
所述安全气囊组件包括四个充气气囊和与充气气囊对应的气体发生器，四个充气气囊分别设置于前后左右四个方向的容置腔内；
所述控制单元分别与碰撞检测单元以及安全气囊组件连接，控制单元根据第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号判断车辆受撞击的方向，并将第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号与标定的阈值比较，当第一碰撞传感器和/或第二碰撞传感器的输出信号大于标定的阈值时，控制单元触发与撞击方向对应的充气气囊的气体发生器对充气气囊充气。
进一步的，所述第一碰撞传感器和第二碰撞传感器为加速度传感器，控制单元通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于预定的第一阈值来判断汽车是否发生碰撞，并通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于所述标定的阈值来判断汽车碰撞是否对电动包造成影响。
进一步的，当一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制单元仅判断电池包本体输出端的高压接触器。
进一步的，所述控制单元包括电池包管理系统和集成于电池包管理系统内的电池安全管理芯片，所述碰撞检测单元和安全气囊组件均连接于所述电池安全管理芯片。
进一步的，外层壳体在与充气气囊相对的内侧壁处设置有弱化处理的凹槽，外层壳体凹槽处的结构强度低于外层壳体其他位置。
本发明的有益效果为：
本发明的电池包在外周包裹有金属制成的内层壳体，在电池单体之间以及电池包本体的包圈均设置了吸能缓冲片，能有效吸收外界对电池包的撞击力，提高了电池包的抗冲击强度，并且，本发明在内层壳体外还增设了外层壳体，使内层壳体与外层壳体之间留有容置腔，并在容置腔的四个方向上分别设置了充气气囊，当检测到汽车遇到激烈碰撞危及电池受挤压或直接撞击时，及时在动力电池内壳体外部打开安全气囊装置，有效地预防碰撞后动力电池变形和电池过度变形而引起二次伤害。进一步的，本电池包通过外层壳体将电池包的所有组件都包裹在内，可当做一个标准件使用，不仅便于安装，在维修时一般仅需更换其电池包外层壳体及电池包安全气囊组件即可，维修方便性大大提高。
附图说明
图1为本发明实施方式带充气气囊的电动汽车电池包的结构示意图；
图2为本发明实施方式中电池包本体的结构示意图；
图3为吸能缓冲片的结构示意图。
标号说明：
1、电池包本体；2、电池包壳体；3、碰撞检测单元；4、安全气囊组件；5、控制单元；11、电池单体；12、吸能缓冲片；21、内层壳体；22、外层壳体；23、容置腔；31、第一碰撞传感器；32、第二碰撞传感器；41、充气气囊；42、气体发生器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1至图3，本发明实施方式一种带充气气囊的电动汽车电池包，该电池包括电池包本体1、电池包壳体2、碰撞检测单元3、安全气囊组件4和控制单元5。
其中，所述电池包本体1用于为电动汽车提供电源，其包括两个以上电池单体，电池包本体的输出端设置有高压接触器，通过控制高压接触器可控制电池包电源输出。请参阅图2和图3，在电池单体之间以及电池包本体外圈设置了吸能缓冲片12，吸能缓冲片12由金属板材冲压形成的波浪形片材。吸能缓冲片12能有效吸收外界对电池包本体的冲击力，提高电池包本体的抗碰撞能力。
所述电池包壳体2包括包裹于电池包本体1外的内层壳体21和设置于内层壳体21外周的外层壳体22，所述内层壳体21为金属壳体，外层壳体22为塑料壳体，内层壳体21与外层壳体22之间在前后左右四个方向分别预留有容置腔23。
所述碰撞检测单元3设置于所述容置腔23内，包括两个以上碰撞传感器，第一碰撞传感器31用于检测车辆纵向方向的碰撞力度，第二碰撞传感器32用于检测车辆横向方向的碰撞力度。
所述安全气囊组件4包括四个充气气囊41和与充气气囊对应的气体发生器42，四个充气气囊41分别设置于前后左右四个方向的容置腔23内。
所述控制单元5分别与碰撞检测单元3以及安全气囊组件4连接，控制单元根据第一碰撞传感器31和第二碰撞传感器32的输出信号判断车辆受撞击的方向，并将第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号与标定的阈值比较，当第一碰撞传感器和/或第二碰撞传感器的输出信号大于标定的阈值时，控制单元触发与撞击方向对应的充气气囊的气体发生器对充气气囊充气。
例如当电动汽车前方受到撞击，第一碰撞传感器31和第二碰撞传感器32将加速度信号发送至控制单元，控制单元内部进行计算后与标定阈值进行比较，当发现仅X正方向碰撞强度大于之前标定的阈值，则控制单元在5～10ms内做出判断并点爆正前方的气体发生器，气体在20～30ms之内充满电池包充气气囊，气囊在充气过程中突破外层壳体即电池包塑料安全罩约束，向正前方展开，在电池包壳体与撞击物之间形成气袋，对电池包内部零部件起缓冲保护作用。同理，X及Y的正负方向碰撞强度都大于之前标定的阈值时，则气体发生器1-4都点爆，四个安全气囊都向前展开。
本实施方式通过碰撞检测单元检测汽车是否发生碰撞，以及碰撞是否危及电池包安全，在汽车受到危及电池包安全的撞击时，使安装在动力电池上的气囊及时在动力电池内壳体外部打开气囊装置，从而在碰撞事故中实现从动力电池包本体外部对动力电池包本体内部结构进行缓冲保护，减轻了汽车碰撞对电池包的冲击，有效地预防碰撞后动力电池过度变形而引起二次伤害。
为了准确的控制充气气囊弹开时外层壳体爆开的位置，在外层壳体在与充气气囊相对的内侧壁处设置有弱化处理的凹槽，外层壳体凹槽处的结构强度低于外层壳体其他位置，从而使充气气囊从凹槽处爆开。
其中，在本实施方式中，第一碰撞传感器31和第二碰撞传感器32分别设置于电池包内部前方和左侧中轴线上，所述第一碰撞传感器和第二碰撞传感器为加速度传感器，控制单元通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于预定的第一阈值来判断汽车是否发生碰撞，并通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于所述标定的阈值来判断汽车碰撞是否对电动包造成影响。当一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制单元仅判断电池包本体输出端的高压接触器。
气体发生器的点火阈值按照电动汽车碰撞过程中电池包壳体变形程度决定。如果电动汽车在某一碰撞条件下电池包内壳体变形程度达到危及电池包内壳体设计余量导致内部变形、短路或漏液时，则该碰撞条件所确定的阈值为气囊必须点火的阈值，该阈值将在整车开发过程中进行电池包壳体碰撞变形专项标定。
在本实施方式中，所述控制单元5包括电池包管理系统和集成于电池包管理系统内的电池安全管理芯片，所述电池安全管理芯片优选为ABMS芯片，所述碰撞检测单元和安全气囊组件均连接于所述电池安全管理芯片。
本发明实施方式在电池包外周包裹有金属制成的内层壳体，提高了电池包的抗冲击强度，并且本实施方式电池包还在内层壳体之外增设了外层壳体即电池包塑料安全罩，将气囊置于电池包内壳体与电池包塑料安全罩之间，这种塑料安全罩在与安全气囊相对处做H型弱化处理，便于安全气囊爆破；不检测到电动汽车遇到激烈碰撞危及电池受挤压或直接撞击时，本发明能及时在动力电池内壳体外部打开安全气囊装置，有效地预防碰撞后动力电池变形和过度变形而引起二次伤害。进一步的，本电池包通过外层壳体将电池包的所有组件都包裹在内，可当做一个标准件使用，不仅便于安装，在维修时一般仅需更换其电池包外层壳体及电池包安全气囊组件即可，维修方便性大大提高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种带充气气囊的电动汽车电池包，其特征在于，包括电池包本体、电池包壳体、碰撞检测单元、安全气囊组件和控制单元；
所述电池包本体包括两个以上电池单体和吸能缓冲片，吸能缓冲片设置于电池单体之间以及电池包本体外圈，电池包本体的输出端设置有高压接触器；
所述电池包壳体包括包裹于电池包本体外的内层壳体和设置于内层壳体外周的外层壳体，所述内层壳体为金属壳体，外层壳体为塑料壳体，内层壳体与外层壳体之间在前后左右四个方向分别预留有容置腔；
所述碰撞检测单元设置于所述容置腔内，包括第一碰撞传感器和第二碰撞传感器，第一碰撞传感器设置于电池包本体的纵向中轴线上，用于检测车辆纵向方向的碰撞力度；第二碰撞传感器设置于电池包本体的横向中轴线上，用于检测车辆横向方向的碰撞力度；
所述安全气囊组件包括四个充气气囊和与充气气囊对应的气体发生器，四个充气气囊分别设置于前后左右四个方向的容置腔内；
所述控制单元分别与碰撞检测单元以及安全气囊组件连接，控制单元根据第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号判断车辆受撞击的方向，并将第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号与标定的阈值比较，当第一碰撞传感器和/或第二碰撞传感器的输出信号大于标定的阈值时，控制单元触发与撞击方向对应的充气气囊的气体发生器对充气气囊充气。
2.根据权利要求1所述的带充气气囊的电动汽车电池包，其特征在于，所述第一碰撞传感器和第二碰撞传感器为加速度传感器，控制单元通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于预定的第一阈值来判断汽车是否发生碰撞，并通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于所述标定的阈值来判断汽车碰撞是否对电动包造成影响。
3.根据权利要求2所述的带充气气囊的电动汽车电池包，其特征在于，当一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制单元仅判断电池包本体输出端的高压接触器。
4.根据权利要求1所述的带充气气囊的电动汽车电池包，其特征在于，所述控制单元包括电池包管理系统和集成于电池包管理系统内的电池安全管理芯片，所述碰撞检测单元和安全气囊组件均连接于所述电池安全管理芯片。
5.根据权利要求1所述的带充气气囊的电动汽车电池包，其特征在于，外层壳体在与充气气囊相对的内侧壁处设置有弱化处理的凹槽，外层壳体凹槽处的结构强度低于外层壳体其他位置。
6.一种带充气气囊的电动汽车电池包保护装置，其特征在于，该电池包包括电池包本体和电池包壳体，该电池包保护装置包括碰撞检测单元、安全气囊组件和控制单元；
所述电池包本体包括两个以上电池单体和吸能缓冲片，吸能缓冲片设置于电池单体之间以及电池包本体外圈，电池包本体的输出端设置有高压接触器；
所述电池包壳体包括包裹于电池包本体外的内层壳体和设置于内层壳体外周的外层壳体，所述内层壳体为金属壳体，外层壳体为塑料壳体，内层壳体与外层壳体之间在前后左右四个方向分别预留有容置腔；
所述碰撞检测单元设置于所述容置腔内，包括第一碰撞传感器和第二碰撞传感器，第一碰撞传感器设置于电池包本体的纵向中轴线上，用于检测车辆纵向方向的碰撞力度；第二碰撞传感器设置于电池包本体的横向中轴线上，用于检测车辆横向方向的碰撞力度；
所述安全气囊组件包括四个充气气囊和与充气气囊对应的气体发生器，四个充气气囊分别设置于前后左右四个方向的容置腔内；
所述控制单元分别与碰撞检测单元以及安全气囊组件连接，控制单元根据第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号判断车辆受撞击的方向，并将第一碰撞传感器和第二碰撞传感器的输出信号与标定的阈值比较，当第一碰撞传感器和/或第二碰撞传感器的输出信号大于标定的阈值时，控制单元触发与撞击方向对应的充气气囊的气体发生器对充气气囊充气。
7.根据权利要求6所述的带充气气囊的电动汽车电池包保护装置，其特征在于，所述第一碰撞传感器和第二碰撞传感器为加速度传感器，控制单元通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于预定的第一阈值来判断汽车是否发生碰撞，并通过判断第一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值是否大于所述标定的阈值来判断汽车碰撞是否对电动包造成影响。
8.根据权利要求7所述的带充气气囊的电动汽车电池包保护装置，其特征在于，当一碰撞传感器和第二碰撞传感器输出的加速值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制单元仅判断电池包本体输出端的高压接触器。
9.根据权利要求6所述的带充气气囊的电动汽车电池包保护装置，其特征在于，所述控制单元包括电池包管理系统和集成于电池包管理系统内的电池安全管理芯片，所述碰撞检测单元和安全气囊组件均连接于所述电池安全管理芯片。
10.根据权利要求6所述的带充气气囊的电动汽车电池包装置，其特征在于，外层壳体在与充气气囊相对的内侧壁处设置有弱化处理的凹槽，外层壳体凹槽处的结构强度低于外层壳体其他位置。
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