CN105716877A - 一种电动汽车碰撞试验安全监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车碰撞试验安全监测系统及方法，包括：监控控制器，用于采集电动汽车以及电池状态信息；断电保护器，其与监控控制器电连接，在监控控制器控制下切断动力电池的供电；碰撞传感器，其将采集的碰撞信号传递给监控控制器；温度传感器，其设置在所述动力电池上；无线传输模块和远程监控器，所述监控控制器能够通过无线传输模块将电动汽车碰撞时的参数传递给远程监控器；液氮发生器，其能够产生液氮对动力电池进行冷却。本发明能够规避碰撞试验过程中设备和人员风险，为开展电动汽车高风险试验打下良好的基础。本发明还提供了一种电动汽车碰撞试验安全监测方法。

Description

一种电动汽车碰撞试验安全监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车碰撞试验技术领域，特别涉及一种电动汽车碰撞试验安全监测系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国城镇居民消费水平的提高，轿车可谓是走进了千家万户，我国的汽车行业因此蓬勃发展。但在汽车行业高速发展的背后，却隐藏着汽车排放所引起的环境污染问题，在这一背景下，国家通过经济手段、行政手段对汽车市场进行宏观调控，引导和鼓励发展节能环保型汽车，电动环保汽车因此迎来了发展的春天。推动电动汽车的发展已经得到了国家政策的大力支持，在各项优惠政策不断出台的形势下，电动汽车势必有着广阔的市场前景。

随着新的电动汽车安全标准的的实施，电动汽车将面临比国标检测更为严格的星级评价试验，无论是更重的侧碰台车，还是更高的正碰车速，都对电动汽车试验提出了更高的要求。而电动汽车碰撞试验不同于普通的汽车碰撞试验，由于涉及各种类型的动力电池，如果电池箱受到撞击破坏，动力电池就有可能产生爆炸、起火及漏电等相关问题，在精确评价的过程中如何保证实验室设备及人员安全，同时提升和证明实验室研发和试验能力，也就成为实验室面临的棘手问题。

目前电动汽车碰撞试验安全还停留在人员肉眼检查，测温枪外部监控的技术水平，不仅试验人员安全难以保证，实验数据也不能实时监控并记录。

发明内容

本发明设计开发了一种电动汽车碰撞试验安全监测系统，克服了现有碰撞试验中需要试验人员现场检验的缺陷，提供一种能够远程监控并能保证动力电池安全的监测系统。

本发明提供的技术方案为：

一种电动汽车碰撞试验安全监测系统，包括：

监控控制器，其通过CAN总线与电动汽车车载ECU及电池管理系统连接，采集电动汽车以及电池状态信息；

断电保护器，其设置于所述动力电池总输出端口处，所述断电保护器与监控控制器电连接，在所述监控控制器控制下切断动力电池的供电；

碰撞传感器，其设置于动力电池壳体上，并且与所述监控控制器连接，将采集的碰撞信号传递给监控控制器；

温度传感器，其设置在所述动力电池上，用于检测动力电池的温度，并且与将温度信号传递给监控控制器；

无线传输模块和远程监控器，所述监控控制器能够通过无线传输模块将电动汽车碰撞时的参数传递给远程监控器；

液氮发生器，其在所述监控控制器控制下，能够产生液氮对动力电池进行冷却。

优选的是，所述液氮发生器包括

储液瓶，其设置于远离待碰撞处，并且根据待碰撞强度进行加固，所述储液瓶内存储有液氮；

电控阀门，其设置于储液瓶出口处，所述电控阀门通过监控控制器的控制进行开启或关闭；

喷嘴，其与所述电控阀门连接，当电控阀门开启时使液氮从喷嘴流出，对动力电池进行冷却。

优选的是，所述电控阀门设置有两个，分别控制液氮从第一组喷嘴和/或第二组喷组流出；所述第一组喷嘴设置于动力电池箱体内部，以对动力电池进行直接冷却，所述第二组喷嘴设置于动力电池箱体外部，以对动力电池进行间接冷却。

优选的是，所述电控阀门直接连接在储液瓶出口上，以减少它们之间的连接管路。

优选的是，所述碰撞传感器设置有8个，分别位于前防撞梁、左右A柱、左右B柱、左右C柱以及动力电池箱体上。

优选的是，所述温度传感器至少设置有4个，其中在动力电池箱体内至少设置有2个，在动力电池箱体外至少设置有2个，用于检测动力电池箱体内外的温度。

一种电动汽车碰撞试验安全监测方法，使用电动汽车碰撞试验安全监测系统，并包括如下步骤：

步骤一、碰撞试验过程中使用温度传感器实时采集动力电池的温度T₀，使用碰撞传感器采集碰撞信号，并将温度信号和碰撞信号传递给监控控制器；

步骤二、所述监控控制器将碰撞强度分为三个等级，即轻度碰撞、中度碰撞和重度碰撞，并根据采集的碰撞信号将碰撞试验标记为相应的强度等级；同时所述监控控制器根据采集的温度信号计算温度随时间的变化率；

步骤三、若判断出碰撞强度为中度碰撞，则开启断电保护器切断动力电池的供电；

若判断出碰撞强度为重度碰撞，则开启断电保护器切断动力电池的供电，同时开启液氮发生器从动力电池箱外对动力电池进行预防性降温；

若采集的温度值大于第一温度阀值，则开启液氮发生器从动力电池箱外对动力电池进行间接降温；

若采集的温度值大于第一温度阀值，并且温度随时间的二阶变化率大于等于零时，则开启液氮发生器从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温；

若采集的温度值大于第二温度阀值，则开启液氮发生器从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温。

优选的是，步骤三中，若判断出碰撞强度为重度碰撞进行预防性降温时液氮发生器上电动阀门的开度为α＝0.2，若采集的温度值大于第二温度阀值T₂，则液氮发生器上电动阀门的开度为α＝1。

优选的是，步骤三中，若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，则液氮发生器上电动阀门的开度为

$\mathrm{\α}=0.2+0.3\·\frac{T_0-T_1}{T_2-T_1}.$

优选的是，步骤三中，若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，并且温度随时间的二阶变化率大于等于零时，则液氮发生器上电动阀门的开度为

$\mathrm{\α}=sin\[\frac{\mathrm{\π}(T_0-T_1)}{3(T_2-T_1)}+\frac{\mathrm{\π}}{6}\].$

本发明的有益效果是：本发明提供的电动汽车碰撞试验安全监测系统，通过CAN总线与车载ECU及电池管理系统连接并通讯，远程获得车辆电池管理系统信息，实时监控电池温度、电压等能代表车辆安全的相关信息，如果状态正常，将信息存储，便于试验后进行分析；如果不正常，立即进入应急程序，或者放电，或者切断电源，在动力电池发热破损或起火时能够通过液氮进行降温灭火，及时规避试验设备和人员风险，为实验室开展电动汽车高风险试验打下良好的基础。

附图说明

图1为本发明所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统的结构示意图。

图2为本发明所述的液氮发生器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种电动汽车碰撞试验安全监测系统，用于电动汽车在碰撞试验过程中，监测电动汽车的状态，尤其是动力电池的状态，必要时采取适当的措施，防止动力电池对试验设备和试验人员造成伤害。

如图1所示，常规电动汽车包括车载ECU120、电池管理系统130和动力电池，车载ECU120与电池管理系统130连接，电池管理系统130与动力电池连接。本发明提供的电动汽车碰撞试验安全监测系统，在电动汽车基础上加装部件，使电动汽车在进行碰撞试验时，能够及时检测到电动汽车的状态。加装的部件包括监测控制器110、断电保护器160、碰撞传感器150、温度传感器140、液氮发生器170、无线传输模块180和远程监控器190。

其中监测控制器110作为电动汽车碰撞试验安全监测系统的控制核心，起到分析电动汽车状态以及发送控制指令的作用。所述监测控制器110通过CAN总线分别与车载ECU120和电池管理系统130连接，使监测控制器110能够通过车载ECU120和电池管理系统130采集电动汽车的状态信息，从而对分析电动汽车碰撞时和碰撞后的情况提供依据。同时监测控制器110还能够发送控制指令给车载ECU120和电池管理系统130，对电动汽车进行控制。

所述碰撞传感器150和温度传感器140分别与监控控制器110连接，将采集到的碰撞信号和温度信号传递给监控控制器110，所述监控控制器110通过对碰撞信号和温度信号的分析，做出控制决策。所述碰撞传感器150设置有8处，分别位于前防撞梁、左右A柱、左右B柱、左右C柱以及动力电池箱体上，用于检测这些测量点的受碰撞程度。所述温度传感器140至少设置有4个，其中在动力电池箱体内至少设置有2个，在动力电池箱体外至少设置有2个，用于检测动力电池箱体内外的温度。

所述断电保护器160设置在动力电池的总输出端口处，并且断电保护器160与监控控制器110电连接，直接受监控控制器110的控制，即监控控制器110能够使断电保护器160工作，切断动力电池的总输出端口，使动力电池不再向外供电。

所述液氮发生器170用于提供液氮对动力电池进行冷却，防止因碰撞造成的动力电池破损或过热进而造成起火。如图2所示，所述液氮发生器包括储液瓶171、电控阀门172和喷嘴173。其中所述储液瓶171放置于不易被碰撞到的地方，由于本发明提供的系统是在碰撞试验中使用的，也就是说在进行碰撞试验前已经知道要进行的碰撞试验的碰撞方向和强度，因此只需要根据碰撞方向来选择储液瓶171的安防位置，如果进行正碰试验，则将储液瓶171安放于汽车的尾部，如果进行左侧碰撞，则将储液瓶171放置于汽车的右侧。同时根据待碰撞的强度，相应的对储液瓶171进行加固。所述储液瓶171和喷嘴173间连接电控阀门172，电控阀门172与监控控制器110连接，由监控控制器110控制电控阀门172的开启和关闭。当电控阀门172开启后，储存于储液瓶110中的液氮能够从喷嘴173流出，进而对动力电池进行冷却。

所述电控阀门172设置有两个，分别控制两组喷组173，第一组喷嘴173设置与动力电池箱体175内，从内部对动力电池174进行直接冷却。第二组喷嘴173设置在动力电池箱体175外，从外面对动力电池174进行间接冷却。由于液氮的温度较低，一般对动力电池174直接的冷却会对动力电池造成损害，但在动力电池174破损起火时从外面对动力电池174进行间接的冷却就不能达到灭火的效果，并且此时动力电池已经破损，无法继续使用，因此直接的冷却不会对动力电池造成额外的损害。

所述电控阀门172直接连接在储液瓶171的出口处，目的是减少它们之间不必要的管路，防止管路破损造成液氮的泄露。

所述电动汽车碰撞试验安全监测系统还包括无线传输模块180与远程监控器190，其中无线传输模块180与监控控制器110连接，远程监控器190由试验人员在远程操控，监控控制器110会将实时的电动汽车运行状况参数通过无线传输模块180传递给远程监控器190，试验人员可也以通过远程监控器190进行操控，操控的指令通过无线传输模块180传递给监控控制器110。

本发明还提供了一种电动汽车碰撞试验安全监测方法，具体的步骤为：

步骤一、碰撞试验过程中使用温度传感器实时采集动力电池的温度T₀，使用碰撞传感器采集碰撞信号，并将温度信号和碰撞信号传递给监控控制器。

步骤二、所述监控控制器将碰撞强度分为三个等级，即轻度碰撞、中度碰撞和重度碰撞，并根据采集的碰撞信号将碰撞试验标记为相应的强度等级；同时所述监控控制器根据采集的温度信号计算温度随时间的变化率，以及温度随时间的二阶变化率。

步骤三、监控控制器根据监测的情况作出适当的控制决策。

若判断出碰撞强度为中度碰撞，则开启断电保护器切断动力电池的供电；

若判断出碰撞强度为重度碰撞，则开启断电保护器切断动力电池的供电，同时开启液氮发生器从动力电池箱外对动力电池进行预防性降温；

若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，则开启液氮发生器从动力电池箱外对动力电池进行间接降温，将第一温度阀值T₁设为80摄氏度；

若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，并且温度随时间的二阶变化率大于等于零时，此时表明温度升温的速率过快，电池瞬间就可能发生起火或爆炸，因此需开启液氮发生器从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温，同时假如动力电池起火还能够通过液氮进行灭火；

若采集的温度值大于第二温度阀值T₂，则开启液氮发生器从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温，将第二温度阀值T₂设置为120摄氏度。

作为一种优选的，步骤三中，若判断出碰撞强度为重度碰撞进行预防性降温时液氮发生器上电动阀门的开度为α＝0.2，即在预防性降温时，开度恒定为20％。若采集的温度值大于第二温度阀值T₂，则液氮发生器上电动阀门的开度为α＝1，即当温度超过第二温度阀值T₂是，将电动阀门开启到最大，对动力电池进行直接快速的降温。

在另一实施例中，步骤三中，若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，则液氮发生器上电动阀门的开度为

$\mathrm{\α}=0.2+0.3\·\frac{T_0-T_1}{T_2-T_1}.$

根据上式可知，此时从动力电池箱外对动力电池进行间接降温，电动阀门的开度与温度值T₀成线性关系，开度范围为20％-50％。

在另一实施例中，步骤三中，若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，并且温度随时间的二阶变化率大于等于零时，此时从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温，液氮发生器上电动阀门的开度为

$\mathrm{\α}=sin\[\frac{\mathrm{\π}(T_0-T_1)}{3(T_2-T_1)}+\frac{\mathrm{\π}}{6}\].$

由上式可知，开度与温度值T₀成正弦函数关系，开度范围为50％-100％。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种电动汽车碰撞试验安全监测系统，其特征在于，包括：

监控控制器，其通过CAN总线与电动汽车车载ECU及电池管理系统连接，采集电动汽车以及电池状态信息；

断电保护器，其设置于动力电池总输出端口处，所述断电保护器与监控控制器电连接，在所述监控控制器控制下切断动力电池的供电；

碰撞传感器，其设置于动力电池壳体上，并且与所述监控控制器连接，将采集的碰撞信号传递给监控控制器；

温度传感器，其设置在所述动力电池上，用于检测动力电池的温度，并将温度信号传递给监控控制器；

无线传输模块和远程监控器，所述监控控制器能够通过无线传输模块将电动汽车碰撞时的参数传递给远程监控器；

液氮发生器，其在所述监控控制器控制下，能够产生液氮对动力电池进行冷却。

2.根据权利要求1所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统，其特征在于，所述液氮发生器包括

储液瓶，其设置于远离待碰撞处，并且根据待碰撞强度进行加固，所述储液瓶内存储有液氮；

电控阀门，其设置于储液瓶出口处，所述电控阀门通过监控控制器的控制进行开启或关闭；

喷嘴，其与所述电控阀门连接，当电控阀门开启时使液氮从喷嘴流出，对动力电池进行冷却。

3.根据权利要求2所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统，其特征在于，所述电控阀门设置有两个，分别控制液氮从第一组喷嘴和/或第二组喷组流出；所述第一组喷嘴设置于动力电池箱体内部，以对动力电池进行直接冷却，所述第二组喷嘴设置于动力电池箱体外部，以对动力电池进行间接冷却。

4.根据权利要求3所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统，其特征在于，所述电控阀门直接连接在储液瓶出口上，以减少它们之间的连接管路。

5.根据权利要求1所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统，其特征在于，所述碰撞传感器设置有8个，分别位于前防撞梁、左右A柱、左右B柱、左右C柱以及动力电池箱体上。

6.根据权利要求1所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统，其特征在于，所述温度传感器至少设置有4个，其中在动力电池箱体内至少设置有2个，在动力电池箱体外至少设置有2个，用于检测动力电池箱体内外的温度。

7.一种电动汽车碰撞试验安全监测方法，其特征在于，使用权利要求1-6中任一项所述的电动汽车碰撞试验安全监测系统，并包括如下步骤：

步骤一、碰撞试验过程中使用温度传感器实时采集动力电池的温度T₀，使用碰撞传感器采集碰撞信号，并将温度信号和碰撞信号传递给监控控制器；

步骤二、所述监控控制器将碰撞强度分为三个等级，即轻度碰撞、中度碰撞和重度碰撞，并根据采集的碰撞信号将碰撞试验标记为相应的强度等级；同时所述监控控制器根据采集的温度信号计算温度随时间的变化率；

步骤三、若判断出碰撞强度为中度碰撞，则开启断电保护器切断动力电池的供电；

若判断出碰撞强度为重度碰撞，则开启断电保护器切断动力电池的供电，同时开启液氮发生器从动力电池箱外对动力电池进行预防性降温；

若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，则开启液氮发生器从动力电池箱外对动力电池进行间接降温；

若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，并且温度随时间的二阶变化率大于等于零时，则开启液氮发生器从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温；

若采集的温度值大于第二温度阀值T₂，则开启液氮发生器从动力电池箱内部对动力电池进行直接降温。

8.根据权利要求7所述的电动汽车碰撞试验安全监测方法，其特征在于，步骤三中，若判断出碰撞强度为重度碰撞进行预防性降温时液氮发生器上电动阀门的开度为α＝0.2，若采集的温度值大于第二温度阀值T₂，则液氮发生器上电动阀门的开度为α＝1。

9.根据权利要求8所述的电动汽车碰撞试验安全监测方法，其特征在于，步骤三中，若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，则液氮发生器上电动阀门的开度为

$\mathrm{\α}=0.2+0.3\·\frac{T_0-T_1}{T_2-T_1}.$

10.根据权利要求9所述的电动汽车碰撞试验安全监测方法，其特征在于，步骤三中，若采集的温度值大于第一温度阀值T₁，并且温度随时间的二阶变化率大于等于零时，则液氮发生器上电动阀门的开度为

$\mathrm{\α}=sin\[\frac{\mathrm{\π}(T_0-T_1)}{3(T_2-T_1)}+\frac{\mathrm{\π}}{6}\].$