CN105811029A - 带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱及配套的控制方法 - Google Patents

带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱及配套的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱及配套的控制方法，属于汽车安全领域，包括第一CAN总线、第二CAN总线、第三CAN总线、数个锂电池组、数个BMU采集终端、BMS控制器、灭火器主机、灭火器、VCU控制器、显示屏、手动灭火操作盘和电机控制模块，实现了对火警安全隐患的预警，实现了电池箱预警处理无效后或突然起火后而进行的自动灭火功能。

Description

带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱及配套的控制方法
技术领域
本发明属于汽车安全领域。
背景技术
随着我国对新能源领域的政策支持，尤其是汽车新能源领域的支持，最近几年我国以新能源为主题的纯电动车汽车的发展一片叫好，各家新能源汽车厂如雨后春笋般地竞相出现。纯电动汽车的发展理所当然的带动了动力锂电池的发展，但是综合目前我国动力电池领域的情况开看，一味的追求产量却忽略了最重要的安全系统。电池在充电过程中会产生大量的热量，导致电芯周边部件的温度增加，锂电池在充电过程中，一旦BMS管理系统出现故障，发生过充现象，那么电芯的温度也将会导致箱体的起火。
电池箱在放电过程中同样会发生和充电时一样的状况，尤其在汽车行驶工况较差，电机需求功率持续增加的情况下，电池内电流可以达到400A，局部升高的温度很有可能导致起火烧毁周边的部件，进而导致高压短路，酿成更大的灾祸。夏天的气温非常高，尤其路面温度，可以达到40多摄氏度，受到路面烘烤的电池箱，内部的温度也将会非常高，这样也是起火自燃的隐患之一。
目前市场上生产的动力锂电池箱体结构单一，动力电池箱总成由电芯单体以串并联形式组成模组，模组再通过串联形式组成PACK，这样的结构简单，成本相对较低，但是却缺少相应的主动安全系统，就像汽车缺少ABS即ESP等主动安全系统一样可怕。
发明内容
本发明的目的是提供带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱及配套的控制方法，实现了对火警安全隐患的预警，实现了电池箱预警处理无效后或突然起火后而进行的自动灭火功能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱，包括第一CAN总线、第二CAN总线、第三CAN总线、数个锂电池组、数个BMU采集终端、BMS控制器、灭火器主机、灭火器、VCU控制器、显示屏、手动灭火操作盘和电机控制模块，BMS控制器设有第一CAN总线接口、第二CAN总线接口和第三CAN总线接口，VCU控制器和灭火器主机均设有CAN总线接口，所述VCU控制器的CAN接口通过第一CAN总线与所述第一CAN总线接口连接，所述灭火器主机的CAN总线接口通过第二CAN总线与所述第二CAN总线接口连接；
VCU控制器设有第一串口、电机控制端和按键输入端，所述电机控制端为一组IO口，所述按键输入端为一组IO口，显示屏的输入端与所述第一串口连接，手动灭火操作盘的输出端与所述按键输入端连接，电机控制模块的输入端与所述电机控制端连接；
灭火器主机设有火警数据采集端和灭火控制端，所述火警数据采集端为一组IO口，所述灭火控制端为一组IO口，每一个锂电池组均设有火警数据输出端和电压温度数据输出端，每一个BMU采集终端均设有数据输入端和CAN总线输出端，每一个锂电池组的火警数据输出端均与所述火警数据采集端连接，每一个锂电池组的电压温度数据输出端均对应连接一个所述BMU采集终端的数据输入端，所述BMU采集终端的数据输入端为一组IO口，每一个所述BMU采集终端的CAN总线输出端均通过第三CAN总线连接所述第三CAN总线接口；
灭火器设有灭火器控制模块，所述灭火器控制模块与所述灭火控制端电连接；
每一个锂电池组均包括数个锂电池、数个电压采集模块、数个温度采集模块、温度探测器、气体探测器、烟雾探测器和火焰探测器，每一个锂电池的输出端均连接一个电压采集模块的输入端，每一个锂电池的旁边均设有一个温度采集模块，每一个锂电池组中的所有温度采集模块的输出端和所述电压采集模块的输出端组成了该锂电池组的电压温度数据输出端，每一个锂电池组中的温度探测器输出端、气体探测器输出端、烟雾探测器输出端和火焰探测器输出端组成了该锂电池组的火警数据输出端。
所述电机控制端、所述按键输入端、所述火警数据采集端、所述灭火控制端和所述BMU采集终端的数据输入端分别由一组IO口组成。
所述带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱在负极输出端还设有负极接触器，所述负极接触器与所述BMS控制器连接。
与带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱配套的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：每一个BMU采集终端实时采集与其所对应的锂电池组中的电压数据和温度数据；同时灭火器主机实时采集每一个锂电池组的火警数据，并生成火警数据CAN报文；
步骤2：每一个BMU将电压数据和温度数据处理成电压温度CAN报文，并通过CAN总线将所述电压温度CAN报文上传给BMS控制器；
步骤3：BMS控制器与灭火器主机通过CAN总线交互火警数据CAN报文和电压温度CAN报文；
步骤4：BMS控制器将火警数据CAN报文和电压温度CAN报文全部通过CAN总线上传给VCU控制器，VCU控制器处理火警数据CAN报文和电压温度CAN，并显示在显示屏上；
步骤5：灭火器主机也根据火警数据CAN报文和电压温度CAN报文判断是否起火，灭火器主机判定起火的优先级高于BMS控制器；如灭火器主机判断起火，则执行步骤10；否则执行步骤6；
步骤6：BMS控制器根据火警数据CAN报文和电压温度CAN报文判断是否起火；是，则执行步骤10，否，则执行步骤7；
步骤7：BMS控制器根据电压温度CAN报文判断电池温度是否过高；是，则BMS控制器向VCU控制器发出报警报文，VCU控制器通过电机控制模块控制电机减速，减少电池输出功率；否，则不发报警报文；
步骤8：BMS控制器实时采集电压温度CAN报文，并实时判断电池箱温度是否下降；如下降，则在温度下降到正常时，BMS控制器向VCU控制器发送恢复报文，VCU控制器通过电机控制模块控制电机恢复正常转速；如未下降，则在温度达到起火点时，BMS控制器向灭火器主机发送灭火报文，并执行步骤8；
步骤9：VCU判断是否有人为按下手动灭火操作盘；是，则执行步骤10；否，则不动作；
步骤10：BMS控制器控制负极接触器断开，灭火器主机控制灭火器灭火。
本发明所述的带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱及配套的控制方法，实现了对火警安全隐患的预警，实现了电池箱预警处理无效后或突然起火后而进行的自动灭火功能，本发明非常有效的和电池管理系统BMS实现交互，更高效的对电池箱内部的既定位置温度及电池单元进行数据采集，实现预期的判断；本发明结合高效的灭火系统，当发生紧急火情，BMU反馈信号给电池管理系统主机BMS，BMS可以迅速下达指令给灭火器主机，进行有效的火情扑灭；本发明成本低，在有效的控制成本的基础上，大大的增加了锂电池箱的安全性；本发明通过监控采集电池箱内部环境数据，利用BMS及灭火主机系统的交互功能实时监控危险点状态及燃烧阶段，将热失控过程中的潜伏阶段、可见烟阶段、高温阶段及明火阶段通过BMS系统实现分级预警及手动启动灭火器。
附图说明
图1是本发明的总硬件方框图；
图2是本发明的锂电池组硬件方框图；
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱，包括第一CAN总线、第二CAN总线、第三CAN总线、数个锂电池组、数个BMU采集终端、BMS控制器、灭火器主机、灭火器、VCU控制器、显示屏、手动灭火操作盘和电机控制模块，BMS控制器设有第一CAN总线接口、第二CAN总线接口和第三CAN总线接口，VCU控制器和灭火器主机均设有CAN总线接口，所述VCU控制器的CAN接口通过第一CAN总线与所述第一CAN总线接口连接，所述灭火器主机的CAN总线接口通过第二CAN总线与所述第二CAN总线接口连接；
VCU控制器设有第一串口、电机控制端和按键输入端，显示屏的输入端与所述第一串口连接，手动灭火操作盘的输出端与所述按键输入端连接，电机控制模块的输入端与所述电机控制端连接；
灭火器主机设有火警数据采集端和灭火控制端，每一个锂电池组均设有火警数据输出端和电压温度数据输出端，每一个BMU采集终端均设有数据输入端和CAN总线输出端，每一个锂电池组的火警数据输出端均与所述火警数据采集端连接，每一个锂电池组的电压温度数据输出端均对应连接一个所述BMU采集终端的数据输入端，每一个所述BMU采集终端的CAN总线输出端均通过第三CAN总线连接所述第三CAN总线接口；
灭火器设有灭火器控制模块，所述灭火器控制模块与所述灭火控制端电连接；
如图2所示，每一个锂电池组均包括数个锂电池、数个电压采集模块、数个温度采集模块、温度探测器、气体探测器、烟雾探测器和火焰探测器，每一个锂电池的输出端均连接一个电压采集模块的输入端，每一个锂电池的旁边均设有一个温度采集模块，每一个锂电池组中的所有温度采集模块的输出端和所述电压采集模块的输出端组成了该锂电池组的电压温度数据输出端，每一个锂电池组中的温度探测器输出端、气体探测器输出端、烟雾探测器输出端和火焰探测器输出端组成了该锂电池组的火警数据输出端。
所述电机控制端、所述按键输入端、所述火警数据采集端、所述灭火控制端和所述BMU采集终端的数据输入端分别由一组IO口组成。
所述带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱在负极输出端还设有负极接触器，所述负极接触器与所述BMS控制器连接。
本发明通过集成温度、气体、烟雾、火焰等多种探测传感器，实现对电池热失控多种状况的探测，本发明对电池箱多种数据进行全周期、连续性监测，保证对车辆电池工作状况的完整监控，在出现异常情况时，系统通过自带的大容量存储装置，可以将异常点前连续的监测数据进行存储，具有黑匣子功能，方便后期检测维护，通过多点监控、实时监测，及时发现电池工作中的异常状况，实现自动提前报警功能，本发明根据电池工况数据的检测情况，根据轻重缓急实现强弱分级报警，便于分辨异常状况做出相应处置方式，火灾探测自动启动灭火，紧急状况下手动启动灭火，双重保障及时灭火，本发明探测器采用1+N式的分布方式，一辆新能源车的电池箱可以分多处放置探测器，多点同时监测，集中监控，智能识别火灾点，高效灭火，具有长时间抑制作用，防止电池复燃，减少车辆电池损失。
实施例2：
如图3所示，与带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱配套的控制方法，是通过实施例1所述的带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱实现的，其包括如下步骤：
步骤1：每一个BMU采集终端实时采集与其所对应的锂电池组中的电压数据和温度数据；同时灭火器主机实时采集每一个锂电池组的火警数据，并生成火警数据CAN报文；
步骤2：每一个BMU将电压数据和温度数据处理成电压温度CAN报文，并通过CAN总线将所述电压温度CAN报文上传给BMS控制器；
步骤3：BMS控制器与灭火器主机通过CAN总线交互火警数据CAN报文和电压温度CAN报文；本发明通过监控采集电池箱内部环境数据，利用BMS及灭火主机系统的交互功能实时监控危险点状态及燃烧阶段，将热失控过程中的潜伏阶段、可见烟阶段、高温阶段及明火阶段通过BMS系统实现分级预警及手动启动灭火器；
步骤4：BMS控制器将火警数据CAN报文和电压温度CAN报文全部通过CAN总线上传给VCU控制器，VCU控制器处理火警数据CAN报文和电压温度CAN，并显示在显示屏上；
步骤5：灭火器主机也根据火警数据CAN报文和电压温度CAN报文判断是否起火，灭火器主机判定起火的优先级高于BMS控制器；如灭火器主机判断起火，则执行步骤10；否则执行步骤6；
步骤6：BMS控制器根据火警数据CAN报文和电压温度CAN报文判断是否起火；是，则执行步骤10，否，则执行步骤7；
步骤7：BMS控制器根据电压温度CAN报文判断电池温度是否过高；是，则BMS控制器向VCU控制器发出报警报文，VCU控制器通过电机控制模块控制电机减速，减少电池输出功率；否，则不发报警报文；
步骤8：BMS控制器实时采集电压温度CAN报文，并实时判断电池箱温度是否下降；如下降，则在温度下降到正常时，BMS控制器向VCU控制器发送恢复报文，VCU控制器通过电机控制模块控制电机恢复正常转速；如未下降，则在温度达到起火点时，BMS控制器向灭火器主机发送灭火报文，并执行步骤8；
步骤9：VCU判断是否有人为按下手动灭火操作盘；是，则执行步骤10；否，则不动作；
步骤10：BMS控制器控制负极接触器断开，灭火器主机控制灭火器灭火。
本发明实现了对火警安全隐患的预警，实现了电池箱预警处理无效后或突然起火后而进行的自动灭火功能，本发明非常有效的和电池管理系统BMS实现交互，更高效的对电池箱内部的既定位置温度及电池单元进行数据采集，实现预期的判断；本发明结合高效的灭火系统，当发生紧急火情，BMU反馈信号给电池管理系统主机BMS，BMS可以迅速下达指令给灭火器主机，进行有效的火情扑灭；本发明成本低，在有效的控制成本的基础上，大大的增加了锂电池箱的安全性；本发明通过监控采集电池箱内部环境数据，利用BMS及灭火主机系统的交互功能实时监控危险点状态及燃烧阶段，将热失控过程中的潜伏阶段、可见烟阶段、高温阶段及明火阶段通过BMS系统实现分级预警及手动启动灭火器。

Claims (4)

1.带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱，其特征在于：包括第一CAN总线、第二CAN总线、第三CAN总线、数个锂电池组、数个BMU采集终端、BMS控制器、灭火器主机、灭火器、VCU控制器、显示屏、手动灭火操作盘和电机控制模块，BMS控制器设有第一CAN总线接口、第二CAN总线接口和第三CAN总线接口，VCU控制器和灭火器主机均设有CAN总线接口，所述VCU控制器的CAN接口通过第一CAN总线与所述第一CAN总线接口连接，所述灭火器主机的CAN总线接口通过第二CAN总线与所述第二CAN总线接口连接；
VCU控制器设有第一串口、电机控制端和按键输入端，显示屏的输入端与所述第一串口连接，手动灭火操作盘的输出端与所述按键输入端连接，电机控制模块的输入端与所述电机控制端连接；
灭火器主机设有火警数据采集端和灭火控制端，每一个锂电池组均设有火警数据输出端和电压温度数据输出端，每一个BMU采集终端均设有数据输入端和CAN总线输出端，每一个锂电池组的火警数据输出端均与所述火警数据采集端连接，每一个锂电池组的电压温度数据输出端均对应连接一个所述BMU采集终端的数据输入端，每一个所述BMU采集终端的CAN总线输出端均通过第三CAN总线连接所述第三CAN总线接口；
灭火器设有灭火器控制模块，所述灭火器控制模块与所述灭火控制端电连接；
每一个锂电池组均包括数个锂电池、数个电压采集模块、数个温度采集模块、温度探测器、气体探测器、烟雾探测器和火焰探测器，每一个锂电池的输出端均连接一个电压采集模块的输入端，每一个锂电池的旁边均设有一个温度采集模块，每一个锂电池组中的所有温度采集模块的输出端和所述电压采集模块的输出端组成了该锂电池组的电压温度数据输出端，每一个锂电池组中的温度探测器输出端、气体探测器输出端、烟雾探测器输出端和火焰探测器输出端组成了该锂电池组的火警数据输出端。
2.如权利要求1所述的带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱，其特征在于：所述电机控制端、所述按键输入端、所述火警数据采集端、所述灭火控制端和所述BMU采集终端的数据输入端分别由一组IO口组成。
3.如权利要求1所述的带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱，其特征在于：所述带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱在负极输出端还设有负极接触器，所述负极接触器与所述BMS控制器连接。
4.与带有主动安全系统的汽车动力锂电池箱配套的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：每一个BMU采集终端实时采集与其所对应的锂电池组中的电压数据和温度数据；同时灭火器主机实时采集每一个锂电池组的火警数据，并生成火警数据CAN报文；
步骤2：每一个BMU将电压数据和温度数据处理成电压温度CAN报文，并通过CAN总线将所述电压温度CAN报文上传给BMS控制器；
步骤3：BMS控制器与灭火器主机通过CAN总线交互火警数据CAN报文和电压温度CAN报文；
步骤4：BMS控制器将火警数据CAN报文和电压温度CAN报文全部通过CAN总线上传给VCU控制器，VCU控制器处理火警数据CAN报文和电压温度CAN，并显示在显示屏上；
步骤5：灭火器主机也根据火警数据CAN报文和电压温度CAN报文判断是否起火，灭火器主机判定起火的优先级高于BMS控制器；如灭火器主机判断起火，则执行步骤10；否则执行步骤6；
步骤6：BMS控制器根据火警数据CAN报文和电压温度CAN报文判断是否起火；是，则执行步骤10，否，则执行步骤7；
步骤7：BMS控制器根据电压温度CAN报文判断电池温度是否过高；是，则BMS控制器向VCU控制器发出报警报文，VCU控制器通过电机控制模块控制电机减速，减少电池输出功率；否，则不发报警报文；
步骤8：BMS控制器实时采集电压温度CAN报文，并实时判断电池箱温度是否下降；如下降，则在温度下降到正常时，BMS控制器向VCU控制器发送恢复报文，VCU控制器通过电机控制模块控制电机恢复正常转速；如未下降，则在温度达到起火点时，BMS控制器向灭火器主机发送灭火报文，并执行步骤8；
步骤9：VCU判断是否有人为按下手动灭火操作盘；是，则执行步骤10；否，则不动作；
步骤10：BMS控制器控制负极接触器断开，灭火器主机控制灭火器灭火。
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Denomination of invention: Automobile power lithium battery box with active safety system and supporting control method

Effective date of registration: 20220920

Granted publication date: 20180612

Pledgee: Jiangsu Zijin Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jiangdu sub branch

Pledgor: JIANGSU JOYLONG AUTOMOBILE Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980015755

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Date of cancellation: 20230907

Granted publication date: 20180612

Pledgee: Jiangsu Zijin Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jiangdu sub branch

Pledgor: JIANGSU JOYLONG AUTOMOBILE Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980015755