CN106240374A - 一种新能源汽车的安全管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种新能源汽车的安全管理系统及方法，包括安全控制器、储能装置管理器、碰撞控制器、绝缘监控仪和烟雾探测器；所述储能装置管理器安装在汽车高压系统内部，碰撞控制器安装在高压设备仓内，储能装置管理器、碰撞控制器及绝缘监控仪和烟雾探测器分别通过CAN总线与安全控制器连接，所述安全控制器还与高压系统的执行机构连接，安全控制器内置通信模块。本发明能够全面监控新能车辆的各项安全隐患，及时发现和处理各种安全问题，有效避免新能源车辆因安全问题而烧毁。

Description

一种新能源汽车的安全管理系统及方法

技术领域

本发明车辆安全技术领域，特别涉及一种新能源汽车的安全管理系统及方法。

背景技术

新能源汽车采用了超级电容、锂电池高压储能装置，应用电压高，最高可达700V，超级电容、锂电池高压储能装置位于高压设备仓中。当高压系统出现异常时（异常主要有电流、电压、温度等），容易引发火灾，烧毁车辆，并有可能对车上人员造成伤害。而当前新能源车辆的安全保护措施不够完整，一般只能监控储能装置的绝缘电阻和总电压、总电流，没有对车辆碰撞可能引起的隐患进行有效监控，且各项参数没有进行统一管理，经常导致误报、漏报情况的产生，影响车辆运行和车辆安全。

另外，在深夜车辆停运期间，缺少有效的监控管理方法，当遇到某一车辆因电池内部短路故障烧毁的情况时，因发生在深夜，管理员发现火情较晚，将导致故障车辆附近的几辆车也被烧毁，损失严重。

有鉴于此，本发明人对新能源汽车的安全管理进行深入研究，特别研制出一种能够全面监控新能车辆的各项安全隐患，及时发现、处理各种安全问题，且能够有效避免新能源车辆因安全问题而烧毁的安全管理系统，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源汽车的安全管理系统及方法，系统能够全面监控新能车辆的各项安全隐患，及时发现和处理各种安全问题，有效避免新能源车辆因安全问题而烧毁。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种新能源汽车的安全管理系统，包括安全控制器、储能装置管理器、碰撞控制器、绝缘监控仪和烟雾探测器；所述储能装置管理器安装在汽车高压系统内部，碰撞控制器安装在高压设备仓内，储能装置管理器、碰撞控制器及绝缘监控仪和烟雾探测器分别通过CAN总线与安全控制器连接，所述安全控制器还与高压系统的执行机构连接，安全控制器内置通信模块；

所述储能装置管理器用于监测储能系统总电压、总电流和内部温度数据，并将总电压、总电流和内部温度参数发送至安全控制器；

所述碰撞控制器用于监测高压储能装置的碰撞数据，并将碰撞数据发送至安全控制器；

所述绝缘监控仪用于监测高压储能系统的绝缘电阻数据，并将绝缘电阻数据发送至安全控制器；

所述烟雾探测器用于监测高压设备仓的环境温度数据和可燃气体浓度数据，并将环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据发送至安全控制器；

所述安全控制器用于对所述的总电压、总电流、内部温度、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据和可燃气体浓度数据进行管理和计算，并在任一项数据出现异常时向高压系统的执行机构发送安全控制信号，由通信模块向移动智能终端发送报警信号。

所述安全控制器具体包括CAN模块、数据处理模块和通信模块，CAN模块分别与储能装置管理器、碰撞控制器、绝缘监控仪、烟雾探测器以及数据处理模块连接，通信模块与数据处理模块连接；CAN模块用于接收总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据，并将这些数据转发至数据处理模块；数据处理模块用于统一管理这些数据，并计算总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据是否超过各项数据所对应的报警阈值，在任一项数据超过报警阈值时数据处理模块产生安全控制信号和报警信号，安全控制信号由CAN模块转发至高压系统的执行机构，报警信号由通信模块发送至移动智能终端。

所述通信模块为GPS+GPRS二合一的无线收发通信模块。

所述绝缘监控仪应安装在汽车高压系统中高压继电器输入端的前端。

一种新能源汽车的安全管理方法，包括以下步骤：

S1.在安全控制器设置各项数据的报警阈值，报警阈值包括总电压阈值、总电流阈值、内部温度阈值、碰撞阈值、绝缘电阻阈值、环境温度阈值和可燃气体浓度阈值；

S2.储能装置管理器实时监测储能系统总电压、总电流和内部温度数据，并将总电压、总电流和内部温度参数发送至安全控制器；碰撞控制器实时监测高压储能装置的碰撞数据，并将碰撞数据发送至安全控制器；绝缘监控仪实时监测高压储能系统的绝缘电阻数据，并将绝缘电阻数据发送至安全控制器；所述烟雾探测器实时监测高压设备仓的环境温度数据和可燃气体浓度数据，并将环境温度数据和可燃气体浓度数据发送至安全控制器；

S3.安全控制器统一管理总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据，并判断这些数据是否分别超过了对应的总电压阈值、总电流阈值、内部温度阈值、碰撞阈值、绝缘电阻阈值、环境温度阈值、颗粒浓度阈值和可燃气体浓度阈值，如果任一项数据超过报警阈值，数据处理模块产生安全控制信号和报警信号；

S4.安全控制信号由CAN模块转发至高压系统的执行机构，报警信号由通信模块发送至移动智能终端。

所述总电压阈值包括最高电压阈值和最低电压阈值，最高电压阈值为700V，最低电压阈值为320V，电流阈值为350A，内部温度阈值为60℃；

所述碰撞数据为碰撞加速度，对应的碰撞阈值为28g，其中，g为重力加速度；

所述绝缘电阻阈值R = U×150Ω，其中U为动力电池组额定工作电压；

所述环境温度阈值为80℃，可燃气体浓度数据包括CO浓度数据、H2浓度数据、NO浓度数据和C₂H₄浓度数据，对应的CO浓度阈值为225ppm、H₂浓度阈值为750ppm、NO浓度阈值为875ppm，C₂H₄浓度阈值为188ppm。

采用上述技术方案后，本发明具有以下优点：

一、系统可以全面监控新能车辆的各项安全隐患，及时发现高压系统电压电流过高或过低、内部温度过高的问题，发现绝缘电阻是否因进水或短路而过高的问题、发现高压设备仓内的高压储能装置是否严重碰撞的问题以及发现高压设备仓内可燃气体浓度和温度是否过高的问题，在出现问题是及时控制高压系统的执行机构采取切断高压输出、切断驱动电机的转矩信号等安全保护措施，有效避免新能源车辆因安全问题而烧毁；

二、系统可以24小时全方位的对新能源汽车进行保护管理，安全性能高；

三、系统通过通信模块将报警信号发送至移动智能终端，让车辆管理员获知，通讯信息可以为短信、微信等形式，应急处理措施快捷方便；

二、系统结构简单，监控全面，采用汽车通用标准，同时可对系统进行扩展，适用于各种新能源车型，便于普及应用。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明一种新能源汽车的安全管理系统的结构简图；

图2和3是本发明的烟雾探测器安装结构示意图；

图4是本发明碰撞控制器的结构示意图；

图5是本发明绝缘监控仪的结构示意图。

安全控制器1，CAN模块11，数据处理模块12，通信模块13，储能装置管理器2，碰撞控制器3，碰撞信号处理模块31，绝缘监控仪4，线性检测模块41，烟雾探测器5，CAN总线6，高压设备仓7。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示的一种新能源汽车的安全管理系统，包括安全控制器1、储能装置管理器2、碰撞控制器3、绝缘监控仪4和烟雾探测器5；所述储能装置管理器2安装在汽车高压系统内部，碰撞控制器3安装在高压设备仓内，储能装置管理器2、碰撞控制器3及绝缘监控仪4和烟雾探测器5分别通过CAN总线6与安全控制器1连接，所述安全控制器1还与高压系统的执行机构连接，安全控制器1内置通信模块13；

储能装置管理器2用于监测储能系统总电压、总电流和内部温度数据，并将总电压、总电流和内部温度参数发送至安全控制器1；通过检测总电压和总电流，判断高压系统工作指标是否超过限制，并通过储能装置内部的多个温度传感器实时监测储能装置的工作温度，确保储能装置工作性能达到最佳，并防止储能装置过温，并可提高超级电容或锂电池这些储能装置的工作寿命；

碰撞控制器3用于监测高压储能装置的碰撞数据，并将碰撞数据发送至安全控制器；如图4所示，具体是碰撞控制器与若干个碰撞传感器3连接，碰撞控制器3内置有碰撞信号处理模块31，碰撞传感器将碰撞信息发送个碰撞控制器3，再由碰撞信号处理模块31将碰撞数据传给安全控制器1，碰撞数据只要是指碰撞传感器检测到碰撞加速度峰值，碰撞加速度峰值越大说明高压储能装置收到的碰撞越严重，损毁的可能性越大，当检测到碰撞数据超过阈值是，要求车辆应切断高压输出，并停止车辆行驶，以确保车辆高压系统安全；

绝缘监控仪4用于监测高压储能系统的绝缘电阻数据，并将绝缘电阻数据发送至安全控制器1；当出现搭铁短路或进水时，绝缘监测仪4会监控到绝缘电阻阻值小于规定值，即下述的绝缘电阻阈值，这时应切断高压输出，并停止车辆行驶，以确保车辆高压系统安全，如图5所示，本实施例绝缘监控仪4内置有两个线性检测模块41；

烟雾探测器5用于监测高压设备仓的环境温度数据、燃烧颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据，并将环境温度数据和可燃气体浓度数据发送至安全控制器；如图2和图3所示，烟雾探测器通过侧板或顶板安装在高压设备仓7内；

安全控制器1用于对所述的总电压、总电流、内部温度、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据和可燃气体浓度数据进行管理和计算，并在任一项数据出现异常时向高压系统的执行机构发送安全控制信号，由通信模块13向移动智能终端发送报警信号。

安全控制器1具体包括CAN模块11、数据处理模块12和通信模块13，CAN模块11分别与储能装置管理器2、碰撞控制器3、绝缘监控仪4、烟雾探测器5以及数据处理模块12连接，通信模块13与数据处理模块连接；CAN模块用于接收总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、燃烧颗粒浓度数据和和可燃气体浓度数据，并将这些数据转发至数据处理模块；数据处理模块用于统一管理这些数据，并计算总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、燃烧颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据是否超过各项数据所对应的报警阈值，在任一项数据超过报警阈值时数据处理模块产生安全控制信号和报警信号，安全控制信号由CAN模块转发至高压系统的执行机构，报警信号由通信模块发送至移动智能终端。

通信模块为GPS+GPRS二合一的无线收发通信模块。

绝缘监控仪应安装在汽车高压系统中高压继电器输入端的前端。

基于上述新能源汽车的安全管理系统的一种新能源汽车的安全管理方法，包括以下步骤：

S1.在安全控制器1设置各项数据的报警阈值，报警阈值包括总电压阈值、总电流阈值、内部温度阈值、碰撞阈值、绝缘电阻阈值、环境温度阈值、燃烧颗粒浓度阈值和可燃气体浓度阈值；

S2.储能装置管理器2实时监测储能系统总电压、总电流和内部温度数据，并将总电压、总电流和内部温度参数发送至安全控制器1；碰撞控制器3实时监测高压储能装置的碰撞数据，并将碰撞数据发送至安全控制器1；绝缘监控仪4实时监测高压储能系统的绝缘电阻数据，并将绝缘电阻数据发送至安全控制器1；所述烟雾探测器5实时监测高压设备仓的环境温度数据、燃烧颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据，并将环境温度数据和可燃气体浓度数据发送至安全控制器1；

S3.安全控制器1统一管理总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据和可燃气体浓度数据，并判断这些数据是否分别超过了对应的总电压阈值、总电流阈值、内部温度阈值、碰撞阈值、绝缘电阻阈值、环境温度阈值、燃烧颗粒浓度阈值和可燃气体浓度阈值，如果任一项数据超过报警阈值，数据处理模块12产生安全控制信号和报警信号；

S4.安全控制信号由CAN模块11转发至高压系统的执行机构，报警信号由通信模块发送至移动智能终端。

总电压阈值包括最高电压阈值和最低电压阈值，高电压阈值为700V，最低电压阈值为320V，电流阈值为350A，内部温度阈值为60℃；高压系统工作总电流超过额定限值于350A，可能因为过流而导致高压系统控制器损坏，严重时会引起火灾，如果高压系统工作总电流超过额定限值于700V，可能因为过流而导致高压系统控制器损坏，严重时会引起火灾，而低于320V系统保护，不会有事故风险，事故风险通常是在过压、过流、过温、绝缘低漏电、烟雾着火等情况下火灾风险因素高，新能源车辆因应用电压范围在320 V ~700V范围内，且车用电动机的额定功率不一致，其总电压阈值根据应用车型的高压系统应用情况而定，该阈值通过软件设定的方式写入安全控制器的数据处理模块；

碰撞数据为碰撞加速度，对应的碰撞阈值为28g，其中，g为重力加速度；

根据国标GB/T18384.3中的要求，在最大工作电压下，直流电路绝缘电阻的最小值应至少大于100Ω/V，因此绝缘电阻阈值R = U×150Ω，其中U为动力电池组额定工作电压；其中绝缘电阻监测采用低频注入法检测直流电路绝缘电阻，具有精度高，可靠性高的特点；

环境温度阈值为80℃，可燃气体浓度数据包括CO浓度数据、H₂浓度数据、NO浓度数据和C₂H₄浓度数据，对应的CO浓度阈值为225ppm、H₂浓度阈值为750ppm、NO浓度阈值为875ppm，C₂H₄浓度阈值为188ppm，燃烧颗粒浓度数据包括，烟雾颗粒浓度数据和灰尘颗粒浓度数据，对应的烟雾颗粒浓度阈值为3000个/0.1L，灰尘颗粒浓度阈值为≥3000个/0.1L或≥6000个/0.1L，颗粒浓度还可对应于另一项监测指标——减光率，其阈值为4%/foot(UL217)，具体可参照下表1。

表1：烟雾探测器监测数据的阈值

以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (6)

1.一种新能源汽车的安全管理系统，其特征在于：包括安全控制器、储能装置管理器、碰撞控制器、绝缘监控仪和烟雾探测器；所述储能装置管理器安装在汽车高压系统内部，碰撞控制器安装在高压设备仓内，储能装置管理器、碰撞控制器及绝缘监控仪和烟雾探测器分别通过CAN总线与安全控制器连接，所述安全控制器还与高压系统的执行机构连接，安全控制器内置通信模块；

所述储能装置管理器用于监测储能系统总电压、总电流和内部温度数据，并将总电压、总电流和内部温度参数发送至安全控制器；

所述碰撞控制器用于监测高压储能装置的碰撞数据，并将碰撞数据发送至安全控制器；

所述绝缘监控仪用于监测高压储能系统的绝缘电阻数据，并将绝缘电阻数据发送至安全控制器；

所述烟雾探测器用于监测高压设备仓的环境温度数据和可燃气体浓度数据，并将环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据发送至安全控制器；

所述安全控制器用于对所述的总电压、总电流、内部温度、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据和可燃气体浓度数据进行管理和计算，并在任一项数据出现异常时向高压系统的执行机构发送安全控制信号，由通信模块向移动智能终端发送报警信号。

2.如权利要求1所述的一种新能源汽车的安全管理系统，其特征在于：所述安全控制器具体包括CAN模块、数据处理模块和通信模块，CAN模块分别与储能装置管理器、碰撞控制器、绝缘监控仪、烟雾探测器以及数据处理模块连接，通信模块与数据处理模块连接；CAN模块用于接收总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据，并将这些数据转发至数据处理模块；数据处理模块用于统一管理这些数据，并计算总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据是否超过各项数据所对应的报警阈值，在任一项数据超过报警阈值时数据处理模块产生安全控制信号和报警信号，安全控制信号由CAN模块转发至高压系统的执行机构，报警信号由通信模块发送至移动智能终端。

3.如权利要求2所述的一种新能源汽车的安全管理系统，其特征在于：所述通信模块为GPS+GPRS二合一的无线收发通信模块。

4.如权利要求1所述的一种新能源汽车的安全管理系统，其特征在于：所述绝缘监控仪应安装在汽车高压系统中高压继电器输入端的前端。

5.一种新能源汽车的安全管理方法，通过一种新能源汽车的安全管理系统实行，该安全管理系统包括安全控制器、储能装置管理器、碰撞控制器、绝缘监控仪和烟雾探测器；所述储能装置管理器安装在汽车高压系统内部，碰撞控制器安装在高压设备仓内，储能装置管理器、碰撞控制器及绝缘监控仪和烟雾探测器分别通过CAN总线与安全控制器连接，所述安全控制器还与高压系统的执行机构连接，安全控制器内置通信模块；其特征在于，包括以下步骤：

S1.在安全控制器设置各项数据的报警阈值，报警阈值包括总电压阈值、总电流阈值、内部温度阈值、碰撞阈值、绝缘电阻阈值、环境温度阈值和可燃气体浓度阈值；

S2.储能装置管理器实时监测储能系统总电压、总电流和内部温度数据，并将总电压、总电流和内部温度参数发送至安全控制器；碰撞控制器实时监测高压储能装置的碰撞数据，并将碰撞数据发送至安全控制器；绝缘监控仪实时监测高压储能系统的绝缘电阻数据，并将绝缘电阻数据发送至安全控制器；所述烟雾探测器实时监测高压设备仓的环境温度数据和可燃气体浓度数据，并将环境温度数据和可燃气体浓度数据发送至安全控制器；

S3.安全控制器统一管理总电压数据、总电流数据、内部温度数据、碰撞数据、绝缘电阻数据、环境温度数据、颗粒浓度数据和可燃气体浓度数据，并判断这些数据是否分别超过了对应的总电压阈值、总电流阈值、内部温度阈值、碰撞阈值、绝缘电阻阈值、环境温度阈值、颗粒浓度阈值和可燃气体浓度阈值，如果任一项数据超过报警阈值，数据处理模块产生安全控制信号和报警信号；

S4.安全控制信号由CAN模块转发至高压系统的执行机构，报警信号由通信模块发送至移动智能终端。

6.如权利要求5所述的一种新能源汽车的安全管理方法，其特征在于：所述总电压阈值包括最高电压阈值和最低电压阈值，最高电压阈值为700V，最低电压阈值为320V，电流阈值为350A，内部温度阈值为60℃；

所述碰撞数据为碰撞加速度，对应的碰撞阈值为28g，其中，g为重力加速度；

所述绝缘电阻阈值R = U×150Ω，其中U为动力电池组额定工作电压；

所述环境温度阈值为80℃，可燃气体浓度数据包括CO浓度数据、H2浓度数据、NO浓度数据和C₂H₄浓度数据，对应的CO浓度阈值为225ppm、H₂浓度阈值为750ppm、NO浓度阈值为875ppm，C₂H₄浓度阈值为188ppm。