CN108790828A - 基于新型电池箱体的电动汽车火情主动响应与辅助自救系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纯电动汽车智能硬件和汽车服务技术领域，涉及一种动力电池箱体及基于电动汽车的车载火情主动响应与辅助自救系统。该系统包括感知层、决策层和执行层，感知层和执行层均与决策层连接，感知层将传感器信号传递给决策层，决策层将通过微处理器将传感器信号处理为控制信号，并传递给执行层；感知层包括温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器和座椅压力传感器；决策层为由单片机构成的微处理器；执行层包括延时模块、报警模块、GPS定位模块、事故辅助模块、汽车巡航控制系统CCS和指示灯模块。根据电池箱内出现的不同异常情况，采取相应的技术措施来限制车速并向驾驶员做相应的提示，以保护电池并为驾驶员提供人性化的事故后处理服务。
Description
技术领域
本发明属于纯电动汽车智能硬件和汽车服务技术领域，涉及一种基于新型电池箱体的电动汽车火情主动响应与辅助自救系统。
背景技术
随着电动汽车在市场上用量的增加，因锂电池起火而引起的火灾事故也逐渐增多，给人们的生命财产造成了损失，电动汽车火灾事故也逐渐成为媒体舆论的焦点，如某电动出租车在闹市区自燃，某电动出租车碰撞起火，某城市客车在充电站起火等事件，都引起了社会各界的广泛关注。
现有的电动汽车动力电池防火技术多为被动安全领域，即动力电池箱阻燃防火设计或应急灭火装置设计。其中动力电池箱阻燃防火设计初衷是防止火焰蔓延到驾驶室，采用在电池箱体内壁贴附一单元阻燃材料的措施，延缓电池组燃烧向箱外扩散，起到对动力电池第一单元的阻燃防火作用，或者在驾驶室内座椅下面采用防火阻燃地板材料，可以起到对动力电池的第二单元的阻燃防火作用。针对动力电池应急灭火装置的设计，一般采用在电池箱或电池舱内安装自动灭火器，安装时将灭火剂喷口对准动力电池箱，将无电自启动装置固定在动力电池舱的高温及易着火位置上方，无电自启动装置即为热引发组件，当动力电池着火产生高温时，热引发组件迅速引燃，灭火器自动启动完成灭火。
然而，动力电池出现火情的情况复杂，且动力电池起火后处于热失控状态，现有技术可能无法保证对火焰的有效控制和精确、及时的灭火处理，所以对动力电池的火情主动响应显得尤为重要。
现有的针对电动汽车动力电池的防护措施是在电池箱体内增加探测部件或灭火部件，牺牲了电池箱体的部分空间，这也限制了电池的布置数量；现有的针对电池箱体的防护设备对箱体表面开孔较多，影响了电池的密封性，不利于电池的防水、防潮、防撞击；现有的电池防火技术多为被动安全领域，是在电池起火后再去采取相应的措施来进行驾驶员及乘客人身安全的保护，而且并不能完全有效的控制火情，更缺乏相应的火灾后的辅助自救措施。
发明内容
本发明旨在及时发现电动汽车动力电池温度异常、烟雾或火焰，并采取相应的技术措施来限制车速并向驾驶员做相应的提示，以此保护电池不被损坏且不至于起火，若电池不幸起火，通过本发明中的事故辅助模式，为驾驶员提供人性化的事故后处理服务。
本发明技术方案如下：
一种基于新型电池箱体的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，包括感知单元、决策单元和执行单元，感知单元和执行单元均与决策单元连接，感知单元将传感器信号传递给决策单元，决策单元将通过微处理器将传感器信号处理为控制信号，并传递给执行单元；
所述的新型电池箱体，其设置的电源模块为将车载12V电源转换为各芯片和电路能用的5V直流电。
所述的感知单元包括温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器16和座椅压力传感器19；所述的温度传感器采用线型温度传感器，所述的烟雾传感器采用反射式红外光束感烟探测器，火焰传感器采用红外火焰探测器。
其线型温度传感器包括在电池箱体内表面铺设的感温电缆和安装在箱体外侧的接线盒和终端盒，接线盒用于信号输出，终端盒用于故障报警，感温电缆采用正弦波布线方式，并用AB胶固定于金属箱体上，确保不在箱体上多次开孔。反射式红外光束感烟探测器包括位于电池箱内侧的红外光发射器和反射器以及挂于箱体外侧的探测器主体，其中红外光发射和反射装置采用扁平结构，力求节省空间，探测器主体用于信号的发送。红外火焰传感器安装在电池包箱体中部，正对电池温度聚集的中心位置。所述的座椅压力传感器19，用于测量座椅的压力；当座椅压力传感器19测得的压力变大，视为驾驶员坐入车内，进而启动整个系统；
所述的线型温度传感器15包括感温电缆4、线型温度传感器接线盒5和线型温度传感器终端盒6；感温电缆4固定在电池箱体1的内表面，线型温度传感器接线盒5和线型温度传感器终端盒6安装在电池箱体1的外侧；线型温度传感器接线盒5用于信号输出，线型温度传感器终端盒6用于故障报警；感温电缆4采用正弦波布线方式。
所述的线型温度传感器15，用于检测电池箱内温度T，且其他传感器正常工作时，执行如下步骤：
(a)当T<70℃时，指示灯为绿色，汽车保持可正常行驶状态；
(b)当70℃<T<160℃且火焰传感器16未检测到火焰或反射式红外光束感烟探测器17检测到烟雾时，指示灯为黄色，报警模块13提示：电池危险，降速停车，进而启动延时模块21并进行相应操作；
(c)当T>160℃时，指示灯为红色，此时电池极度危险，报警模块13提示：电池危险，远离汽车；
(d)当火焰传感器检测到火焰时，报警器鸣响，GPS定位模块23和事故辅助模块18启动。
所述的反射式红外光束感烟探测器17，包括反射式红外光束感烟探测器探测主体7、红外光束反射器8和红外光束发射器11；红外光束反射器8和红外光束发射器11位于电池箱体1的内侧，反射式红外光束感烟探测器探测主体7设于电池箱体1的外侧；红外光束反射器8和红外光束发射器11，采用扁平结构，以节省空间；反射式红外光束感烟探测器探测主体7用于发送烟雾探测的传感信号；
所述的火焰传感器16安装在动力电池包14中；所述的电池箱体1安装在动力电池包14中。
所述的温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器16用于对动力电池包14内情况进行实时监测，确保电池工作在合理温度区间，发生异常情况后采取保护措施。
其中，安装在座椅处的座椅压力传感器8，通过导线连接到微处理器9的I/O端口；线型温度传感器4和反射式红外光束感烟探测器6安装在电池包内同一侧，火焰传感器5安装在电池包3内的另一侧，线型温度传感器4和反射式红外光束感烟探测器6的信号输出端分别连接到微处理器9第一AD输入端口和第二AD输入端口，火焰传感器5连接到微处理器9第三AD输入端口；报警语音模块2与指示灯模块1安装在汽车中控台左侧醒目位置，指示灯模块包括四个LED警示灯，各警示灯通过导线分别连接了一个输出继电器，输出继电器的控制端与微处理器9I/O端口相连，报警语音模块包括语音模块和扬声器，语音模块控制端与微处理器(9)I/O端口相连，同时其输出端与扬声器相连；汽车巡航控制系统(CCS)11与微处理器9通过CAN总线进行通信；事故辅助模块终端键盘安装在汽车仪表盘处，其输出信号连接到微处理器I/O端口，事故辅助模块所要求的功能由车载通信单元与其他外设设备进行通讯。
所述的决策单元为由单片机构成的微处理器20；微处理器作为总控制器，其SAK-C167CS-L40M CA单片机的P0.4、P0.5引脚用作串口的输入输出,接车载通信模块的串口输出输入引脚，P0.6、P0.7接CAN总线收发电路的输入输出引脚；Pl.0接报警语音模块的一线串口数据输入引脚，Pl.1接语音模块的Busy引脚，Pl.2、Pl.4用作模拟信号AD输入引脚，分别接线型温度传感器、反射式红外光束感烟探测器和火焰传感器的信号输出引脚，Pl.5用作数字量输入引脚，接座椅压力传感器的信号输出引脚；P2.0、P2.3接指示灯驱动电路的控制端，CZD、CZCK为C2接口，连接到了P4，P4为3脚插座，用于下载和调试程序。
所述的执行单元包括延时模块21、报警模块13、GPS定位模块23、事故辅助模块18、汽车巡航控制系统CCS22和指示灯模块12；
所述的报警模块13与指示灯模块12配合使用，随着电池危险程度的不同，指示灯模块12的指示灯随之变化，报警模块13发出相应的语音提示；报警语音模块WT5880D的第16脚用作一线串口的数据输入引脚，连接到微处理器单片机的Pl.0引脚，第21脚用为忙信号输出引脚，连接到单片机的Pl.1引脚，第9、第10引脚为PWM+、PWM-分别接扬声器的两端。
所述的延时模块21与汽车巡航控制系统CCS22相连，当由传感器探测并由微处理器20分析后，确认电池出于危险状态时，延时模块21启动并延时，控制汽车巡航控制系统降速停车，危险结束后，继续驾驶车辆并持续跟踪检测；
所述的事故辅助模块18设有终端键盘，包括：医疗键、火警键、代驾键和家属键；在当检测到火焰信号后，事故辅助模块18和GPS定位模块23启动，驾驶员根据自身需要发出求助信号；其中，当驾驶员由于电池高温或电池起火、爆炸引发的伤病时，通过医疗键向最近的医院发出求救信号，同时GPS定位模块23将车辆位置发送至医院求助网络终端，为驾驶员赢得救助时间。
本发明的有益效果：
本发明在电动汽车动力电池自带的热管理系统正常工作的情况下，不仅加入了外部温度监测，还针对电池在工作中可能出现的多种情况，增加了烟雾和火焰监测，解决了动力电池复杂工作环境下的智能检测、实时报警问题；并首次提出电动汽车火情事后辅助模块，解决了起火迅速报警、电动汽车因为电池问题而无法继续启动行驶和伤员自救等问题，提供自选按键，非常人性化。
本发明根据电池箱内出现的不同情况即动力电池温度异常、烟雾或火焰，采取相应的技术措施来限制车速并向驾驶员做相应的提示，以此保护电池不被损坏且不至于起火，若电池不幸起火，本发明提出了一种事故辅助模式，旨在为驾驶员提供人性化的事故后处理服务。
本发明的系统采用触控启动系统的方式，即只要座椅压力传感器感受到一定的压力变化，则可认为驾驶员坐入车内，进而启动本系统，充分体现了以人为本的人性化设计，即无论汽车是否开动，只要车内有人，系统就会工作。
本发明在电动汽车动力电池火情主动响应及事故后辅助处理方面具有切实的实际意义。
附图说明
图1是本发明的电池箱体的内部示意图；
图2是本发明的反射式红外光束感烟探测器工作原理图；
图3是本发明的系统的布置示意图；
图4是本发明的系统的组成示意图；
图5是本发明的事故辅助模块的终端键盘示意图；
图6是本发明的系统工作流程图。
图中：1电池箱体；2火焰传感器；3红外光束收发器；4感温电缆；5线型温度传感器接线盒；6线型温度传感器终端盒；7反射式红外光束感烟探测器探测主体；8红外光束反射器；9红外光束；10烟雾；11红外光束发射器；12指示灯模块；13报警模块；14动力电池包；15线型温度传感器；16火焰传感器；17反射式红外光束感烟探测器；18事故辅助模块；19座椅压力传感器；20微处理器；21延时模块；22汽车巡航控制系统CCS；23GPS定位模块。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种基于电动汽车的车载火情主动响应与辅助自救系统，如图4所示，包括感知单元、决策单元和执行单元，感知单元和执行单元均与决策单元连接，感知单元将传感器信号传递给决策单元，决策单元将通过微处理器将传感器信号处理为控制信号，并传递给执行单元；
该系统的具体布置示意图如图3所示。
所述的感知单元包括温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器16和座椅压力传感器19；
所述的温度传感器为线型温度传感器15，包括感温电缆4、线型温度传感器接线盒5和线型温度传感器终端盒6；感温电缆4固定在电池箱体1的内表面，线型温度传感器接线盒5和线型温度传感器终端盒6安装在电池箱体1的外侧；线型温度传感器接线盒5用于信号输出，线型温度传感器终端盒6用于故障报警；感温电缆4采用正弦波布线方式；
电池箱体1的内部示意图如图1所示。
所述的烟雾传感器为反射式红外光束感烟探测器17，包括反射式红外光束感烟探测器探测主体7、红外光束反射器8和红外光束发射器11；红外光束反射器8和红外光束发射器11位于电池箱体1的内侧，反射式红外光束感烟探测器探测主体7设于电池箱体1的外侧；红外光束反射器8和红外光束发射器11，采用扁平结构，以节省空间；反射式红外光束感烟探测器探测主体7用于发送烟雾探测的传感信号；
反射式红外光束感烟探测器17的工作原理如图2所示。红外光束发射器11发出红外光束9，经过烟雾10后，达到红外光束反射器8并进行反射。
所述的火焰传感器16安装在动力电池包14中；所述的电池箱体1安装在动力电池包14中；
所述的温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器16用于对动力电池包14内情况进行实时监测，确保电池工作在合理温度区间，发生异常情况后采取保护措施；
所述的座椅压力传感器19，用于测量座椅的压力；当座椅压力传感器19测得的压力变大，视为驾驶员坐入车内，进而启动整个系统；
所述的决策单元为由单片机构成的微处理器20；
所述的执行单元包括延时模块21、报警模块13、GPS定位模块23、事故辅助模块18、汽车巡航控制系统CCS22和指示灯模块12；
所述的报警模块13与指示灯模块12配合使用，随着电池危险程度的不同，指示灯模块12的指示灯随之变化，报警模块13发出相应的语音提示；
所述的延时模块21与汽车巡航控制系统CCS22相连，当由传感器探测并由微处理器20分析后，确认电池出于危险状态时，延时模块21启动并延时，控制汽车巡航控制系统降速停车，危险结束后，继续驾驶车辆并持续跟踪检测；
所述的事故辅助模块18设有终端键盘，包括：医疗键、火警键、代驾键和家属键；在当检测到火焰信号后，事故辅助模块18和GPS定位模块23启动，驾驶员根据自身需要发出求助信号；其中，当驾驶员由于电池高温或电池起火、爆炸引发的伤病时，通过医疗键向最近的医院发出求救信号，同时GPS定位模块23将车辆位置发送至医院求助网络终端，为驾驶员赢得救助时间。
事故辅助模块18的终端键盘如图5所示。
本发明的系统工作流程如图6所示。
所述的线型温度传感器15，用于检测电池箱内温度T，且其他传感器正常工作时，执行如下步骤：
(a)当T<70℃时，指示灯为绿色，汽车保持可正常行驶状态；
(b)当70℃<T<160℃且火焰传感器16未检测到火焰或反射式红外光束感烟探测器17检测到烟雾时，指示灯为黄色，报警模块13提示：电池危险，降速停车，进而启动延时模块21并进行相应操作；
(c)当T>160℃时，指示灯为红色，此时电池极度危险，报警模块13提示：电池危险，远离汽车；
(d)当火焰传感器检测到火焰时，报警器鸣响，GPS定位模块23和事故辅助模块18启动。
具体安装如下：
安装在座椅处的座椅压力传感器19，通过导线连接到微处理器20的I/O端口；线型温度传感器15和反射式红外光束感烟探测器17安装在动力电池包14内同一侧，火焰传感器6安装在动力电池包14内的另一侧，线型温度传感器15和反射式红外光束感烟探测器17的信号输出端分别连接到微处理器20的第一AD输入端口和第二AD输入端口，火焰传感器6连接到微处理器20第三AD输入端口；报警模块13与指示灯模块12安装在汽车中控台左侧醒目位置，指示灯模块包括四个LED警示灯，各警示灯通过导线分别连接了一个输出继电器，输出继电器的控制端与微处理器20的I/O端口相连，报警模块13包括语音模块和扬声器，语音模块控制端与微处理器20的I/O端口相连，同时其输出端与扬声器相连；汽车巡航控制系统CCS22与微处理器20通过CAN总线进行通信；事故辅助模块18的终端键盘安装在汽车仪表盘处，其输出信号连接到微处理器20的I/O端口，事故辅助模块18所要求的功能由车载通信单元与其他外设设备进行通讯。
微处理器20作为总控制器，其SAK-C167CS-L40M CA单片机的P0.4、P0.5引脚用作串口的输入输出,接车载通信模块的串口输出输入引脚，P0.6、P0.7接CAN总线收发电路的输入输出引脚；Pl.0接报警模块13的一线串口数据输入引脚，Pl.1接语音模块的Busy引脚，Pl.2、Pl.4用作模拟信号AD输入引脚，分别接线型温度传感器15、反射式红外光束感烟探测器17和火焰传感器16的信号输出引脚，Pl.5用作数字量输入引脚，接座椅压力传感器19的信号输出引脚；P2.0、P2.3接指示灯驱动电路的控制端，CZD、CZCK为C2接口，连接到了P4，P4为3脚插座，用于下载和调试程序。
报警模块13，WT5880D的第16脚用作一线串口的数据输入引脚，连接到微处理器20单片机的Pl.0引脚，第21脚用为忙信号输出引脚，连接到单片机的Pl.1引脚，第9、第10引脚为PWM+、PWM-分别接扬声器的两端。
Claims (6)
1.一种基于新型电池箱体的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，其特征在于，
所述的新型电池箱体，将车载12V电源转换为各芯片和电路能用的5V直流电；
所述的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统包括感知单元、决策单元和执行单元，感知单元和执行单元均与决策单元连接，感知单元将传感器信号传递给决策单元，决策单元将通过微处理器将传感器信号处理为控制信号，并传递给执行单元；所述的感知层包括线型温度传感器、反射式红外光束感烟探测器、红外火焰传感器和驾驶员座椅压力传感器；决策层包括由单片机构成的微处理器；所述的执行单元包括延时模块、报警模块、GPS定位模块、事故辅助模块、汽车巡航控制系统CCS22和指示灯模块。
2.如权利要求1所述的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，其特征在于，
所述的线型温度传感器包括在电池箱体内表面铺设的感温电缆和安装在箱体外侧的接线盒和终端盒，接线盒用于信号输出，终端盒用于故障报警，感温电缆采用正弦波布线方式，并用AB胶固定于金属箱体上，确保不在箱体上多次开孔。反射式红外光束感烟探测器包括位于电池箱内侧的红外光发射器和反射器以及挂于箱体外侧的探测器主体，其中红外光发射和反射装置采用扁平结构，探测器主体用于信号的发送。红外火焰传感器安装在电池包箱体中部，正对电池温度聚集的中心位置。所述的座椅压力传感器19，用于测量座椅的压力；当座椅压力传感器19测得的压力变大，视为驾驶员坐入车内，进而启动整个系统。
3.如权利要求1或2所述的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，其特征在于，
所述的线型温度传感器15包括感温电缆4、线型温度传感器接线盒5和线型温度传感器终端盒6；感温电缆4固定在电池箱体1的内表面，线型温度传感器接线盒5和线型温度传感器终端盒6安装在电池箱体1的外侧；线型温度传感器接线盒5用于信号输出，线型温度传感器终端盒6用于故障报警；感温电缆4采用正弦波布线方式。
所述的反射式红外光束感烟探测器17，包括反射式红外光束感烟探测器探测主体7、红外光束反射器8和红外光束发射器11；红外光束反射器8和红外光束发射器11位于电池箱体1的内侧，反射式红外光束感烟探测器探测主体7设于电池箱体1的外侧；红外光束反射器8和红外光束发射器11，采用扁平结构，以节省空间；反射式红外光束感烟探测器探测主体7用于发送烟雾探测的传感信号；
所述的火焰传感器16安装在动力电池包14中；所述的电池箱体1安装在动力电池包14中。
所述的温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器16用于对动力电池包14内情况进行实时监测，确保电池工作在合理温度区间，发生异常情况后采取保护措施。
其中，安装在座椅处的座椅压力传感器(8)，通过导线连接到微处理器(9)的I/O端口；线型温度传感器(4)和反射式红外光束感烟探测器(6)安装在电池包内同一侧，火焰传感器(5)安装在电池包(3)内的另一侧，线型温度传感器(4)和反射式红外光束感烟探测器(6)的信号输出端分别连接到微处理器(9)第一AD输入端口和第二AD输入端口，火焰传感器(5)连接到微处理器(9)第三AD输入端口；报警语音模块(2)与指示灯模块(1)安装在汽车中控台左侧醒目位置，指示灯模块包括四个LED警示灯，各警示灯通过导线分别连接了一个输出继电器，输出继电器的控制端与微处理器(9)I/O端口相连，报警语音模块包括语音模块和扬声器，语音模块控制端与微处理器(9)I/O端口相连，同时其输出端与扬声器相连；汽车巡航控制系统(CCS)(11)与微处理器(9)通过CAN总线进行通信；事故辅助模块终端键盘安装在汽车仪表盘处，其输出信号连接到微处理器I/O端口，事故辅助模块所要求的功能由车载通信单元与其他外设设备进行通讯。
4.如权利要求3所述的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，其特征在于，
所述的线型温度传感器15，用于检测电池箱内温度T，且其他传感器正常工作时，执行如下步骤：
(a)当T<70℃时，指示灯为绿色，汽车保持可正常行驶状态；
(b)当70℃<T<160℃且火焰传感器16未检测到火焰或反射式红外光束感烟探测器17检测到烟雾时，指示灯为黄色，报警模块13提示：电池危险，降速停车，进而启动延时模块21并进行相应操作；
(c)当T>160℃时，指示灯为红色，此时电池极度危险，报警模块13提示：电池危险，远离汽车；
(d)当火焰传感器检测到火焰时，报警器鸣响，GPS定位模块23和事故辅助模块18启动。
5.如权利要求3或4所述的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，其特征在于，
所述的微处理器作为总控制器，其SAK-C167CS-L40M CA单片机的P0.4、P0.5引脚用作串口的输入输出,接车载通信模块的串口输出输入引脚，P0.6、P0.7接CAN总线收发电路的输入输出引脚；Pl.0接报警语音模块的一线串口数据输入引脚，Pl.1接语音模块的Busy引脚，Pl.2、Pl.4用作模拟信号AD输入引脚，分别接线型温度传感器、反射式红外光束感烟探测器和火焰传感器的信号输出引脚，Pl.5用作数字量输入引脚，接座椅压力传感器的信号输出引脚；P2.0、P2.3接指示灯驱动电路的控制端，CZD、CZCK为C2接口，连接到了P4，P4为3脚插座，用于下载和调试程序。
6.如权利要求1或2或5所述的电动汽车车载火情主动响应与辅助自救系统，其特征在于，
所述的报警模块13与指示灯模块12配合使用，随着电池危险程度的不同，指示灯模块12的指示灯随之变化，报警模块13发出相应的语音提示；报警语音模块WT5880D的第16脚用作一线串口的数据输入引脚，连接到微处理器单片机的Pl.0引脚，第21脚用为忙信号输出引脚，连接到单片机的Pl.1引脚，第9、第10引脚为PWM+、PWM-分别接扬声器的两端。
所述的延时模块21与汽车巡航控制系统CCS22相连，当由传感器探测并由微处理器20分析后，确认电池出于危险状态时，延时模块21启动并延时，控制汽车巡航控制系统降速停车，危险结束后，继续驾驶车辆并持续跟踪检测；
所述的事故辅助模块18设有终端键盘，包括：医疗键、火警键、代驾键和家属键；在当检测到火焰信号后，事故辅助模块18和GPS定位模块23启动，驾驶员根据自身需要发出求助信号；其中，当驾驶员由于电池高温或电池起火、爆炸引发的伤病时，通过医疗键向最近的医院发出求救信号，同时GPS定位模块23将车辆位置发送至医院求助网络终端，为驾驶员赢得救助时间。
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