CN108923089A - 电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置及其方法，MBCU控制板固定在MBCU下盖上；MBCU控制板上设置有光强度检测单元、碰撞严重度检测单元、烟雾检测单元、漏液检测单元、灭火控制单元、第一对外接口、第二对外接口、电源控制单元、电池中央控制单元；所述的MBCU下盖设置的安装槽的中部设置低位槽，低位槽安装漏液传感器，各传感器安装在横梁上，相同的传感器之间串联，不同的传感器之间并联连接MBCU控制器传递信号。本发明通过智能判定，实现电动锂电池系统在诸如短路的情况下失火失控的控制功能。同时，在电池收到碰撞的情况下，可以通过智能判定碰撞的严重度，达到安全防护和预警的功能。

Description

电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置及其方法

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，更具体的涉及一种电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置。

背景技术

随着新能源汽车的推广和应用，电动汽车离我们日常生活越来越近。随之而来的，在媒体、广播、报纸、电视也会看到关于电动汽车的核心零部件的热失控等问题，导致车辆受损、起火，甚至爆炸问题，也在成为影响新能源汽车安全运行的首要威胁。本发明为电池箱专用自动灭火装置是一套专注于电动汽车电池箱内部热失控火灾防控的智能装置，实现电池箱内部早期火灾感知、智能判断、抑制初期火灾，具备电池热失控早期预警、自动灭火功能。

而目前市场上的电动汽车的电池包，内部的电池管理系统（BMS）、可以起到电池数据（温度和电压）监控、通信数据传输、电池包的绝缘检测、电池包内继电器的通断控制，但是无法做出：

1、对于电池包内的漏液、盐雾、起火的检测和预警；

2、无法做到对电池包内遇到后的主动灭火功能；

3、更无法在车辆遇到外部碰撞情况下，对动力锂电池系统做碰撞严重度的判定。

发明内容

1、发明目的。

本发明为了解决现有技术所产生的问题，提出一种可以具有预警功能、准确稳定、成本可优化等优势的一种电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，可以有效解决上述电池包遇到的安全问题。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出了一种电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，包括：

包括MBCU上盖、MBCU控制板、MBCU下盖；

所述的MBCU控制板固定在MBCU下盖上；

MBCU控制板上设置有光强度检测单元、碰撞严重度检测单元、烟雾检测单元、漏液检测单元、灭火控制单元、第一对外接口、第二对外接口、用于连接光强度检测单元、碰撞严重度检测单元、烟雾检测单元、灭火控制单元供电的电源控制单元；分别连接上述检测单元的通过CAN总线进行通信控制的电池中央控制单元；

所述的MBCU下盖设置多个电池模组安装槽，安装槽的中部设置低位槽，电池模组安装槽之间通过横梁间隔，所述的低位槽安装漏液传感器，温度感应器、烟雾感应器、光强度感应器、分子感应器安装在横梁上； MBCU控制器安装在任一电池模组安装槽内，灭火器通过灭火器支架安装在横梁上；

相同的传感器之间串联，不同的传感器之间并联传递信号。

更进一步，所述的灭火器为气溶胶灭火装置，串联后连接电池中央控制单元中的灭火控制单元的MOS管，中央处理单元通过CPU中的一个I/O，输出PWM的低电平，低电平信号进过光耦隔离器后，传输到MOS管的，触发MOS管工作，闭合电源电路，灭火器向外喷射灭火介质。

更进一步，所述的烟雾检测单元包括发光器件和受光器件用于检测烟雾的散射光式光电烟雾探测器；烟粒子使发光器件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，探测器收到信号，立刻传递电池中央控制单元连接CPU中的一个I/O口，然后电池中央控制单元判断是否需要发出报警信号，还是发信号给灭火控制单元，进行灭火这个动作。

更进一步，所述的光强度检测单元用于测量动力电池包中测量电池模块的表面温度的，将信号立刻传递电池中央控制单元的CPU中的一个I/O口，然后BCCU判断是否需要发出报警信号，还是发信号给灭火控制单元，进行灭火这个动作。

布置在布置在电池箱体中并沿电池组内部的排布间隙中的电池包漏液检测单元，检测到可燃性气体后，转换成电信号输出给电池中央控制单元的给CPU中的一个I/O口，电池中央控制单元根据显示数值变化判断电池是否漏液及漏液程度；漏液量超过设定的阈值，电池中央控制单元就会通过CAN通信网络，给仪表和ECU发送报文，给车辆使用者做预警和提示。

更进一步，所述的布置在电池包壳体的每个拐角内侧的碰撞严重度检测单元，采用直线扫描方式的光幕传感器；

当四周的骨架形变超过预设值后，接收器处于遮光状态，接收器的红色指示灯将被点亮，光幕传感器的一个引脚产生低电平信号；这个低电平信号立刻传递电池中央控制单元的给CPU的一个I/O口，判断是发出报警信号，通过CAN通信发出报文，传递到整车通信网络，通过仪表盘成功预警，提示车辆使用者，动力锂电池包受损，需要维修；

当检测区域内无骨架形变时或者骨架形变小于预设值后，传感器的接收器处于受光状态，此时接收器的通讯指示灯熄灭，发射指示灯点亮，这时光幕传感器的一个引脚为高电平信号，通过电池中央控制单元的给CPU中的一个I/O口将信息传递，无需报警。

3、本发明所产生的技术效果。

（1）、本发明可以智能判定，实现现有的电动汽车的电动锂电池系统在诸如短路的情况下失火失控变成大火或者爆炸的控制功能；

（2）、现有技术无法解决内置式，而本发明可以内置式安装，不破坏箱体结构，做到极早准确预警灭火；

（3）、本发明可以提前对电池包内进行漏液检测、电池包的烟雾检测、电池包内部的光强度检测、电池包内的温度检测，然后综合判定后给出报警和提示，提醒使用者尽早做出反应和处理；

（4）、本发明通过箱体预布置传感器，实现电池包在遇到碰撞状态下的严重度的判定，可以有效指导使用者对车辆做出现场判定，避免错误操作。

附图说明

图1为MBCU侧视图，微机控制单元（MBCU）为本发明的监控控制器，是新一代机车制动机的关键部件。

101 MBCU上盖、102 MBCU控制板、103 MBCU下盖。

图2为MBCU立体图。

图3为MBCU控制单元排布。

其中201 光强度检测单元、202 碰撞严重度检测单元、203 烟雾检测单元、204 漏液检测单元、205 灭火控制单元、206 第一对外接口、207 对外接口2、208 电源控制单元、209电池中央控制单元。

以上为图3各种传感器的不同电路功能单元。

图4为电池系统内各功能元件排布俯视图。

图5为电池系统内各功能元件排布立体图。

301 电池包下箱体、302 温度感应器、303 烟雾感应器、304 电池模组、305 光强度感应器、306 分子感应器、307 漏液传感器、308 MBCU、309 碰撞感应器、310 灭火器、311灭火器支架、312低位槽、313横梁。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明提出的一种电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，包括：MBCU上盖101、MBCU控制板102、MBCU下盖103；

所述的MBCU控制板102固定在MBCU下盖103上；

MBCU控制板102上设置有光强度检测单元201、碰撞严重度检测单元202、烟雾检测单元203、漏液检测单元204、灭火控制单元205、第一对外接口206、第二对外接口207、用于连接光强度检测单元201、碰撞严重度检测单元202、烟雾检测单元203、灭火控制单元205供电的电源控制单元208；分别连接上述检测单元的通过CAN总线进行通信控制的电池中央控制单元209；

所述的MBCU下盖103设置多个电池模组304安装槽，安装槽的中部设置低位槽312，电池模组304安装槽之间通过横梁313间隔，所述的低位槽安装漏液传感器307，温度感应器302、烟雾感应器303、光强度感应器305、分子感应器306安装在横梁313上； MBCU控制器安装在任一电池模组304安装槽内，灭火器310通过灭火器支架311安装在横梁313上；

相同的传感器之间串联，不同的传感器之间并联传递信号。

电池中央控制单元（209）：

本专利的通信控制模块，采用CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60），实现：

I/O的高低电平信号传输；

对外通信功能；采用CAN通信，对外（VCU和整车仪表网络）进行通信。

电源控制单元（208）：

内部通过DC/DC，将车载的12V电源，转变成5V和3.3V；

分别按照需要接入灭火控制单元，烟雾检测单元，光强度检测单元，碰转严重程度传感器。

灭火控制单元（205）：

灭火装置是采用气溶胶灭火装置，气溶胶喷放后固态沉降物绝缘强度≥20MΩ,其喷放产物不会因为导电而对被保护的电气设备产生二次损害，并且喷放产物有极少残留。多个灭火器串联后，灭火器的电源线接入BCCU（电池中央控制单元）中的灭火控制单元的MOS管（8050），CCMU中央处理单元，经过综合判定后，通过CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60）中的一个I/O，输出PWM的低电平，低电平信号进过光耦隔离器后，传输到MOS管的，触发MOS管工作，闭合电源电路，灭火器开始生效，触发内部的机构，向外喷射灭火介质，开始灭火。

烟雾检测单元(203)：

采用工作稳定可靠的散射光式光电烟雾探测器；

该探测器的检测室内也装有发光器件和受光器件。在正常情况下，受光器件是接收不到发光器件发出的光的，因而不产生光电流。在动力锂电池包内部因为短路等失效原因，开始冒烟的时候，当烟雾进入检测单元，由于烟粒子的作用，使发光器件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了烟雾信号转变为电信号的功能，探测器收到信号，立刻传递BCCU（电池中央控制单元）的给CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60）中的一个I/O口，然后BCCU（电池中央控制单元）判断是否需要发出报警信号，还是发信号给灭火控制单元，进行灭火这个动作。

光强度检测单元(201)：

在本专利中，通过红外线传感器，实现了在动力电池包中测量电池模块的表面温度的热像图，及时可以发现温度异常的部位，并可以及时将发现温度异常后；

光强度检测单元由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器电路组成。红外线探测传感器探测电池模块的表面温度过高辐射出的红外线信号时，由红外线探测传感器的其中一个引脚输出微弱的电信号，经三极管（9014）等组成第一级放大电路放大，再通过运算放大器LM358进行高增益、低噪声放大后，通过电压比较器输入端的电压进行比较，产生低电平信号；这个低电平信号立刻传递BCCU（电池中央控制单元）的给CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60）中的一个I/O口，然后BCCU（电池中央控制单元）判断是否需要发出报警信号，还是发信号给灭火控制单元，进行灭火这个动作。

电池包漏液检测单元(204)：

本专利采用气体传感器，布置在电池箱体中并沿电池组内部的排布间隙中。

电池成组后出现因为各种原因引起的密封不良，电池内部的C2H4、CH4、C2H6、H2及CO等可燃性气体会由于压差而从电池内部逸出到电池箱体中并沿电池组内部的排布间隙，流过气体传感器，气体传感器检测到这些可燃性气体后，转换成电信号输出给BCCU（电池中央控制单元）的给CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60）中的一个I/O口，BCCU根据显示数值变化判断电池是否漏液及漏液程度。

一旦漏液量超过设定的阈值，BCCU就会通过can通信网络，给仪表和ECU发送报文，给车辆使用者做预警和提示，从而确保动力锂电池系统的正常的电性能，确保整个大电池组的一致性，提高安全性。

碰撞严重度检测单元(202)：

本专利采用直线扫描方式的光幕传感器，布置在电池包壳体的每个拐角内侧。整车遇到碰撞的时候，会引起电池包壳体的四周的骨架变形。当四周的骨架形变超过8%后，接收器处于遮光状态，接收器的红色指示灯将被点亮，光幕传感器的一个引脚产生低电平信号；这个低电平信号立刻传递BCCU（电池中央控制单元）的给CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60）中的一个I/O口，然后BCCU（电池中央控制单元）判断是发出报警信号，通过CAN通信发出报文，传递到整车通信网络，通过仪表盘成功预警，提示车辆使用者，动力锂电池包受损，需要维修。

如果碰撞强度不强烈的时候，检测区域内无骨架形变时或者骨架形变小于8%，传感器的接收器处于受光状态，此时接收器的通讯指示灯(红灯)应熄灭，发射指示灯(黄灯)点亮，这时光幕传感器的一个引脚为高电平信号，通过BCCU（电池中央控制单元）的给CPU（Freescale的8bitMCU，型号为MC9S08AC60）中的一个I/O口将信息传递进来，正常状态处理，无需做出报警。

MBCU管理系统制作方式： (如图1）

101上壳体由钣金折弯+焊接工艺制作成形，表面喷塑处理；

102 控制板由

103下壳体由钣金折弯+焊接工艺制作成形，表面喷塑处理；

先将102 控制板用四颗螺栓固定到103下壳体上，组装后再通过侧面6处的螺栓，与101上壳体组配，上盖两侧腰形孔为MBCU与电池箱固定的固定位；

电池箱上各功能部件组装步骤：(如图4、5）

1. 首先在下箱的设计低位槽，在每个低位槽底部位置固定好307 漏液传感器；

2. 在箱体侧壁四面，每间隔100mm固定一组309 碰撞感应器；

3. 将电池模组组装好；

4. 再在箱体中间横梁位置依次固定好：302温度感应器、303烟雾感应器、305光强度感应器、316分子感应器；

5. 最后装配好灭火感应器，

6. MBCU装配将组装完成。

工作原理：

电池箱体内排布的相同感应器采用串联方式连接，各不同感应器均采用并联方式与MBCU管理系统连接，MBCU读取接收到早期预警信息，可向仪表台的启动控制按钮输出分级报警信号。

一级预警：当任意一种探测器被触发时，电池火灾探测器通过预制在仪表台的启动控制按钮向司乘人员发出声光警报信号。

二级报警：当任意两种探测器被触发时，电池火灾探测器通过预制在仪表台的启动控制按钮向司乘人员发出声光警报信号，此时会给予灭火装置自动启动电信号，自动启动灭火装置。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，其特征在于：包括MBCU上盖、MBCU控制板、MBCU下盖；

所述的MBCU控制板固定在MBCU下盖上；

MBCU控制板上设置有光强度检测单元、碰撞严重度检测单元、烟雾检测单元、漏液检测单元、灭火控制单元、第一对外接口、第二对外接口、用于连接光强度检测单元、碰撞严重度检测单元、烟雾检测单元、灭火控制单元供电的电源控制单元；分别连接上述检测单元的通过CAN总线进行通信控制的电池中央控制单元；

所述的MBCU下盖设置多个电池模组安装槽，安装槽的中部设置低位槽，电池模组安装槽之间通过横梁间隔，所述的低位槽安装漏液传感器，温度感应器、烟雾感应器、光强度感应器、分子感应器安装在横梁上；MBCU控制器安装在任一电池模组安装槽内，灭火器通过灭火器支架安装在横梁上；

相同的传感器之间串联，不同的传感器之间并联连接MBCU控制器传递信号。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，其特征在于：所述的灭火器为气溶胶灭火装置，串联后连接电池中央控制单元中的灭火控制单元的MOS管，中央处理单元通过CPU中的一个I/O，输出PWM的低电平，低电平信号进过光耦隔离器后，传输到MOS管的，触发MOS管工作，闭合电源电路，灭火器向外喷射灭火介质。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，其特征在于：所述的烟雾检测单元包括发光器件和受光器件用于检测烟雾的散射光式光电烟雾探测器；烟粒子使发光器件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，探测器收到信号，立刻传递电池中央控制单元连接CPU中的一个I/O口，然后电池中央控制单元判断是否需要发出报警信号，还是发信号给灭火控制单元，进行灭火这个动作。

4.根据权利要求1所述的电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，其特征在于：所述的光强度检测单元用于测量动力电池包中测量电池模块的表面温度的，将信号立刻传递电池中央控制单元的CPU中的一个I/O口，然后BCCU判断是否需要发出报警信号，还是发信号给灭火控制单元，进行灭火这个动作；

布置在布置在电池箱体中并沿电池组内部的排布间隙中的电池包漏液检测单元，检测到可燃性气体后，转换成电信号输出给电池中央控制单元的给CPU中的一个I/O口，电池中央控制单元根据显示数值变化判断电池是否漏液及漏液程度；漏液量超过设定的阈值，电池中央控制单元就会通过CAN通信网络，给仪表和ECU发送报文，给车辆使用者做预警和提示。

5.根据权利要求1所述的电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警装置，其特征在于：

所述的布置在电池包壳体的每个拐角内侧的碰撞严重度检测单元，采用直线扫描方式的光幕传感器；

当四周的骨架形变超过预设值后，接收器处于遮光状态，接收器的红色指示灯将被点亮，光幕传感器的一个引脚产生低电平信号；这个低电平信号立刻传递电池中央控制单元的给CPU的一个I/O口，判断是发出报警信号，通过CAN通信发出报文，传递到整车通信网络，通过仪表盘成功预警，提示车辆使用者，动力锂电池包受损，需要维修；

当检测区域内无骨架形变时或者骨架形变小于预设值后，传感器的接收器处于受光状态，此时接收器的通讯指示灯熄灭，发射指示灯点亮，这时光幕传感器的一个引脚为高电平信号，通过电池中央控制单元的给CPU中的一个I/O口将信息传递，无需报警。

6.根据权利要求1所述的电动汽车用动力锂电池包的安全防护和预警方法，其特征在于如权利要求1-5任一所述的装置：电池箱体内排布的相同感应器采用串联方式连接，各不同感应器均采用并联方式与MBCU管理系统连接，MBCU读取接收到早期预警信息，向仪表台的启动控制按钮输出分级报警信号：

一级预警：当任意一种探测器被触发时，电池火灾探测器通过预制在仪表台的启动控制按钮向司乘人员发出声光警报信号；

二级报警：当任意两种探测器被触发时，电池火灾探测器通过预制在仪表台的启动控制按钮向司乘人员发出声光警报信号，此时会给予灭火装置自动启动电信号，自动启动灭火装置。