CN109017363B - 一种新能源汽车的电池热失控检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车的电池热失控检测系统，包括警报器、防护装置和设置于电池箱内部的热失控监控系统，所述热失控监控系统包括：数据采集装置，其用于采集电池箱内部的各个检测节点的热失控参数，所述数据采集装置包括气体传感器、温度传感器和火焰传感器；处理器，其分别与警报器、气体传感器、温度传感器和火焰传感器连接；处理器根据热失控参数判断是否开启防护装置；预热检测电路，其连接在气体传感器与处理器之间。
Description
技术领域
本发明属于汽车电池监控的技术领域，具体涉及一种新能源汽车的电池热失控检测系统。
背景技术
新能源的电动汽车的安全事故主要来自电池热失控导致的燃烧或爆炸，电池作为电动汽车的储能单元，其能量如果通过燃烧或爆炸释放，威力及其巨大，极易造成人员伤亡。
若在热失控早期热量被有效散发或引导，则电池的热失控可以避免，这在相关研究与试验中可以证明。因此，需要一个经济、实用、有效的检测系统能够在早期检测出电池处于热失控并且在必要的时候对电池进行热失控抑制或火灾控制，且需要极低的误报率和误动作率以避免引起不必要的恐慌和损失。
在现有技术的系统中，一般的有以下两种方式来实现预警。一是热失控通过电池部分电极和温度传感器之间的接触来检测。二是通过不与电芯接触的烟雾或/和温度传感器来检测热失控。
但是，上述方式存在一些问题：通过数据分析只能判定热失控导致燃烧的大致时间范围，不能确定明火出现的准确时间，错失启动冷却/灭火装置的最佳时机；现有的气体传感器的工作的过程中不稳定，会引起误报警，也是一个技术难题亟待解决。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供一种能确认明火发生时间和提高气体传感器工作温度性的经济的电池热失控检测系统。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述一种新能源汽车的电池热失控检测系统，包括警报器、防护装置和设置于电池箱内部的热失控监控系统，所述热失控监控系统包括：
数据采集装置，其用于采集电池箱内部的各个检测节点的热失控参数，所述数据采集装置包括气体传感器、温度传感器和火焰传感器；
处理器，其分别与警报器、气体传感器、温度传感器和火焰传感器连接；处理器根据热失控参数判断是否开启防护装置；
预热检测电路，其连接在气体传感器与处理器之间。
优选地，所述防护装置包括灭火装置和/或冷却装置。
优选地，所述预热检测电路包括集成电路U1、第一电容组、若干电阻和电源。
优选地，所述集成电路U1包括运算放大器U1A和运算放大器U1B，所述第一电容组包括电容C1、电容C2和电容C3，所述电阻包括电阻R1、电阻R2、可调微型电位器VR1，所述电源为+5V电源。
优选地，所述运算放大器U1A的1号端口连接处理器，运算放大器U1A的2号端口为负输入端，其与运算放大器U1B的5号端口连接；运算放大器U1A的3号端口为正向输入端，其连接气体传感器的4、6号端口，运算放大器U1A的4号端口接地，运算放大器U1A的8号端口连接+5V电源；所述电容C1的一端连接运算放大器U1A的8号端口，电容C1的另一端接地。
所述运算放大器U1B的7号端口连接处理器，运算放大器U1B的6号端口为负向输入端，其连接气体传感器的4、6号端口，运算放大器U1B的5号端口为正向输入端；所述电容C3的一端连接运算放大器U1B的7号端口，电容C3的另一端接地；所述电容C2的一端连接运算放大器U1B的5号端口，电容C2的另一端接地；所述电阻R1一端连接运算放大器U1B的6号端口，电阻R1的另一端接地。
所述可调微型电位器VR1的一端连接+5V电源，可调微型电位器VR1的另一端接地，可调微型电位器VR1的中心触头连接运算放大器U1B的5号端口；气体传感器的1、3和2号端口连接+5V电源，所述电阻R2的一端连接气体传感器的5号端口，电阻R2的另一端接地。
经申请人大量的实验研究发现，发生气体传感器的工作不稳定产生误报的原因，是因为气体传感器在初次上电时进行预热，通过预热激活气体传感器内的特性物质，气体传感器在预热过程中的浓度/电压转换具有不确定性，从而引起误报。汽车频繁的开启关闭，需在气体传感器进行预热过程的信号处理，避免出现错误报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在气体传感器与处理器之间连接有一预热检测电路；所述预热检测电路检测气体传感器是否处于预热状态；如是，处理器控制所述警报器不报警以防止误报产生。因为气体传感器的内部敏感材料，其在初次上电时阻值会产生漂移的特性，导致输出的信号电压波动不稳定，发出警报信号引起失误报警的问题。预热检测电路解决了该问题，更准确、可靠地监测电池和预防危险情况的发生。
2、数据采集装置包括气体传感器、温度传感器和火焰传感器；它们布设在电池箱内部的各个检测节点，采集电池的热失控参数。温度传感器用于检测热失控早期的热量散发；气体传感器用于检测发生明火前的产生烟雾，处理器结合两者的热失控参数，及时作出警报器的开启；在火焰传感器用于检测是否发生明火，若是，处理器控制防护装置的启动。三者的结合，让电池热失控检测系统第一时间能确认明火发生时间，并作出防护措施，保护驾驶人的安全。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的一种新能源汽车的电池热失控检测系统的人工基体的组合示意图；
图中：1-处理器、2-气体传感器、3-温度传感器、4-火焰传感器、5-防护装置、6-警报器、7-预热检测电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例所述一种新能源汽车的电池热失控检测系统，包括警报器6、防护装置5和设置于电池箱内部的热失控监控系统，所述热失控监控系统包括：数据采集装置，其用于采集电池箱内部的各个检测节点的热失控参数，所述数据采集装置包括气体传感器2、温度传感器3和火焰传感器4；处理器1，其分别与警报器6、气体传感器2、温度传感器3和火焰传感器4连接；处理器1根据热失控参数判断是否开启防护装置5；预热检测电路7，其连接在气体传感器2与处理器1之间。
具体地，所述防护装置5包括灭火装置和冷却装置。所述灭火装置为布设在电池箱的ABC干粉灭火器或二氧化碳灭火器，其出口通过管道连接在电池箱当火焰传感器检测明火时，立即开启灭火装置。所述冷却装置为液体冷却装置，其有较好的冷却效果，而且可以使电池组的温度分布均匀。该冷却装置安装在电池组的附近，原理和空调的制冷原理相似，冷却系统通过管路和单个电池相连，管路里循环流动冷却液(一般是乙二醇)，将单个电池模块的热量带走，冷却系统将乙二醇制冷，多余热量通过风扇排到外界，而乙二醇再次循环进入电池模块，继续吸收电池散发的热量。当温度传感器检测温度突然升高，开启该冷却装置，配合新能源汽车原有的冷却系统，对电池快速降温，避免明火的发生。
其中，所述预热检测电路7包括集成电路U1、第一电容组、若干电阻和电源。本实施例中，所述集成电路U1包括运算放大器U1A和运算放大器U1B，所述第一电容组包括电容C1、电容C2和电容C3，所述电阻包括电阻R1、电阻R2、可调微型电位器VR1，所述电源为+5V电源。
优选地，所述运算放大器U1A的1号端口连接处理器，运算放大器U1A的2号端口为负输入端，其与运算放大器U1B的5号端口连接；运算放大器U1A的3号端口为正向输入端，其连接气体传感器的4、6号端口，运算放大器U1A的4号端口接地，运算放大器U1A的8号端口连接+5V电源；所述电容C1的一端连接运算放大器U1A的8号端口，电容C1的另一端接地。所述运算放大器U1B的7号端口连接处理器，运算放大器U1B的6号端口为负向输入端，其连接气体传感器的4、6号端口，运算放大器U1B的5号端口为正向输入端；所述电容C3的一端连接运算放大器U1B的7号端口，电容C3的另一端接地；所述电容C2的一端连接运算放大器U1B的5号端口，电容C2的另一端接地；所述电阻R1一端连接运算放大器U1B的6号端口，电阻R1的另一端接地。所述可调微型电位器VR1的一端连接+5V电源，可调微型电位器VR1的另一端接地，可调微型电位器VR1的中心触头连接运算放大器U1B的5号端口；气体传感器的1、3和2号端口连接+5V电源，所述电阻R2的一端连接气体传感器的5号端口，电阻R2的另一端接地。
1、热失控监控系统的预热阶段的处理过程如下：
气体传感器在正常状态时输出信号电压较低：初次上电时，气体传感器一般在50秒内完成预热过程；完成后，其输出的信号电压比预设的报警阀值低。此时，预热检测电路会关闭输出的预热状态信号：即集成电路U1的运算放大器U1A的1号端口输出低电平，处理器控制警报器进入预警状态。
若气体传感器在低温环境中未完成预热过程，气体传感器输出的信号电压比预设的报警阀值高。预热检测电路会持续输出预热状态信号：集成电路U1的运算放大器U1A的1号端口输出高电平，等待完成预热过程。根据上述预热检测电路关闭输出预热状态信号的过程，处理器控制警报器进入预警状态。
2、预热完成后的监控警报过程如下：
在警报器进入预警状态后，气体传感器的连接有+5V电源，环境烟雾会影响气体传感器的电阻值，进而将环境烟雾等气体的浓度转换成电压信号，输出到集成电路U1的运算放大器U1B的6号端口。同时，运算放大器U1B的5号端口预设有报警电压值。
运算放大器U1B的6号端口的环境烟雾气体浓度(电压)达到5号端口的预设报警电压值时，集成电路U1的运算放大器U1B的7号端口翻转输出低电平，处理器识别，并开启警报器。
本发明所述的一种新能源汽车的电池热失控检测系统工作原理是：
因为气体传感器的内部敏感材料，其在初次上电时阻值会产生漂移的特性，导致输出的信号电压波动不稳定，发出警报信号引起失误报警的问题。预热检测电路通过检测气体传感器输出的电平值判断是否处于预热状态，进而解决了该问题，更准确、可靠地监测电池和预防危险情况的发生。
数据采集装置包括气体传感器、温度传感器和火焰传感器；它们布设在电池箱内部的各个检测节点，采集电池的热失控参数。温度传感器用于检测热失控早期的热量散发。气体传感器用于检测发生明火前的产生烟雾，处理器结合两者的热失控参数，及时开启警报器。在火焰传感器用于检测是否发生明火，若是，处理器控制防护装置的启动。三者的结合，让电池热失控检测系统第一时间能确认明火发生时间，并作出防护措施，保护驾驶人的安全。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (1)
1.一种新能源汽车的电池热失控检测系统，包括警报器、防护装置和设置于电池箱内部的热失控监控系统，其特征在于，所述热失控监控系统包括：
数据采集装置，其用于采集电池箱内部的各个检测节点的热失控参数，所述数据采集装置包括气体传感器、温度传感器和火焰传感器；
处理器，其分别与警报器、气体传感器、温度传感器和火焰传感器连接；处理器根据热失控参数判断是否开启防护装置；
预热检测电路，其连接在气体传感器与处理器之间；
所述预热检测电路包括集成电路U1、第一电容组、若干电阻和电源；
所述防护装置包括灭火装置和/或冷却装置；
所述集成电路U1包括运算放大器U1A和运算放大器U1B，所述第一电容组包括电容C1、电容C2和电容C3，所述电阻包括电阻R1、电阻R2、可调微型电位器VR1，所述电源为+5V电源；
所述运算放大器U1A的1号端口连接处理器，运算放大器U1A的2号端口为负输入端，其与运算放大器U1B的5号端口连接；运算放大器U1A的3号端口为正向输入端，其连接气体传感器的4、6号端口，运算放大器U1A的4号端口接地，运算放大器U1A的8号端口连接+5V电源；所述电容C1的一端连接运算放大器U1A的8号端口，电容C1的另一端接地；
所述运算放大器U1B的7号端口连接处理器，运算放大器U1B的6号端口为负向输入端，其连接气体传感器的4、6号端口，运算放大器U1B的5号端口为正向输入端；所述电容C3的一端连接运算放大器U1B的7号端口，电容C3的另一端接地；所述电容C2的一端连接运算放大器U1B的5号端口，电容C2的另一端接地；所述电阻R1一端连接运算放大器U1B的6号端口，电阻R1的另一端接地；
所述可调微型电位器VR1的一端连接+5V电源，可调微型电位器VR1的另一端接地，可调微型电位器VR1的中心触头连接运算放大器U1B的5号端口；气体传感器的1、3和2号端口连接+5V电源，所述电阻R2的一端连接气体传感器的5号端口，电阻R2的另一端接地。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211229 Address after: 311800 Daqiao village, Ciwu Town, Zhuji City, Shaoxing City, Zhejiang Province Patentee after: Zhejiang Zhonglu import and Export Co.,Ltd. Address before: 311800 No. 58, Dashan natural village, Fengyuan village, Fengqiao town, Zhuji City, Shaoxing City, Zhejiang Province Patentee before: Shaoxing Lifang Huineng New Energy Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Battery Thermal Loss Detection System for New Energy Vehicles Effective date of registration: 20230331 Granted publication date: 20200911 Pledgee: Zhejiang Zhuji Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Zhonglu import and Export Co.,Ltd. Registration number: Y2023980036679 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20200911 Pledgee: Zhejiang Zhuji Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Zhonglu import and Export Co.,Ltd. Registration number: Y2023980036679 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A battery thermal runaway detection system for new energy vehicles Granted publication date: 20200911 Pledgee: Zhejiang Zhuji Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhejiang Zhonglu import and Export Co.,Ltd. Registration number: Y2024980012506 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |