CN109725030A - 用于避免电池故障的电池托盘内部液体检测 - Google Patents

用于避免电池故障的电池托盘内部液体检测 Download PDF

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Abstract

一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，包括具有界定容置电池的电池单元舱的结构的电池组。第一传感器在接近所述电池单元舱的低点区域处安装到所述结构，用于感测所述电池单元舱的所述低点区域内的操作状况。第二传感器在高于所述第一传感器处安装到所述结构，用于检测所述电池单元舱的所述低点区域上方的操作状况。安全模块处理从所述第一传感器和所述第二传感器接收的信号，并且识别所述电池单元舱的所述低点区域内的操作状况是否定义所述电池单元舱的所述低点区域中存在流体。

Description

用于避免电池故障的电池托盘内部液体检测
技术领域
本公开大体上涉及车辆系统状况感测和车辆系统状况传输系统，包括电池单元舱液体检测。
背景技术
本部分中的陈述仅仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能构成或可能不构成现有技术。
包括电动车辆和混合动力车辆在内的汽车车辆由电池电力提供至少部分推进力，由于随车辆一起提供的电池组中的能量和流体，这造成了必须考虑的独特的状况。应当使接近电池或混合动力车辆的第一响应者(诸如消防车或牵引车辆)知道电池组的存在以及电池组中有流体的可能性，以减少可能的火花和火灾状况。
已知的电池动力和混合或电池-引擎动力车辆(下文中统称为“电池动力”车辆)的电池组不提供能辨别电池组内相对湿度水平的传感器。
因此，尽管当前车辆电池组系统实现了其预期用途，但需要一种用于识别车辆电池组流体存在的新型且改进的系统和方法。
发明内容
根据若干方面，一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统包括电池组，该电池组具有界定容置电池的电池单元舱的结构。第一传感器在接近电池单元舱的低点区域处安装到所述结构，感测电池单元舱的低点区域内的状况。第二传感器安装到所述结构，感测电池单元舱内的在电池单元舱的低点区域外部的状况；并且安全模块处理从第一传感器和第二传感器接收的信号。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器分别限定为电容传感器，并且第二传感器高于第一传感器。
在本公开的另一个方面，如果第一传感器的电容等于第二传感器的电容，则电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中不存在流体。
在本公开的另一个方面，如果第一传感器的电容与第二传感器的电容之间的预定电容差超过预定阈值，则电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中存在流体。
在本公开的另一个方面，当电池单元舱中存在流体时，安全模块生成流体存在信号。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器限定为水分传感器，并且第二传感器高于第一传感器。
在本公开的另一个方面，当与来自第二传感器的信号不同的来自第一传感器的信号所指示的预定相对湿度差超过第一阈值时，并且当来自第一传感器的信号所指示的相对湿度高于第二阈值时，电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中存在流体。
在本公开的另一个方面，第二阈值定义高于大约95％的相对湿度。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器均安装到所述结构的第一壁。
在本公开的另一个方面，安全模块设置在所述结构的外部。
根据若干方面，一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统包括电池组，该电池组具有界定容置电池的电池单元舱的结构。第一传感器在接近电池单元舱的低点区域处安装到所述结构，用于感测电池单元舱的低点区域内的操作状况。第二传感器在高于第一传感器处安装到所述结构，用于检测电池单元舱的低点区域上方的操作状况。安全模块处理从第一传感器和第二传感器接收的信号，并且识别电池单元舱的低点区域内的操作状况是否定义电池单元舱的低点区域中存在流体。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器分别限定为电容传感器。
在本公开的另一个方面，当第一传感器的电容与第二传感器的电容之间的预定电容差超过预定阈值时，电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中存在流体。
在本公开的另一个方面，电容/数字转换器从第一传感器和第二传感器中的每一者接收信号，电容/数字转换器与安全模块通信。
在本公开的另一个方面，第一传感器的电容限定为液体检测电容，并且第二传感器的电容限定为参考电容。
在本公开的另一个方面，第一传感器的电容与第二传感器的电容之间的预定电容差与电池单元舱的低点区域中的液位成比例。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器分别限定为水分传感器；第二传感器高于第一传感器；并且当与来自第二传感器的信号不同的来自第一传感器的信号所指示的预定相对湿度差超过第一阈值时，并且当来自第一传感器的信号所指示的相对湿度高于第二阈值时，电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中存在流体。
根据若干方面，一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统包括电池组，该电池组具有界定多个电池单元舱的结构，每个电池单元舱容置至少一个电池。多根相继横梁限定电池单元舱中的每一者，其中该至少一个电池定位在多根相继横梁之间。第一传感器安装到多个电池单元舱中的每一者的多根横梁中的第一者。第一传感器定位在接近电池单元舱的低点区域处，用于感测电池单元舱的低点区域内的操作状况。第二传感器也安装到多个电池单元舱中的每一者的多根横梁中的第一者。第二传感器高于第一传感器，用于感测电池单元舱的低点区域上方的操作状况。安全模块处理从第一传感器和第二传感器接收的信号，并且识别电池单元舱的低点区域内的操作状况是否定义电池单元舱的低点区域中存在流体。车身控制管理单元使用高速CAN接口与安全模块通信。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器分别限定为电容传感器；并且当第一传感器的电容与第二传感器的电容之间的预定电容差超过预定阈值时，电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中存在流体。
在本公开的另一个方面，第一传感器和第二传感器分别限定为水分传感器；并且当与来自第二传感器的信号不同的来自第一传感器的信号所指示的预定相对湿度差超过第一阈值时，且当来自第一传感器的信号所指示的相对湿度高于第二阈值时，电池单元舱中的状况被定义为电池单元舱中存在流体。
根据本文所提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和特定实例仅仅是为了进行说明，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于说明目的，而非旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据一个示例性实施例，具有用于电池动力车辆的电池组安全系统的汽车车辆的左后方透视图；
图2是本公开的电池组的左上方透视图；
图3是图2的电池组的顶部平面图；
图4是在图3的截面4处截取的剖面前视图；
图5是根据一个示例性方面的用于电池动力车辆的电池组安全系统的示意图；
图6是本公开的用于电池动力车辆的电池组安全系统中所应用的电容传感器的示意图；
图7是图6的用于电池动力车辆的电池组安全系统的前部透视图；以及
图8是根据图6至8中所呈现的另一个方面的用于电池动力车辆的电池组安全系统的示意图。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开的应用或使用。
参看图1，车辆电池安全传感器系统10与安装到车辆14的电池单元或电池组12相结合。电池组12可提供电荷作为推进车辆14的唯一动力，或者可提供除了引擎(未示出)之外的补充动力。
参看图2并且再次参看图1，车辆电池安全传感器系统10连同电池组12一起使用结构单元或框架16支撑，该结构单元或框架例如由一种或多种材料制成，诸如包括铝在内的金属，或者诸如金属等材料与聚合材料或复合材料的组合。框架16可提供一个或多个安装凸缘18以将框架16连接到车辆14的结构。车辆电池安全传感器系统10还包括绞合能量释放模块20，其准许电池单元在发生事故时放电；以及电池紧急响应模块22，其能本地或远程地为车辆和电池紧急状况提供信号。车辆电池安全传感器系统10还包括安全模块24，其收集传感器数据，如参考图5所描述。
参看图3并且再次参看图1至2，电池组12的框架16包括多个电池单元舱或室(例如示例性电池单元舱26)，其可被限定在多根相继横梁28之间，诸如在横梁28(1)、28(2)之间。每个电池单元舱26包括至少一个电池单元30。
参看图4并且再次参看图1至3，为了收集可能发生的来自电池单元30的任何流体泄漏，并且还收集可能进入电池组12的任何水分，诸如液体，电池单元舱26中的每一者可包括位于电池单元30下方的低点区域32。进入多个电池单元舱26中的任一者的水分或电池流体聚集在每个低点区域32处。可使用延伸穿过每个横梁28的排水孔34来增强进入电池单元舱低点区域32的水分聚集，以允许所有流体聚集在低点区域32中。
因为框架16内的电池组12未被密封并且电池单元30需要冷却，所以含有水分的空气可能以液体、蒸汽和气体形式存在于电池单元舱26中。因为存在于电池单元舱26中的空气能由于压力和温度而自然饱和，所以如果相对湿度增加到大约100％RH，即使可能不存在实际流体，定位在电池单元舱26中的单个水分传感器也可能发出水分问题的信号。因此，仅来自定位在低点区域32中的单个液体传感器的信号将不能确保流体实际存在。为了增强辨别在任何电池单元舱26中是否存在作为液体或呈蒸汽或气体形式的水分的能力，根据若干方面，每个电池单元舱26设置有第一传感器36和第二传感器38，每个传感器安装到多根横梁28之一的侧壁，诸如安装到横梁28(1)的侧壁40。根据若干方面，第一传感器36和第二传感器38分别限定为水分传感器。
第一传感器36是低安装传感器，其安装在由低点区域32界定的空间内。任何液体、汽液或呈气体形式的液体(例如存在于低点区域32中的液体或电池流体)均可由传感器36感测。第二传感器38与第一传感器36相同，并且虽然安装到与第一传感器36相同的侧壁，诸如安装到所示出的侧壁40，但安装在接近横梁的上端42处，诸如安装到所示出的横梁28(1)。
如本文所述，因为存在于电池单元舱26中的空气能由于压力和温度而自然饱和，所以如果相对湿度增加到大约100％RH，即使可能不存在实际流体，定位在电池单元舱26中的单个水分传感器也可能发出水分问题的信号。为了避免这种情况，根据若干方面，通过将电池单元舱26中作为来自第一传感器36的输出信号测量的相对湿度与作为来自第二传感器38的输出信号测量的相对湿度进行比较来确定任何单个电池单元舱26的相对湿度的增大。因此，对来自第一传感器36和第二传感器38中的每一者的输出信号周期性地进行取样和滤波，并且将数据保存在参考图5所示出和描述的存储器48中。
参看图5并且再次参看图1至图4，本公开的车辆电池安全传感器系统10的示例图提供与多个传感器通信的安全模块24。安全模块24可提供计算能力，并因此包括诸如中央处理器46和包括EEPROM在内的存储器48之类的特征。安全模块24接收来自多个传感器中的每一者的输出信号，诸如定位在安全模块24内的水分-温度传感器50、位于安全模块24内的加速计-冲击传感器52、安装到每个横梁28的第一传感器36和第二传感器38、至少一个电池流体-甲烷气体泄漏传感器54以及多个烟火传感器56。安全模块24协调指示电池组12和框架16的状况的至少一个输出信号。
安全模块24经由高速控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)接口60与车辆主计算机(诸如车身控制管理单元(Body Controller Management unit，BCM)58)通信。连接器62随安全系统10一起提供，提供电力和多个通信端子。安全模块电源64也经由连接器62连接到正电力端子66和接地端子68，从而在来自电池组12的电力不可用的情况下为安全模块24的操作提供备用电力。
报警模块70也与车辆BCM 58通信，使得当安全模块24转发信号时，能在从车辆电池安全传感器系统10的任何一个传感器发射输出信号的情况下发起多个不同车辆外部警报中的任何一者或全部，该车辆外部警报包括车辆喇叭或单独发声装置的呈指示电池组12状况的模式的发声(诸如喇叭快速开关发声)、车辆头灯或尾灯中的任一者或两者的呈指示电池组12状况的模式的闪光(诸如预定开关序列)、经由无线信号装置发送的远程信号、指向车辆14的操作者的内部消息(诸如指示电池组的状况(诸如烟气状况或框架16的结构损坏)的文本消息)等。
如下采用来自第一传感器36和第二传感器38中的每一者的输出信号。在第一测试部分中，收集指示第一传感器36与第二传感器38的输出数据之间存在预定相对湿度差的预定量的连续样本数据，直到相对湿度差超过第一阈值72为止。在相对湿度差超过第一阈值72之后的第二测试部分中，确定下部或第一传感器36所指示的相对湿度是否高于第二阈值74，例如高于大约95％RH。当相对湿度差超过第一阈值72并且下部或第一传感器36所指示的相对湿度高于第二阈值74时，车辆电池安全传感器系统10将这个状况解释为电池单元舱26中存在流体或液体体积，并且生成流体存在信号76。当存在流体时，将流体存在信号76传送到安全模块24。
如果需要，可由本公开的车辆电池安全传感器系统10识别其中一对传感器36、38触发的特定电池单元舱26。虽然如参考图4所示将第一传感器36和第二传感器38描绘为定位在横梁28(1)的侧壁40上，但第一传感器36和第二传感器38能安装在横梁28(2)的相对侧壁44上，并因此水分传感器能安装在电池单元舱26的任一侧壁上。为了保持第一传感器36和第二传感器38所采取的样本之间的一致性并且为了使辨别变化的水分含量所需要的时间减到最少，需要将两个传感器安装到相同侧壁，但如果布置限制排除了这一点，则每个传感器可安装到不同侧壁。
参看图6，从车辆电池安全传感器系统10修改得到车辆电池安全传感器系统10’，系统10’修改为包括示例性电池单元舱26’，其中第一传感器36由限定为电容传感器78的第一传感器替换，并且第二传感器38由限定为电容传感器80的第二传感器替换。类似于第一传感器36和第二传感器38，电容传感器78和电容传感器80均安装到相同侧壁，诸如安装到图4所示的侧壁40。如图6所示，电容传感器78和电容传感器80中的每一者提供界定检测范围的相同参考高度hR 82。当电池单元舱26’中不存在流体时，电容传感器78的输出信号等于电容传感器80的输出信号。电池单元舱26’被描绘为具有一定体积的液体84，该液体具有小于或等于参考高度hR的参考高度86hW。
参看图7并且再次参看图6，电容传感器78(示出)和电容传感器80中的每一者生成电容场88。电容场88与液体84的液位90成比例。在存在液体84的情况下，电容场88增加到最大场92，并且大致减小到液体84的液面90上方的最小场94。当不存在液体时，电容传感器78和电容传感器80的电容场88相等。使用电容传感器的一个优点是电容传感器不需要直接接触电池单元舱中的液体。
参看图8并且再次参看图5和图6至图7，本公开的车辆电池安全传感器系统10’的示例图从图5修改为呈现利用诸如电容传感器78和电容传感器80等电容传感器代替水分传感器，来识别电池单元舱26’中是否存在液体流体或水的一个方面。来自电容传感器78和电容传感器80的输出信号被馈送到电容/数字转换器96，电容/数字转换器96与安全模块24通信。车辆电池安全传感器系统10’的其它特征大致与车辆电池安全传感器系统10相同。
如下采用来自电容传感器78和电容传感器80中的每一者的输出信号。在第一测试部分中，收集指示在第一传感器78的输出信号与第二传感器80的输出信号之间存在预定电容差的预定量的连续样本数据，直到电容差超过第三阈值96为止。当电容差超过第三阈值96时，车辆电池安全传感器系统10’将这个状况解释为电池单元舱26中存在流体或液体体积并且生成流体存在信号98。根据若干方面，第一传感器78(下部传感器)的电容定义液体检测电容，并且第二传感器80(上部传感器)的电容定义参考电容。
本公开的车辆电池安全传感器系统提供了若干优点。这些优点包括提供了第一传感器和第二传感器，其中一个传感器定位于另一个传感器上方，这使得可以区分电池组电池单元舱中的高湿度水平与电池单元舱中存在液体。第一传感器和第二传感器能彼此相同，其中传感器是不需要直接接触电池单元舱中的液体的电容传感器，或者是水分检测传感器。
本公开的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不背离本公开主旨的变型旨在落入本公开的范围内。此类变型不应视为背离本公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，包括：
电池组，所述电池组具有界定容置电池的电池单元舱的结构；
第一传感器，所述第一传感器在接近所述电池单元舱的低点区域处安装到所述结构，感测所述电池单元舱的所述低点区域内的状况；
第二传感器，所述第二传感器安装到所述结构，感测所述电池单元舱内的在所述电池单元舱的所述低点区域外部的状况；以及
安全模块，所述安全模块处理从所述第一传感器和所述第二传感器接收的信号。
2.根据权利要求1所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第一传感器和所述第二传感器分别限定为电容传感器，并且其中所述第二传感器高于所述第一传感器。
3.根据权利要求2所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中如果所述第一传感器的电容等于所述第二传感器的电容，则所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中不存在流体。
4.根据权利要求2所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中如果所述第一传感器的电容与所述第二传感器的电容之间的预定电容差超过预定阈值，则所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中存在流体。
5.根据权利要求4所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中当所述电池单元舱中存在流体时，所述安全模块生成流体存在信号。
6.根据权利要求1所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第一传感器和所述第二传感器分别限定为水分传感器，并且其中所述第二传感器高于所述第一传感器。
7.根据权利要求6所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中当与来自所述第二传感器的信号不同的来自所述第一传感器的信号所指示的预定相对湿度差超过第一阈值时，并且当来自所述第一传感器的所述信号所指示的相对湿度高于第二阈值时，所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中存在流体。
8.根据权利要求7所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第二阈值定义为高于大约95％的相对湿度。
9.根据权利要求1所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第一传感器和所述第二传感器均安装到所述结构的第一壁。
10.根据权利要求1所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述安全模块设置在所述结构的外部。
11.一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，包括：
电池组，所述电池组具有界定容置电池的电池单元舱的结构；
第一传感器，所述第一传感器在接近所述电池单元舱的低点区域处安装到所述结构，用于感测所述电池单元舱的所述低点区域内的操作状况；
第二传感器，所述第二传感器在高于所述第一传感器处安装到所述结构，用于感测所述电池单元舱的所述低点区域上方的操作状况；以及
安全模块，所述安全模块处理从所述第一传感器和所述第二传感器接收的信号，并且识别所述电池单元舱的所述低点区域内的操作状况是否定义所述电池单元舱的所述低点区域中存在流体。
12.根据权利要求11所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第一传感器和所述第二传感器分别限定为电容传感器。
13.根据权利要求12所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中当所述第一传感器的电容与所述第二传感器的电容之间的预定电容差超过预定阈值时，所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中存在流体。
14.根据权利要求12所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其还包括电容/数字转换器，所述电容/数字转换器接收来自所述第一传感器和所述第二传感器中的每一者的信号，所述电容/数字转换器与所述安全模块通信。
15.根据权利要求12所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第一传感器的电容定义液体检测电容并且所述第二传感器的电容定义参考电容。
16.根据权利要求12所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中所述第一传感器的电容与所述第二传感器的电容之间的所述预定电容差与所述电池单元舱的所述低点区域中的液位成比例。
17.根据权利要求11所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中：
所述第一传感器和所述第二传感器分别限定为水分传感器；
所述第二传感器高于所述第一传感器；并且
当与来自所述第二传感器的信号不同的来自所述第一传感器的信号所指示的预定相对湿度差超过第一阈值时，并且当来自所述第一传感器的所述信号所指示的相对湿度高于第二阈值时，所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中存在流体。
18.一种提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，包括：
电池组，所述电池组具有界定多个电池单元舱的结构，所述电池单元舱各自容置至少一个电池；
多根相继横梁，所述相继横梁限定所述电池单元舱中的每一者，其中所述至少一个电池定位在所述相继横梁之间；
第一传感器，所述第一传感器安装到所述多个电池单元舱中的每一者的多根所述横梁中的第一者，所述第一传感器定位在接近所述电池单元舱的低点区域处，用于感测所述电池单元舱的所述低点区域内的操作状况；
第二传感器，所述第二传感器也安装到所述多个电池单元舱中的每一者的多根所述横梁中的所述第一者，所述第二传感器高于所述第一传感器，用于感测所述电池单元舱的所述低点区域上方的操作状况；
安全模块，所述安全模块处理从所述第一传感器和所述第二传感器接收的信号，并且识别所述电池单元舱的所述低点区域内的操作状况是否定义所述电池单元舱的所述低点区域中存在流体；以及
车身控制管理单元，所述车身控制管理单元使用高速CAN接口与所述安全模块通信。
19.根据权利要求18所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中：
所述第一传感器和所述第二传感器分别限定为电容传感器；并且
当所述第一传感器的电容与所述第二传感器的电容之间的预定电容差超过预定阈值时，所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中存在流体。
20.根据权利要求18所述的提供电池组内部液体检测的车辆电池安全传感器系统，其中：
所述第一传感器和所述第二传感器分别限定为水分传感器；并且
当与来自所述第二传感器的信号不同的来自所述第一传感器的信号所指示的预定相对湿度差超过第一阈值时，并且当来自所述第一传感器的所述信号所指示的相对湿度高于第二阈值时，所述电池单元舱中的状况被定义为所述电池单元舱中存在流体。
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