CN110239348A - 一种电动汽车动力电池安全检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种电动汽车动力电池安全检测系统及方法，系统主要由碰撞检测模块、电池安全监测模块、电池管理系统、高压继电器、报警装置组成。可在碰撞事故中对高压电气回路切断的同时，通过电池安全监测模块反馈电池当前的安全信号，电池管理系统依据安全状态信息决定是否闭合继电器以重新接通高压回路。电池安全监测模块由超声波传感器、电压传感器、温度传感器组成。其中，超声波传感器可以实现对电池内部气体状态特征的反映，及时对碰撞后有风险涌现早期的电池安全性即可做出预判与诊断来反映碰撞后电池的安全状态。电池管理系统通过将安全监测模块反馈的状态信号与预设阈值进行比较，判断电池安全状态并采取相应措施。

Description

一种电动汽车动力电池安全检测系统及方法
技术领域
本发明属于电动汽车动力电池安全领域，涉及一种电动汽车动力电池安全检测系统及方法。
背景技术
目前为了满足电动汽车行驶时的动力性需求，整个电动汽车的动力电池系统一般具有300V～400V高压，如果汽车在行驶的过程中发生了碰撞，电池在碰撞中可能受到如挤压、冲击等机械滥用，从而引起内部短路、电池电解液泄露以及有害气体的释放等，严重时会发生起火甚至爆炸等现象。由于碰撞事故中电池的受损程度和电池内部化学反应的剧烈程度有所不同，难于直接评估碰撞对电池系统造成的危害。现有安全措施通常是采取切断电池系统高压回路的方法阻断电气连接，但缺少对动力电池系统是否受到损伤的判断，也难以确定电池系统的安全性，因为电池的受损程度和电池内部化学反应的快慢程度的不同，电池造成的危害有时候可以直接表现出来，有时候却不能直接表现出来。如果电池系统仍可满足使用，则应使高压系统重新上电，避免非必要断电情况的出现，快速驶离现场以对车辆进行维修。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种碰撞后动力电池安全性检测的系统和方法，以判断电池系统在碰撞后的安全性，并根据电池安全性评价结果确定电池系统是否安全可用。
本发明一种电动汽车动力电池安全检测系统，包括碰撞检测模块、电池安全监测模块、电池管理系统、高压继电器与报警装置。
所述碰撞检测模块与电池管理系统相连，用于获得电池箱体碰撞信号；碰撞检测模块包括形变传感器与加速度传感器各布置4个，测得电池箱体的形变信号与加速度信号，并将获得的电池箱体碰撞信号传送至电池管理系统。
所述电池安全监测模块与电池管理系统相连，用于将检测电池状态，获得电池状态信号，并传送至电池管理系统。
所述高压继电器与电池管理系统相连，用于接收电池管理系统的控制指令来切断电池系统与驱动系统之间的高压电气回路。
所述报警装置与电池管理系统相连，用于接收电池管理系统的控制指令来进行安全报警。
所述电池管理系统通过将电池箱体碰撞信号以及电池状态信号与预设阈值进行比较，判断碰撞强度等级和电池安全状态并采取相应措施，具体为：
A、若形变信号与加速度信号均未超出第一阈值，则高压电气系统继续正常工作。
B、若形变信号与加速度信号之一超出第一阈值，但未超出第二阈值的情况下，此时电池管理系统向高压继电器发出可逆式断电保护控制指令，驱动高压继电器切断高压电气系统的高压回路。
C、若形变信号与加速度信号之一超出第一阈值，同时该信号还超出第二阈值，此时电池管理系统发出不可逆式断电保护控制指令，控制高压继电器切断高压电气回路中电池系统和电机之间额外加装的熔断开关；同时发送报警信号给报警装置。
所述电池安全监测模块由超声波传感器、电压传感器与温度传感器组成；其中，超声波传感器用于探测电池内部的气体分布情况；电压传感器与温度传感器用来监测电池的电压信号与温度信号；由电池管理系统进行分析并判断，若电池管理系统检测到其中任何一个信号变化率超出设定的安全阈值，则电池管理系统发出不可逆式断电保护控制指令，同时发送报警信号给报警装置，此时表明电池组因车辆发生碰撞有发生热失控的危险，可能会导致电池组的起火、爆炸、燃烧等安全事故，驾驶员及乘客必须立即撤离现场以保障人身安全。
本发明的优点在于：
1、本发明电动汽车动力电池安全检测系统及方法，依据碰撞强度对高压电气回路切断的同时，通过电池安全监测模块反馈电池当前的安全信号，电池管理系统依据安全状态信息决定是否可以闭合继电器以重新接通高压回路，以避免非必要断电情况的出现。
附图说明
图1为本发明电动汽车动力电池安全检测系统结构框图；
图2为本发明电动汽车动力电池安全检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明电动汽车动力电池安全检测系统，包括碰撞检测模块、电池安全监测模块、电池管理系统、高压继电器与报警装置，如图1所示。
所述碰撞检测模块与电池管理系统相连，用于检测电池箱体的碰撞情况，获得电池箱体碰撞信号，包括电池箱体的形变信号与加速度信号，并将获得的电池箱体碰撞信号传送至电池管理系统；电池管理系统通过将电池箱体碰撞信号与预设阈值进行比较，判断碰撞强度等级并采取相应措施。
所述电池安全监测模块与电池管理系统相连，用于将检测电池状态，获得电池状态信号，并传送至电池管理系统。电池管理系统通过将状态信号与预设阈值进行比较，判断电池安全状态并采取相应措施。
所述高压继电器与电池管理系统相连，用于接收电池管理系统的控制指令来切断电池系统与驱动系统之间的高压电气回路。
所述报警装置与电池管理系统相连，用于接收电池管理系统的控制指令来进行安全报警。
本发明中碰撞检测模块包括形变传感器与加速度传感器各布置4个，4个形变传感器与加速度传感器分别布置于电池箱体内部周向四个壁面中心区域。
上述形变传感器可以是应变片式传感器或位移传感器，用来实时检测电池箱体形变信号M，并将检测到的形变信号M传送至电池管理系统；电池管理系统获取形变信号M后，与电池管理系统内部设定的形变第一阈值M1与M2进行比较，形变第一阈值M1可设定形变量为5％～10％。上述形变传感器第二阈值M2可设定为产生10％-15％的形变量。
上述加速度传感器可以采用压电式加速度传感器，用来实时检测电池箱体所产生的加速度信号N，并将检测的加速度信号N传送至电池管理系统；电池管理系统获取加速度信号N后，与电池管理系统内部设定的第一阈值N1以及第二阈值N2进行比较，第二阈值N2＞N1，需要针对不同车型通过试验来标定得出。
上述比较方法具体为：
1、若形变信号与加速度信号均未超出第一阈值，则高压电气系统继续正常工作。
2、若形变信号与加速度信号之一超出第一阈值，但未超出第二阈值的情况下，此时电池管理系统向高压继电器发出可逆式断电保护控制指令，驱动高压继电器切断高压电气系统的高压回路。可逆式断电保护经安全监测模块监测确认后可以重新启动。
3、若形变信号与加速度信号之一超出第一阈值，同时该信号还超出第二阈值，此时电池管理系统发出不可逆式断电保护控制指令，控制高压继电器切断高压电气回路中电池系统和电机之间额外加装的熔断开关；熔断开关一旦断开，无法重新闭合，以此来实现不可逆式断电保护，同时发送报警信号给报警装置，以提醒驾驶员及乘客此时由于碰撞强度等级较高，高压电气系统有漏电的危险，需立即远离受损车辆。不可逆式断电保护只能通过专业维修方来重新启动，可以重新替换熔断开关。
在前述采取可逆式断电保护的情况下，电池管理系统需要依据电池安全监测模块提供的安全状态信息来判断是否可以重新闭合高压继电器以接通电气系统的高压回路。
所述电池安全监测模块由超声波传感器、电压传感器与温度传感器组成。其中，超声波传感器便于安装，时效性好，探测电池内部的气体分布情况。超声波检测信号经电池管理系统处理可以基本反映出气体量的量值，具体地，反映的主要是CO、CO2、H2、C2H4这四种气体的总量值DC，其来源于内部早期副反应。另外，超声波信号设定的阈值为电池厂家在安全测试实验条件下，针对具体型号电池，其未发生热失控的前5分钟内，其变化率的平均值DC1。此处所选取的时间5分钟，是由当前新国标《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》里规定，在电池包发生热失控危险前5分钟，汽车要提供预警信号，预留5分钟的逃生时间这一角度出发。
电压传感器与温度传感器用来监测电池的电压信号DU与温度信号DT，经电池管理系统处理可得到电压值DU与温度值DT，以反映电池外部的安全状态。电压降阈值DU1设定为0.5V/s，一般对应着电池内部可能开始发生了内短路现象。温升速率阈值DT1设定为0.5℃/s，温度监测可能会受环境影响有一定波动，为降低发生误判的可能性，设定连续5秒以上监测温升速率高于0.5℃/s则判定超出阈值。
上述产气特征、电压与温度信号实时发送至电池管理系统，由电池管理系统进行分析并判断，若电池管理系统检测到其中任何一个信号变化率超出设定的安全阈值，则电池管理系统发出不可逆式断电保护控制指令，同时发送报警信号给报警装置，此时表明电池组因车辆发生碰撞有发生热失控的危险，可能会导致电池组的起火、爆炸、燃烧等安全事故，驾驶员及乘客必须立即撤离现场以保障人身安全。

Claims (7)

1.一种电动汽车动力电池安全检测系统，包括碰撞检测模块、电池安全监测模块、电池管理系统、高压继电器与报警装置；
所述碰撞检测模块与电池管理系统相连，用于获得电池箱体碰撞信号，包括电池箱体的形变信号与加速度信号，并将获得的电池箱体碰撞信号传送至电池管理系统；
所述电池安全监测模块与电池管理系统相连，用于将检测电池状态，获得电池状态信号，并传送至电池管理系统；
所述高压继电器与电池管理系统相连，用于接收电池管理系统的控制指令来切断电池系统与驱动系统之间的高压电气回路；
所述报警装置与电池管理系统相连，用于接收电池管理系统的控制指令来进行安全报警。
2.如权利要求1所述一种电动汽车动力电池安全检测系统，其特征在于：碰撞检测模块包括形变传感器与加速度传感器各布置4个，4个形变传感器与加速度传感器分别布置于电池箱体内部周向四个壁面中心区域。
3.如权利要求2所述一种电动汽车动力电池安全检测系统，其特征在于：形变传感器可以是应变片式传感器或位移传感器，加速度传感器可以采用压电式加速度传感器。
4.如权利要求1所述一种电动汽车动力电池安全检测系统，其特征在于：电池管理系统通过将电池箱体碰撞信号以及电池状态信号与预设阈值进行比较，判断碰撞强度等级和电池安全状态并采取相应措施，具体为：
A、若形变信号与加速度信号均未超出第一阈值，则高压电气系统继续正常工作；
B、若形变信号与加速度信号之一超出第一阈值，但未超出第二阈值的情况下，此时电池管理系统向高压继电器发出可逆式断电保护控制指令，驱动高压继电器切断高压电气系统的高压回路；
C、若形变信号与加速度信号之一超出第一阈值，同时该信号还超出第二阈值，此时电池管理系统发出不可逆式断电保护控制指令，控制高压继电器切断高压电气回路中电池系统和电机之间额外加装的熔断开关；同时发送报警信号给报警装置。
5.如权利要求4所述一种电动汽车动力电池安全检测系统，其特征在于：采取可逆式断电保护的情况下，电池管理系统需要依据电池安全监测模块提供的安全状态信息来判断是否可以重新闭合高压继电器以接通电气系统的高压回路。
6.如权利要求5所述一种电动汽车动力电池安全检测系统，其特征在于：电池安全监测模块由超声波传感器、电压传感器与温度传感器组成；其中，超声波传感器用于探测电池内部的气体分布情况；电压传感器与温度传感器用来监测电池的电压信号与温度信号；由电池管理系统进行分析并判断，若电池管理系统检测到其中任何一个信号变化率超出设定的安全阈值，则电池管理系统发出不可逆式断电保护控制指令，同时发送报警信号给报警装置。
7.如权利要求6所述一种电动汽车动力电池安全检测系统，其特征在于：超声波信号设定的阈值为电池发生热失控的前一段时间内，其变化率的平均值DC；电压信号的安全域值为电压降阈值；温度信号的安全域值为温升速率阈值。
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