CN112977066A - 一种基于薄膜传感器的电池碰撞安全监测预警系统 - Google Patents

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陈贤青
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Abstract

一种电池碰撞安全监测预警系统，包括监测单元、电池管理系统、整车控制器、执行单元；所述监测单元包含电池变形感应装置和充放电次数监测装置；所述电池变形感应装置监测电池表面变形信号；所述充放电次数监测装置监测电池充放电次数；所述电池管理系统接收电池表面变形信号和电池充放电信号，并传递给整车控制器；所述整车控制器根据接收的电池表面变形信号和电池充放电信号分级判断电池损伤程度，并向执行单元发出相应的控制指令；所述执行单元根据控制指令执行预警控制。本发明不仅可以对电池受到即时高强度碰撞作出安全保护的响应，也可以对电池受到低强度碰撞在全生命周期内作出安全预警和人员保护。

Description

一种基于薄膜传感器的电池碰撞安全监测预警系统
技术领域
本发明涉及电动汽车电池技术领域，具体涉及电池碰撞安全监测技术。
背景技术
电池作为电动汽车关键部件之一，其安全性能直接影响着电动汽车整车安全性能。随着电动汽车保有量的增加，使用工况越来越复杂，已出现多起电动车在使用或静置过程中的突发起火事故，此前这些车均经历了不同程度的碰撞或磕碰，但未触发高压断电保护。
上述这类事故往往是电池受到累积损伤的结果，即电池在碰撞后发生不严重变形产生内应力，而后经过多次充放电使电池膨胀和收缩，从而加速电池内部结构(隔膜)产生累积或疲劳损伤并达到损伤极限，进一步触发电池内短路，最终导致热失控。
虽然电动汽车均配置有碰撞安全监测和保护装置，但现有技术都是当碰撞强度较高时保护装置才起作用，且是一种即时响应系统，无法提前对驾驶员进行电池损伤预警，也无法对上述累积损伤的过程进行检测，和对车辆与人员的保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池碰撞安全监测预警系统及方法，同时感知电池表面的变形，并根据电池表面变形程度和电池在变形后所经历的充放电循环次数，分不同级别对驾驶员进行电池损伤预警，避免电池在受到不严重的碰撞变形后，因未受到驾驶员足够重视而产生累积损伤，并最终导致电池内短路引发起火事故。
本发明的技术方案如下：
一种电池碰撞安全监测预警系统，包括监测单元、电池管理系统、整车控制器、执行单元。
所述监测单元包含电池变形感应装置和充放电次数监测装置；所述电池变形感应装置监测电池表面变形信号；所述充放电次数监测装置监测电池充放电次数。
所述电池管理系统接收电池表面变形信号和电池充放电信号，并传递给整车控制器。
所述整车控制器根据接收的电池表面变形信号和电池充放电信号分级判断电池损伤程度，并向执行单元发出相应的控制指令。
所述执行单元根据控制指令执行预警控制。
进一步地，所述电池变形感应装置为薄膜传感器，粘贴于电池壳体侧面与底面。
进一步地，所述电池损伤程度至少分为三级：
第一级为电池产生未影响功能的变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出一级预警；
第二级为电池产生未影响功能的变形，并继续充放电设定次数或循环，当达到该等级损伤后，整车控制器发出二级预警；
第三级为电池产生即将影响功能的较大变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出三级预警。
进一步地，所述预警控制包含仪表声光控制、驱动控制与高压断电保护控制。其中，
所述一级预警是进行仪表声光控制，提醒驾驶员检查车辆的信号。
所述二级预警是进行仪表声光控制的同时进行驱动控制，限制电驱输出功率，以让驾驶员可低速挪动车辆至维修点或安全地点。
所述三级预警是进行高压断电保护控制，整车控制器发出延迟n秒切断高压输出信号，并提示驾驶员将车停靠到安全地点，且车辆停止后无法重新启动。
进一步地，所述第一、二和三级电池损伤程度对应的电池变形感应装置测量值由电池受挤压条件下的充放电试验标定得到。
进一步地，在判定电池达到第一、二或三级电池损伤后，在仪表上通过图像示意图显示电池损伤部位，电池损伤严重程度。
本发明还提出一种电池碰撞安全监测预警方法，采用以上的预警装置实现，其包括步骤：
（1）实时监测电池表面变形信号和电池充放电次数；
（2）根据接收的电池表面变形信号和电池充放电信号分级判断电池损伤程度，并发出相应的控制指令；
（3）根据控制指令执行预警控制。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
(1) 本发明可对低碰撞强度多次充放电导致的电池累积损伤进行预警，即可以向驾驶员预警较轻微的电池损伤，并持续监测电池使用过程，在电池达到损伤极限前阻止驾驶员对车辆的使用，避免因驾驶员对低强度碰撞的忽视而造成人员财产损失。
(2) 本发明设计了分层多级、可视化预警，提升系统响应准确度，减少报警频率，在保证安全前提下提升用户使用满意度。
（3）本发明采用了膜片传感器作为变形监测装置，可实时对电池碰撞变形进行准确监测，安装方便，对电池没有损伤。
总体来说，本发明不仅可以对电池受到即时高强度碰撞作出安全保护的响应，也可以对电池受到低强度碰撞在全生命周期内作出安全预警和人员保护。
附图说明
图1为本发明中膜片传感器粘贴位置关系图；
图2为本发明系统的组成结构示意图；
图3为本发明监测预警控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图进行一步说明本发明技术。
图1给出了一种在电池上粘贴膜片传感器的实施例，该薄膜传感器2粘贴于电池壳体1侧面与底面，用于监测电池表面变形。
可采用一整张薄膜传感器，具体粘贴方式可以是，薄膜传感器2的区域2-1与电池壳体1侧面1-1粘贴，薄膜传感器2的区域2-2与电池壳体1侧面1-2粘贴，薄膜传感器2的区域2-3与电池壳体1侧面1-3粘贴，薄膜传感器2的区域2-4和区域2-5与电池壳体1侧面1-4粘贴，薄膜传感器2的区域2-6与电池壳体1底面1-5粘贴，即将电池壳体1的侧面与底面均粘贴上，这样可以充分监测到变形状况。
参见图2是采用以上薄膜传感器的电池碰撞安全监测预警系统，包括监测单元、电池管理系统、整车控制器、执行单元。
所述监测单元包含作为电池变形感应装置的薄膜传感器2，还有充放电次数监测装置。
所述电池管理系统用于接收与传递薄膜传感器2检测到的电池表面1-1～1-5的变形信号和充放电次数监测装置监测到的电池充放电信号。
所述整车控制器根据接收的电池表面1-1～1-5变形信号和电池充放电信号分三级判断电池损伤程度，并向执行单元发出相应的控制指令。
所述执行单元包含仪表声光控制、驱动控制与高压断电保护控制。
整车控制器对电池损伤程度的判断分三级：
所述电池损伤程度第一级为电池产生未影响功能的变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出三次仪表声光提醒驾驶员检查车辆的信号；
所述电池损伤程度第二级为电池产生未影响功能的变形，并继续充放电一定次数或循环，当达到该等级损伤后，整车控制器持续发出仪表声光提醒驾驶员检查车辆的信号和限制电驱输出功率的信号，以让驾驶员可低速挪动车辆至维修点或安全地点；
所述电池损伤程度第三级为电池产生即将影响功能的较大变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出延迟30s切断高压输出信号，并提示驾驶员将车停靠到安全地点，且车辆停止后无法重新启动；
以上第一、二和三级电池损伤程度对应的薄膜传感器测量值由电池受挤压条件下的充放电试验标定得到。
在进一步的实施例中，所述仪表声光控制在电池损伤损伤后可在仪表上通过图像示意图显示电池损伤部位，电池损伤严重程度。

Claims (8)

1.一种电池碰撞安全监测预警系统，包括监测单元、电池管理系统、整车控制器、执行单元；其特征在于，
所述监测单元包含电池变形感应装置和充放电次数监测装置；所述电池变形感应装置监测电池表面变形信号；所述充放电次数监测装置监测电池充放电次数；
所述电池管理系统接收电池表面变形信号和电池充放电信号，并传递给整车控制器；
所述整车控制器根据接收的电池表面变形信号和电池充放电信号分级判断电池损伤程度，并向执行单元发出相应的控制指令；
所述执行单元根据控制指令执行预警控制。
2.根据权利要求1所述的电池碰撞安全监测预警系统，其特征在于，所述电池变形感应装置为薄膜传感器，粘贴于电池壳体侧面与底面。
3.根据权利要求1或2所述的电池碰撞安全监测预警系统，其特征在于，所述电池损伤程度至少分为三级：
第一级为电池产生未影响功能的变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出一级预警；
第二级为电池产生未影响功能的变形，并继续充放电设定次数或循环，当达到该等级损伤后，整车控制器发出二级预警；
第三级为电池产生即将影响功能的较大变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出三级预警。
4.根据权利要求3所述的电池碰撞安全监测预警系统，其特征在于，所述预警控制包含仪表声光控制、驱动控制与高压断电保护控制；
所述一级预警是进行仪表声光控制，提醒驾驶员检查车辆的信号；
所述二级预警是进行仪表声光控制的同时进行驱动控制，限制电驱输出功率，以让驾驶员可低速挪动车辆至维修点或安全地点；
所述三级预警是进行高压断电保护控制，整车控制器发出延迟n秒切断高压输出信号，并提示驾驶员将车停靠到安全地点，且车辆停止后无法重新启动。
5.根据权利要求3所述的电池碰撞安全监测预警系统，其特征在于，所述第一、二和三级电池损伤程度对应的电池变形感应装置测量值由电池受挤压条件下的充放电试验标定得到。
6.根据权利要求3所述的电池碰撞安全监测预警系统，其特征在于，在判定电池达到第一、二或三级电池损伤后，在仪表上通过图像示意图显示电池损伤部位，电池损伤严重程度。
7.一种电池碰撞安全监测预警方法，采用权利要求1-6任一项的预警装置实现；其特征在于，包括步骤：
（1）实时监测电池表面变形信号和电池充放电次数；
（2）根据接收的电池表面变形信号和电池充放电信号分级判断电池损伤程度，并发出相应的控制指令；
（3）根据控制指令执行预警控制。
8.根据权利要求1所述的电池碰撞安全监测预警方法，其特征在于，所述步骤（2）分级判断电池损伤程度，并发出相应的控制指令，包括
电池损伤程度第一级为电池产生未影响功能的变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出三次仪表声光提醒驾驶员检查车辆的信号；
电池损伤程度第二级为电池产生未影响功能的变形，并继续充放电设定次数或循环，当达到该等级损伤后，整车控制器持续发出仪表声光提醒驾驶员检查车辆的信号和限制电驱输出功率的信号，以让驾驶员可低速挪动车辆至维修点或安全地点；
电池损伤程度第三级为电池产生即将影响功能的较大变形，当达到该等级损伤后，整车控制器发出延迟n秒切断高压输出信号，并提示驾驶员将车停靠到安全地点，且车辆停止后无法重新启动。
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