CN212579620U - 传感器、电池模块、电池管理组件和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种传感器，其用于监测电池包的状态，其特征在于，所述传感器包括：感测元件，所述感测元件检测电池包的状态，以获得检测数据，并由此获得所述检测数据相对于时间的曲线；采样模块，所述采样模块限定了采样周期，所述采样模块基于所述曲线以所述采样周期对所述检测数据进行采样；以及判定模块，所述判定模块被配置成当采样的检测数据大于预设阈值时和/或当采样的检测数据的变化率大于预设变化率阈值时输出警告信号，所述警告信号表明电池包内可能出现热失控状况。本公开还涉及电池模块、电池管理组件和电动汽车，其包括上述传感器。

Description

传感器、电池模块、电池管理组件和电动汽车

技术领域

本公开总体上涉及一种传感器。本公开还涉及电池模块、电池管理组件和电动汽车，其具有上述传感器。

背景技术

传感器在参数监测中得到了广泛的应用。一方面，在一些场合中，人们希望传感器尽可能少地耗电以避免传感器的电源电量耗尽。例如，在汽车中，传感器通常可以例如由蓄电池供电，如果传感器在汽车停驶时一直消耗电力，可能会造成蓄电池耗尽，从而使汽车无法起动。另一方面，对传感器断电虽然能减少其电力消耗，但可能会导致传感器无法正确监测外界参数变化。

在汽车中，用于提供动力的电池包在正常操作期间或者在非操作期间可能由于某些因素而导致热失控，因此还期望的是传感器能够监测电池包的状况，以提前预警热失控现象和/或避免出现热失控后果。

实用新型内容

针对现有技术中的上述问题，本公开的目的之一是提供一种传感器，其能以低功耗正确地监测参数变化。

本公开的另一目的是提供一种传感器，其能够监测电池包的状态，以便提前预警热失控现象和/或避免出现热失控后果。

本公开的又一目的是提供包括上述传感器的电池模块、电池管理组件和电动汽车，以及该传感器的监测方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种传感器，其用于监测电池包的状态，所述传感器包括：

感测元件，所述感测元件检测电池包的状态，以获得检测数据，并由此获得所述检测数据相对于时间的曲线；

采样模块，所述采样模块限定了采样周期，所述采样模块基于所述曲线以所述采样周期对所述检测数据进行采样；以及

判定模块，所述判定模块被配置成当采样的检测数据大于预设阈值时和/或当采样的检测数据的变化率大于预设变化率阈值时输出警告信号，所述警告信号表明电池包内可能出现热失控状况。

在传感器的一个实施例中，所述采样周期根据传感器的工作模式来确定。

在传感器的一个实施例中，所述采样模块被配置成当所述判定模块输出警告信号时改变采样周期。

在传感器的一个实施例中，采样的检测数据取采样周期内的任意一个检测数据与所述预设阈值进行比较。

在传感器的一个实施例中，采样的检测数据取采样周期内的多个检测数据的平均值与所述预设阈值进行比较。

在传感器的一个实施例中，采样的检测数据取多个采样周期内的多个检测数据的变化率与所述预设变化率阈值进行比较，其中每个采样周期内取任意一个检测数据。

在传感器的一个实施例中，采样的检测数据取多个采样周期内的多个检测数据的变化率与所述预设变化率阈值进行比较，其中每个采样周期内取多个检测数据的平均值。

在传感器的一个实施例中，所述传感器由单独的电源通过有线或无线的方式供电。

在传感器的一个实施例中，所述传感器是压力传感器，所述检测数据是表示电池包内的压力的数据。

在传感器的一个实施例中，所述预设阈值由标准大气压值与判定幅值的和确定，其中所述判定幅值在从0.5KPa至50KPa的范围内。

在传感器的一个实施例中，所述预设阈值由当前大气压值与判定幅值的和确定，其中所述判定幅值在从0.5KPa至50KPa的范围内。

在传感器的一个实施例中，所述预设变化率阈值在从0.1KPa/s至10KPa/s的范围内。

在传感器的一个实施例中，所述预设变化率阈值在从0.2KPa/s至 5KPa/s的范围内。

在传感器的一个实施例中，所述预设变化率阈值在从0.5KPa/s至 1KPa/s的范围内。

在传感器的一个实施例中，所述预设变化率阈值为0.6KPa/s。

在传感器的一个实施例中，所述当前大气压值由所述感测元件测量得到或者根据电池包当前所处的环境进行计算而得出。

在传感器的一个实施例中，所述传感器还包括控制器，所述感测元件与控制器相连，所述控制器被配置成使得，在传感器接收到使能信号时所述控制器使传感器处于正常工作模式，在传感器未接收到使能信号时所述控制器使传感器处于节能模式，

其中，在所述正常工作模式中，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块正常工作，所述传感器持续向外部输出与传感器的检测数据相对应的检测信号，并且

其中，在所述节能模式中，所述传感器交替地处于苏醒周期和休眠周期，在所述节能模式的所述苏醒周期中，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块正常工作，并且在所述判定模块输出警告信号时，所述传感器向外部输出唤醒信号，在所述节能模式的所述休眠周期中，所述传感器休眠，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块不工作。

在传感器的一个实施例中，所述传感器还包括命令接收部、检测信号输出部和唤醒输出部，所述命令接收部、所述检测信号输出部和所述唤醒输出部均与所述控制器相连，所述命令接收部被构造成用于接收所述使能信号，所述检测信号输出部被构造成用于输出来自所述控制器的所述检测信号，所述唤醒输出部被构造成用于输出来自所述控制器的所述唤醒信号。

在传感器的一个实施例中，所述传感器还包括无线发射和接收模块，所述无线发射和接收模块被构造成用于以无线通讯的方式接收所述使能信号、以无线通讯的方式输出来自所述控制器的所述检测信号以及以无线通讯的方式输出来自所述控制器的所述唤醒信号。

在传感器的一个实施例中，所述传感器被配置成在向外部输出所述唤醒信号的同时检查传感器是否接收到所述使能信号，一旦接收到所述使能信号则停止输出所述唤醒信号。

在传感器的一个实施例中，所述传感器被配置成使得所述检测信号和/或所述唤醒信号能够被所述控制器测量，以便使传感器对所述检测信号和/或所述唤醒信号和/或对所述检测信号输出部和/或所述唤醒输出部进行故障诊断。

在传感器的一个实施例中，所述无线发射和接收模块被配置成能够向外发送校验信号。

在传感器的一个实施例中，所述感测元件和所述控制器被封装在传感器的壳体中。

在传感器的一个实施例中，所述传感器被配置成在向外部输出所述唤醒信号的同时自动切换至正常工作模式。

在传感器的一个实施例中，在所述节能模式的所述苏醒周期中，所述预设阈值每隔预定时间被更新。

在传感器的一个实施例中，在所述节能模式持续预定时间之后，所述控制器使传感器处于深度睡眠模式，在所述深度睡眠模式中，所述传感器被关闭，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块不工作。

在传感器的一个实施例中，所述苏醒周期的持续时间与所述休眠周期的持续时间之和小于2秒。

在传感器的一个实施例中，所述苏醒周期的持续时间为1毫秒至 50毫秒，所述休眠周期的持续时间为50毫秒至2000毫秒。

在传感器的一个实施例中，所述采样周期为所述苏醒周期的持续时间与所述休眠周期的持续时间之和。

根据本公开的第二方面，提供一种电池模块，所述电池模块包括：

电池包；以及

如上所述的传感器，所述传感器用于监测电池包的状态。

根据本公开的第三方面，提供一种电池管理组件，所述电池管理组件包括：

电池管理系统；以及

如上所述的传感器，所述传感器用于监测电池的状态，其中，所述传感器接收来自于所述电池管理系统的使能信号，并且所述警告信号被输出给所述电池管理系统以便所述电池管理系统对电池包进行管理。

在电池管理组件的一个实施例中，所述电池管理系统具有用于接收来自传感器的校验信号的装置。

根据本公开的第四方面，提供一种电动汽车，所述电动汽车包括：

电池包；

电池管理系统；以及

如上所述的传感器，所述传感器用于监测电池包的状态，其中，所述传感器接收来自于所述电池管理系统的使能信号，并且所述警告信号被输出给所述电池管理系统以便所述电池管理系统对电池包进行管理。

在电动汽车的一个实施例中，所述电池管理系统具有用于接收来自传感器的校验信号的装置。

根据本公开的第五方面，提供一种使用如上所述的传感器监测电池包的状态的监测方法，所述监测方法包括：

利用感测元件检测电池包的状态，以获得检测数据，并由此获得所述检测数据相对于时间的曲线；

利用采样模块基于所述曲线以采样周期对所述检测数据进行采样；以及

当采样的检测数据大于预设阈值时和/或当采样的检测数据的变化率大于预设变化率阈值时，判定模块输出警告信号，所述警告信号表明电池包内可能出现热失控状况。

在监测方法的一个实施例中，所述监测方法包括：在传感器接收到使能信号时使传感器处于正常工作模式，以及在传感器未接收到使能信号时使传感器处于节能模式。

在监测方法的一个实施例中，所述监测方法包括：在所述节能模式的苏醒周期中，使所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块正常工作。

在监测方法的一个实施例中，所述监测方法包括：如果所述判定模块输出警告信号，则所述传感器同时输出唤醒信号，并且使传感器处于正常工作模式。

在监测方法的一个实施例中，所述监测方法包括：如果所述判定模块没有输出警告信号，则使传感器每隔预定时间更新所述预设阈值。

在监测方法的一个实施例中，所述监测方法包括：确定传感器进入节能模式是否超过预定时长，如果超过预定时长，则使传感器进入深度睡眠模式，如果没有超过预定时长，则使传感器继续交替地处于苏醒周期和休眠周期。

采用根据本公开的传感器及其监测方法，可以以准确且高效的方式监测电池包内的状态，有效提前预警热失控现象和/或避免出现热失控后果。

由于采用了上述构造，传感器可以可控地在正常工作模式和节能模式之间切换以降低功耗，同时可以在节能模式中自主苏醒和自主休眠并进行外部唤醒，从而能够及时准确地对参数进行监控。另外，本公开的传感器还可以对阈值判断中的阈值进行定期更新、对外部唤醒进行确认以及对传感器的所述检测信号和/或所述唤醒信号、所述检测信号输出部和/或所述唤醒输出部进行自主故障诊断，从而提高了监测的准确性和可靠性。

附图说明

在结合附图阅读下文的具体实施方式后，将更好地理解本公开的多个方面，在附图中：

图1是根据本公开的第一实施例的传感器的示意图；

图2是根据本公开的第二实施例的传感器的示意图；

图3是根据本公开的第三实施例的传感器的示意图；

图4是根据本公开的第四实施例的传感器的示意图；

图5是根据本公开的第五实施例的传感器的示意图；

图6是根据本公开的第六实施例的传感器的示意图；

图7是具有根据本公开的传感器的电动汽车的示意图；

图8是使用根据本公开的传感器进行监测的检测方法的流程图；以及

图9是使用根据本公开的传感器进行监测的另一个检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/ 或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

说明书使用的单数形式“一”以及“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“具有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。

在说明书中，称一个元件与另一元件“相连”，除非另有说明，指一个元件与另一元件直接相连、通过中间元件间接相连或者通过无线通讯的方式无线相连。相对照的是，称一个元件与另一个元件“直接相连”时，将不存在中间元件。

在无相反说明的情况下，本公开的各实施例和实施方案中的各个特征都可以单独地或与其它特征相结合地使用或者单独地或与其它特征相结合地应用到其它任何实施例和实施方案中。

本说明书描述的系统还可利用一个或多个控制器来接收信息并变换所接收的信息以生成输出。该控制器可包括任意类型的计算装置、计算电路或者任意类型的处理器或能够执行存储在存储器中的一系列指令的处理电路。该控制器可包括多个处理器和/或多核中央处理单元 (CPU)并且可包括任意类型的处理器，诸如微处理器、数字信号处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)和单片机等。该控制器还可包括存储器以存储数据和/或算法以执行一系列指令。

本说明书描述的任意方法、程序、算法或编码可以转换成或表达为编程语言或计算机程序。“编程语言”和“计算机程序”是用以将指令指定给计算机的任意语言，并且包括(但不限于)这些语言和它们的派生物：汇编语言、Basic、批处理文件、BCPL、C、C+、C++、Delphi、Fortran、Java、JavaScript、机器代码、操作系统命令语言、 Pascal、Perl、PL1、脚本语言、Visual Basic、其自身指定程序的元语言，以及第一代、第二代、第三代、第四代和第五代计算机语言。同样包括的是数据库和其他数据模式，以及任意其他元语言。为了这种定义的目的，不在被解译、编译的语言之间或者是使用编译和解译这两种方法的语言之间进行区分。为了这种定义的目的，不在程序的编译版本和源版本之间进行区分。因此，参考编程语言可存在于一个以上状态(诸如源状态、编译状态、对象状态或链接状态)中的程序是参考任意和所有这种状态。该定义还包含有效指令和这些指令的意图。

下面结合图1对本公开的传感器1的第一实施例进行说明。传感器1可以包括传感器壳体10、感测元件101、控制器102、命令接收部103、检测信号输出部104、唤醒输出部105。传感器1还可以包括信号处理芯片1091、电压稳压器106、供电引脚107和接地引脚108。

感测元件101用于检测外界参数并输出感测信号，其可以是诸如压力感测元件、温度感测元件、电压感测元件、电流感测元件和/或烟气感测元件等各种已知的感测元件。信号处理芯片1091可以被构造成用于将感测元件101输出的感测信号处理转换为能够被控制器102处理的电流或电压等类型的测量信号。感测元件101可以通过信号处理芯片1091与控制器102相连，信号处理芯片1091向控制器102发送所述测量信号以及从控制器102接收指令。

命令接收部103被构造成用于接收例如来自传感器外部的使能信号并将所述使能信号传递给控制器102。命令接收部103的一端可以与产生所述使能信号的外部控制系统相连，命令接收部103的另一端可以与控制器102相连。所述命令接收部可以是本领域已知的接口电路和/或接线。

检测信号输出部104可以与控制器102相连，用于在控制器的控制下输出来自控制器102的与传感器的检测结果相对应的检测信号。唤醒输出部105可以与控制器102相连，用于在控制器的控制下向外部(例如向所述外部控制系统)输出来自控制器102的唤醒信号。检测信号输出部104和唤醒输出部105可以是本领域已知的接口电路和/ 或接线。

供电引脚107用于从供电电源接收电力，并将电力供给到检测信号输出部104和唤醒输出部105。供电引脚107还可以通过电压稳压器106将电力供给到控制器102和信号处理芯片1091。

控制器102用于执行以下控制。

在命令接收部103例如从外部控制系统接收到使能信号(例如高电平信号)时，命令接收部103将该使能信号传递给控制器102。在这种情况下，控制器102使传感器1处于正常工作模式。在所述正常工作模式中，控制器102以适当的采样周期(例如10ms)对信号处理芯片1091的测量信号进行采样和计算处理转换，并且控制检测信号输出部104使其持续输出检测信号。

在命令接收部103未接收到使能信号(例如命令接收部处于低电平状态)时，控制器102使传感器1处于节能模式(低功耗模式)。在所述节能模式中，传感器1交替地处于苏醒周期和休眠周期。在所述节能模式的所述休眠周期中，所述传感器休眠。在所述节能模式的所述苏醒周期中，控制器102控制感测元件101使其执行检测，并且控制器102将从感测元件101的获得的检测值与阈值进行比较，如果判断所述检测值超过所述阈值，则控制器102向唤醒输出部105发送指令使该唤醒输出部105向外发出唤醒信号，如果判断所述检测值未超过所述阈值，则继续使传感器1处于节能模式，使其交替地处于苏醒周期和休眠周期。所述唤醒信号例如可以是方波、三角波、正弦波或任何其它合适的波信号。优选地，在判断所述检测值超过所述阈值的情况下，控制器102使传感器1退出节能模式而回到正常工作模式。

所述休眠周期的持续时间与所述苏醒周期的持续时间大得多。例如，所述休眠周期的持续时间可以优选地为50ms至2000ms、更优选地为400ms至800ms、进一步优选地为600ms，所述苏醒周期的持续时间可以优选地为1ms至50ms、更优选地为10ms至30ms、进一步优选地为15ms，或者优选地为1ms至15ms、更优选地为7ms至8ms。上面所列举的持续时间仅仅是示例，本领域技术人员完全可以采用任何其它持续时间。

以这种方式，传感器1既可以根据使能信号可控地在正常工作模式和节能模式之间切换从而降低功耗，又能够在节能模式期间自主地感知参数变化并进而对外部控制系统进行唤醒，从而实现了参数的及时正确监控。

所述阈值可以是预先设定值。例如，所述阈值可以等于基准值加判定幅值。其中所述基准值例如可以为传感器在规定的正常条件下的检测值，所述判定幅值例如可以根据允许偏离所述规定的正常条件的程度选取。进一步优选地，所述阈值的初始值为预先设定值，并且在所述节能模式的所述苏醒周期中，所述阈值每隔预定时间被更新。优选地，可以根据从感测元件101的获得的检测值来进行所述更新。例如，更新的阈值可以被设定为当前正常值加判定幅值。其中所述当前正常值为传感器在当前环境下在正常条件下的检测值。进一步优选地，可以根据所述检测值的变化速率来更新所述阈值或者通过其它算法来更新所述阈值。所述预定时间可以是1分钟、5分钟、10分钟、20分钟或1个小时或者任何其它合适的时间。通过使传感器定时自主更新阈值，可以抵消环境变化对传感器自主判断的影响。

当所述传感器1是压力传感器时，所述阈值可以是压力值和/或压力变化速率和/或其它算法得出的值。优选地，该阈值可以根据从感测元件101的获得的压力检测值和/或压力检测值的变化速率和/或通过其它算法来进行所述更新。相应地，当所述传感器1是力传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、烟气传感器和/或其它任何类型的传感器时，该阈值可以相应地为力的大小、温度值、电流值、电压值、烟气成分/浓度值和/或其它相应的检测值，并且可以根据从感测元件101的获得的力的大小、温度值、电流值、电压值、烟气成分/ 浓度值和/或其它相应的检测值和/或其变化速率和/或通过其它算法来进行所述更新。

唤醒输出部105向所述外部控制系统输出用于唤醒外部控制系统的唤醒信号时，可以检查命令接收部103是否接收到所述使能信号。优选地，可以在唤醒信号一个或多个周期的末尾检查命令接收部103 是否接收到所述使能信号。在输出唤醒信号时如果检测到命令接收部 103接收到所述使能信号，则停止输出唤醒信号。以这种方式，传感器1可以确认外部控制系统已被自主唤醒，从而增加了系统可靠性。

传感器还可以具有自主故障诊断功能。具体地，控制器102可以自主检测所述检测信号输出部104和/或唤醒输出部105的发送的所述检测信号和/或所述唤醒信号，以判断检测信号输出部104和/或唤醒输出部105是否处于正常工作状态。可选地，控制器102自主检测的所述检测信号和/或所述唤醒信号可以带有校验码。优选地，所述检测信号输出部104和/或唤醒输出部105也可以向外部发送带有检验码的所述检测信号和/或所述唤醒信号以便通过外部控制系统进行信号校验。这一过程可以在传感器1检测到所述使能信号时或者在其他任何时刻进行。以这种方式，传感器1具有自主诊断功能，可以防止传感器1的输出部发生故障而未被发现而影响传感器的正确监测。

下面结合图2和图3对本公开的传感器1的第二实施例和第三实施例进行说明。在对这些实施例的说明和图示中，与前面的实施例相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁起见将仅说明这些实施例与第一实施例的不同之处而省略对相同的部件、结构、功能、参数和逻辑的说明。但本领域技术人员可以理解，除非另有说明，本公开的传感器的其它所有实施例的部件、结构、功能、参数和逻辑都可以应用于本实施例。

在图2所示的第二实施例中，用信号放大器1092替代了第一实施例中的信号处理芯片1091。所述信号放大器1092用于对感测元件101 感测的信号进行放大并将放大后的信号输入到控制器102中。在本实施例中，可以用控制器102实现信号的进一步处理(例如信号转换、计算处理等)的功能。

在图3所示的第三实施例中，省略了第一实施例中的信号处理芯片1091，从而使感测元件1不经过信号处理芯片和信号放大器而与控制器102相连。在本实施例中，控制器102可以集成信号放大、转换、计算处理等功能。以这种方式，使得传感器1可以更加集成化，从而可以使其体积更小。

图4-图6示出了本公开的传感器1以无线通讯的方式收发信号的实施例。

下面结合图4对本公开的传感器1的第四实施例进行说明。在对该实施例的说明和图示中，与前面的实施例相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁起见将仅说明该实施例与第一实施例的不同之处而省略对相同的部件、结构、功能、参数和逻辑的说明。但本领域技术人员可以理解，除非另有说明，本公开的传感器的其它所有实施例的部件、结构、功能、参数和逻辑都可以应用于本实施例。

在图4所示的第四实施例中，传感器1包括无线发射和接收模块1010来替代第一实施例中的命令接收部103、检测信号输出部104和唤醒输出部105。所述无线发射和接收模块1010与控制器102相连。所述无线发射和接收模块1010被构造成用于以无线通讯的方式接收所述使能信号、以无线通讯的方式输出所述检测信号以及以无线通讯的方式输出所述唤醒信号。所述无线发射和接收模块可以通过例如 WiFi、2G/3G/4G/5G移动通信、蓝牙、Zigbee、LPWAN等任何无线通讯方式实现。

供电引脚107可以通过电压稳压器106将电力供给到信号处理芯片1091、控制器102和无线发射和接收模块1010。感测元件101可以通过信号处理芯片1091与控制器102相连。

无线发射和接收模块1010的一端可以与产生所述使能信号的外部控制系统相连。无线发射和接收模块1010可以以无线通讯的方式接收所述使能信号并将所述使能信号传递给控制器102。

控制器102用于执行以下控制。

在无线发射和接收模块1010例如从外部控制系统接收到使能信号时，无线发射和接收模块1010将该使能信号传递给控制器102。在这种情况下，控制器102使传感器1处于正常工作模式。在所述正常工作模式中，控制器102以适当的采样周期(例如10ms)对信号处理芯片1091的测量信号进行采样和计算处理转换，并且控制无线发射和接收模块1010使其以无线通讯的方式持续输出检测信号。

在无线发射和接收模块1010未接收到使能信号时，控制器102 使传感器1处于节能模式(低功耗模式)。在所述节能模式中，传感器1交替地处于苏醒周期和休眠周期。在所述节能模式的所述休眠周期中，所述传感器休眠。在所述节能模式的所述苏醒周期中，控制器 102控制感测元件101使其执行检测，并且控制器102将从感测元件 101的获得的检测值与阈值进行比较，如果判断所述检测值超过所述阈值，则控制器102向无线发射和接收模块1010发送指令使该无线发射和接收模块1010以无线通讯的方式向外发出唤醒信号并同时自动切换至正常工作模式，如果判断所述检测值未超过所述阈值，则继续使传感器1处于节能模式并使其交替地处于苏醒周期和休眠周期。所述唤醒信号例如可以是方波、三角波、正弦波或任何其它合适的波信号。优选地，在判断所述检测值超过所述阈值的情况下，控制器102 使传感器1退出节能模式而回到正常工作模式。

通过这种方式，除了能够实现本公开的第一实施例中所述的效果以外，相较于第一实施例至第三实施例，可以省去检测信号、唤醒信号和使能信号的引脚和接线，使传感器满足无线传输场合的需要。

无线发射和接收模块1010以无线通讯的方式向所述外部控制系统输出用于唤醒外部控制系统的唤醒信号时，可以同时检查无线发射和接收模块1010是否接收到所述使能信号。优选地，可以在唤醒信号一个或多个周期的末尾检查无线发射和接收模块1010是否接收到所述使能信号。如果输出唤醒信号时检测到无线发射和接收模块1010 接收到所述使能信号，则停止输出唤醒信号。以这种方式，传感器1 可以确认外部控制系统已经被自主唤醒，从而增加了系统可靠性。

优选地，无线发射和接收模块1010还可以向外发送带有校验码的信号，以方便外部系统判断所述使能信号和/或所述检测信号，在无线传输过程中，是否有错误的情况发生。这一过程可以在传感器1检测到所述使能信号时或者在其他任何时刻进行。

下面结合图5-6对本公开的传感器1的第五和第六实施例进行说明。在对这些实施例的说明和图示中，与前面的实施例相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁起见将仅说明该实施例与第四实施例的不同之处而省略对相同的部件、结构、功能、参数和逻辑的说明。但本领域技术人员可以理解，除非另有说明，本公开的传感器的其它所有实施例的部件、结构、功能、参数和逻辑都可以应用于本实施例。

在图5所示的第五实施例中，用信号放大器1092替代了第四实施例中的信号处理芯片1091。所述信号放大器1092用于对感测元件101 感测的信号进行放大并将放大后的信号输入到控制器102中。在本实施例中，可以用控制器102实现信号的进一步处理(例如信号转换、计算处理等)的功能。

在图6所示的第六实施例中，省略了第四实施例中的信号处理芯片1091，从而使感测元件1不经过信号处理芯片和信号放大器而与控制器102相连。在本实施例中，控制器102可以集成信号放大、转换、计算处理等功能。以这种方式，使得传感器1可以更加集成化，从而可以使其体积更小。

根据本公开的各实施例的传感器1可以是压力传感器、温度传感器、烟气传感器、电压传感器、电流传感器或任何其它传感器。

作为一种具体应用，根据本公开的各实施例的传感器1可以用于监测电池包的状态，特别是用于监测电动汽车中的电池包的状态，例如用于监测电池包中是否即将和/或已经发生热失控。

图7示意性地示出了电动汽车4。电动汽车4可以包括根据本公开的各实施例的传感器1、电池包2以及电池管理系统3。电池管理系统3用于监测和管理电池包2中电池的状态(例如电量情况，电池热状况等)以及车辆的状态，并根据监测情况综合控制电池包和车辆。电池管理系统3可以采用现有的任何电池管理系统(BMS)。传感器1 安装在电池包2中、安装在电池包2上或者安装在电池包2附近，用于通过监测电池包的各种参数(例如气体压力、温度、电流、电压、和/或烟气等)来监测电池包中是否即将和/或已经发生热失控。该传感器1可以采用此前描述的传感器1的任何部件、结构、功能、参数和逻辑，为了简洁起见，下面的描述中省略了部分已经在前面作过的描述。

电池管理系统3可以与传感器1相连。当车辆例如处于行驶状态或充电状态时，电池管理系统3处于工作状态，并且将向传感器1的命令接收部103或无线发射和接收模块1010输出所述使能信号。在这种情况下，如前面所述，传感器1将被置于所述正常工作模式，传感器1的检测信号输出部104或无线发射和接收模块1010可以持续地向电池管理系统3输出检测信号，以供电池管理系统进行综合判断和控制。当车辆例如处于停车状态时，电池管理系统3处于休眠周期，并且将不输出所述使能信号。在这种情况下，如前面所述，传感器1将被置于所述节能模式。在所述节能模式中，如前面所述，传感器1并非一直处于休眠的状态，而是交替地处于苏醒周期和休眠周期，并在苏醒周期中进行检测和阈值判断，如果判断苏醒周期时的检测值超过阈值，传感器1的唤醒输出部105或无线发射和接收模块1010将向电池管理系统3输出唤醒信号，以使电池管理系统3回到工作状态。以这种方式，传感器1可以在低功耗的情况下自主休眠、自主苏醒、自主唤醒并唤醒外部系统，从而能够以较低的功耗实现及时准确的监测。

在传感器1的唤醒输出部105或无线发射和接收模块1010向电池管理系统3输出唤醒信号时，如前所述，可以检查命令接收部103或无线发射和接收模块1010是否接收到所述使能信号。一旦检测到命令接收部103或无线发射和接收模块1010接收到所述使能信号，即确认电池管理系统3已被唤醒，则传感器停止输出所述唤醒信号。

以下针对监测电池包的状态以提前预警热失控现象和/或避免出现热失控后果，详细描述根据本公开一个实施例的传感器1。该传感器1包括感测元件101、采样模块和判定模块。总体上而言，感测元件101用以获得有关电池包内的状态的数据，采样模块对所获得的数据进行采样，而判定模块则基于采样的数据进行判定，获得判定结果，以判定电池包内是否出现热失控状况。

在一个实施例中，根据本公开的传感器1可以由单独的电源供电，例如由电池模块进行供电，而并不适用车辆中的铅酸蓄电池进行供电。一方面，可以避免消耗蓄电池的能量而影响车辆其它部分的操作，另一方面，可以方便对该单独的电源进行管理，以避免由于蓄电池的耗尽而影响传感器的工作。此外，该单独的电源可以以有线或无线的方式向传感器供电，优选地可以采用无线供电方式，以简化构造、方便安装和组装。

在正常工作模式下，感测元件101、采样模块和判定模块正常工作，传感器持续向外部输出与传感器的检测数据相对应的检测信号。也就是，传感器持续工作，从而可以持续地判定电池包内是否出现热失控状况。

如上所述，在节能模式中，传感器交替地处于苏醒周期和休眠周期。因此相应地，在苏醒周期中，感测元件101、采样模块和判定模块正常工作，传感器持续向外部输出与传感器的检测数据相对应的检测信号，同时在苏醒周期中，传感器可以判定电池包内是否出现热失控状况。而在休眠周期中，传感器休眠，感测元件101、采样模块和判定模块不工作。

如上所述，感测元件101可以用来检测电池包的状态，获得检测数据。在此基础上，传感器1可以根据这些检测数据获得其相对于时间的曲线。

采样模块用于对检测数据进行采样，获取采样数据。采样模块可以限定采样周期，采样周期可以根据传感器的工作模式来确定，例如在正常工作模式下的采样周期可以比节能模式下的采样周期小。通常，采样模块基于检测数据相对于时间的曲线，以所设定的采样周期对检测数据进行采样。

在采样模块进行采样之后，判定模块可以基于所采样的检测数据对电池包内是否存在热失控状况进行判定。判定模块可以设定预设阈值，当采样的检测数据大于预设阈值时，判定模块输出警告信号，该警告信号表明电池包内可能出现热失控状况。而当采样的检测数据不大于预设阈值时，判定模块可以例如不采取任何动作，或者可以输出表明电池包工作正常的信号。

除此之外或作为另外一种选择，判定模块可以设定预设变化率阈值，当采样的检测数据的变化率大于该预设变化率阈值时，判定模块输出警告信号，该警告信号表明电池包内可能出现热失控状况。而当采样的检测数据的变化率不大于该预设变化率阈值时，判定模块可以例如不采取任何动作，或者可以输出表明电池包工作正常的信号。

在一个实施例中，警告信号可以传递到电池管理系统3，以便该电池管理系统3对电池包进行管理，以避免出现可能的热失控状况或者降低热失控造成的损害。

在判定模块输出警告信号的同时，传感器可以如上所述地输出唤醒信号，以使传感器切换到正常工作模式。

在一个实施例中，当判定模块输出警告信号时，表明此时电池包内可能出现热失控状况，此时为了加强监测，采样模块可以改变采样周期，以便强化传感器的测量，获得更多和更准确的数据以便于电池管理系统对电池包进行管理。

采样模块的采样方式可以是任何合适的采样方式，由此可以以不同的方式与判定模块进行配合。例如，对于每个采样周期，可以取该采样周期内的任意一个检测数据作为采样的检测数据，来与预设阈值进行比较。或者作为另外一种选择，对于每个采样周期，可以取该采样周期内的多个检测数据的平均值作为采样的检测数据，来与预设阈值进行比较。

在另外的实施例中，可以针对多个采样周期进行采样，每个采样周期内取任意一个检测数据，这样获得多个采样的检测数据，将这些多个检测数据的变化率与预设变化率阈值进行比较。或者作为另外一种选择，每个采样周期内取多个检测数据的平均值，这样获得多个采样的检测数据，将这些多个检测数据的变化率与预设变化率阈值进行比较。例如，在一个实施例中，可以对三个采样周期进行采样，以获得三个检测数据的变化率，来与预设变化率阈值进行比较。在示例性实施例中，预设变化率阈值可以在例如从0.1KPa/s至10KPa/s的范围内，优选地在从0.2KPa/s至5KPa/s的范围内，更优选地在从0.5KPa/s 至1KPa/s的范围内。在一个实施例中，预设变化率阈值为0.6KPa/s。

优选地，用于监测电池包中是否即将和/或已经发生热失控的传感器1是压力传感器，所述压力传感器用于监测电池包中的气体压力。采用监测气体压力来监测热失控的优点在于，在电池包内部，气体压力的传导几乎没有延迟，因此可以快速准确地监测到可能发生的热失控。在传感器1是压力传感器的情况下，所述预设阈值例如可以是标准大气压值与判定幅值之和或者出厂时的大气压值或当前大气压值与判定幅值之和。所述判定幅值可以根据允许偏离正常的程度选取，例如选择为0.5KPa至50KPa的范围内，例如为10KPa、20KPa、30KPa、40KPa、50KPa或者任何其它合适的值。例如，在所述节能模式的所述苏醒周期中，所述阈值每隔预定时间更新为当前大气压力值与判定幅值之和。所述当前大气压力值可以由感测元件101检测或者可以根据电池包当前所处的环境进行计算而得出，例如根据海拔高度等因素进行计算。

当然，如前面所述，这里的传感器也不限于压力传感器，而是可以是诸如温度传感器、电流传感器、电压传感器、烟气传感器等任何其它类型的传感器。

在一个实施例中，为了更加真实地反应当前电池包的状态，在节能模式的苏醒周期中，可以每隔预定时间更新预设阈值和/或预设变化率阈值。这个预定时间可以根据实际应用的需要进行选择，例如可以为5分钟或任何其它合适的时间。由于所述预设阈值和/或预设变化率阈值可以基于预定时间进行更新，因此，即使汽车在海拔或者大气压变化的地方被运输或者被使用时，也能更加准确地监测可能发生的热失控，避免误报和漏报。

在一个实施例中，在节能模式持续预定时间之后，此时基本上可以判定电池包处于稳定状态，可以使传感器处于深度睡眠模式。在该深度睡眠模式中，传感器被关闭，感测元件101、采样模块和判定模块不工作。这个预定时间可以根据实际应用的需要进行选择，例如可以为24小时或任何其它合适的时间。

优选地，电池管理系统3还可以设有用于接收无线发射和接收模块1010所发出的带有校验码的校验信号的无线接收装置，以便对传感器的故障进行诊断。优选地，电池管理系统3也可以设有用于接收检测信号输出部104和/或唤醒输出部105发送的带有校验码的校验信号的装置，以便对传感器的故障进行诊断。

下面结合图8对使用本公开的传感器1进行监测的监测方法进行说明。在所述方法中，可以使用前面提到的各种实施例和实施方式中的传感器的任何部件、结构、功能、参数和逻辑，因此前面已经详细论述过的内容在下面将不再赘述。

所述监测方法可以用于监测压力、温度、电流、电压、烟气或者任何其它参数。所述监测方法可以用于监测电池包的状态，特别是监测电动汽车中的电池包中是否即将和/或已经发生热失控。

在所述方法中，在监测开始(S1)后，传感器首先判断是否接收到了使能信号(S2)。所述使能信号可以来自于电池管理系统。如果传感器接收到了所述使能信号(S2为是)，传感器将进入正常工作模式(S3)。在所述正常工作模式中，使所述传感器持续向外部(例如向电池管理系统)输出检测信号。如果传感器未接收到所述使能信号 (S2为否)，则使传感器进入节能模式(S4)。在所述节能模式中，传感器将交替地处于苏醒周期和休眠周期。在节能模式中，如果传感器处于休眠周期(S5为否)，则传感器休眠(S6)，然后传感器在休眠周期结束后进入苏醒周期。在节能模式中，如果传感器处于苏醒周期(S5为是)，则传感器1的感测元件101、采样模块和判定模块进行工作(S7)。然后传感器1的判定模块根据采样的检测数据进行判定(S8)。如果判定模块输出警告信号(S8为是)，则传感器向外部 (例如向电池管理系统3)输出唤醒信号(S9)，并且此时优选地使传感器处于正常工作模式；如果判定模块未输出警告信号(S8为否)，则传感器回到休眠状态，继续节能模式(即回到S6)。优选地，在输出唤醒信号后，可以检查传感器1是否接收到所述使能信号(S10)，如果接收到所述使能信号(S10为是)，即确认外部(例如电池管理系统3)已经被唤醒，则传感器停止输出唤醒信号(S11)，并且由于接收到使能信号，传感器1此时将处于正常工作模式(S3)；如果没有接收到所述使能信号(S10为否)，即外部(例如电池管理系统3) 没有被唤醒，则传感器继续向外部(例如向电池管理系统3)输出唤醒信号(回到S9)。

此外，优选地，所述方法还包括定期对阈值进行更新的步骤以及向所述传感器自身发送所述唤醒信号和/或所述检测信号以便进行自主故障诊断的步骤。由于阈值的更新以及传感器的自检已经在前面进行了详细论述，因此在此不再赘述。

图9示出了使用本公开的传感器1进行监测的另一监测方法的流程图。

在所述方法中，在监测开始(S1)后，传感器首先判断是否接收到了使能信号(S2)。所述使能信号可以来自于电池管理系统。如果传感器接收到了所述使能信号(S2为是)，传感器将进入正常工作模式(S3)。在所述正常工作模式中，使所述传感器持续向外部(例如向电池管理系统)输出检测信号。如果传感器未接收到所述使能信号 (S2为否)，则使传感器进入节能模式(S4)。在所述节能模式中，传感器将交替地处于苏醒周期和休眠周期。在节能模式中，如果传感器处于休眠周期(S5为否)，则传感器休眠(S6)，然后传感器在休眠周期结束后进入苏醒周期。在节能模式中，如果传感器处于苏醒周期(S5为是)，则传感器1的感测元件101、采样模块和判定模块进行工作(S7)。然后传感器1的判定模块根据采样的检测数据进行判定(S8)。如果判定模块输出警告信号(S8为是)，则传感器向外部 (例如向电池管理系统3)输出唤醒信号(S9)，并且此时优选地使传感器处于正常工作模式；如果判定模块未输出警告信号(S8为否)，则传感器确定更新预设阈值和/或预设变化率阈值的时长是否已经达到预定时间，例如5分钟(S10)，如果达到预定时间，则更新预设阈值和/或预设变化率阈值(S11)，然后传感器确定节能模式持续时间是否超过预定时长(S12)；如果传感器确定更新预设阈值和/或预设变化率阈值的时长没有达到预定时间，则确定节能模式持续时间是否超过预定时长(S12)。如果在S12中确定没有达到预定时长，则传感器回到休眠状态，继续节能模式(即回到S6)，如果确定已经达到预定时长，则使传感器进入深度睡眠模式(S15)。优选地，在输出唤醒信号后，可以检查传感器1是否接收到所述使能信号(S13)，如果接收到所述使能信号(S13为是)，即确认外部(例如电池管理系统3) 已经被唤醒，则传感器停止输出唤醒信号(S14)，并且由于接收到使能信号，传感器1此时将处于正常工作模式(S3)；如果没有接收到所述使能信号(S13为否)，即外部(例如电池管理系统3)没有被唤醒，则传感器继续向外部(例如向电池管理系统3)输出唤醒信号(回到S9)。

虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。

Claims (31)

1.一种传感器，其用于监测电池包的状态，其特征在于，所述传感器包括：

感测元件，所述感测元件检测电池包的状态，以获得检测数据，并由此获得所述检测数据相对于时间的曲线；

采样模块，所述采样模块限定了采样周期，所述采样模块基于所述曲线以所述采样周期对所述检测数据进行采样；以及

判定模块，所述判定模块被配置成当采样的检测数据大于预设阈值时和/或当采样的检测数据的变化率大于预设变化率阈值时输出警告信号，所述警告信号表明电池包内可能出现热失控状况。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述采样周期根据传感器的工作模式来确定。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述采样模块被配置成当所述判定模块输出警告信号时改变采样周期。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，采样的检测数据取采样周期内的任意一个检测数据与所述预设阈值进行比较。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，采样的检测数据取采样周期内的多个检测数据的平均值与所述预设阈值进行比较。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，采样的检测数据取多个采样周期内的多个检测数据的变化率与所述预设变化率阈值进行比较，其中每个采样周期内取任意一个检测数据。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，采样的检测数据取多个采样周期内的多个检测数据的变化率与所述预设变化率阈值进行比较，其中每个采样周期内取多个检测数据的平均值。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器由单独的电源通过有线或无线的方式供电。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器是压力传感器，所述检测数据是表示电池包内的压力的数据。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述预设阈值由标准大气压值与判定幅值的和确定，其中所述判定幅值在从0.5KPa至50KPa的范围内。

11.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述预设阈值由当前大气压值与判定幅值的和确定，其中所述判定幅值在从0.5KPa至50KPa的范围内。

12.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述预设变化率阈值在从0.1KPa/s至10KPa/s的范围内。

13.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述当前大气压值由所述感测元件测量得到或者根据电池包当前所处的环境进行计算而得出。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括控制器，所述感测元件与控制器相连，所述控制器被配置成使得，在传感器接收到使能信号时所述控制器使传感器处于正常工作模式，在传感器未接收到使能信号时所述控制器使传感器处于节能模式，

其中，在所述正常工作模式中，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块正常工作，所述传感器持续向外部输出与传感器的检测数据相对应的检测信号，并且

其中，在所述节能模式中，所述传感器交替地处于苏醒周期和休眠周期，在所述节能模式的所述苏醒周期中，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块正常工作，并且在所述判定模块输出警告信号时，所述传感器向外部输出唤醒信号，在所述节能模式的所述休眠周期中，所述传感器休眠，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块不工作。

15.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括命令接收部、检测信号输出部和唤醒输出部，所述命令接收部、所述检测信号输出部和所述唤醒输出部均与所述控制器相连，所述命令接收部被构造成用于接收所述使能信号，所述检测信号输出部被构造成用于输出来自所述控制器的所述检测信号，所述唤醒输出部被构造成用于输出来自所述控制器的所述唤醒信号。

16.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括无线发射和接收模块，所述无线发射和接收模块被构造成用于以无线通讯的方式接收所述使能信号、以无线通讯的方式输出来自所述控制器的所述检测信号以及以无线通讯的方式输出来自所述控制器的所述唤醒信号。

17.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述传感器被配置成在向外部输出所述唤醒信号的同时检查传感器是否接收到所述使能信号，一旦接收到所述使能信号则停止输出所述唤醒信号。

18.根据权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述传感器被配置成使得所述检测信号和/或所述唤醒信号能够被所述控制器测量，以便使传感器对所述检测信号和/或所述唤醒信号和/或对所述检测信号输出部和/或所述唤醒输出部进行故障诊断。

19.根据权利要求16所述的传感器，其特征在于，所述无线发射和接收模块被配置成能够向外发送校验信号。

20.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述感测元件和所述控制器被封装在传感器的壳体中。

21.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述传感器被配置成在向外部输出所述唤醒信号的同时自动切换至正常工作模式。

22.根据权利要求21所述的传感器，其特征在于，在所述节能模式的所述苏醒周期中，所述预设阈值每隔预定时间被更新。

23.根据权利要求21所述的传感器，其特征在于，在所述节能模式持续预定时间之后，所述控制器使传感器处于深度睡眠模式，在所述深度睡眠模式中，所述传感器被关闭，所述感测元件、所述采样模块和所述判定模块不工作。

24.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述苏醒周期的持续时间与所述休眠周期的持续时间之和小于2秒。

25.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述苏醒周期的持续时间为1毫秒至50毫秒，所述休眠周期的持续时间为50毫秒至2000毫秒。

26.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述采样周期为所述苏醒周期的持续时间与所述休眠周期的持续时间之和。

27.一种电池模块，其特征在于，所述电池模块包括：

电池包；以及

根据权利要求1至26中任一项所述的传感器，所述传感器用于监测电池包的状态。

28.一种电池管理组件，其特征在于，所述电池管理组件包括：

电池管理系统；以及

根据权利要求1至26中任一项所述的传感器，所述传感器用于监测电池的状态，其中，所述传感器接收来自于所述电池管理系统的使能信号，并且所述警告信号被输出给所述电池管理系统以便所述电池管理系统对电池包进行管理。

29.根据权利要求28所述的电池管理组件，其特征在于，所述电池管理系统具有用于接收来自传感器的校验信号的装置。

30.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括：

电池包；

电池管理系统；以及

根据权利要求1至26中的任一项所述的传感器，所述传感器用于监测电池包的状态，其中，所述传感器接收来自于所述电池管理系统的使能信号，并且所述警告信号被输出给所述电池管理系统以便所述电池管理系统对电池包进行管理。

31.根据权利要求30所述的电动汽车，其特征在于，所述电池管理系统具有用于接收来自传感器的校验信号的装置。

Images