CN217787315U - 一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统及监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统及监测装置，包括控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元；压力检测单元、数据接口单元和异常状态监测单元分别与控制器单元电性连接和数据通信，控制器单元接收来自压力检测单元的监测数据，经处理后向数据接口单元转发，数据接口单元与车机系统进行交互。本实用新型利用气压检测原理，通过实时监测动力电池模组内部电池包内的气压变化快，从而实现动力电池热事件的监测。其检测精度高，速度快，检测准确性好，不存在误报、漏报的情况。和气体成分检测原理不同，本实用新型非电化学反应检测，可靠性高，寿命长。

Description

一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统及 监测装置

技术领域

本实用新型涉及动力电池安全技术领域，具体涉及一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统及监测装置。

背景技术

根据电动汽车动力电池安全的强制性要求。在导致乘员舱成员发生危险前的五分钟之内，应该提供一个热事件报警信号。因此，电动汽车需要强制安装能监控动力电池热事件的装置和监测系统。目前常用热事件检测方法有电压检测，温度检测，气体检测技术，但是相关检测技术又存在一定的局限性。

电压检测技术通过检测电芯的输出电压值，来判断是否有热事件发生。当电芯发生故障时，电芯两端的电压会发生较大的波动。当检测到该事件后，传感器会发送一个警告到电池管理系统。但是，当负载突变的时候，电池两端的电压会发生波动，因此电压检测的方式容易出现误报。并且因为不同电芯的内阻存在一定的偏差，因此检测精度受限。

温度检测技术通过检测电芯外壳的温度值，来判断是否发生了热事件。当电芯发生故障时，电芯温度会升高。当超过阈值时，传感器会发送一个警告到电池管理系统。温度检测属于早期的检测技术的一种，也是常用的一种动力电池监测技术，因温度传导速度较慢，当检测到热事件后，留给成员逃生的时候无法满足最新法律法规的要求。

气体检测技术通过检测电池包内气体成分，来判断是否发生了热事件。当电芯发生故障时，电芯内组分会充满电池包，检测到相关气体存在，传感器会发送一个警告到电池管理系统。气体检测技术，依赖电池的化学成分。不同材料的电池，电芯发生故障时，产生的气体组分都不一样，因此也存在漏报的情况。同时，基于电化学特性的传感器，存在寿命较短、可靠性低等问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种检测精度高、速度快、准确性好的用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统及监测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，包括控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元；所述压力检测单元、所述数据接口单元和所述异常状态监测单元分别与所述控制器单元电性连接和数据通信，所述供电转换单元用于监测系统的供电，所述压力检测单元用于监测动力电池模组的压力，所述异常状态监测单元监测所述高精度气压监测系统的运行状态，所述控制器单元接收来自所述压力检测单元的监测数据，经处理后向所述数据接口单元转发，所述数据接口单元与车机系统进行交互。

进一步的，所述控制器单元包括处理器芯片和微控制器周边元器件。

进一步的，所述供电转换单元包括EMC/EMI电路模块和稳压电路模块。

进一步的，所述压力检测单元包括低功耗控制电路模块和压力检测芯片。

进一步的，所述数据接口单元包括CAN总线收发器、LIN总线收发器和PWM驱动电路模块。

进一步的，所述数据接口单元还包括抑制总线干扰电路模块。

进一步的，所述异常状态监测单元包括电压检测模块、温度检测模块、传感器芯片检测模块和数据接口检测模块。

一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测装置，包括主壳、PCB板和底壳，所述PCB板上包括上述所述的控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元电路模块，所述主壳和所述底壳通过固定卡扣和弹性卡口固定，所述PCB板通过弹性卡扣和若干支撑柱固定在所述主壳和所述底壳内部。

进一步的，所述主壳包括主壳体，所述主壳体前端设置有数据线缆接口，所述数据线缆接口与所述主壳体一体成形形成主壳。

进一步的，所述主壳体的前端左右两侧还设置有用于固定监测装置的固定耳脚，其左右两侧和后端还设置有所述固定卡扣，所述底壳左右两侧和后端设置有与所述固定卡扣配合使用的所述弹性卡口。

进一步的，所述主壳体内部设置有PCB支撑柱、PCB导柱和所述弹性卡扣，所述PCB支撑柱用于支撑所述PCB板，所述PCB导柱用于所述PCB板的固定定位，所述弹性卡扣用于所述PCB板与所述主壳体的卡紧固定；所述底壳内部还设置有PCB稳定柱。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用气压检测原理，通过实时监测动力电池模组内部电池包内的气压变化快，从而实现动力电池包热事件的监测。其检测精度高，速度快，检测准确性好，不存在误报、漏报的情况。和气体成分检测原理不同，本实用新型非电化学反应检测，可靠性高，寿命长。而且因空气的流动性，气压检测没有死角，因此传感器对安装位置没有特殊要求，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型监测系统的系统原理图；

图2为本实用新型的系统主要模块图；

图3为图2中供电转换单元的部分电路原理图；

图4为图2中压力检测单元的部分电路原理图；

图5为图2中异常状态监测单元的部分电路原理图；

图6为图2中数据接口单元的部分电路原理图；

图7为本发监测装置的结构图；

图8为图7中主壳的内部结构图；

图9为图8的俯视图；

图10为PCB板组装到主壳的俯视图；

图11为图7的组合状态图。

图中标记为：

1、主壳，2、PCB板，3、底壳；

101、主壳体，102、数据线缆接口，1021、PIN针103、固定耳脚，104、PCB支撑柱，1041、前PCB支撑柱，1042、中PCB支撑柱，1043、后PCB支撑柱，105、PCB导柱，106、弹性卡扣，107、固定卡扣，108、标签窗，301、PCB稳定柱，302、弹性卡口。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型提供了一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统及监测装置。

如图1所示，为本实用新型一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统的原理图，监测系统包括控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元。压力检测单元、数据接口单元和异常状态监测单元分别与控制器单元进行电性连接和数据通信。

其中，供电转换单元用于监测系统的供电，供电转换单元用于为压力检测单元，控制器单元，数据接口单元和异常状态监测单元供电。如图2所示，供电转换单元主要包括EMC/EMI模块和稳压模块，EMC/EMI模块主要用于屏蔽干扰信号，以及抑制电源线上的干扰脉冲和过高输入电源，保护本发监测系统各个单元的电子元器件和芯片。

如图3所示，为EMC/EMI模块的电路原理图，包括TVS管D10、低通滤波器(电感L5、电容C104和电容C105组成)、防反接电路(MOS管Q5、电阻R53、电容C103和稳压二极管D11组成)和滤波电路(电容C106、电容C107和电容C108组成)。TVS管用来抑制电源线上的干扰脉冲和过高输入电压，低通滤波器用来滤除频率高于10KHz的干扰信号，防反接电路具有低导通压降的特性，使得整机功耗更低。其中还包括磁珠FB5，磁珠FB5用来滤除兆赫兹级的干扰信号。

上述供电转换单元的稳压模块由稳压芯片及周边电子元器件组成，用于将输入电压转换成PCB板上使用的5V电压。

其中，压力检测单元用于监测电动汽车动力电池包模组的压力数据，通过实时监测动力电池包模组内的电池包的压力数据而实现动力电池热事件的监测，因为电芯发生故障后，电池包内的气压很快就能发送变化，所以通过监测电池包的压力，压力传感器可快速相应，从而实现动力电池热事件的快速监测和响应，为人员逃生提供充足的时间。因空气的流动性，气压检测没有死角，因此传感器对安装位置没有特殊要求，使用方便。

如图2所示，压力检测单元将采集到的动力电池包压力数据传送给控制器单元，经控制器单元处理后，在通过数据接口单元进行转发，由数据接口单元外发至车机系统。压力检测单元包括低功耗控制模块和压力检测芯片，如图4所示，为压力检测单元的电路原理图，包括压力检测芯片U32和低功耗控制模块电路(由MOS管Q6、电容C118和电阻R60组成)，压力检测芯片U32进行压力数据的采集工作，低功耗控制模块为压力检测单元提供低功耗模式，可以有效的节约能源。压力检测芯片U32的检测范围为50kpa～300kpa，检测精度为±1％，当当气压波动阈值为±3kpa；气压上升速率超过0.5kpa/s也会触发报警。如图4所示，压力检测单元还通过磁珠FB6进一步用来滤除兆赫兹级的干扰信号，提供检测的准确性。

其中，控制器单元包括核心处理器模块，由处理器芯片和周边元器件所组成，控制器单元为本发的核心控制模块，主要用于数据的处理、数据的转发和通信功能。

其中，数据接口单元用于数据的传输和通信功能，一方面用于数据的采集工作，一方面与车机系统进行交互，用于数据的发送工作。如图2所示，包括CAN总线收发器、LIN总线收发器和PWM驱动电路模块。

如图6所示，为数据接口单元的电路原理图，图纸以CAN总线接口为例，控制芯片U31负责CAN总线的差分电平和CMOS电平的转化，左侧的电感L6，二极管D12、电容C110、电容C111、电阻R55、电阻R56和C113共同组成了接口保护电路，通过多组的滤波，从而抑制总线上的干扰，防止通信错误的发生。

其中，异常状态监测单元主要监测本实用新型高精度气压监测系统的运行状态，如图2所示，异常状态监测单元主要包括电压检测模块、温度检测模块、传感器芯片检测模块和数据接口检测模块。如图5所示，为异常状态监测单元的电路原理图，电阻R57和电阻R59组成分压电路，将供电电源单元转换的供电电压分出合理的值，供处理器进行采用，进而计算出供电电压值，从而实现整个监测系统运行状态的监测工作，如果供电电压波动，处理器就会进行预警工作。单片机内部具有温度监测功能，通过监测到的温度值用来修正气压值。

监测系统的运行过程如下：

压力检测单元用于动力电池包的(实时)压力采集工作，将采集的压力模拟信号转换为压力数字信号，压力数字信号发送至控制器单元，通过处理器对压力数字信号进行数据处理分析，以准确判断是否存在动力电池热事件。异常状态监测单元用于实时监测系统的运行状态，确保系统的正常工作和预警工作。数据接口单元用于与车机系统进行通信交互，将系统事件实时发送至车机系统。

如图7-11所示，本实用新型还提供了一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测装置，包括主壳1、PCB板2和底壳3，其中PCB板上包括上述的控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元电路模块。主壳1和底壳3通过固定卡扣和弹性卡口固定，PCB板2通过弹性卡扣和若干支撑柱固定在主壳和底壳内部。

本实用新型通过若干的卡扣和卡扣结构，实现整个监测装置的固定工作，使加工和后期维修工作更简单方便。

如图8所示，为主壳的内部结构图，主壳包括主壳体101，主壳体101前端设置有数据线缆接口102，数据线缆接口102与主壳体101一体成形形成主壳1。如图所示，主壳体101的前端左右两侧还设置有用于固定本实用新型监测装置的固定耳脚103，其左右两侧和后端还设置有固定卡扣107，相对应的，如图7所示，底壳3的左右两侧和后端设置有与固定卡扣107配合使用的弹性卡口302。为了稳定的固定主壳和底壳，主壳和底壳左右两侧的固定卡扣和弹性卡口均前后设置有两组，其后端的固定卡扣和弹性卡口设置有一组，设置在其中间。通过左右两侧和后端的固定卡扣和弹性卡口可快速的组装和拆卸本实用新型的监测装置。

如图7所示，主壳体101内部设置有PCB支撑柱104、PCB导柱105和弹性卡扣106，PCB支撑柱用于支撑PCB板，PCB导柱用于PCB板的固定定位，弹性卡扣用于PCB板与主壳体的卡紧固定。如图8和图9所示，PCB支撑柱104设置有三组，分别设置在主壳体101内部的左右两侧分别形成前支撑柱1041、中支撑柱1042和后支撑柱1043，并成对称设计，用于将PCB板稳定的支撑在主壳体内部。PCB导柱105用于PCB板安装时候的定位工作，也用于后期的固定工作，卡紧PCB板，从而避免PCB板的偏移。

如图9所示，将PCB板沿PCB导柱安装，在通过弹性卡扣106将PCB板卡紧固定在主壳体101内部。因为主壳体前端没有PCB的固定结构，所示如图7所示，在底壳3内部还设置有PCB稳定柱301，PCB稳定柱前后设置在底壳3内部，配合PCB支撑板104和弹性卡扣106用于将PCB板2稳定的固定在主壳体内部。

如图11所示，为本实用新型监测装置的组装图，数据线缆接口102连接线缆，线缆通过端口与数据线缆接口固定连接。其中，固定耳脚103设置在主壳体左右两侧，如图9所示，固定耳脚103靠近主壳体前端的固定卡扣处还开有条形孔1031，用于底壳3上的弹性卡扣与主壳体上的固定卡扣卡紧固定，同时提高其稳定性，避免底壳3上的弹性卡口震动脱离。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：包括控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元；所述压力检测单元、所述数据接口单元和所述异常状态监测单元分别与所述控制器单元电性连接和数据通信，所述供电转换单元用于监测系统的供电，所述压力检测单元用于监测动力电池模组的压力，所述异常状态监测单元监测所述高精度气压监测系统的运行状态，所述控制器单元接收来自所述压力检测单元的监测数据，经处理后向所述数据接口单元转发，所述数据接口单元与车机系统进行交互。

2.如权利要求1所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：所述控制器单元包括处理器芯片和微控制器周边元器件。

3.如权利要求1所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：所述供电转换单元包括EMC/EMI电路模块和稳压电路模块。

4.如权利要求1所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：所述压力检测单元包括低功耗控制电路模块和压力检测芯片。

5.如权利要求1所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：所述数据接口单元包括CAN总线收发器、LIN总线收发器和PWM驱动电路模块。

6.如权利要求5所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：所述数据接口单元还包括抑制总线干扰电路模块。

7.如权利要求1所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测系统，其特征在于：所述异常状态监测单元包括电压检测模块、温度检测模块、传感器芯片检测模块和数据接口检测模块。

8.一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测装置，其特征在于：包括主壳、PCB板和底壳，所述PCB板上包括权利要求1-7任一权利要求中所述的控制器单元、压力检测单元、供电转换单元、数据接口单元和异常状态监测单元电路模块，所述主壳和所述底壳通过固定卡扣和弹性卡口固定，所述PCB板通过弹性卡扣和若干支撑柱固定在所述主壳和所述底壳内部。

9.如权利要求8所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测装置，其特征在于：所述主壳包括主壳体，所述主壳体前端设置有数据线缆接口，所述数据线缆接口与所述主壳体一体成形形成主壳。

10.如权利要求9所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测装置，其特征在于：所述主壳体的前端左右两侧还设置有用于固定监测装置的固定耳脚，其左右两侧和后端还设置有所述固定卡扣，所述底壳左右两侧和后端设置有与所述固定卡扣配合使用的所述弹性卡口。

11.如权利要求9所述的一种用于电动汽车动力电池包热事件监控的气压监测装置，其特征在于：所述主壳体内部设置有PCB支撑柱、PCB导柱和所述弹性卡扣，所述PCB支撑柱用于支撑所述PCB板，所述PCB导柱用于所述PCB板的固定定位，所述弹性卡扣用于所述PCB板与所述主壳体的卡紧固定；所述底壳内部还设置有PCB稳定柱。

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