CN205674885U - 一种电动汽车的电池检测管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车安全运行技术领域，尤其涉及一种电动汽车的电池检测管理系统，其包括整车控制系统以及至少一个电池箱，所述电池箱中设有多组电池，其特征在于，所述电池箱中还设有电池检测单元及动作执行装置，所述电池检测单元与所述整车控制系统通过整车CAN总线电连接。所述电池检测单元包括数据采集模块、CPU核心处理模块、通讯传输模块及执行装置控制模块；所述数据采集模块包括电池模组温度、电池电压电流以及电池模组环境参数的采集装置。有益效果是，在现有电池管理系统BMS布点温度探测的基础上，检测电池周围的温度值、气体浓度值、烟雾浓度值及火焰光信息等热失控参数，有利于准确判断热失控的发展阶段，提高热失控检测的准确率。

Description

一种电动汽车的电池检测管理系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车安全运行技术领域，尤其涉及一种电动汽车的电池检测管理系统。

背景技术

电动汽车作为一种环保汽车正在推广，作为电动汽车新能源的电池组的可靠安全则关系着电动汽车发展的成败。电池的安全性问题事关人身和财产安全，特别是目前电动汽车作为电池的主要载体，一旦电池发生起火或爆炸容易造成人员伤亡。由于锂电池容量小，一辆锂电池电动车会使用几百甚至上千块锂电池，再加上锂离子比较活跃，即使在静止存放的状态下也有可能发生热失控，因此在安全性上很难控制。电动车的电池安全的提升是一个过程，需要在电极、隔膜、电解液等材料以及保护技术、保护电路等设计方面加以完善，但从锂电池本身解决还是不够的，应用中多众多电池的监控检测和管理仍是一个十分重要的问题。但目前，提高电动汽车安全性的方法除了对电池组加强保护之外，很难有实质性的技术出现。

目前，车载锂离子动力电池组与用户之间的唯一纽带是电池管理系统(BMS，Battery Management System)，BMS的主要作用是估测动力电池组的荷电状态、单体电池均衡充放电等安全管理。但现有的电池管理系统(BMS)对热失控的管理不足，不能进行电池组全面的热失控检测。即现有的电动汽车的电池检测管理系统存在两方面不足：

一是从电池组的统一管理方面系统行差；二是在对电池的热失控状态检测方面比较迟缓或状态确认比较模糊：

在对电池热失控监控方面，BMS采用布点温度探测的方法。而车用锂离 子电池组内的单体电池数量多，依靠布点探测的方法不能实现全面的热失控检测。如果在没有布置温度传感器的部位发生热失控，BMS无法发现，所以漏报率非常高。另外，当附着在电池组外表面的温度传感器探测到电池“温度显著升高”时，往往已经太晚，此时热失控已经发生并且无法控制。

在现有电池管理系统中，一般由以下方式实现热失控检测：通过电池部分电极和温度传感器之间的接触来检测，在几十到几百支单体电芯组成的一个电池包中，一般设置不超过8只温度传感器。其缺点在于即若只有一只单体电池发生热失控时，也必须将温度传感器安排在所有单体电池的电池位置才能第一时间检测到，否则，如果温度传感器仅安排在一个或几个电极处，不接近于温度传感器的单体电池发生的热失控只有在下面情况下才能被检测出来：即有大量的足以抵达温度传感器的热量散发出来。此时，即使检测确认有热失控发生，但也已经形成了不可挽回的安全威胁，因为在如此的热量下，与热失控电池相邻的单体电池已到达或超过导致其引发热失控的外界温度条件，热失控连锁反应已经形成，极大可能造成极为迅猛的火灾。现有已知的系统通过部署尽量多的温度传感器来解决这些问题，然而这会导致系统成本极为昂贵，安装更加复杂，且由于极为繁杂的线束，这又降低电池组的可靠性和安全性。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的不足，提供一种检测较为准确的电动汽车的电池检测管理系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电动汽车的电池检测管理系统，包括整车控制系统VCU(Vehicle Control Unit)以及至少一个电池箱，所述电池箱中设有多组电池，其特征在于，所述电池箱中还设有电池检测单元BMU(Battery MonitoringUnit)及动作执行装置，所述电池检测单元BMU与所述整车控制系统VCU通过整车CAN总线电连接。所述电池检测单元BMU还与所述动作执行装置连接以输出启动信号。

本实用新型的有益效果是：将电池状态信息通过所述电池检测单元BMU传输到所述整车控制系统VCU，使电池状态与车辆其它信息如智能仪表、油门控制、灯光控制等等一体化管理，便于驾驶人员把控操作。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述电池箱设有多个，每个所述电池箱中均设有电池检测单元BMU及动作执行装置，还包括电池管理单元BCU(Battery Control Unit)及内部CAN总线，每个所述电池检测单元BMU通过所述内部CAN总线与所述电池管理单元BCU电连接；

所述电池管理单元BCU，用于接收电池检测单元BMU上传的当前电池热失控参数，根据各项参数综合判断当前热失控状态，发出预警信号，若达到启动灭火装置级别向电池检测单元BMU下达手动启动动作执行装置指令。

采用上述进一步方案的有益效果是，对于比较大型的车辆，会配置许多组电池组，如电动公共车，此时增设电池管理单元BCU来对每个电池箱的信息汇总管理能使系统对热失控状态反应更快捷，管理更集中。

进一步，所述电池检测单元包括数据采集模块、CPU核心处理模块、通讯传输模块及执行装置控制模块；

所述数据采集模块用于采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数并传送给所述CPU核心处理模块；所述数据采集模块包括烟雾浓度传感器、气体浓度传感器、温度传感器以及火焰传感器；

检测的气体主要为C0，也包括O2、C02、C2H2、CH4等气体。

所述火焰传感器用于检测电池箱内出现明火的准确时刻，为后期热失控的抑制手段提供动作依据；

所述CPU核心处理模块，用于接收数据采集模块传输的当前热失控参数，并对所述当前热失控参数进行分析处理以判断是否出现热失控和监测热失控过程。

所述CPU核心处理模块对数据采集模块采集到的烟雾浓度、气体浓度、火焰信息、电池表面及周围温度、电池电压进行数据过滤分析处理，经过算 法分析排除环境因素、热辐射等干扰因素造成的误报警，全程监测电池热失控状态。通过火焰检测确定启动灭火器的最佳时机，避免热失控连锁反应导致火灾。

所述CPU核心处理模块判断出当前区域出现热失控时，向电池管理单元BCU或整车控制系统VCU发送热失控报警信息、动作信息并显示。

所述通讯模块用于传输自身健康状态、热失控信息、动作信息，并用于接收BMS或VCU发出的命令。

所述电池管理单元还可与汽车智能仪表进行通信，当CPU核心处理模块判断出当前区域出现热失控时，通过汽车智能仪表通知驾驶员，发出声光报警提示。

另外，本电池管理系统还有手动启动动作执行装置功能。当驾驶员发现异常时，可手动启动动作执行装置，由VCU发送手动启动动作执行装置指令并传送给CPU核心处理模块执行。

采用上述进一步方案的有益效果是，在检测电池模组的温度值、电池的电流电压信息的基础上，融合电池模组环境参数(烟雾、气体、周围环境温度、火焰信息)，有利于准确判断热失控的发展阶段，特别是热失控后期阶段，即检测热失控导致燃烧的准确时刻，为后期热失控的抑制手段提供动作依据，提高热失控检测的准确率。既不延误时机，又不因为过早启动灭火装置而造成损失。

进一步，所述通讯传输模块为Zigbee无线传输模块、GPRS通讯模块、CAN接口模块或因特网接口模块。

采用上述进一步方案的有益效果是，便于将电池箱中的热失控信号传输到汽车整车控制器(VCU)或电池管理单元(BCU)。

进一步，所述执行装置控制模块，用于接收CPU核心处理模块信号，并向动作执行装置发出电压、电流和/或频率控制信号，用于启动动作执行装置。

采用上述进一步方案的有益效果是，用于及时的给执行装置发送启动信 号。

进一步，所述动作执行装置，包括灭火装置和/或冷却装置；

所述灭火装置用于接收所述CPU核心处理模块发送的处理信号，并根据信号适启动灭火装置；

所述冷却装置用于接收所述CPU核心处理模块发送的处理信号，用于控制电池环境温度。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以针对不同预警等级采取相应的处理措施。

进一步，还包括与所述CAN(Controller Area Network)数据总线电连接的智能仪表。

采用上述进一步方案的有益效果是，将车载电池的工作状态在智能仪表上显示。

附图说明

图1为本实用新型的一种系统结构示意图；

图2为本实用新型的另一种系统结构示意图；

图3为本实用新型的电池检测单元结构示意图。

在图1到图3中，1、电池检测单元BMU；2、执行装置；3、电池管理单元BCU；4、整车控制系统VCU；5、智能仪表；6、电池箱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1到图3所示，一种电动汽车的电池检测管理系统，包括整车控制系统VCU以及至少一个电池箱6，所述电池箱6中设有多组电池，所述电池箱中还设有电池检测单元BMU1及动作执行装置2，所述电池检测单元BMU1与所述整车控制系统VCU4通过整车CAN总线电连接。

所述电池检测单元BMU还与所述动作执行装置连接以输出启动信号。

在多少新能源汽车上，所述电池箱6设有多个，每个所述电池箱6中均设有电池检测单元BMU1及动作执行装置2，还包括电池管理单元BCU3及内部CAN总线，每个所述电池检测单元BMU1通过所述内部CAN总线与所述电池管理单元BCU3电连接；

所述电池管理单元BCU3用于接收电池检测单元BMU1上传的当前电池热失控参数，根据各项参数综合判断当前热失控状态，发出预警信号，若达到启动灭火装置级别向电池检测单元BMU1下达手动启动动作执行装置指令。

所述电池检测单元1包括数据采集模块、CPU核心处理模块、通讯传输模块及执行装置控制模块；

所述数据采集模块11用于采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数并传送给所述CPU核心处理模块12；

所述数据采集模块11包括电池模组温度采集装置、电池电压电流采集装置以及电池模组环境参数采集装置；

这里的电池模组温度采集装置是指安装在电池模组内的温度传感器，通常在一个电池箱中设有多个电池模组，而每个电池模组则由若干片单体电池组成，该温度传感器就安装在电池模组内；所述的电池电压电流采集装置则源于现有电池管理系统的对电池电压的检测元件。

所述电池模组环境参数采集装置包括烟雾浓度传感器、气体浓度传感器、温度传感器以及火焰传感器；

所述气体浓度可采集检测的气体主要为C0，也包括O2、C02、C2H2、CH4等气体。

所述火焰传感器用于检测电池箱内出现明火的准确时刻，为后期热失控的抑制手段提供动作依据；

所述CPU核心处理模块12，用于接收数据采集模块11传输的当前热失控参数，并对所述当前热失控参数进行分析处理以判断是否出现热失控和监测热失控过程。

所述CPU核心处理模块12对数据采集模块11采集到的烟雾浓度、气体浓度、火焰信息、电池表面及周围温度、电池电压电流信息进行数据过滤分析处理，经过算法分析排除环境因素、热辐射等干扰因素造成的误报警，全程监测电池热失控状态。通过火焰检测确定启动灭火器的最佳时机，避免热失控连锁反应导致火灾。

所述CPU核心处理模块11判断出当前区域出现热失控时，向电池管理单元BCU或整车控制系统VCU发送热失控报警信息、动作信息并显示。

所述通讯模块13用于传输自身健康状态、热失控信息、动作信息，并用于接收BMS或VCU发出的命令。

所述电池管理单元1还可与汽车智能仪表进行通信，当CPU核心处理模块判断出当前区域出现热失控时，通过汽车智能仪表通知驾驶员，发出声光报警提示。

另外，本电池管理系统还有手动启动动作执行装置功能。当驾驶员发现异常时，可手动启动动作执行装置，由VCU发送手动启动动作执行装置指令并传送给CPU核心处理模块执行。

所述通讯传输模块为Zigbee无线传输模块、GPRS通讯模块、CAN接口模块或因特网接口模块。

所述执行装置控制模块，用于接收CPU核心处理模块信号，并向动作执行装置发出电压、电流和/或频率控制信号，用于启动动作执行装置。

所述动作执行装置2，包括灭火装置和/或冷却装置；

所述灭火装置用于接收所述CPU核心处理模块发送的处理信号，并根据信号适启动灭火装置；

所述冷却装置用于接收所述CPU核心处理模块发送的处理信号，用于控制电池环境温度。

还包括与所述CAN(Controller Area Network)数据总线电连接的智能仪表。

本实用新型提供的系统还可与智能仪表通过CAN网络进行通信，用于当 所述CPU核心处理模块12判断出当前区域出现热失控时，进行声光报警提示，及时通知驾驶员。

本实用新型提供的系统可加强对电池热失控检测，具体包括以下步骤：

(1).检测电池电压的变化；

(2).检测电池包内电池模块温度变化；

(3).检测烟雾传感器的输出变化；

(4).通过对比电池电压变化、模块温度变化，还有烟雾传感器提供的参数，分析早期热失控状态；

(5).根据上述状态分析，设置评价热失控过程的阈值，以便作为对比依据。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (7)

1.一种电动汽车的电池检测管理系统，包括整车控制系统VCU以及至少一个电池箱，所述电池箱中设有多组电池，其特征在于，所述电池箱中还设有电池检测单元BMU及动作执行装置，所述电池检测单元BMU与所述整车控制系统VCU通过整车CAN总线电连接；所述电池检测单元BMU还与所述动作执行装置连接以输出启动信号。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的电池检测管理系统，其特征在于，所述电池箱设有多个，每个所述电池箱中均设有电池检测单元BMU及动作执行装置，还包括电池管理单元BCU及内部CAN总线，每个所述电池检测单元BMU通过所述内部CAN总线与所述电池管理单元BCU电连接；

所述电池管理单元BCU，用于接收各个电池检测单元BMU上传的当前电池热失控参数，根据各项参数综合判断当前热失控状态，发出预警信号，若达到启动灭火装置级别向电池检测单元BMU下达启动动作执行装置指令。

3.根据权利要求1所述的电动汽车的电池检测管理系统，其特征在于，所述电池检测单元包括数据采集模块、CPU核心处理模块、通讯传输模块及执行装置控制模块；

所述数据采集模块用于采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数并传送给所述CPU核心处理模块；

所述数据采集模块包括电池模组温度采集装置、电池电压电流采集装置以及电池模组环境参数采集装置；

所述电池模组环境参数采集装置包括烟雾浓度传感器、气体浓度传感器、温度传感器以及火焰传感器；

所述火焰传感器用于检测电池箱内出现明火的准确时刻，为后期热失控的抑制手段提供动作依据；

所述CPU核心处理模块，用于接收数据采集模块传输的当前热失控参数，并对所述当前热失控参数进行分析处理以判断是否出现热失控和监测热失控过程。

4.根据权利要求1所述的电动汽车的电池检测管理系统，其特征在于，所述通讯传输模块为Zigbee无线传输模块、GPRS通讯模块、CAN接口模块或因特网接口模块。

5.根据权利要求1所述的电动汽车的电池检测管理系统，其特征在于，所述执行装置控制模块，用于接收CPU核心处理模块信号，并向动作执行装置发出电压、电流和/或频率控制信号，用于启动动作执行装置。

6.根据权利要求5所述的电池检测管理系统，其特征在于，所述动作执行装置，包括灭火装置和/或冷却装置；

所述灭火装置用于接收所述CPU核心处理模块发送的处理信号，并根据信号适启动灭火装置；

所述冷却装置用于接收所述CPU核心处理模块发送的处理信号，用于控制电池环境温度。

7.根据权利要求1所述的电池检测管理系统，其特征在于，还包括与所述CAN数据总线电连接的智能仪表。