CN111272344A - 电池泄漏检测仪及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电池泄漏检测仪，包括检测仪盒体、检测仪盒盖以及电源，所述检测仪盒体内设置有检测装置，所述检测装置包括带有单片机的PCB模块以及安装于PCB模块上的温湿度传感器、乙二醇传感器、一氧化碳传感器和通信接口；该电池泄漏检测仪弥补了现有电动汽车电池BMS***的功能不足，就电池电解液泄漏、冷却液泄漏进行了针对性的监测，对电池组“热失控”现象起到了预先发现、提前报警的功能。多种传感器的应用，使得电池检测功能更全面，就电池泄漏所带来的隐患一一排查，真正保障了电池使用过程中的“安全性”。同时检测仪还提供了信号上传、实时报警功能，全方位地保驾护航。

Description

电池泄漏检测仪及其检测方法
技术领域
本发明属于新能源汽车行业领域，具体涉及一种电池泄漏检测仪及其检测方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的兴起，关于电动汽车电池的安全性备受关注。汽车电池在出厂前就按国家安全标准进行了检测，但是出厂检测不能完全模拟真实的使用环境，不能避免电池在实际使用过程中出现异常情况，产生泄漏造成事故发生。
电动汽车电池在使用过程中所产生的泄漏主要包括“机械触发”情况下，例如汽车遭受外力冲击、异物穿刺，造成电解液或冷却液的泄漏；也包括“热触发”情况下，例如某一电芯出现过充过放、内部短路等现象，造成电池组上方的防爆阀***，热量以及可燃性气体的漏出。以上情况任其发展，若不能及时监测并提前给予警报，电池“热失控”现象持续蔓延，致使汽车燃烧甚而***。
2016年中国电动汽车百人会发布的《电动汽车安全报告》显示，就国内电动汽车安全事故发生次数加以统计，2011年5次，2012年3次，2013年7次，2014年5次，2015年14次，2016年上半年度15次。可见电动汽车事故发生率逐年上升，其中由于汽车电池自燃导致事故发生率高达47％，由于过充放、撞击、水污染造成的事故发生率为33％，其他情况10％。2019年1月中国电动汽车百人会召开《新能源汽车十年发展总结和未来展望》研讨会上着重强调了电动汽车的安全问题。
电动汽车电池自带的BMS(电池管理***)仅从电池组的工作状态(电流、电压)、电池温度方面加以监测，主要针对的是电池自身异常情况的产生，而对于外界因素所造成的电池安全隐患问题，缺乏监控手段。市场上常规安全产品普遍都是基于烟雾发生后的报警，即在事故已发生时进行报警和处理，不能实现预警功能，即不能防范事故的发生。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电池泄漏检测仪，针对性地应用了高精度传感器，就BMS所疏漏的状况加以监测，弥补了电动汽车电池管理***的不足之处，同时对电池“安全性”使用提供了双重保障。在电池出现轻微泄漏故障时就进行报警，提醒车主进行更换，以防范更大的安全隐患。
本发明的技术方案是：电池泄漏检测仪，包括检测仪盒体、检测仪盒盖以及电源，所述检测仪盒体内设置有检测装置，所述检测装置包括带有单片机的PCB模块以及安装于PCB模块上的温湿度传感器、乙二醇传感器、一氧化碳传感器和通信接口；所述温湿度传感器、乙二醇传感器、一氧化碳传感器以及电源均与单片机电连接。
进一步的，还包括安装于PCB模块上的氟化氢传感器，所述氟化氢传感器与单片机电连接。
进一步的，所述检测仪盒盖采用镂空设计。不影响传感器检测的响应速度。
进一步的，所述检测仪盒体和检测仪盒盖均为铝合金材质。
进一步的，所述通信接口为CAN通信接口，能够连接至车载控制面板，将检测信号传送至车载控制面板显示及报警。
进一步的，所述电池泄漏检测仪安装于密闭的电池箱内部。
本发明还提供一种采用所述的电池泄漏检测仪实现的电池泄漏检测方法，具体步骤如下：
步骤一、温湿度传感器、乙二醇传感器以及一氧化碳传感器开始检测；
步骤二、单片机采集温湿度传感器检测到的温度和湿度、乙二醇传感器检测到的乙二醇浓度以及一氧化碳传感器检测到的CO浓度数值；
步骤三、若步骤二中采集到的CO浓度达到CO浓度阈值，且单位时间温度变化量达到单位时间温度变化阈值，则给予热失控报警警告；
步骤四、若步骤二中采集到的乙二醇浓度达到乙二醇浓度阈值，且单位时间湿度变化量达到单位时间湿度变化阈值，则给予冷却液泄漏报警警告。
进一步的，还包括氟化氢传感器检测，单片机采集氟化氢传感器检测到的HF浓度；当HF浓度达到HF浓度阈值，则给予电池电解液泄漏报警警告。
进一步的，若单片机发现任一传感器采样数值出现异常，给予对应传感器异常警报，需进行维修或更换。
本发明的有益效果是：
电池泄漏检测仪是以多元传感器为核心，并通过单片机(例如STM32F103ZET6)实现智能分析、随时报警功能的实时数据处理***，其结构和功能的设计适合于车载使用。电池泄漏检测仪盒体小巧、占用空间小，稳定耐用，保证检测工作的安全可靠。采用CAN通信接口，可连接至车载控制面板，将检测信号传送出来，便于显示及报警。
本申请创新性地将(CH2OH)2乙二醇、CO一氧化碳、温度、湿度四种传感单元集成在一起，这种集成并不是将多种传感器简单的组装在一起，而是各单元协同监测，智能分析，更有效地实现监测及报警功能。
电动汽车电池主要通过冷却液维持工作温度的均衡与稳定。冷却液主要由乙二醇和水组成，乙二醇具有易燃性。为避免电解液泄漏(电解液酯类溶剂遇空气易水解生成醇类物质)带来的干扰，使用了湿度传感器提供了双重保障，确保了判定结果的准确性。冷却液泄漏，乙二醇和水同时漏于电池箱内，通过监测乙二醇气体浓度以及一定时间内电池箱内湿度变化情况共同判定。在冷却液泄漏量还没有达到影响电池安全界限以前，预先发出报警信号，让车主有时间进行更换维修，避免更大事故发生。
电动汽车电池由于某一电芯发生异常，例如过充过放、内部短路等情况，造成了热量和氧释放，并分解产生CO气体，其中CO具有可燃性。不断生成的热量及气体造成电池组壳内压力过大，首先冲破防爆阀，随后热量及气体冲出至电池箱内；可使用CO一氧化碳传感器以及温度传感器，通过监测CO气体浓度以及一定时间内电池箱内温度变化情况共同判定泄漏状况，在超过燃烧或***的安全浓度前预先报警，保证汽车的安全性。如遇电解液泄漏，酯类溶剂与空气接触同样会分解产生CO气体，此处同样使用温度传感器作为双重判定，确保结论的准确性。
为了提高续航里程，现在电动车辆较多地使用锂电池。锂电池电解液的溶质为LiPF6(六氟磷酸锂)等锂盐物质，溶剂主要为DMC(碳酸二甲酯)、EC(碳酸乙烯酯)等有机溶剂。电池电解液泄漏，其溶质LiPF6遇空气易水解很不稳定，易生成HF气体，HF具有强腐蚀性及毒性。泄漏检测仪还可选配HF氟化氢传感器，应用电化学原理,通过测量电信号的大小来确定气体浓度值。高精度HF氟化氢传感器针对性地用于电解液泄漏的检测，其精度达0.1ppm，极少量的电解液泄漏均可检测出。增加了电池泄漏检测仪的检测范围。
该电池泄漏检测仪弥补了现有电动汽车电池BMS***的功能不足，就电池电解液泄漏、冷却液泄漏进行了针对性地监测，对电池组“热失控”现象起到了预先发现、提前报警的功能。多种传感器的应用，使得电池检测功能更全面，就电池泄漏所带来的隐患一一排查，真正保障了电池使用过程中的“安全性”。同时检测仪还提供了信号上传、实时报警功能，全方位地保驾护航。
附图说明
图1是电池泄漏检测仪组成图；
图2是电池泄漏检测仪内部拆解图；
图3是电池泄漏检测***布局图；
图4是单片机工作原理图；
图5是单片机执行指令程序流程图。
图中：1、检测仪盒盖(镂空设计)；2、检测仪盒体；3、(CH2OH)2乙二醇传感器；4、CO一氧化碳传感器；5、温湿度传感器；6、HF氟化氢传感器；7、PCB模块；8、CAN接口；9、电池箱；10、电池泄漏检测仪；11、冷却板；12、电池组(n组)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1、图2所示，电池泄漏检测仪主要由铝合金盒体2、PCB模块7(单片机控制***)、(CH2OH)2乙二醇传感器3(例如EC Sense乙二醇传感器)、CO一氧化碳传感器4(例如ZE07-CO)、HF氟化氢传感器6(例如EC4-HF-10)、温湿度传感器5(例如BME280)、CAN接口8以及铝合金盒盖1组成。其中，盒盖采用镂空设计，不影响传感器检测的响应速度。
图3所示，电池箱9为密闭结构。多组电池组12放置于电池箱内，冷却板11(内含冷却液)位于电池组12下方，电池泄漏检测仪10置于电池箱9内。
电池泄漏检测仪是以多元传感器为核心，并通过单片机(例如STM32F103ZET6)实现智能分析、随时报警功能的实时数据处理***，其结构和功能的设计适合于车载使用。电池泄漏检测仪盒体小巧、占用空间小，稳定耐用，保证检测工作安全可靠。采用CAN通信接口，可连接至车载控制面板，将检测信号传送出来，便于显示及报警。
本申请创新性地将(CH2OH)2乙二醇、CO一氧化碳、温度、湿度四种传感单元集成在一起，这种集成并不是将多种传感器简单的组装在一起，而是各单元协同监测，智能分析，更有效的实现监测报警功能。泄漏检测仪还可通过添加HF氟化氢传感器实现更多扩展监测功能。
电动汽车电池主要通过冷却液维持工作温度的均衡与稳定。冷却液主要由乙二醇和水组成，乙二醇具有易燃性。为避免电解液泄漏(电解液酯类溶剂遇空气易水解生成醇类物质)带来的干扰，使用了湿度传感器提供了双重保障，确保了判定结果的准确性。冷却液泄漏，乙二醇和水同时漏于电池箱内，通过监测乙二醇气体浓度以及一定时间内电池箱内湿度变化情况共同判定。在冷却液泄漏量还没有达到影响电池安全界限以前，预先发出报警信号，让车主有时间进行更换维修，避免更大事故发生。
同时，电动汽车电池由于某一电芯发生异常，例如过充过放、内部短路等情况，造成了热量和氧释放，并分解产生CO气体，其中CO具有可燃性。不断生成的热量及气体造成电池组壳内压力过大，首先冲破防爆阀，随后热量及气体冲出至电池箱内；可使用CO一氧化碳传感器以及温度传感器，通过监测CO气体浓度以及一定时间内电池箱内温度变化情况共同判定泄漏状况，在超过燃烧或***的安全浓度前预先报警，保证汽车的安全性。如遇电解液泄漏，酯类溶剂与空气接触同样会分解产生CO气体，此处同样使用温度传感器作为双重判定，确保结论的准确性。
另外，为了提高续航里程，现在电动车辆较多地使用锂电池。锂电池电解液的溶质为LiPF6(六氟磷酸锂)等锂盐物质，溶剂主要为DMC(碳酸二甲酯)、EC(碳酸乙烯酯)等有机溶剂。电池电解液泄漏，其溶质LiPF6遇空气易水解很不稳定，易生成HF气体，HF具有强腐蚀性及毒性。泄漏检测仪还可选配HF氟化氢传感器，应用电化学原理,通过测量电信号的大小来确定气体浓度值。高精度HF氟化氢传感器针对性地用于电解液泄漏的检测，其精度达0.1ppm，极少量的电解液泄漏均可检测出。增加了电池泄漏检测仪的检测范围。
电池泄漏检测仪单片机工作原理见图4。***通过各类传感器实时监测所得数据进行条件判定，就电池泄漏各种状况加以分析，给予警报提示。单片机程序流程图见图5。当乙二醇气体浓度达到阈值(推荐20ppm，亦可根据用户需求定义)，结合电池箱内单位时间内湿度变化量(5分钟内湿度上升5％RH，亦可根据用户需求定义)，综合分析后，给予电池冷却液泄漏警报；当CO气体浓度达到阈值(推荐300ppm，亦可根据用户需求定义)，结合电池箱内单位时间内温度变化量(15秒内温度上升15℃，亦可根据用户需求定义)，综合分析后，给予电池热失控警报；针对HF气体浓度，判定若达到阈值(推荐3ppm，亦可根据用户需求定义)，给予电池电解液泄漏警报。若单片机***发现任一传感器采样数值出现异常，给予传感器异常警报，需进行维修或更换。
电池泄漏检测仪给予电动汽车电池多重保障，多种传感器全方位地对电池进行实时监测。根据泄漏风险的轻重缓急，合理设计程序流程；执行指令环环相扣，确保了警报的准确性，杜绝了事故误报率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.电池泄漏检测仪，其特征在于：包括检测仪盒体(2)、检测仪盒盖(1)以及电源，所述检测仪盒体(2)内设置有检测装置，所述检测装置包括带有单片机的PCB模块(7)以及安装于PCB模块(7)上的温湿度传感器(5)、乙二醇传感器(3)、一氧化碳传感器(4)和通信接口(8)；所述温湿度传感器(5)、乙二醇传感器(3)、一氧化碳传感器(4)以及电源均与单片机电连接。
2.根据权利要求1所述的电池泄漏检测仪，其特征在于：还包括安装于PCB模块(7)上的氟化氢传感器(6)，所述氟化氢传感器(6)与单片机电连接。
3.根据权利要求1所述的电池泄漏检测仪，其特征在于：所述检测仪盒盖(1)采用镂空设计。
4.根据权利要求1所述的电池泄漏检测仪，其特征在于：所述检测仪盒体(2)和检测仪盒盖(1)均为铝合金材质。
5.根据权利要求1所述的电池泄漏检测仪，其特征在于：所述通信接口(8)为CAN通信接口，能够连接至车载控制面板，将检测信号传送至车载控制面板显示及报警。
6.根据权利要求1所述的电池泄漏检测仪，其特征在于：所述电池泄漏检测仪安装于密闭的电池箱(9)内部。
7.一种采用权利要求1-6任一所述的电池泄漏检测仪实现的电池泄漏检测方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、温湿度传感器、乙二醇传感器以及一氧化碳传感器开始检测；
步骤二、单片机采集温湿度传感器检测到的温度和湿度、乙二醇传感器检测到的乙二醇浓度以及一氧化碳传感器检测到的CO浓度数值；
步骤三、若步骤二中采集到的CO浓度达到CO浓度阈值，且单位时间温度变化量达到单位时间温度变化阈值，则给予热失控报警警告；
步骤四、若步骤二中采集到的乙二醇浓度达到乙二醇浓度阈值，且单位时间湿度变化量达到单位时间湿度变化阈值，则给予冷却液泄漏报警警告。
8.根据权利要求7所述的电池泄漏检测方法，其特征在于：还包括氟化氢传感器检测，单片机采集氟化氢传感器检测到的HF浓度；当HF浓度达到HF浓度阈值，则给予电池电解液泄漏报警警告。
9.根据权利要求7或8所述的电池泄漏检测方法，其特征在于：若单片机发现任一传感器采样数值出现异常，给予对应传感器异常警报，需进行维修或更换。
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