CN114919415A - 一种电池包热失控监测方法及*** - Google Patents

一种电池包热失控监测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种电池包热失控监测方法及***，按照第一预设频率监测电池包内的第一特征信息，当第一特征信息大于第一阈值时，向控制模块发送唤醒信号，根据所述唤醒信号开始按照第二预设频率监测所述电池包的第二特征信息；当所述第一特征信息和所述第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。通过本发明，可以克服单一信号监测导致的误判的问题，达到高准确率进行热失控管理的效果,同时解决了使用多传感器进行热失控监测时能耗过高的问题，低成本低功耗。

Description

一种电池包热失控监测方法及***
技术领域
本发明实施例涉及新能源汽车领域，具体而言，涉及一种电池包热失控监测方法及装置。
背景技术
随着电动能源汽车的普及，电池安全全是现在电动汽车重点关注的问题，有各种原因引起安全的事故。一旦在一个电池中诱发了热失控之后，会在整个电池***中间蔓延，最后形成事故。对电池的热失控状态进行监测和报警，成为了汽车安全工作的重点之一。
目前智能传感器广泛用于电动汽车锂电池热失控和热扩散的监测管理中。市场上现有的方案多是基于电池包内气压监测，由于热失控引起的气压特征信号很短暂，信噪比比较差，容易导致误判。
发明内容
本发明实施例提供了一种锂电池热失控监测方法及装置，以至少解决相关技术中单一依靠气压检测，特征信号短暂容易导致误判的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种电池包热失控监测方法，包括：
按照预设第一频率监测所述电池包的第一特征信息；当第一特征信息大于第一阈值时，向控制模块发送唤醒信号，根据唤醒信号开始按照第二预设频率监测电池包内的第二特征信息。当第一特征信息和第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。
在一个示例性实施例中，向控制模块发送唤醒信号后还包括：按照第三预设频率监测电池包内的第一特征信息，第三预设频率高于第一预设频率。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种电池包热失控监测***，包括：第一传感模块，第二传感模块，控制模块，报警模块；
第一传感模块，用于按照第一预设频率监测所述电池内的第一特征信息，当第一特征信息大于第一阈值时，向控制模块发送唤醒信号；
控制模块，用于在收到唤醒信号后，向所述第二监测模块发送唤醒控制信号；
第二传感模块，用于在收到唤醒控制信号时，开始以第二预设频率监测所述电池包内的第二特征信息；
报警模块，用于当第一特征信息和第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。
根据本发明的又一个实施例，还提供了移动交通工具，包括上述电池包热失控监测***。进一步的，第一传感模块，还用于在向控制模块发送唤醒信号后按照预设第三频率监测所述电池包内的所述第一特征信息，所述第三预设频率高于所述第一预设频率。
进一步的，报警模块，还用于当所述第一特征信息大于所述第一阈值且所述第二特征信息大于第二阈值时，发送报警信号。
进一步的，第一传感模块还用于当所述第一特征信息小于或等于第一阈值时，向控制模块发送休眠信号；控制模块还用于根据收到的所述休眠信号发送休眠控制信号；第二传感模块根据所述休眠控制信号停止监测所述电池包内的所述第二特征信息。
通过本发明，由于本发明中电池包热失控监测方法中使用到了两个监测模块，气压监测模块，和压电薄膜微振动监测模块，可监测3类热失控异常事件电池包气压值/变化率异常，气流冲击异常和外部碰撞异常，可以克服单一信号监测导致的误判的问题，达到高准确率进行热失控管理的效果。并且在低功耗模式下仅使用单一传感模块，当单一传感模块的感应数值大于预设值之后再启动第二传感模块并提高第一传感模块的监测采样频率，解决了使用多传感器进行热失控监测时能耗过高的问题，达到了低成本低功耗的效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电池包热失控监测***硬件结的构框图；
图2是根据本发明实施例的电池包热失控监测方法的步骤流程图；
图3是根据本发明实施例的车辆电池包热失控监测方法的示意图；
图4是根据本发明实施例的电池包热失控监测***的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的车辆中电池包热失控监测***的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的车辆中电池包热失控监测***的另一种结构示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
本申请实施例中所提供的方法实施例可以在使用电池包作为供电***的移动交通工具中执行。以运行在新能源汽车上为例，图1是本发明实施例的一种电池包热失控监测方法的新能源汽车电池包热失控管理***硬件结构框图。
如图1所示，新能源汽车电池包热失控管理***包括***基本电路，微控制器，气压传感模块和压电薄膜振动传感模块。
***基本电路包括电源模块，通信模块和必要的监控诊断。电源模块可以是线性电源或者开关电源，为传感器各模块电路提供所需供电；通信模块通常为CAN或LIN通信，负责传感器与上位控制器(如电池管理***BMS)或整车网络的通信；监控诊断模块功能包括欠压监控，外部唤醒输入、带复位窗口的看门狗、中断等功能。
微控制器，用于对传感器的控制，计算，对传感模块监测到的特征信号进行处理。微控制器接受气压传感模块和电池结构形变传感模块的输入，对接收到的输入信号进行模数转换，数字信号处理计算，并根据设定的逻辑算法，进行判断电池包状态，将结果发送给上位ECU(如，BMS)；另一方面，接受上位ECU的命令，激活传感相应传感模块或使传感器进入相应工作模式。
气压传感模块，与微控制器的AD转换端口相连接，检测电池包内绝对气压的变化，将气压信号转变为电信号，并发送给微控制器，微控制器对气压传感模块输入的信号进行AD转换及信号处理后，与气压阈值和/或气压变化率阈值进行比较，判断是否有气压异常时间发生。无论是驾驶状态还是停车状态，无论是低功耗模式还是监测模式，气压监测模块是一直使能的。
压电薄膜振动传感模块，可将微小振动物理变化和结构形变物理变化转化成为电信号，一方面可以检测到热失控发生后电池包内气流冲击引起的压电薄膜振动，另一方面可以监测到相应位置撞击事故引发的电池包变形。压电薄膜振动传感模块两路冗余输入到微控制器的A/D转换端口，相应微控制器内软件分别对应两个模块分别对应滤波算法与气流冲击特征阈值和外部碰撞特征阈值进行比较，判断是否有异常气流冲击和/或异常外部碰撞。
在本实施例中提供了一种运行于上述移动交通工具的电池包热失控监测方法，图2是根据本发明实施例的步骤流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，按照第一预设频率所述电池包内的第一特征信息；
步骤S102，当所述第一特征信息大于第一阈值时，向控制模块发送唤醒信号，根据所述唤醒信号开始按照第二预设频率监测所述电池包内的第二特征信息。
步骤S104，当所述第一特征信息和所述第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。
具体的，电池包热失控监测***进行初始化设置，各传感器模块进行自检和初始配置，检查工作参数。
若初始化错误，进入错误模式。
在错误模式中，监测电池包工作参数，频率性发送传感器工作状态信息，停止发送传感器模块采集到的电池包特征信息。
当错误状态持续超过预设时间，且CAN通信失效或者关闭时，关闭传感器电源。
若初始化正常，没有错误，进入低功耗监测模式。
在低功耗监测模式中，停止CAN信息传送，停止第二传感模块工作，按照第一预设频率监测电池包内的第一特征信息。
在此实施例中，第一传感模块为气压传感模块，安装在电池包内，按照20Hz对电池包内的气压进行监测，当5秒内测量气压平均值大于20kpa，或者气压变化率超过5kpa/s时，传感器进入唤醒状态。进入唤醒状态后，发送CAN唤醒信号唤醒BMS，检查CAN通信，使能第二传感模块。
其中，气压采样频率、气压平均值和气压变化率均为示例，可以根据监控及唤醒需求进行改变。
具体的，第二传感模块为使能压电薄膜传感模块。
收到CAN网络唤醒信息后，开始进入正常监测状态。
进入正常监测状态后，第二传感模块开始按照第二预设频率监测所述电池包内的第二特征信息。具体的，第二传感模块是压电薄膜传感模块，安装在电池包内，按照100Hz对电池包内的气流冲击特征信息和/或外部碰撞特征信息进行监测，将监测到的气流冲击特征信息和/或外部碰撞特征信息频率性发送给控制模块。气流冲击特征信息和或外部碰撞特征信息包括震动频率信息及震动加速度信息。
压电薄膜传感模块检测到一定频率一定加速度变化的振动信号。通过滤波提取特征信号，例如气流冲击振动为高频率振动，加速度变化较缓；外部碰撞为低频率振动，加速度变化剧烈。
当检测到震动频率高于500Hz，且加速度小于3mm/s2时，判断为检测到气流冲击特征；
当监测到的震动频率在10Hz-300Hz范围,且加速度大于5mm/s2时，判断为检测到有外部碰撞特征；
以上为可实现示例，判断条件或者阈值均可根据实际需求进行调整。第一传感模块和第二传感模块可以为分离的传感模块，也可以集成在同一传感器芯片中。
在正常监测状态中，继续频率性监测电池包内的气压信息和/或气压变化率。可以继续以20Hz进行监测，也可以执行步骤S103，即以更高采样率，如100Hz对电池包内的气压信息和/或气压变化率信息进行监测，以提高热失控判断准确度。其中，监测频率使用软件进行配置，100Hz仅为可实现的一种示例。
当第一传感模块和第二传感模块采集的第一状态信息和第二状态信息满足预设条件时，发送报警信号。
在此实施例中，第一特征信息条件和第二特征信息条件如表1所示：
表1
Figure BDA0003668616320000041
当第一特征信息满足预设条件且第二特征信息满足预设条件时，向控制模块发闪送报警信息，电池包监测***进入报警状态。
进入报警状态后，控制模块发送CAN高优先级报警信号给BMS，采集数据存档，以供热失控原因分析及后续监控逻辑优化。
整车网络收到热失控报警信号之后，相应的，仪表盘，声光***，紧急呼叫***等向乘员紧急报警。若整车支持数据上传功能，传感器采集数据可被上传至云服务器电池安全平台，用于远程在线电池安全监控。
此外，若整车支持V2X通信(V2V车车通信，V2I车辆和基础设施通信，V2P车辆和行人通信)，传感器报警信息可通过V2X通信向热失控发生车辆的周围外部车辆、行人或者基础设施发出报警。
当所述第一特征信息小于或等于所述第一阈值时，控制器向传感模块发送休眠信号。在此实施例中，当气压传感模块监测到的气压值小于或等于20kpa时，或气压变化率小于或等于5kpa/s或者气压值小于或等于20kpa且气压变化率小于5kpa/s时，控制器向传感模块发送休眠信号。
以上监测频率及气压阈值均为可实现示例，可以根据监测需求进行调整配置。
传感模块收到休眠信号后，进入低功耗监测状态，即第二传感模块停止监测所述电池包内的所述第二特征信息，第一传感模块以第一预设频率监测电池包内的第一状态信息。
通过上述步骤，使用到了两个监测模块，气压监测模块，和压电薄膜微振动监测模块，可监测3类热失控异常事件电池包气压值/变化率异常，气流冲击异常和外部碰撞异常，可以克服单一信号监测导致的误判的问题，达到高准确率进行热失控管理的效果。并且在低功耗模式下仅使用单一传感模块，当单一传感模块的感应数值大于预设值之后再启动第二传感模块并提高第一传感模块的监测采样频率，解决了使用多传感器进行热失控监测时能耗过高的问题，达到了低成本低功耗的效果。
步骤S102和步骤S103的执行顺序是可以互换的，即可以先执行步骤S103，然后再执行S102。
上述过程中描述的报警，唤醒，控制都是通过CAN通信实现的，除此之外,还可用硬线实现：可选的,传感器可通过预留一个Pin脚，作为传感器的输出管脚，连接传感器的报警信号输出和BMS***，实现硬线报警信号输出。若CAN通信故障，依然可通过硬线通信将报警信息输出。
可选的,传感器可以预留一个pin脚，作为传感器的输出管脚，连接传感器的唤醒输出和BMS***，实现硬线唤醒。
可选的,传感器预留一个PIN脚，作为传感器的输入管脚，连接BMS和传感器的控制输入，BMS通过此硬线连接，输出控制信号，控制传感器的工作模式。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
在本实施例中还提供了一种电池包热失控监测装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是根据本发明实施例的电池包热失控监测***的结构框图，如图2所示，该装置包括第一传感模块、第二传感模块、控制模块和报警模块；其中，第一传感模块，用于按照第一预设频率监测所述电池内的第一特征信息，当所述第一特征信息大于第一阈值时，向所述控制模块发送唤醒信号；控制模块，用于在收到唤醒信号后，向所述第二传感模块发送唤醒控制信号；第二传感模块，用于在收到所述唤醒控制信号时，开始以第二预设频率监测所述电池包内的第二特征信息；报警模块，当所述第一特征信息和所述第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。
在此实施例中，第一传感模块是气压传感模块，第一特征信息为气压信息和/或气压变化率信息。第二传感模块是压电薄膜传感模块，用来监测气流冲击特征阈值和/或外部碰撞特征阈值。
进一步的，第一传感模块，还用于在向控制模块发送唤醒信号后按照预设第三频率监测所述电池包内的所述第一特征信息，所述第三预设频率高于所述第一预设频率。
进一步的，报警模块，还用于当所述第一特征信息大于所述第一阈值且所述第二特征信息大于第二阈值时，发送报警信号。
进一步的，第一传感模块还用于当所述第一特征信息小于或等于第一阈值时，向控制模块发送休眠信号；控制模块还用于根据收到的所述休眠信号发送休眠控制信号；第二传感模块根据所述休眠控制信号停止监测所述电池包内的所述第二特征信息。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种移动交通工具，如一种锂电池新能源汽车。该锂电池新能源汽车具有锂电池供电电池包，电池包上设置有如以上实施例的电池包热失控监测***。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电池包热失控监测方法，其特征在于，包括：
按照第一预设频率监测所述电池包内的第一特征信息；
当所述第一特征信息大于第一阈值时，向控制模块发送唤醒信号，根据所述唤醒信号开始按照第二预设频率监测所述电池包的第二特征信息；
当所述第一特征信息和所述第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向控制模块发送唤醒信号后，还包括：
按照第三预设频率监测所述电池包的第一特征信息，所述第三预设频率高于所述第一预设频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第一特征信息和所述第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号还包括：
当第一特征信息大于第一阈值且所述第二特征信息大于第二阈值时，发送报警信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开始按照第二预设频率监测所述电池包的第二特征信息之后还包括：
当所述第一特征信息小于或等于所述第一阈值时，向控制模块发送休眠信号，根据所述休眠信号停止监测所述电池包的所述第二特征信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一特征信息为气压和/或气压变化率信息，由安装在电池包内的气压传感模块监测；
所述第二特征信息为震动频率信息及震动加速度信息，由安装在电池包的压电薄膜震动传感器模块监测。
6.一种电池包热失控监测***，其特征在于，包括第一传感模块，第二传感模块，控制模块，报警模块；
所述第一传感模块，用于按照第一预设频率监测所述电池内的第一特征信息，当所述第一特征信息大于第一阈值时，向所述控制模块发送唤醒信号；
所述控制模块，用于在收到唤醒信号后，向所述第二传感模块发送唤醒控制信号；
所述第二传感模块，用于在收到所述唤醒控制信号时，开始以第二预设频率监测所述电池包的第二特征信息；
报警模块，用于当所述第一特征信息和所述第二特征信息满足预设条件时，发送报警信号。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述第一传感模块，还用于在向控制模块发送唤醒信号后按照预设第三频率监测所述电池包的所述第一特征信息，所述第三预设频率高于所述第一预设频率。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述报警模块，还用于当所述第一特征信息大于所述第一阈值且所述第二特征信息大于第二阈值时，发送报警信号。
9.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述第一传感模块还用于当所述第一特征信息小于或等于第一阈值时，向控制模块发送休眠信号；
所述控制模块还用于根据收到的所述休眠信号发送休眠控制信号；
所述第二传感模块根据所述休眠控制信号停止监测所述电池包的所述第二特征信息。
10.如权利要求6所述的***，其特征在于，
所述第一传感模块是气压传感器，安装在所述电池包内，所述第一特征信息为气压和/或气压变化率；
所述第二传感模块是压电薄膜震动传感器模块，安装在电池包内，所述第二特征信息为震动频率信息及震动加速度信息。
11.一种移动交通工具，其特征在于，所述移动交通工具包括如权利要求6-10所述的电池包热失控监测***。
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