一种新能源汽车的电池安全监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及电池安全技术领域，特别涉及一种新能源汽车的电池安全监测系统及监测方法。

背景技术

随着新能源汽车的推广和普及，市面上的新能源汽车保有量越来越多，随之而来的是频繁发生的新能源汽车的火灾事故。绝大多数的新能源汽车的火灾事故都是由于其动力电池热失控所引起的，除了受到外物撞击、挤压或者穿刺等外部因素外，导致新能源汽车电池的热失控故障的一个很主要原因是电池的绝缘组件的绝缘性出了问题，进而引发动力电池的内部短路及过热起火的情况，因此需要对新能源汽车电池的绝缘性能进行安全可靠的监测。现有技术中，常见的对新能源汽车的电池的绝缘性能检测的方法有使用漏电流传感器检测电池对车辆底盘的泄露电流的漏电流检测法、使用惠斯敦电桥连接电池正负极以及车辆底盘以测量电池和车辆底盘之间的绝缘电阻的电桥检测法以及使用外部电源向新能源汽车的电池正负端子施加外部电压以测量电池和车辆底盘之间的绝缘电阻的电压注入法，其中漏电流检测法和电桥检测法由于检测精度较低并未被广泛使用。电压注入法中的低频电压注入法仅适用于测量交流电阻，对于电池绝缘组件的高频响应和特定频率的绝缘性能评估能力有限。电压注入法中的高压注入法具有测量精度高、适用范围广的优势，但由于其在实施过程中需要在动力电池的正负极与车辆底盘之间注入500伏乃至更高的直流电压，容易产生电击事故，需要在特定环境以及专业人员的操作下实施，无法及时有效地对新能源汽车的电池安全进行监测。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新能源汽车的电池安全监测系统及监测方法，能够及时有效地对新能源汽车动力电池的绝缘组件的绝缘性能进行监测。

有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种新能源汽车的电池安全监测系统，包括用于检测车辆的行车状态的运动传感器、用于检测车内或车外人体的人体识别传感器、用于执行电压注入检测的绝缘检测模块以及与所述运动传感器、所述人体识别传感器、所述绝缘检测模块连接的控制模块，所述绝缘检测模块包括与车辆动力电池的正、负极连接的第一端子以及与接地点连接的第二端子，所述控制模块被配置为根据所述运动传感器传感器检测到的车辆行车状态以及所述人体识别传感器检测到的车内外的人体存在状态来控制所述绝缘检测装置执行对车辆动力电池绝缘性能检测。

优选的，所述绝缘检测模块还包括电压输出单元、分压单元以及电压采样单元，所述电压输出模块包括用于输出直流电的直流电源、用于调节并输出直流电压的DC-DC变换器、用于调制并输出低频交流电压的DC-AC变换器以及用于切换直流输出或交流输出的交直流切换开关。

优选的，所述第一端子包括连接于车辆动力电池正极的正极端子以及连接于车辆动力电池负极的负极端子，所述分压单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一分压开关S1以及第二分压开关S2，所述第一分压开关S1为单刀单掷继电器开关，所述第二分压开关S2为单刀双掷继电器开关，所述第一电阻R1的第一端连接于所述正极端子和负极端子中的一个，所述第一电阻R1的第二端与所述第一分压开关S1的第一端连接，所述第一分压开关S1的第二端与所述第二分压开关S2的固定端连接，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3并联，且所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的第一端连接于所述第二分压开关S2的自由端，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的第二端连接于所述正极端子和负极端子中的另一个。

优选的，所述电压采样单元包括第一电压采样芯片M1，第二电压采样芯片M2，所述第一电压采样芯片M1与所述第一电阻R1并联用于测量所述第一电阻R1两端的电压，所述第二采样芯片M2与所述第二电阻R2、所述第三电阻R3并联用于测量所述第二电阻R2或所述第三电阻R3两端的电压。

优选的，所述电压输出单元的一端连接于所述第一分压开关S1和第二分压开关S2之间，另一端连接于所述第二端子。

本发明的第二方面提出了一种新能源汽车的电池安全监测方法，包括：

实时检测车辆的行车状态，所述行车状态包括行驶状态和停止状态；

当车辆从行驶状态变成停止状态且持续一段时间后，检测车辆内部是否处于无人状态；

当检测到车辆内部处于无人状态时，获取上一次执行高压注入检测的时间；

在当前时间与上一次执行高压注入检测的时间大于或等于预设的高压注入检测周期时，根据车辆的历史数据预测车辆的无人状态持续时间；

判断所述无人状态持续时间是否大于预设的高压注入检测时长；

当所述无人状态持续时间大于预设的高压注入检测时长时，通过车辆的外部监测组件进行人体检测；

在车外预设距离范围内没有检测到人体时，执行高压注入检测。

优选的，根据车辆的历史数据预测车辆的无人状态持续时间的步骤具体包括：

获取车辆过去一段时间内的人体存在状态变更事件以及对应的事件发生时间；

将所述人体存在状态变更事件以及对应的事件发生时间输入预先训练好的事件发生时间预测模型中预测下一个人体存在状态变更事件的发生时间；

将下一个人体存在状态变更事件的发生时间与当前时间的时间间隔确定为所述无人状态持续时间。

优选的，执行高压注入检测的步骤具体包括：

将电压输出单元的交直流切换开关配置为接通直流电源与DC-DC变换器的状态；

将第一分压开关S1配置为断路状态；

将第二分压开关S2配置为接通电压输出单元与第二电阻R2的状态；

通过所述电压输出单元输出第一目标注入电压。

优选的，在实时检测车辆的行车状态的步骤之后，还包括：

当车辆处于行驶状态时，实时获取运动传感器的监测数据；

根据所述监测数据判断车辆是否受到外物碰撞；

当车辆受到外物碰撞碰撞时，执行低频电压注入检测。

优选的，执行低频电压注入检测的步骤具体包括：

将电压输出单元的交直流切换开关配置为接通直流电源与DC-AC变换器的状态；

将第一分压开关S1配置为通路状态；

将第二分压开关S2配置为接通电压输出单元与第三电阻R3的状态；

通过所述电压输出单元输出第二目标注入电压。

本发明提出了一种新能源汽车的电池安全监测系统及监测方法，通过设置用于检测车辆的行车状态的运动传感器、用于检测车内或车外人体的人体识别传感器、用于执行电压注入检测的绝缘检测模块以及与所述运动传感器、所述人体识别传感器、所述绝缘检测模块连接的控制模块，所述绝缘检测模块包括与车辆动力电池的正、负极连接的第一端子以及与接地点连接的第二端子，所述控制模块被配置为根据所述运动传感器传感器检测到的车辆行车状态以及所述人体识别传感器检测到的车内外的人体存在状态来控制所述绝缘检测装置执行对车辆动力电池绝缘性能检测，能够及时有效地对新能源汽车动力电池的绝缘组件的绝缘性能进行监测。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种新能源汽车的电池安全监测系统的示意框图；

图2是本发明一个实施例提供的种绝缘检测模块的示意框图；

图3是本发明一个实施例提供的种绝缘检测模块的电路图；

图4是本发明一个实施例提供的一种新能源汽车的电池安全监测方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施方式”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面参照附图来描述根据本发明一些实施方式提供的一种新能源汽车的电池安全监测系统及监测方法。

如图1所示，本发明的第一方面提出了一种新能源汽车的电池安全监测系统，包括用于检测车辆的行车状态的运动传感器、用于检测车内或车外人体的人体识别传感器、用于执行电压注入检测的绝缘检测模块以及与所述运动传感器、所述人体识别传感器、所述绝缘检测模块连接的控制模块，所述绝缘检测模块包括与车辆动力电池的正、负极连接的第一端子以及与接地点连接的第二端子，所述控制模块被配置为根据所述运动传感器传感器检测到的车辆行车状态以及所述人体识别传感器检测到的车内外的人体存在状态来控制所述绝缘检测装置执行对车辆动力电池绝缘性能检测。

具体的，所述运动传感器可以是陀螺仪和/或加速度传感器，所述人体识别传感器可以是红外传感器、影像传感器、雷达或者超声波传感器等。优选的，用于检测车外一定距离内是否存在人体的人体识别传感器为360度影像传感器。如图1中所示，新能源汽车的电池正负两极与汽车底盘之间形成等效绝缘电阻Rn和Rp，所述绝缘检测模块的两个第一端子分别连接在电池正负两极，第二端子接地，以在所述控制模块的控制下通过所述第一端子和所述第二端子对等效绝缘电阻Rn和Rp进行测量。

优选的，如图2所示，所述绝缘检测模块还包括电压输出单元、分压单元以及电压采样单元，所述电压输出模块包括用于输出直流电的直流电源、用于调节并输出直流电压的DC-DC变换器、用于调制并输出低频交流电压的DC-AC变换器以及用于切换直流输出或交流输出的交直流切换开关。

在本发明一些实施方式的技术方案中，所述直流电源为蓄电池，所述交直流切换开关为单刀双掷继电器开关，所述交直流切换开关的固定端与所述直流电源连接，自由端与所述DC-DC变换器或所述DC-AC变换器连接，所述控制模块与所述交直流切换开关连接以控制所述交直流切换开关的自由端与所述DC-DC变换器或所述DC-AC变换器连接以输出直流电或交流电。

优选的，如图3所示，所述第一端子包括连接于车辆动力电池正极的正极端子以及连接于车辆动力电池负极的负极端子，所述分压单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一分压开关S1以及第二分压开关S2，所述第一分压开关S1为单刀单掷继电器开关，所述第二分压开关S2为单刀双掷继电器开关，所述第一电阻R1的第一端连接于所述正极端子和负极端子中的一个，所述第一电阻R1的第二端与所述第一分压开关S1的第一端连接，所述第一分压开关S1的第二端与所述第二分压开关S2的固定端连接，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3并联，且所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的第一端连接于所述第二分压开关S2的自由端，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的第二端连接于所述正极端子和负极端子中的另一个。

优选的，所述电压采样单元包括第一电压采样芯片M1，第二电压采样芯片M2，所述第一电压采样芯片M1与所述第一电阻R1并联用于测量所述第一电阻R1两端的电压，所述第二采样芯片M2与所述第二电阻R2、所述第三电阻R3并联用于测量所述第二电阻R2或所述第三电阻R3两端的电压。

优选的，所述电压输出单元的一端连接于所述第一分压开关S1和第二分压开关S2之间，另一端连接于所述第二端子。

如图4所示，本发明的第二方面提出了一种应用于本发明第一方面提供的新能源汽车的电池安全监测系统的电池安全监测方法，包括：

实时检测车辆的行车状态，所述行车状态包括行驶状态和停止状态；

当车辆从行驶状态变成停止状态且持续一段时间后，检测车辆内部是否处于无人状态；

当检测到车辆内部处于无人状态时，获取上一次执行高压注入检测的时间；

在当前时间与上一次执行高压注入检测的时间大于或等于预设的高压注入检测周期时，根据车辆的历史数据预测车辆的无人状态持续时间；

判断所述无人状态持续时间是否大于预设的高压注入检测时长；

当所述无人状态持续时间大于预设的高压注入检测时长时，通过车辆的外部监测组件进行人体检测；

在车外预设距离范围内没有检测到人体时，执行高压注入检测。

具体的，新能源汽车的电池安全监测系统的控制模块与车辆中设置的运动传感器如陀螺仪或者加速度传感器等连接，以通过所述运动传感器获取车辆的实时运动数据，从而判断车辆是否处于行驶状态。当然，车辆处于运动状态时并不必然处于行驶状态，例如由于车辆受损或其它原因使用拖车运输车辆时，也可能产生误判的情况。在本发明另一些实施方式的技术方案中，所述控制模块还可以与新能源汽车的车机系统连接，以通过从车机系统获取车辆的行车数据的方式来判断车辆是否处于行驶状态。当车辆处于行驶状态时，驾驶员必然在驾驶舱内，此时不具备执行高检测的条件。

在车辆从行驶状态变成停止状态后，例如驾驶员熄火停车，驾驶员及车上其他乘员从停车、下车到远离车辆需要一定的时间，因此本发明所称的“持续一段时间”可以根据经验将其配置为特定的时长，例如两分钟到五分钟之间的任一时长。在一些情况下，车辆停止甚至是熄火以后，驾驶员或者车上其它乘员并不必然会下车，因此在本发明一些实施方式的技术方案中，在车辆从行驶状态变成停止状态且持续一段时间后，周期性地执行检测车辆内部是否处于无人状态的步骤，当在多个检测周期都检测到车内有人时，延长人体检测周期以节省功耗。在该实施方式的技术方案中，控制模块通过人体识别传感器持续监测车内的人员存在情况直到车内人员全部下车离开，或者车辆再次进入行驶状态。

所述高压注入检测周期为新能源汽车的电池安全监测系统中预先配置的新能源汽车动力电池绝缘组件的绝缘性能的最小检测时间间隔。由于在没有外部因素作用例如撞击或者直接刮蹭等情况时，动力电池绝缘组件的绝缘性能通常不会突然发生变化，因此所述高压注入检测周期可以配置为一个相对较长的时间周期，例如若干个小时或者若干天等。所述高压注入检测时长为预先配置的执行所述高压注入检测所需的时长的经验值，执行所述高压注入检测所需的时长根据高压注入检测所采用的方式而有所不同，例如使用开关切换对动力电池中的每个单体电池的两极与车辆底盘之间的绝缘电组进行测量的方式所需时间较长，但测量过程中的实时输出功率较小，安全性较高。也可以采用对动力电池中的各个测量点进行并行测量的方式以减少单次测量时间。

优选的，根据车辆的历史数据预测车辆的无人状态持续时间的步骤具体包括：

获取车辆过去一段时间内的人体存在状态变更事件以及对应的事件发生时间；

将所述人体存在状态变更事件以及对应的事件发生时间输入预先训练好的事件发生时间预测模型中预测下一个人体存在状态变更事件的发生时间；

将下一个人体存在状态变更事件的发生时间与当前时间的时间间隔确定为所述无人状态持续时间。

在上述实施方式的技术方案中，在根据车辆的历史数据预测车辆的无人状态持续时间的步骤之前，还包括：

通过运动传感器检测车辆内部的人体存在状态变更事件以及对应的事件发生时间，所述人体存在状态变更事件包括车辆内部从无人状态变为有人状态或者从有人状态变为无人状态的事件；

利用所述人体存在状态变更事件以及对应的事件发生时间生成预测模型训练样本数据；

使用所述预测模型训练样本数据训练事件发生时间预测模型。

优选的，执行高压注入检测的步骤具体包括：

将电压输出单元的交直流切换开关配置为接通直流电源与DC-DC变换器的状态；

将第一分压开关S1配置为断路状态；

将第二分压开关S2配置为接通电压输出单元与第二电阻R2的状态；

通过所述电压输出单元输出第一目标注入电压。

在上述实施方式的技术方案中，由于第二电阻R

优选的，在实时检测车辆的行车状态的步骤之后，还包括：

当车辆处于行驶状态时，实时获取运动传感器的监测数据；

根据所述监测数据判断车辆是否受到外物碰撞；

当车辆受到外物碰撞碰撞时，执行低频电压注入检测。

具体的，车辆受到外物碰撞包括但不限于车辆在运动过程中主动或被动与外物发生撞击、刮蹭等。在本发明一些实施方式的技术方案中，在根据所述监测数据判断车辆是否受到外物碰撞的步骤之后，还包括：

根据所述监测数据确定碰撞强度和碰撞位置；

当所述碰撞强度大于预设的碰撞强度阈值时，执行低频电压注入检测；

当所述碰撞强度小于预设的碰撞强度阈值时，判断所述碰撞位置是否为车辆底盘；

当所述碰撞位置是否为车辆底盘时，执行低频电压注入检测。

优选的，执行低频电压注入检测的步骤具体包括：

将电压输出单元的交直流切换开关配置为接通直流电源与DC-AC变换器的状态；

将第一分压开关S1配置为通路状态；

将第二分压开关S2配置为接通电压输出单元与第三电阻R3的状态；

通过所述电压输出单元输出第二目标注入电压。

在上述实施方式的技术方案中，由于第一电阻R

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。