一种基于PWM方式通信的电池热失控检测系统的制作方法

本实用新型涉及电动汽车电池检测技术领域，尤其涉及一种基于PWM方式通信的电池热失控检测系统。

背景技术：

随着新能源汽车的普及,人们对于新能源汽车也越来越关注,尤其是新能源汽车的安全问题。新能源汽车的安全事故主要来自电池热失控导致的燃烧或爆炸。当电池内外部短路、过充电等导致电池温度过高时，电池极易发生热失控。电池作为新能源汽车的储能单元，其能量如果通过燃烧或爆炸释放，威力及其巨大，极易造成人员伤亡。目前，提高新能源汽车安全性的方法除了对电池组加强保护之外，尚无实质性的避免电池热失控技术出现。加强对电池的热失控检测，在早期检测出电池热失控状态并且在必要的时候对电池及时进行热失控抑制或火灾控制，是保证新能源汽车安全出行的必要条件。

新能源汽车一般设有电池热失控探测器、电池管理系统BMS(Battery Management System)及整车控制系统VCU(Vehicle Control Unit)。电池热失控探测器通过检测烟雾、温度、气体等参数来判断电池的热失控情况，并通过CAN(Controller Area Network)网络将报警信息等上传给电池管理系统BMS或整车控制系统VCU，并接收VCU下发的指令启动灭火装置指令。然而事实证明，由于电池包的分散布置，使得整个BMS和电池热失控探测器之间CAN的环路太长，耦合进来的外部干扰会比较多。且由于某些部件(比如电机控制器)本身控制板上的CAN线耦合了很多的东西，使得BMS外部收到的干扰也很多，所以实际通讯情况就是通信电路和错误帧非常多。可见，基于CAN网络通信可能对电池热失控检测系统在实际使用中的实时性和准确性造成影响，使电池热失控检测系统达不到预期的目的。当电池发生热失控时，不能保证BMS或VCU在第一时间准确接收到报警信息。

为了保证当电池热失控探测器检测到紧急情况发生时，能使BMS或VCU不受外界干扰的给出准确反馈，有必要给系统建立一个冗余的保障通讯线路。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种基于PWM方式通信的电池热失控检测系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于PWM(Pulse-Width Modulation)方式通信的电池热失控检测系统，其特征在于，包括电池管理系统BMS、整车控制系统VCU及设于电池箱中的电池热失控探测器；

所述电池热失控探测器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电池管理系统BMS；

所述电池管理系统BMS用于接收所述电池热失控探测器发送的电池热失控参数，并通过CAN数据总线传输给所述整车控制系统VCU；

在所述电池热失控探测器上还设有PWM通信传输模块，通过所述PWM通信模块将所述热失控参数传输给所述整车控制系统VCU。

本实用新型的有益效果是：由于热失控探测器具备PWM和CAN两种通信方式，PWM接口可与BMS、VCU、智能仪表三者其一进行连接，传输热失控报警信息和动作信息。利用PWM通信设备简单、成本低、抗干扰能力强、传输质量高的优点，为热失控检测系统的可靠运行提供了通信保障。有效解决了现有技术通过CAN网络通信当传输信息过多时容易阻塞、受干扰强的问题。另一方面，整车控制系统VCU还可以将通过PWM和CAN两种通信方式接收到的信息进行对比，以排除误报。

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，所述电池箱设有多组，每组所述电池箱中均设有所述电池热失控探测器和电池检测单元，所述电池检测单元用于接收相应的所述电池热失控探测器发送的电池热失控参数并进行处理，所述电池管理系统BMS上还设有内部CAN总线，每组所述电池检测单元通过所述内部CAN总线与所述电池管理系统BMS连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，新能源汽车一般会设有多组电池箱，因此采用电池检测单元对所述电池热失控探测器采集的信息进行初步处理后再发送给所述电池管理系统BMS，更适合于多组电池箱的监控管理。所述电池检测单元可以是具有现场处理功能的微处理器。

进一步，还包括智能仪表，所述电池热失控探测器通过所述PWM通信模块将所述热失控状态传输给所述智能仪表进行显示。

采用上述进一步方案的有益效果是，所述电池热失控探测器还可以通过智能仪表发送信息给所述整车控制系统VCU。这个视具体车辆的控制配置情况选择。

进一步，所述热失控探测器包括数据采集装置和主控装置；

所述数据采集装置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主控装置；

所述数据采集装置包括烟雾浓度传感器、具有气敏纳米颗粒结构的气体传感器及温度传感器；

所述主控装置包括CPU核心处理模块、通讯传输模块、执行装置控制模块；

所述CPU核心处理模块，用于接收数据采集装置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，建立电池热失控模型，判断是否出现热失控和监测热失控过程；

所述通讯传输模块为PWM通讯模块和CAN接口模块；

通讯传输模块用于传输自身健康状态、热失控信息、动作信息，并用于接收外部命令；

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和/或电流、和/或频率等控制信号，用于启动动作执行装置；

所述动作执行装置，包括灭火装置和/或加热/冷却装置。

采用上述进一步方案的有益效果是，所述热失控探测器不仅能给整车控制系统VCU实时传输信息，而且还可以接收控制信号启动设于电池箱内的应急消防装置，便于快速响应。

进一步，还包括与所述CAN数据总线连接的控制按钮。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过控制按钮，驾驶人员可以根据整车控制系统VCU显示的电池检测状况，人工启动消防装置。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2为本实用新型多个电池箱的结构原理示意图；

图3为本实用新型的另一种实施方式；

图4为本实用新型的电池热失控探测器原理示意图；

图5为本实用新型的PWM信号产生和结合原理示意图。

在图1～图5中，1、电池热失控探测器；11、数据采集装置；12、主控装置；2、电池管理系统BMS；3、整车控制系统VCU；4、智能仪表；5、电池箱；6、电池检测单元；7、控制按钮；8、动作执行装置。

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5所示，一种基于PWM方式通信的电池热失控检测系统，包括电池管理系统BMS2、整车控制系统VCU3及设于电池箱5中的电池热失控探测器1；

所述电池热失控探测器1用于采集电池箱5内部的各个检测节点的当前热失控参数并传送给所述电池管理系统BMS2；

所述电池管理系统BMS2用于接收所述电池热失控探测器1发送的电池热失控参数，并通过CAN数据总线传输给所述整车控制系统VCU3；

在所述电池热失控探测器1上还设有PWM通信传输模块，通过所述PWM通信模块将所述热失控参数传输给所述整车控制系统VCU3、电池管理系统(BMS)2或智能仪表。

如图2所示，基于现有新能源汽车采用多组电池箱的情况，即所述电池箱设有多组，每组所述电池箱5中均设有所述电池热失控探测器1和电池检测单元6，所述电池检测单元6用于接收相应的所述电池热失控探测器1发送的电池热失控参数并进行处理，所述电池管理系统BMS2上还设有内部CAN总线，每组所述电池检测单元6通过所述内部CAN总线与所述电池管理系统BMS2连接。

如图3所示，还包括智能仪表4，所述电池热失控探测器1通过所述PWM通信模块将所述热失控状态传输给所述智能仪表4进行显示。

如图4所示，所述热失控探测器1包括数据采集装置11和主控装置12；

所述数据采集装置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主控装置12；

所述数据采集装置11包括烟雾浓度传感器、具有气敏纳米颗粒结构的气体传感器及温度传感器；检测的气体主要为C0，也包括O2、C02、C2H2、CH4等气体。

所述主控装置12包括CPU核心处理模块121、通讯传输模块122、执行装置控制模块123；

所述CPU核心处理模块121，用于接收数据采集装置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，建立电池热失控模型，判断是否出现热失控和监测热失控过程；

所述通讯传输模块122为PWM通讯模块和CAN接口模块；

所述通讯传输模块122用于传输自身健康状态、热失控信息、动作信息，并用于接收外部命令；

所述执行装置控制模块122，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和/或电流、和/或频率等控制信号，用于启动动作执行装置8；

所述动作执行装置8，包括灭火装置和/或加热/冷却装置。

为了人工快速干预，还包括与所述CAN数据总线连接的控制按钮7。

如图5所示为本实用新型的PWM信号产生和结合原理示意图，左框为热失控探测器，右框为电池管理系统BMS、整车控制系统VCU或智能仪表。图中两个D点表示两个设备共地，两个C点表示两个设备PWM通信线连接。VD1为ESD保护器件。

频率和占空比：单片机通过控制A点的电平，控制B点电平。当A点电压等于5V，B点电压等于12V。当A点电压等于0V时，B点电压等于0V。C点为PWM输出，C点与B点之间串联R3。C点的频率和占空比等于A点。

幅值。R4和R6构成幅值分压检测电路，单片机通过测量E点电压进行PWM幅值检测。通过幅值可以实现两个功能：

功能一：检测设备接入。设备一旦接入，R3和R7构成分压电路，使得C点电压为6V。单片机检测到C点电压由12V变为6V，则为设备接入。

功能二：强制启动按键S1按下。S1一旦按下，R3和R7、R8构成分压电路，使得C点电压为4V。单片机检测到C点电压有6V变为4V，则按键C1被按下。

根据当前电池正常状态、热失控报警、启动动作执行装置等状态设置不同的占空比。将PWM的基波频率设为2.5Hz,分别用97.5％、50％、75％占空比表示电池正常状态、发生热失控报警、灭火器启动状态。当CPU核心处理模块根据热失控模型判断出当前预警级别后，PWM产生电路根据当前电池热失控状态转换成相应的脉冲占空比，经驱动电路后，送至传输线供电池管理系统BMS、整车控制系统VCU或智能仪表接收，在其接收到PWM信号后经过整形和容错处理，测出脉冲周期和宽度，计算出占空比，就对应着不同的热失控信息。

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。