控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及安全防护领域，更具体地，涉及一种用于控制作为车辆动力源的电池(特别是燃料电池)的控制系统。


背景技术：

2.电动汽车因其环保、环保等优点而越发受到消费者的青睐。电动汽车依靠其车载电池作为动力源来驱动发动机转动，为此，电动汽车的车载电池往往需要提供高压电能(一般在300v～400v的范围内，对于一些大型车辆，甚至超过1000v)。虽然这些高压电能能够成功驱动车辆的发动机，但是一旦汽车发生碰撞从而导致高压电能泄漏，则可能对车上人员造成致命伤害，而且在车载电池是燃料电池的情况下，汽车的碰撞还可能导致燃料泄漏。为了保障车上人员的人身安全，目前纯电动汽车和混合动力电动车在发生碰撞时，法规(gb/t 31498-2015)详细要求须有技术方案保证在碰撞后的一定时间内将高压电能释放到安全限值，以便防止碰撞后的人员触电的危险。燃料电池电动车作为电动车的一种，在发生碰撞时，也须按照法规(gb/t 31498-2015)要求满足整车高压电平台的高压电能释放到安全限值。然而，现有技术中尚未出现将碰撞事件与防止电动车电池的高压电能以及燃料泄漏联系起来的技术方案。
3.因此，在本领域中，亟需一种能够可靠地防止电动车辆在碰撞之后发生高压电能泄漏以及燃料泄漏以便可靠地保护车上人员的人身安全的技术方案。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中的问题，本实用新型提出了一种控制系统，其被安装在以电池作为动力源的车辆中，所述车辆设有以并联方式连接至所述电池的供电电路和泄放电路，所述供电电路用于向车辆的电网供电，所述泄放电路设有泄放电阻，其中，所述控制系统包括：
5.碰撞感知单元，其包括碰撞传感器和碰撞控制器，所述碰撞传感器用于检测所述车辆的碰撞强度，所述碰撞控制器与所述碰撞传感器耦合，并且被配置成获得所述碰撞强度并在其高于预定强度阈值的情况下发出碰撞事件信号；
6.中央控制单元，其与所述碰撞感知单元耦合，并且被配置成在获得所述碰撞事件信号的情况下发出安全处理触发信号；以及
7.电池控制单元，其与所述中央控制单元、所述供电电路和所述泄放电路耦合，并且被配置成在获得所述安全处理触发信号的情况下断开所述供电电路并导通所述泄放电路。
8.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述电池是燃料电池，所述电池控制单元还与所述燃料电池的燃料供应阀门耦合，并且被配置成在获得所述安全处理触发信号的情况下关闭所述燃料供应阀门。
9.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述控制系统还包括将所述碰撞感知单元、所述中央控制单元和所述电池控制单元彼此耦合的总线。
10.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述总线为can总线。
11.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述碰撞控制器与所述碰撞传感器通过硬线连接而耦合，并且所述电池控制单元与所述供电电路和所述泄放电路通过硬线连接而耦合。
12.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述碰撞感知单元还包括用于检测所述车辆的车身上的电压值的电压传感器，所述碰撞控制器还与所述电压传感器耦合，并且被配置成获得所述电压值并在其高于预定电压阈值的情况下发出所述碰撞事件信号。
13.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述碰撞感知单元包括用于检测不同类型的信号的多个不同类型的碰撞传感器。
14.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述碰撞感知单元包括布置在所述车辆的不同位置上的多个碰撞传感器。
15.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述电池被安装在所述车辆的车头中，所述碰撞感知单元包括分别安装在所述车头的前侧、左侧和右侧的至少三个碰撞传感器。
16.根据本实用新型的一种可选的实施方式，所述中央控制单元由所述车辆的整车控制单元构成。
17.本实用新型可以体现为附图中的示意性的实施例。然而，应注意的是，附图仅仅是示意性的，任何在本实用新型的教导下所设想到的变化都应被视为包括在本实用新型的范围内。
附图说明
18.附图示出了本实用新型的示例性实施例。这些附图不应被解释为必然地限制本实用新型的范围，其中：
19.图1是根据本实用新型的一个实施例的控制系统的原理图；
20.图2是根据本实用新型的控制系统所适用的电动车辆的电路布局的简化图；以及
21.图3是根据本实用新型的另一个实施例的控制系统的原理图。
具体实施方式
22.本实用新型的进一步的特征和优点将从以下参考附图进行的描述中变得更加明显。附图中示出了本实用新型的示例性实施例，并且各个附图并不必然地按照实际比例绘制。然而，本实用新型可以实现为许多不同的形式并且不应解释为必然地限制于这里示出公开的示例性实施例。相反，这些示例性实施例仅仅被提供用于说明本实用新型以及向本领域的技术人员传递本实用新型的精神和实质。
23.本实用新型旨在提供一种控制系统，该控制系统旨在控制作为车辆的动力源的电池(例如，氢氧燃料电池)，以避免因车辆发生碰撞而导致电池的高压电能泄漏，并且在电池是燃料电池的情况下，防止电池的燃料泄漏。众所周知，传统的燃油车辆的车载电池只需要为用于拖动内燃发动机的起动机(也可称为启动机)以及仪表盘、收音机等提供电能，因此车载电池的电压不需要很高，通常设置在12v～16v的范围内。这种较低的电压使得即使车载电池因车辆发生碰撞而漏电，也不会对驾驶员、乘客的人身安全造成威胁。然而，与传统燃油车辆所不同的是，以电池为动力源的车辆(例如，混合动力车辆、电动车辆等)需要电池
来驱动其发动机，为此，电池需要具有较高的电压才能够成功驱动发动机转动，具体地，作为车辆动力源的电池的电压一般高达300v～400v，对于一些大型车辆(例如，大巴车，作业车)，电池的电压可能高达1000v。因此，一旦车辆发生碰撞从而导致电池的高压电能泄漏，则可能对驾驶员以及乘客的人身安全造成严重威胁。特别地，根据本实用新型的控制系统一方面可以通过检测电池外部的高压电能来直接判断高压电能是否泄漏，另一方面可以通过检测以及评估碰撞事件来间接判断高压电能是否泄漏，并且在判断出高压电能的泄漏之后触发电池的安全处理，即，快速消耗电池存储的高压电能，并且在燃料电池的情况下切断电池的燃料供应，由此可以确保车辆发生碰撞之后车上人员以及车辆的安全。而且，由于存在上述直接判断和间接判断两种并行的判断方式，因此，即使上述方式之一因车辆碰撞而失效，也可以通过另一种方式触发电池的安全处理，以便更加可靠地确保车上人员以及车辆的安全。
24.下面参考附图更加详细地描述根据本实用新型的控制系统的可行的实施例。需要指出的是，下面各个实施例的描述仅仅旨在传达本实用新型的教导，而不在于限制本实用新型的范围，任何在本实用新型的教导下作出的修改和补充都应视为落入本实用新型的范围之内。
25.参考图1，其中示出了根据本实用新型的一个实施例的控制系统的原理图。根据本实用新型的控制系统包括碰撞感知单元100，该碰撞感知单元100包括碰撞传感器110和碰撞控制器120，该碰撞传感器110被配置成检测车辆的碰撞强度(例如，加速度)，并将该碰撞强度发送至该碰撞控制器120，该碰撞控制器120被配置成将碰撞传感器110检测到的碰撞强度与预定强度阈值进行比较，并且在碰撞强度高于预定强度阈值的情况下发出碰撞事件信号。碰撞传感器110例如可以包括设置在车辆车身的左前侧的左前碰撞传感器、设置在车辆车身的右前侧的右前碰撞传感器以及设置在车辆车身的正前方的中央碰撞传感器。在该配置下，因为电池一般被布置在车头，因此碰撞传感器110可以在车辆的正前方、左前侧以及右前侧(即，车头的前侧、左侧和右侧)等靠近电池的位置检测车辆的碰撞强度，由此可以检测到大部分可能威胁到电池的完整性从而导致高压电能泄漏的碰撞事件。当然，也可以例如根据用户的需求，在车辆车身上的其他位置(例如，左后侧、右后侧、正后方等)安装碰撞传感器，以便全方位地检测碰撞事件。另外，所述碰撞传感器可以是加速度传感器、压电传感器等，以便检测作为碰撞强度的指示的加速度信号、压力信号等。当然，也可以例如根据用户的需求，将其他类型的传感器用作碰撞传感器，以便检测用户所关心的参数并将其用作碰撞强度的指示。因此，碰撞传感器110的具体类型不能构成对本实用新型的保护范围的限制。在使用中，碰撞传感器110将检测到的碰撞强度发送至碰撞控制器120，或者说，碰撞控制器120读取碰撞传感器110检测到的碰撞强度，并将其与预定强度阈值进行比较，而且仅在碰撞强度高于预定强度阈值的情况下确定发生了碰撞事件，并发出指示碰撞事件的碰撞事件信号。也就是说，在碰撞强度低于预定强度阈值的情况下，碰撞控制器120不会认为发生了碰撞事件，并且不会发出碰撞事件信号。这种配置是有利的，因为车辆的一些小型事件(例如，轻微碰撞、轻微剐蹭等)虽然也会产生碰撞强度但是并不会破坏电池的完整性，因此通过上述将碰撞强度与预定强度阈值进行的比较可以避免将这些小型事件认定为碰撞事件。该预定强度阈值反映了不影响电池完整性的碰撞强度的上限，其可以通过事先进行的大量整车碰撞试验获得。例如，当由加速度指示碰撞强度时，在整车碰撞试验中检测车
辆的加速度，并确定超过其则导致车辆的电池的完整性受损从而致使高压电能泄漏的加速度值，并将该加速度值确定为强度阈值。在设置了多个碰撞传感器的情况下，可以针对设置在不同位置的碰撞传感器设置不同的预定强度阈值，例如，可以将距离电池较近的碰撞传感器的相应预定强度阈值设置得较小，并将距离电池较远的碰撞传感器的相应预定强度阈值设置得较大，这是因为与在距离电池较远处发生的碰撞相比，在距离电池较近处发生的碰撞更容易传递至电池并且更容易导致高压电能泄漏，例如，与在车尾发生的碰撞相比，在车头发生的碰撞更容易导致电池漏电，因此车头碰撞传感器的相应预定强度阈值可以较低，而车尾碰撞传感器的相应强度阈值可以较高。因此，按照上述方式针对不同位置的碰撞传感器设置不同的预定强度阈值可以更加合理地确定碰撞事件。另外，值得一提的是，上述通过检测并评估碰撞强度来判断电池是否会泄漏高压电能的方式可以在碰撞发生之时既作出响应，以便提前防止高压电能泄漏，而不是在检测到高压电能已经泄漏之后才作出响应，因此可以更加有效地保护车上人员的人身安全。
26.参考图3，其中示出了根据本实用新型的另一个实施例的控制系统的原理图。所述碰撞感知单元100还可以包括电压传感器130，该电压传感器130被配置成检测车辆车身的电压值，并将该电压值发送至碰撞控制器120，该碰撞控制器120还被配置成将电压传感器130检测到的电压值与预定电压阈值进行比较，并在该电压值高于预定电压阈值的情况下发出碰撞事件信号。在该配置下，碰撞控制器120一方面可以通过检测并评估碰撞强度来间接判断电池是否漏电(如上文所述，检测碰撞强度并判断碰撞强度是否足以破坏电池从而导致其漏电)，另一方面可以通过检测并评估车辆车身上的电压来直接判断电池是否漏电(如果电池漏电，则车辆车身上将出现高电压)，因此，即使上述间接判断和直接判断方式之一因为车辆碰撞而失效，也可以通过另一种方式来判断电池是否漏电，这使得所述控制系统能够更加可靠地保护车上人员免于被电池的高压电能伤害。
27.回到图1，根据本实用新型的控制系统还包括中央控制单元200，该中央控制单元200可以接收来自碰撞控制器120的碰撞事件信号，并且在接收到该碰撞事件信号之后发出安全处理触发信号。也就是说，在检测到来自碰撞控制器120的碰撞事件信号之后，中央控制单元200确认车辆发生了足以威胁到电池的完整性从而导致电池的高压电能泄漏的碰撞，为了保护车上人员的人身安全，中央控制单元200将发出安全处理触发信号，以便触发如下文详细描述的电池的安全处理。特别地，该中央控制单元200可以是车辆的整车控制单元。在该配置下，只需要在整车控制单元上设置与碰撞控制器120对接的接口即可，而无需另外设置新的控制器来作为中央控制单元200。
28.仍然参考图1，根据本实用新型的控制系统还包括电池控制单元300，该电池控制单元300可以接收来自中央控制单元200的安全处理触发信号，并且在接收到该安全处理触发信号之后发出电池安全处理信号，该电池安全处理信号可以包括在燃料电池的情况下致使燃料电池的燃料供应阀门s1(例如，氢氧燃料电池的喷氢阀)关闭从而切断燃料电池的燃料供应的燃料切断信号、致使该电池的供电电路上的继电器(下文称为供电继电器)s2断开从而将该供电电路断开的断电信号、以及致使该电池的泄放电路上的继电器(下文称为泄放继电器)s3闭合从而将该泄放电路导通的泄放信号。参考图2，其中示出了车辆的电路布局的简化图，如图2所示，车辆的电路布局主要包括电池(特别地，燃料电池)500、配电盒600以及车辆电网700，其中配电盒600中设有将电池500电连接至车辆电网700、特别地车辆电
网700的直流-直流转换器710的供电电路sl以及电连接至电池500并与供电电路sl并联的泄放电路dl，并且其中，在供电电路sl上设有供电继电器s2，在泄放电路dl上设有泄放电阻br和泄放继电器s3。如上文所述，燃料供应阀门s1(在燃料电池的情况下存在)、供电继电器s2和泄放继电器s3被耦合至电池控制单元300，该电池控制单元300在检测到安全处理触发信号之后将关闭燃料供应阀门s1、断开供电继电器s2并且闭合泄放继电器s3，而这将使得，电池500(在燃料电池的情况下)失去燃料供应，从而导致电池500不能继续产生电能并且防止燃料泄漏，整车电网700与电池500隔离开，从而避免电池500中存储的高压电能通过供电电路sl输送至整车电网700，并且泄放电路dl导通，从而导致电池500中存储的高压电能通过泄放电路dl输送至泄放电阻br，而泄放电阻br会将电能转化为热能从而快速消耗掉电池500中存储的高压电能。因此，根据本实用新型的控制系统能够在足以导致电池的高压电能泄漏的碰撞发生后阻止高压电能继续生成、切断电池与车辆电网的电连接并且快速消耗掉高压电能，由此可以更可靠地保障车上人员的安全并且消除高压电能造成的安全隐患。
29.特别地，如图1和图3所示，根据本实用新型的控制系统还包括can总线400，该can总线400被配置成将碰撞控制器120、中央控制单元200以及电池控制单元300彼此耦合(具体地，信号耦合、电耦合)。在该配置下，碰撞事件信号以及安全处理触发信号都是can总线信号。由于can总线具有实时性强、抗电磁干扰能力强以及传输速率高等优点，因此，碰撞控制器120、中央控制单元200以及电池控制单元300可以通过can总线400实时、可靠、快速地传递信息，这使得根据本实用新型的控制系统能够在碰撞事件发生后更加可靠地保护车上人员的人身安全。当然，为了降低成本、简化装配，碰撞传感器110(以及可能的电压传感器130)可以通过本领域中常用的硬线与碰撞控制器120相连接，在该配置下，指示碰撞强度的信号以及指示电压值的信号都是硬线信号。同样地，燃料供应阀门s1、供电继电器s2以及泄放继电器s3也可以通过硬线与电池控制单元300相连接，在该配置下，燃料切断信号、断电信号和泄放信号都是硬线信号。另外，值得一提的是，在根据本实用新型的控制系统中，碰撞控制器120以及电池控制单元300将检测元件(例如，碰撞传感器110)和执行元件(例如，燃料供应阀门s1)与中央控制单元200间隔开，由于这两个控制装置还起到了转换信号格式的作用，因此允许利用can总线400建立控制器局域网络以便将各个元件实施、快速、可靠地耦合起来，这在将检测元件和执行元件直接连接至中央控制单元200的情况下是难以实现的。虽然上文描述了设有can总线的实施例，但是也可以利用其它类型的总线(例如，rs485总线，rs232总线等)来代替该can总线，因此总线400的具体类型不能构成对本实用新型的保护范围的限制。
30.以上借助于附图详细描述了根据本实用新型的控制系统的可选但非限制性的实施例。对于本领域内的那些普通技术人员来说，在不偏离本公开的精神和实质的情况下，对技术和结构的修改和补充以及对各实施例中的特征的重新组合显然都应视为包括在本实用新型的范围内。因此，在本实用新型的教导下所能够设想到的这些修改和补充都应被视为本实用新型的一部分。本实用新型的范围包括在本实用新型的申请日时已知的等效技术和尚未预见的等效技术。