专利名称：车辆电池安全系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的安全装置，并且更特别地，本发明涉及一种用于汽车的、具有电池和乘员安全设备(例如，气囊或安全带预张紧器)的安全装置。
背景技术：
多数汽车通常包括与电池结合的内燃机来提供牵引力，电池用于启动内燃机，以及在内燃机没有运转时为辅助功能提供电力。目前，同样普遍的是为汽车提供碰撞探测器装置，其设置为触发安全设备(例如， 气囊或安全带预张紧器)，以在车辆碰撞时为车辆乘员提供保护。这样的碰撞探测器装置通常包括一个或多个加速计形式的、与电子控制单元结合的碰撞传感器，所述电子控制单元设置为，接收和处理来自每个传感器的信号并发出启动命令，以在接收自碰撞传感器的信号满足表明碰撞的某种准则的情况下触发乘员安全设备。鉴于对由内燃机驱动的汽车对环境的影响的日益关注，目前，对于提供所谓的“清洁”汽车的兴趣和重要性逐渐增加，“清洁”汽车产生较少的对环境有害的气体形式的污染。 因此，现在越来越常见的是提供由电力驱动(至少在其工作期间内)的汽车。例如，人们已经提出，提供由大电动机从可再次充电的电池汲取电力进行驱动的电动车辆。人们已经提出，提供所谓的“混合动力，，汽车，其通常将极低油耗且“清洁”的内燃机与电动机结合。此类混合动力车辆设置为，在任何可能或便利的情况下由电动机驱动，而在电动机提供的牵引力不能满足即时的性能要求时由内燃机驱动，例如，只是因为所述要求超出了电动机的性能极限，或者因为电能源(电动机在此汲取其电力)的电量不足。在这样的安排中，电动机通常从大容量的可再次充电的电池汲取其电力，所述电池布置为，在内燃机运转时从连接至内燃机的交流发电机进行充电。然而人们也已经提出，提供电动装置，其中电动机从一系列高容量电容器而不是从电化学电池本身汲取其电力。因此，在本专利说明书中使用的术语“电池”意在指代任何电能存储设备，包括但不限于，电化学电池、电容器、超级电容器等。正如将会理解的，上述普通类型的电动车辆和所谓的混合动力车辆由此需要相对大的电池，以提供用于推动电机的足够电力。据此，这样的电池通常设置为，具有非常高的电压(通常是大约300V)并存储大量电能(通常在2-10kWh之间)，而其本身构成了电气方面的重大风险，尤其是在车辆碰撞或者电池内部发生短路的情况下。此外，适用于电动或混合动力车辆的类型的电池目前构成车辆总成本的重要组成部分。例如，这种车辆的电池单元占据车辆总成本的10-30 %并不罕见。因此，需要保护电池单元在车辆卷入事故时免遭破坏，以便于车辆的维修较为便宜。正如将会理解的，上述类型的电池在发生内部或外部由于碰撞而引起的短路的情况下将变得非常热，并因此在这种情形下构成了火灾或爆炸的危险。对此类高能电动装置的另一关注点是，出现事故时对车辆造成的破坏将会引起车辆内部电路的部件受到破坏并暴露电线，这对车辆的驾驶员和乘客，以及到场的任何营救人员构成了电击的威胁。因此，需要提供带有安全装置的新式汽车，所述安全装置设置为在事故发生时保证车辆电池安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的安全装置，其类型使用于汽车，具有电池和乘员安全设备。尽管此处描述的本发明尤其适用于具有大容量电池(以向推进电动机提供动力) 的车辆，然而应当注意，本申请还可以用于带有相对小容量电池(设置为启动内燃机)的汽车。据此，本发明提供了一种用于汽车的、具有电池和乘员安全设备的安全装置，该装置包括对加速做出响应的碰撞传感器、安排为对表明电池状况的电池参数进行监控的电池传感器、用于触发所述乘员安全设备的启动器，以及能够操作为接收并处理来自所述碰撞传感器和所述电池传感器的信号的控制单元，所述控制单元能够操作为，响应于来自所述碰撞传感器的信号向所述启动器发出启动命令，以触发所述乘员安全设备。优选地，所述安全装置包括用于触发电池安全设备的第二启动器；所述控制单元能够操作为，在接收到i)来自所述碰撞传感器或至少一个所述碰撞传感器的超出预定阈值的信号，以及ii)来自所述电池传感器或至少一个所述电池传感器的满足预定准则的信号时，向所述第二启动器发出启动命令，以触发所述电池安全设备。适宜地，所述控制单元能够操作为执行一步骤根据对计算所述电池参数的改变率有效的算法，对来自电池传感器的所述信号进行处理。有利地，所述控制单元能够操作为执行一步骤将所述改变率的计算值与预定的改变率阈值进行比较，所述预定准则在所述改变率的计算值超出所述改变率阈值时得到满足。优选地，所述控制单元设置为，响应于接收到来自所述碰撞传感器的超出所述预定阈值的信号，执行所述处理和比较的步骤。适宜地，所述控制单元设置为，响应于接收到来自所述电池传感器的、代表所述电池参数超出预定的电池参数阈值的信号，执行所述处理和比较的步骤，并且所述控制单元能够操作为，响应于超出所述改变率阈值的所述改变率的计算值，甚至在没有来自所述碰撞传感器的超出所述预定阈值的信号的情况下向所述第二启动器发出启动命令，以触发所述电池安全设备。有利地，所述控制单元设置为，还将接收自所述碰撞传感器的信号与第二阈值进行比较，所述第二阈值高于所述预定阈值，所述控制单元能够操作为，在接收到来自所述碰撞传感器的超出所述第二阈值的信号时，不考虑接收自所述电池传感器的信号，均向所述第二启动器发出有效的启动命令，以触发所述电池安全设备。优选地，所述控制单元设置为，在向所述第二启动器发出启动命令以触发所述电池安全设备之后，继续监控所述电池传感器。所述安全装置可以包括气体传感器形式的电池传感器，其设置为探测所述电池中的二氧化碳或一氧化碳的存在并且产生表明所探测的二氧化碳或一氧化碳水平的信号。
此外，或可选择地，所述安全装置可以包括温度传感器形式的电池传感器，其设置为测量所述电池的内部温度并且产生表明所述温度的信号。在这样的装置中，可以想到的是，预定的电池参数阈值(来自温度传感器的信号针对该阈值进行估计)可以设定为大约 40°C，超出40°C的温度信号被认为是异常的。同样可以想到的是，在这样的装置中，预定的改变率阈值(源自温度传感器的改变率的计算值针对该阈值进行比较)可以设定为大约 IO0C / 秒。
所述安全装置可以包括压力传感器形式的电池传感器，其设置为测量所述电池的内部气压并且产生表明所述气压的信号。在这样的装置中，可以想到的是，所述控制单元可以设置为，根据波义耳定律计算预测的压力值，所述预定的电池参数阈值设定为高出预测的压力值大约10% (来自所述压力传感器的信号针对该阈值进行估计)。同样可以想到的是，在这样的装置中，预定的改变率阈值可以设定为大约每秒5% (源自所述压力传感器的改变率的计算值针对该阈值进行比较)。
所述安全装置可以包括电流测量设备形式的电池传感器，其设置为测量所述电池提供的电流并且产生表明所述电流的信号。
所述安全装置可以包括放电监控器形式的电池传感器，其设置为测量所述电池的放电速率并且产生表明所述放电速率的信号。在这样的装置中，可以想到的是，预定的改变率阈值将设定为电池说明书规定的最大值的大约98% (源自该传感器的放电速率针对该阈值进行比较)。高出电池最大规定值100%的放电速率将被认为代表了应当触发电池安全设备的临界状况。
优选地，所述控制单元电连接至与主车辆电池分开的独立的电源，使得所述控制单元及所述安全装置的相关电路能够汲取足够的电力，以用于在主电池失效或断开后进行操作。
现在参照附图，本发明的实施例将通过示例的形式进行描述，从而可以更加容易地理解本发明，并且可以认识到其另外的特征，其中
图1是示出了本发明实施例的安全装置的部件的示意性框图；而
图2是示意性地示出了用于图1的安全装置的操作规程的流程图。
具体实施方式
现在更加详细地参照图1，其中示出了本发明的汽车安全装置1。特别示出了车辆电池(battery)2，其包括电池壳体3，在电池壳体3中设置多个单独的单体(cell)4，这些单体彼此串联地电连接。例如，在电动或混合动力车辆的情况下，可以想到电池2能够采取锂离子电池(包括一系列连接的单体)的形式，以向电池提供大约300V的总输出电压和 2-10kffh的总能量水平。所述电池具有一对端子5，它们电连接至汽车的电气系统。
在通常的传统方式中，汽车还设有多个乘员安全设备，例如图1示意性示出的设备6，其示出为具有相关启动器8的可充气气囊7的形式。启动器8电连接至电子控制单元9，电子控制单元9电连接至独立的电源9a (例如电池或电容器)，电源9a与主车辆电池 2分开并且设置为，提供用于控制单元9和所述安全装置的相关部件足够的电力，以在主电池2失效或主电池2与车辆的电气系统断开的情况下进行操作(至少操作有限的时间)。 控制单元9还安排为接收来自多个碰撞传感器10的信号，这些碰撞传感器10以合适的方式分布在汽车内，它们中的每一个均以本身已知的方式对加速做出响应。
碰撞传感器10经由各自的连接线11电连接至控制单元9，而所述控制单元经由输出线12电连接至乘员安全设备6的启动器8。在通常的传统方式中，控制单元能够操作为，经由输出线12向启动器8发出启动命令，以便响应于来自一个或多个碰撞传感器10的表示碰撞发生的信号来触发乘员安全设备6。
除了电连接至碰撞传感器10，本发明的控制单元9还与至少一个电池传感器电连接，所述电池传感器安排和设置为监控表明电池的物理或电气状态的电池参数。图1所示的特定装置包括多个这样的电池传感器13-17，每个电池传感器安排为监控各自的电池参数，并且将代表所测参数的信号发送给控制单元9。
特别地，图1所示装置中的电池2设有气体传感器13、压力传感器14、温度传感器 15、电流传感器16和放电速率传感器17，这些传感器中的每一个经由各自的输入线18电连接至控制单元9的输入端。
气体传感器13设置为安装至电池壳体3，并且包括延伸到所述壳体中的气体探测针19。气体传感器13设置为探测二氧化碳和/或一氧化碳的存在，并由此响应于电池壳体 3中燃烧气体的积累有效地产生信号。
压力传感器14也设置为延伸到电池壳体3的内部容积中，并且安排为测量壳体3 中的内部气压。
温度传感器15包括布置为延伸到电池壳体3的内部容积中的探针，并且安排为测量电池2的内部温度。
电流传感器16采取电流测量设备的形式，其连接在一对电池单体4之间并且设置为，产生代表电池2提供的电流水平的信号。
放电传感器17跨过电池端子5电连接并且设置为，产生代表电池的瞬时放电速率的信号。
安全装置1还包括多个电池安全设备20、21、22，它们中的每一个与各自的启动器 23、24、25相关联，每个启动器经由各自的输出线沈与控制单元9电连接。
可以想到的是，电池安全设备20、21、22中的每一个将采取不同的形式并由此设置为，响应于来自电池传感器的代表不同电池状况的信号，在启动时提供电池安全。例如， 电池安全设备之一 20可以提供为冷却设备的形式，设置为对电池进行冷却(例如，通过使用压缩气体源)，并且其旨在当安全装置经由来自温度传感器15的适宜信号探测到电池温度异常或危险升高时被触发。
另一电池安全设备21可以设置为，使得在触发时将电池与汽车的电路断开。在这点上，可以想到的是，断开设备21能够设置为，以可逆的方式、不可逆的方式或半可逆的方式将电池断开。
另一安全设备22可以采取放电设备的形式，旨在响应于来自控制单元9适宜的启动命令，在跨过电池端子5进行电连接时迅速放电。例如，安全设备22可以包括多个放电电阻，这些放电电阻安排为，在设备22触发时跨过电池的端子5进行电连接。
控制单元9可以可选地连接至一个或多个外围设备，例如警报器或扬声器27，报7警灯或闪烁灯观和/或紧急信号发射器四。
将会注意到是，本发明的关键特征在于控制单元9设置为，接收和处理来自碰撞传感器10的信号并依赖这样的碰撞信号触发乘员安全设备6，但同样安排为接收和处理接收自一个或多个电池传感器13-17的信号。在图1所示的装置中，控制单元9进一步设置为，在一个或多个碰撞传感器10探测到事故的情况下，并且响应于来自电池传感器13-17 之一的、满足预定触发准则的信号，向电池安全设备20、21、22中的至少一个的启动器发出启动命令。因此将会理解并在下文进一步解释的，本发明的安全装置设置为，通过使用集成的控制单元探测电池2中危险故障的发生，所述集成的控制单元还起到在探测到汽车碰撞时触发乘员安全设备的作用。
本发明由此使得，仅通过对在其它方面标准的控制单元9进行相对较少的修改来提供一种电池安全装置，这类控制单元9通常见于很多汽车，并且具体设置为管理包含乘员安全设备(例如，气囊和/或安全带预张紧器)的乘员安全系统的操作和触发。
本发明的优选实施例旨在设置为，使得在没有来自碰撞传感器10的表明碰撞发生的任何信号的正常驱动条件期间，基本持续地对电池2的电气和/或物理状况进行监控。 由此，在正常驱动条件期间，其旨在使得控制单元9监控来自每个电池传感器13-17的信号 b。控制单元9包括存储器，关于电池的每个所测参数，所述存储器预编程有各个预定的电池参数阈值B。
在从电池传感器13-17中的任意一个接收到代表各个所测参数的、超出相关的预定阈值B的信号b时，控制单元9操作为，例如通过点亮报警灯观和/或经由喇叭27发出声音警报，警示汽车驾驶员检测到异常的电池状况。在接收到超出相关阈值B的电池信号 b时，控制单元9能够操作为，根据对计算所述参数的改变率八b/t有效的算法对信号b进行处理。控制单元接着继续监控所计算的参数改变率的值Ab/t，并将其与保存在控制单元的存储器中预定的改变率阈值R进行比较。在所计算的改变率的值Ab/t超出预定的改变率阈值R的情况下，控制单元沿线18发出启动命令，以触发相关的电池安全设备20、21、 22。例如可以想到的是，在这种情况下，控制单元将操作为触发电池断开设备21和/或电池冷却设备20。
在汽车发生碰撞的情况下，碰撞传感器10的一个或多个将向控制单元沿各自的输入线11发送碰撞信号X，所述碰撞信号或每个碰撞信号X表明碰撞的严重程度。控制单元9的存储器预编程有两个碰撞信号阈值即第一相对低的阈值X1和第二相对高的阈值 X20控制单元9可操作为，将接收自碰撞传感器10的碰撞信号χ与这两个阈值进行比较，以估计碰撞的严重程度。例如，来自碰撞传感器的没有超出这两个阈值的信号X，表明没有发生碰撞或者表明对电池2构成未感到危险的非常低速的碰撞。另一方面，超出第一阈值& 而没有超出第二阈值\的碰撞信号χ将表明对电池构成的危险增加，并被认为足够严重而需要对电池监控。超出这两个阈值Xp X2的碰撞信号χ将表明对电池构成显著危险的高速碰撞，有必要立即触发电池安全设备，尤其是断开设备21而可选地是冷却设备20。
安全装置1的优选操作规程由图2的流程图示意性地进行说明。
如图所示，在接收到碰撞传感器信号χ时(在步骤30)，控制单元9将该信号与第一阈值&进行比较(在步骤31)。如果χ小于&，则控制单元开始监控电池传感器13-17(步骤3 。如果控制单元接收到来自任意电池传感器13-17的信号b，该信号由比较步骤338确定为大于预定的电池参数阈值B，则控制单元改变模式并且开始监控相关的电池参数的改变率Ab/t (步骤34)。另一方面，如果b小于B，则控制单元恢复到其初始模式，在步骤 32监控电池传感器。
源于步骤34所计算的改变率的值，接着在步骤35与预定的改变率阈值R进行比较。如果确定Ab/t超出R，则经由相关的输出线沈从控制单元发出启动命令，以在步骤 36触发电池断开设备21。
现在返回考虑碰撞传感器参数比较步骤31a ；如果碰撞信号χ确定为大于第一阈值&，则控制单元执行步骤31b，在步骤31b中，碰撞信号χ与第二阈值&比较。如果χ小于)(2，则控制单元来到步骤34，在步骤34中，其开始如上所述地监控相关电池参数的改变率 Ab/t。
尽管未在图2中示出，然而可以想到的是，在电池断开设备21接着以此方式根据后续比较步骤35(响应于超出第一阈值X1的碰撞信号χ)而触发的情况下，控制单元将继续监控从电池传感器接收的信号。例如，在温度传感器15发出代表电池温度在断开后继续升高的信号的情况下，或者在压力传感器14发出代表电池壳体内的压力继续增加的信号的情况下，控制单元将向电池冷却设备20和/或电池放电设备22发出启动命令。
如果在比较步骤32发现碰撞信号χ超出第二阈值X2,则控制单元9立即向电池断开设备21并且可选地向电池冷却设备20发出启动命令。在此类情形中，还建议控制单元9 将继续监控由一个或多个电池传感器(例如温度传感器1 发出的信号b，并且经由灯观和/或警报器27和/或发射器四发出报警信号，以在电池温度达到应急人员认为危险的预定水平时向他们报警。因此可以想到的是，与控制单元9相关的独立电源9a将具有足够的容量，以此模式在安全装置数小时的操作中提供电力。
当用于本说明书和权利要求书时，术语“包括”及其变体意味着包含明确说明的特征、步骤或整体。该术语并不解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。
在前面的说明书或下面的权利要求书或附图中公开的，以其具体形式表达的，或者就用于执行所公开的功能的装置或用于获得所公开的结果的方法或过程而言的特征，可以适宜地以独立的方式或者以这些特征任意组合的方式，用于以其多种形式实现本发明。
尽管已经结合上述示例性的实施例对本发明进行了描述，然而当看到本申请时， 很多等同的修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。据此，上面列举的本发明的示例性实施例被认为是说明性而不是限制性的。在不违背本发明的实质和范围的前提下， 可以对所描述的实施例做出多种改变。
权利要求
1.一种用于汽车的、具有电池(2)和乘员安全设备(6)的安全装置(1)，该装置包括对加速做出响应的碰撞传感器(10)、安排为对表明电池状况的电池参数进行监控的电池传感器(13-17)、用于触发所述乘员安全设备的启动器(8)，以及能够操作为接收并处理来自所述碰撞传感器(10)和所述电池传感器(13-17)的信号(x、b)的控制单元(9)，所述控制单元(9)能够操作为，响应于来自所述碰撞传感器(10)的信号(χ)向所述启动器⑶发出启动命令，以触发所述乘员安全设备(6)。
2.根据权利要求1所述的安全装置，包括用于触发电池安全设备O0、21、22)的第二启动器03、对、2幻；所述控制单元(9)能够操作为，在接收到i)来自所述碰撞传感器(10) 或至少一个所述碰撞传感器(10)的超出预定阈值(X1)的信号(χ)，以及ii)来自所述电池传感器或至少一个所述电池传感器的满足预定准则的信号时，向所述第二启动器发出启动命令，以触发所述电池安全设备。
3.根据权利要求2所述的安全装置，其中所述控制单元(9)能够操作为执行一步骤 根据对计算所述电池参数的改变率有效的算法，对来自电池传感器(13-17)的所述信号 (b)进行处理。
4.根据权利要求3所述的安全装置，其中所述控制单元(9)能够操作为执行一步骤 将所述改变率的计算值与预定的改变率阈值(R)进行比较，所述预定准则在所述改变率的计算值超出所述改变率阈值(R)时得到满足。
5.根据权利要求4所述的安全装置，其中所述控制单元(9)设置为，响应于接收到来自所述碰撞传感器(10)的超出所述预定阈值(X1)的信号(X)，执行所述处理和比较的步骤。
6.根据权利要求4或5所述的安全装置，其中所述控制单元(9)设置为，响应于接收到来自所述电池传感器(13-17)的、代表所述电池参数超出预定的电池参数阈值(B)的信号(b)，执行所述处理和比较的步骤，并且所述控制单元能够操作为，响应于超出所述改变率阈值(R)的所述改变率的计算值，甚至在没有来自所述碰撞传感器(10)的超出所述预定阈值(X1)的信号(χ)的情况下向所述第二启动器03、M、25)发出启动命令，以触发所述电池安全设备00、21、22)。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的安全装置，其中所述控制单元(9)设置为，还将接收自所述碰撞传感器(10)的信号(χ)与第二阈值OQ进行比较，所述第二阈值OQ 高于所述预定阈值(X1),所述控制单元能够操作为，在接收到来自所述碰撞传感器( ο)的超出所述第二阈值OQ的信号(X)时，不考虑接收自所述电池传感器(13-17)的信号(b)， 均向所述第二启动器03、对、2幻发出有效的启动命令，以触发所述电池安全设备00、21、 22)。
8.根据权利要求2至7中任意一项所述的安全装置，其中所述控制单元(9)设置为，在向所述第二启动器03、对、2幻发出启动命令以触发所述电池安全设备00、21、2幻之后， 继续监控所述电池传感器(13-17)。
9.根据前面任意一项权利要求所述的安全装置，包括气体传感器(1 形式的电池传感器，其设置为探测所述电池O)中的二氧化碳或一氧化碳的存在并且产生表明所探测的二氧化碳或一氧化碳水平的信号(b)。
10.根据前面任意一项权利要求所述的安全装置，包括温度传感器(1 形式的电池传感器，其设置为测量所述电池O)的内部温度并且产生表明所述温度的信号(b)。
11.根据前面任意一项权利要求所述的安全装置，包括压力传感器(14)形式的电池传感器，其设置为测量所述电池O)的内部气压并且产生表明所述气压的信号(b)。
12.根据前面任意一项权利要求所述的安全装置，包括电流测量设备(16)形式的电池传感器，其设置为测量所述电池( 提供的电流并且产生表明所述电流的信号(b)。
13.根据前面任意一项权利要求所述的安全装置，包括放电监控器形式的电池传感器 (17)，其设置为测量所述电池(2)的放电速率并且产生表明所述放电速率的信号(b)。
14.根据前面任意一项权利要求所述的安全装置，其中所述控制单元(9)电连接至的独立的电源(9a)。
全文摘要
本发明公开了一种用于汽车的、具有电池(2)和乘员安全设备(6)(例如气囊(7)或安全带预张紧器)的安全装置(1)。该装置(1)包括对加速做出响应的碰撞传感器(10)、安排为对表明电池状况的电池参数进行监控的电池传感器(13-17)、用于触发乘员安全设备(6)的启动器(8)，以及能够操作为接收并处理来自碰撞传感器(10)和电池传感器(13-17)的信号(x、b)的单个控制单元(9)。控制单元(9)能够操作为，响应于来自所述碰撞传感器的信号(x)向启动器(8)发出启动命令，以触发乘员安全设备(6)。在优选实施例中，提供了用于触发电池安全设备(20、21、22)的第二启动器(23、24、25)；控制单元(9)能够操作为，在接收到i)来自所述碰撞传感器(10)或至少一个所述碰撞传感器(10)的超出预定阈值(X1)的信号(x)，以及ii)来自所述电池传感器或至少一个所述电池传感器的满足预定准则的信号(b)时，向第二启动器发出启动命令，以触发电池安全设备。
文档编号B60W10/26GK102481851SQ200980161207
公开日2012年5月30日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者希思·奈特-纽伯里, 弗雷德里克·肖塞罗恩 申请人:奥托立夫开发公司