CN107293813A - 一种电池自毁系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电池自毁系统，其包括：温度监测单元、烟雾监测单元，设置在电池仓内、功率监测单元、控制单元、以及包括溶解装置和冷却装置的自毁单元；其中，溶解装置与动力电池单元上的开口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令将有机溶剂输入动力电池单元内，以对涂层隔膜进行溶解；冷却装置与电池仓上对应的接口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令将冷却剂输入电池仓内，以对动力电池单元进行冷却。该系统能够准确、及时地获取电池内部的运行参数，在电池运行状态达到预设条件时通过自毁单元主动对动力电池进行能量卸载和冷却，能够有效地提高动力电池的安全性。

Description

一种电池自毁系统
技术领域
本发明涉及电池安全防护技术领域，尤其涉及一种电池自毁系统。
背景技术
动力电池，即为运载工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。其与用于汽车发动机起动的起动电池、照明用电池有诸多不同之处，例如能量密度、充放电速度、安全性等要求等。作为电动车辆核心部件，动力电池的安全运行是各方面设备能够安全运行的基础。
目前，新能源客车的动力设备主要是动力电池或超级电容器，且一辆新能源客车中一般都安装有多个电池箱，电池箱中安装有数量众多的动力动力电池单元或超级电容器。当动力电池或超级电容器内部发生短路热失控、高温、受外力挤压、穿刺等情况时都容易引起动力电池或电容器的热膨胀而导致爆炸和燃烧。而一旦新能源客车的电池箱内部发生火灾事故，由于动力电池的高能量密度特性，从外部往往无法有效地对电池能量进行卸载，常常给车上人员的人身安全和财产造成巨大损失。
现有技术中虽然已有部分用于动力电池仓中动力电池的能量卸载系统，但是仍然存在后述的诸多不足之处。例如，申请公布号为CN103858250A的发明专利申请，其公开了一种在底座槽中形成有切割单元的电池，使得切割单元和子电池模块在正常工作状态下互相不接触，由此电池可被稳定地驱动，而仅在诸如过充电、过放电、暴露于高温下或者电气短路等异常工作状态下子电池模块的袋可被切割单元切开，以预防起火或爆炸。然而，该方案仅能够被动地在发生起火或爆炸之后起到非常有限的保护作用，并不能有效地将爆炸及其引发的火灾控制在更小的规模，也无法实现动力电池能量的主动卸载。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种电池自毁系统，能够准确、及时地获取电池内部的运行参数，在电池运行状态达到预设条件时通过自毁单元主动对动力电池进行能量卸载和冷却，能够有效地提高动力电池的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电池自毁系统，其包括：
温度监测单元，设置在电池仓内，用于获取电池仓内的温度数据；
烟雾监测单元，设置在电池仓内，用于获取电池仓内的烟雾数据；
功率监测单元，连接于动力电池单元的正负极之间，用于获取动力电池单元的功率数据；
控制单元，与各监测单元通信连接，用于接收监测数据，并根据所接收的监测数据和预设的数据生成监测调度信令和/或火灾报警信令；以及
包括溶解装置和冷却装置的自毁单元，其设置于电池仓的一侧；其中，溶解装置与动力电池单元上的开口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令将有机溶剂输入动力电池单元内，以对涂层隔膜进行溶解；冷却装置与电池仓上对应的接口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令将冷却剂输入电池仓内，以对动力电池单元进行冷却。
优选地，所述溶解装置和冷却装置设置在自毁单元的主机外壳中；所述主机外壳包括主机安装板和主机盖箱，其中主机安装板上设置有多组开口。
优选地，所述功率监测单元、控制单元均设置在自毁单元内部。
优选地，所述溶解装置内部设置有第一驱动装置、有机溶剂容器和相应的导管；第一驱动装置用于驱动有机溶剂容器中的有机溶剂，使其经由第一组导管输入动力电池单元内部，以对动力电池单元中的电极图层隔膜进行溶解。
优选地，所述第一组导管通过动力电池单元的安全阀上的开口伸入到动力电池单元内部。
优选地，所述冷却装置内部设置有第二驱动装置、冷却剂容器和相应的导管；第二驱动装置用于驱动冷却剂容器中的冷却剂，使其经由第二组导管输入到电池仓中，以对动力电池单元进行冷却。
优选地，所述第二组导管为覆盖于动力电池单元表面的网状毛细管。
优选地，所述第二驱动装置与第一驱动装置为同一装置。
优选地，所述系统进一步包括与控制单元连接的气压监测单元、热成像监测单元、和/或者热均衡监测单元；控制单元进一步用于根据从各监测单元获取的监测数据与预设阈值进行比较，并在根据比较结果发送对应的监测调度信令和/或火灾报警信令。
优选地，所述控制单元以及各监测单元与动力电池单元电连接，并通过动力电池单元供电；
或者，所述系统进一步包括一个或者多个应急电池单元，控制单元以及各监测单元根据控制单元生成的监测调度指令，通过动力电池单元供电或者通过应急电池单元供电。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过设置的各个监测单元，所述系统能够准确、及时地获取电池内部的运行参数；通过控制单元根据所接收的监测数据获取动力电池的运行状态数据，在电池运行状态达到预设条件时通过自毁单元主动对动力电池进行能量卸载和冷却，能够有效地提高动力电池的安全性。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的电池自毁系统的结构示意图；
图2是根据本发明另一实施例的电池自毁系统中溶解装置的结构示意图；
图3是根据本发明又一实施例的电池自毁系统中溶解装置和冷却装置并列设置的结构示意图；
图4是根据本发明又一实施例的电池自毁系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，根据本发明一实施例的电池自毁系统包括：
温度监测单元101，设置在动力电池单元外部(例如电池仓的内壁上)，用于获取电池仓内动力电池单元所处的环境温度数据。其可以采用美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流传感器AD590，将温度转换为电流数据，其在-55℃至150℃范围内，每增加1℃，增加1μA输出电流，从而可以准确地获取电池仓内动力电池单元所处环境的温度数据。
烟雾监测单元102，设置在电池仓内，用于获取电池仓内的烟雾数据。其可以采用表面离子式N型半导体烟雾传感器，其可以使用二氧化锡作为气敏材料，当处于200～300℃温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。
功率监测单元103，连接于动力电池单元的正负极之间，用于获取动力电池单元的功率数据(例如，充电电压、充电电流、放电电压、放电电流灯)。其可以采用深圳市合力为科技推出的单相电能计量芯片HLW8012，其可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值。HLW8012与动力电池单元的输出和输入极连接，通过其内部的2路可编程增益放大器以及模数转换电路，对电流、电压采样信号进行模数转换，得到数字信号，进一步通过运算电路计算获得有功功率值、电流有效值、电压有效值等，并转换为方波脉冲输出到控制单元。
控制单元104，与各监测单元通信连接，用于接收监测数据，并根据所接收的监测数据和预设的数据生成监测调度信令、电池溶解信令、或者火灾报警信令。其中，通信连接方式可以为有线连接(例如CAN总线、通用串行总线等)、无线连接(蓝牙、WiFi、ZigBee、Homekit、Thread等)或者其结合；预设的数据包括动力电池单元的充/放电特性数据库、使用环境阈值数据库、报警阈值数据库等；
包括溶解装置和冷却装置的自毁单元105，其可拆卸地设置在电池仓一侧，溶解装置通过第一组导管将溶解剂接口与动力电池单元上的开口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令(例如，溶解信令)对动力电池单元内的涂层隔膜进行溶解；冷却装置通过第二组导管将冷却剂接口与电池仓上对应的接口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令(例如，冷却信令)对电池仓进行冷却。
图1所示自毁单元105的主机外壳包括主机安装板111和主机盖箱112，其中主机安装板上111设置有多组开口110，使得自毁单元中的溶解装置和冷却装置能够分别与电池仓上的对应开口以及动力电池单元上的对应开口通过导管实现流体连接。在优选的实施例中，功率监测单元103、控制单元104可以均设置在自毁单元105内部。当控制单元104设置在自毁单元105内部时，设置在电池仓内的各监测单元可以通过主机安装板上111的开口110采用有线或者无线链路与控制单元104实现通信连接，以便将探测数据发送给控制单元104。
具体地，自毁单元105中的溶解装置内部设置有第一驱动装置、有机溶剂容器和相应的导管；冷却装置内部设置有冷却剂容器和相应的导管，且可以独立设置第二驱动装置，或者与溶剂装置共用第一驱动装置。第一驱动装置用于驱动有机溶剂容器中的有机溶剂(例如，二甲氧基乙烷、甲醇、甲酸、丙酮等)，使其经由第一组导管对动力电池单元中的电极图层隔膜进行溶解，实现动力电池单元的能量卸载。其中，第一组导管可以通过动力电池单元的安全阀上的开口106伸入到动力电池单元内部，从而将有机溶剂输入到动力电池内部，使得动力电池单元电极之间的的涂层隔膜溶解、电极消失，从而实现动力电池能量的快速卸载。同时，由于电极之间的隔膜溶解会导致迅速放热，因此，第一或者第二驱动装置可以驱动冷却剂容器中的冷却剂(例如，液氮)，使其经由第二组导管输入到电池仓中，以对动力电池单元进行快速冷却。第二组导管可以设置为网状毛细管覆盖于动力电池单元表面。
图2示出了根据本发明另一实施例的电池自毁系统中溶解装置的结构示意图。如图2所示，溶解装置中的第一驱动装置可以为高压容器，例如0.1～10Mpa的高压气瓶603，其通过第一高压导管611连接到一级减压阀605，再经过第二高压导管612连接到有机溶剂容器604的高压输入端(图2中为未连接状态)，以便驱动有机溶剂快速地释放。有机溶剂容器604的输出端通过第一有机溶剂导管613和第二有机溶剂导管614连接到分流电轨606。
其中，针对有机溶剂容器604中特定的有机溶剂，第一有机溶剂导管613和第二有机溶剂导管614之间可以设置泡沫发生器607以便提高有机溶剂的分布均匀度和浓度，从而更高效地溶解电池中的涂层隔膜。分流电轨606将第二有机溶剂导管614分别连接到与动力电池单元对应的多个溶剂接口(例如，第一溶剂接口601、第二溶剂接口602等)，再经由外部导管通过主机安装板上的开口连接到电池仓中对应的电池单元内部。控制单元104可以通过信令控制分流电轨606开启或者关闭溶剂接口中的一个或者多个与第二有机溶剂导管614的流体连接，使得有机溶剂进入到动力电池单元内部以溶剂涂层隔膜，从而实现对电池仓中特定动力电池单元的销毁。
图3示出了根据本发明另一实施例的电池自毁系统中溶解装置和冷却装置并列设置的结构示意图。与图2不同的是，并列设置的溶解装置和冷却装置各自具有不同的驱动装置，例如气压不同的高压气瓶301和302，其分别连接有机溶剂容器303和冷却剂容器304，并通过各自的分流电轨分别将有机溶剂输入到动力电池内部，将冷却剂输入到电池仓中。在优选的实施例中，也可以将高压气瓶301和302合二为一，通过减压接口分别驱动有机溶剂和冷却剂。
图4示出了根据本发明又一实施例的电池自毁系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，该系统可以进一步包括气压监测单元、热成像监测单元、和/或者热均衡监测单元，以进一步提高所获取的监测数据的准确性。其中，气压监测单元可以设置在电池仓内，用于获取电池仓内的气压数据；热成像监测单元可以设置在电池仓外部，用于获取电池仓的温度分布数据。当电池仓内具有多个动力电池单元时，所述系统还可以进一步包括热均衡监测单元，其与控制单元连接或者设置在控制单元内部，用于获取动力电池单元之间的电压差以及温度差值。控制单元可以进一步根据热均衡监测单元获取的电压差值和/或温度差值数据与预设差值阈值进行比较，根据比较结果实时调整、改进监测调度信令，并在动力电池单元之间的电压差值和/或温度差值大于预设阈值时发送对应的监测调度信令，例如，电池溶解信令和/或冷却信令、应急供电切换信令等。
通常，控制单元以及各监测单元与动力电池单元电连接，并通过动力电池单元供电。在优选的实施例中，本系统进一步包括一个或者多个应急电池单元，控制单元以及各监测单元可以根据控制单元生成的监测调度指令，通过动力电池单元供电，或者通过应急电池单元供电，从而能够提高系统的可靠性。
控制单元可以根据温度监测单元获取的电池仓中的环境温度数据，设置的监测单元执行监测命令的频率。例如，环境温度越高，各监测单元执行监测命令的频率也越高。当控制单元接收的监测数据中的一项或者多项达到报警阈值时，控制单元生成溶解信令，控制自毁单元中的溶解装置和冷却装置分别向对应动力电池单元释放溶解剂和冷却剂，从而卸载对应动力电池单元的能量。进一步地，控制单元还可以生成对应的报警信令并通过通信接口发送给相应的报警装置或者消防装置的通信接口。在其他实施例中，还可以进一步将报警信令发送给消防部门的报警接口。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池自毁系统，其特征在于，所述系统包括：
温度监测单元，设置在电池仓内，用于获取电池仓内的温度数据；
烟雾监测单元，设置在电池仓内，用于获取电池仓内的烟雾数据；
功率监测单元，连接于动力电池单元的正负极之间，用于获取动力电池单元的功率数据；
控制单元，与各监测单元通信连接，用于接收监测数据，并根据所接收的监测数据和预设的数据生成监测调度信令和/或火灾报警信令；以及
包括溶解装置和冷却装置的自毁单元，其设置于电池仓的一侧；其中，溶解装置与动力电池单元上的开口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令将有机溶剂输入动力电池单元内，以对涂层隔膜进行溶解；冷却装置与电池仓上对应的接口连接，用于根据控制单元生成的监测调度信令将冷却剂输入电池仓内，以对动力电池单元进行冷却。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述溶解装置和冷却装置设置在自毁单元的主机外壳中；所述主机外壳包括主机安装板和主机盖箱，其中主机安装板上设置有多组开口。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率监测单元、控制单元均设置在自毁单元内部。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述溶解装置内部设置有第一驱动装置、有机溶剂容器和相应的导管；第一驱动装置用于驱动有机溶剂容器中的有机溶剂，使其经由第一组导管输入动力电池单元内部，以对动力电池单元中的电极图层隔膜进行溶解。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一组导管通过动力电池单元的安全阀上的开口伸入到动力电池单元内部。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却装置内部设置有第二驱动装置、冷却剂容器和相应的导管；第二驱动装置用于驱动冷却剂容器中的冷却剂，使其经由第二组导管输入到电池仓中，以对动力电池单元进行冷却。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二组导管为覆盖于动力电池单元表面的网状毛细管。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二驱动装置与第一驱动装置为同一装置。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括与控制单元连接的气压监测单元、热成像监测单元、和/或者热均衡监测单元；控制单元进一步用于根据从各监测单元获取的监测数据与预设阈值进行比较，并在根据比较结果发送对应的监测调度信令和/或火灾报警信令。
10.根据权利要求1至9任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元以及各监测单元与动力电池单元电连接，并通过动力电池单元供电；
或者，所述系统进一步包括一个或者多个应急电池单元，控制单元以及各监测单元根据控制单元生成的监测调度指令，通过动力电池单元供电或者通过应急电池单元供电。
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