CN107871836A - 一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法，包括：电池系统和保护组件，所述电池系统包括处理器、温度传感器、电池箱外壳和电池包，所述温度传感器与处理器线性连接以实时监测电池包的温度，所述保护组件包括泄压阀、惰性气体储存罐、管道和数个压力传感器，所述泄压阀设置在电池箱外壳一侧，所述管道排布在电池箱外壳中且与惰性气体储存罐相连通，所述数个压力传感器设置在电池箱外壳中且与处理器线性连接。通过上述方式，本发明所述的锂离子电池系统安全保护装置及保护方法，将电池箱外壳内部的有氧环境置换为无氧或者少氧环境，同时在热失控发生后通过主动释放惰性气体隔绝电池系统与外部氧环境接触有效控制热失控状况。

Description

一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法
技术领域
本发明涉及锂电池系统安全防护领域，特别是涉及一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法。
背景技术
近年来，随着电动汽车市场的繁荣，动力电池在市场和政策的双重推力下已经取得长足的发展，但动力电池系统的安全性能一直是其发展的重要的制约因素。尽管通过各种方法对动力电池系统安全性能进行改进，但相关成果和进展与期望值相距较远。
电动汽车其安全性能关系到乘客的人身安全和财产安全，而电动汽车中电池系统安全又尤为关键。一旦电池系统出现热失控的状况，轻则造成财产损失，重则导致人员伤亡。
现有的自然冷却、风冷以及液冷技术手段只是降低热失控机率，而系统内部温控式小型灭火器只是在热失控发生后减少风险扩散，这些技术手段都存在一定缺陷和不足。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法，进行电池包的无氧环境营造，提升保护效果，并在热失控发生后有效控制热失控状况。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂离子电池系统安全保护装置，包括：电池系统和保护组件，所述电池系统包括处理器、温度传感器、电池箱外壳和电池包，所述电池包和温度传感器分别设置在电池箱外壳内，所述温度传感器与处理器线性连接以实时监测电池包的温度，所述保护组件包括泄压阀、惰性气体储存罐、管道和数个压力传感器，所述泄压阀设置在电池箱外壳一侧，所述管道排布在电池箱外壳中且与惰性气体储存罐相连通，所述数个压力传感器设置在电池箱外壳中且与处理器线性连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述电池包阵列分布在电池箱外壳内。
在本发明一个较佳实施例中，所述管道上设置有位于电池包的极耳汇出处的出气口。
在本发明一个较佳实施例中，所述数个压力传感器阵列分布在电池箱外壳中。
在本发明一个较佳实施例中，所述惰性气体储存罐上设置有与处理器线性连接的电磁阀，所述电磁阀与管道相连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述惰性气体储存罐设置在电池箱外壳的内部或者外部。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种锂离子电池系统的保护方法，包括以下步骤：
将电池包组装在电池箱外壳中，进行电池箱外壳的密封，将泄压阀打开，通过外部气泵将内部空气抽出，抽到内部压力为aKp，停止抽气， a＜大气压；
关闭气泵后通过泄压阀向电池箱外壳内部注入惰性气体，惰性气体采用氩气，直至壳体内部压力为bKp，停止注入气体，以上两步循环3次，b＞大气压；
由于电池箱外壳内部并不完全是一个密闭空间，内部气体总会向外逸出，从而使得内部气压下降，一旦气压与大气压一致，内部气体会与外部空气实现交换，从而使得内部也进入空气，因此当电池箱外壳内部气压达到一个数值c时，b＞c＞大气压，内部的压力传感器会将压力信号传递给处理器，通过处理器处理相关数据后，打开电磁阀，将惰性气体储存罐内惰性气体通过管道传递到电池包极耳汇出处的出气口，用来弥补气体逸出的损失；
当惰性气体储存罐释放的氩气使得电池箱外壳内部压力重新达到bKp时，此时压力传感器将信号传递给处理器，关闭电磁阀；
当电池包出现热失控时，电池箱外壳内的温度会大幅上升，内部压力也会大幅提高，通过温度传感器以及压力传感器将温度信号和压力信号传递给处理器，发出报警信号，通知乘客离开；
由于热失控初始，此时热失控都是在一种无氧或者少氧的状态下，避免快速扩散开，如果出现电池包的电芯内部燃烧，当内部压力达到d值时，d＞b，首先泄压阀优先破开，内部高温气体逸出，与外部实现气体交换，保证电池箱外壳不出现爆炸的风险；
与此同时，压力信号以及温度信号传递给处理器，经过数据处理后，电磁阀打开，通过管道将惰性气体传递到电池包附近，使得电池包附近被惰性气体包围起到隔绝空气的作用，直至热失控得到人为控制后，整套系统方能停止工作。
本发明的有益效果是：本发明指出的一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法，通过一种简洁方便的手段将电池箱外壳内部的有氧环境置换为无氧或者少氧环境，通过电池箱外壳自身高密闭性以及内部压力平衡装置确保电池箱外壳内部的无氧环境稳定性，在无氧或者少氧条件下避免电池系统内部出现大规模热失控状况，同时在热失控发生后通过主动释放惰性气体隔绝电池系统与外部氧环境接触有效控制热失控状况，确保车内乘客在有效的时间脱离危险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法一较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种锂离子电池系统安全保护装置，包括：电池系统和保护组件，所述电池系统包括处理器5、温度传感器8、电池箱外壳1和12个电池包2，所述电池包2和温度传感器8分别设置在电池箱外壳1内，所述温度传感器8与处理器5线性连接以实时监测电池包2的温度。
所述保护组件包括泄压阀6、惰性气体储存罐4、管道3和4个压力传感器7，所述泄压阀6设置在电池箱外壳1一侧，所述管道3排布在电池箱外壳1中且与惰性气体储存罐4相连通，用以电池箱外壳1内惰性气体的补充，所述4个压力传感器7设置在电池箱外壳1中且与处理器5线性连接，所述4个压力传感器7阵列分布在电池箱外壳1中，实时监测各处的压力，反应迅速。
所述电池包2阵列分布在电池箱外壳1内，所述管道3上设置有位于电池包2的极耳汇出处的出气口，加强极耳汇出处的保护。所述惰性气体储存罐4上设置有与处理器5线性连接的电磁阀，所述电磁阀与管道3相连接，控制惰性气体的流量。所述惰性气体储存罐4可以设置在电池箱外壳1的内部或者外部，比较灵活。
将电池包2组装在电池箱外壳1中，进行电池箱外壳1的密封，将泄压阀6打开，通过外部气泵将内部空气抽出，抽到内部压力为aKp，停止抽气， a＜大气压；
关闭气泵后通过泄压阀6向电池箱外壳1内部注入惰性气体，惰性气体采用氩气，直至壳体内部压力为bKp，停止注入气体，以上两步循环3次确保内部的无氧环境，b＞大气压；
由于电池箱外壳1内部并不完全是一个密闭空间，内部气体总会向外逸出，从而使得内部气压下降，一旦气压与大气压一致，内部气体会与外部空气实现交换，从而使得内部也进入空气，因此当电池箱外壳内部气压达到一个数值c时，b＞c＞大气压，内部的压力传感器7会将压力信号传递给处理器5，通过处理器5处理相关数据后，打开电磁阀，将惰性气体储存罐4内惰性气体通过管道3传递到电池包极耳汇出处的出气口，用来弥补气体逸出的损失；
当惰性气体储存罐4释放的氩气使得电池箱外壳1内部压力重新达到bKp时，此时压力传感器7将信号传递给处理器，关闭电磁阀；
当电池包2出现热失控时，电池箱外壳1内的温度会大幅上升，内部压力也会大幅提高，通过温度传感器8以及压力传感器7将温度信号和压力信号传递给处理器5，处理器5利用警报器，发出报警信号，通知乘客离开；
由于热失控初始，此时热失控都是在一种无氧或者少氧的状态下，避免快速扩散开，如果出现电池包2的电芯内部燃烧，当内部压力达到d值时，首先泄压阀6优先破开，内部高温气体逸出，与外部实现气体交换，保证电池箱外壳1不出现爆炸的风险；
与此同时，压力信号以及温度信号传递给处理器5，经过数据处理后，电磁阀打开，通过管道3将惰性气体传递到电池包2附近，使得电池包附近被惰性气体包围起到隔绝空气的作用，直至热失控得到人为控制后，整套系统方能停止工作。
另外，电动汽车在收到撞击时，电池箱外壳1变形或者破裂，导致电池箱外壳1内的惰性气体泄漏，气压下降，此时，压力信号传递给处理器5，电磁阀打开，通过管道3将惰性气体补充进入电池箱外壳1，使得电池包附近被惰性气体包围起到隔绝空气的作用，减少电池包2在撞击中爆炸的风险。
电池箱外壳1外部高温环境下，比如自燃或者暴晒，导致电池箱外壳1内部温度升高，气压随之升高，泄压阀6破开，内部高温气体逸出，逸出的惰性气体可以阻燃，控制电池箱外壳1外部自燃的情况，内部高温气体逸出后，电池箱外壳1内气压下降，电磁阀打开，通过管道3将新的惰性气体补充进入电池箱外壳1，降低内部温度，提升使用安全性。
综上所述，本发明指出的一种锂离子电池系统安全保护装置及保护方法，使得电池包2被惰性气体包围，提升了使用安全性，而且热失控发生时可以进行控制，有效延长逃生时间，减少人身和财产损失。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，包括：电池系统和保护组件，所述电池系统包括处理器、温度传感器、电池箱外壳和电池包，所述电池包和温度传感器分别设置在电池箱外壳内，所述温度传感器与处理器线性连接以实时监测电池包的温度，所述保护组件包括泄压阀、惰性气体储存罐、管道和数个压力传感器，所述泄压阀设置在电池箱外壳一侧，所述管道排布在电池箱外壳中且与惰性气体储存罐相连通，所述数个压力传感器设置在电池箱外壳中且与处理器线性连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，所述电池包阵列分布在电池箱外壳内。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，所述管道上设置有位于电池包的极耳汇出处的出气口。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，所述数个压力传感器阵列分布在电池箱外壳中。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，所述惰性气体储存罐上设置有与处理器线性连接的电磁阀，所述电磁阀与管道相连接。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，所述惰性气体储存罐设置在电池箱外壳的内部或者外部。
7.一种锂离子电池系统的保护方法，采用权利要求1~6任一所述的锂离子电池系统安全保护装置，其特征在于，包括以下步骤：
将电池包组装在电池箱外壳中，进行电池箱外壳的密封，将泄压阀打开，通过外部气泵将内部空气抽出，抽到内部压力为aKp，停止抽气， a＜大气压；
关闭气泵后通过泄压阀向电池箱外壳内部注入惰性气体，惰性气体采用氩气，直至壳体内部压力为bKp，停止注入气体，以上两步循环3次，b＞大气压；
当电池箱外壳内部气压达到一个数值c时，b＞c＞大气压，内部的压力传感器会将压力信号传递给处理器，通过处理器处理相关数据后，打开电磁阀，将惰性气体储存罐内惰性气体通过管道传递到电池包极耳汇出处的出气口，用来弥补气体逸出的损失；
当惰性气体储存罐释放的氩气使得电池箱外壳内部压力重新达到bKp时，此时压力传感器将信号传递给处理器，关闭电磁阀；
当电池包出现热失控时，电池箱外壳内的温度会大幅上升，内部压力也会大幅提高，通过温度传感器以及压力传感器将温度信号和压力信号传递给处理器，发出报警信号，通知乘客离开；
当内部压力达到d值时，d＞b，首先泄压阀优先破开，内部高温气体逸出，与外部实现气体交换，保证电池箱外壳不出现爆炸的风险，电磁阀打开，通过管道将惰性气体传递到电池包附近进行控制。
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