CN108183516A - 用于充换电站电池包的隔离系统、充换电站及隔离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及充换电领域，具体涉及一种用于充换电站电池包的隔离系统、充换电站及隔离方法。本发明旨在解决现有的电池包热失控消防方法存在的定位精度低、灭火效果差的问题。为此目的，本发明的充换电站包括电池架，电池架上存放有多个电池包，隔离系统包括：采集子系统，其至少用于获取电池包的热失控信息；电池输送子系统，其用于将热失控的电池包运送至隔离位置；以及控制子系统，控制子系统分别与采集子系统和电池输送子系统连接，用于在电池包处于热失控状态时控制电池输送子系统将热失控的电池包运送至隔离位置。通过上述设置方式，本发明能准确定位热失控的电池包并将其运送至隔离位置，提高了隔离系统的定位精度，有效避免二次危害。

Description

用于充换电站电池包的隔离系统、充换电站及隔离方法
技术领域
本发明涉及充换电领域，具体涉及一种用于充换电站电池包的隔离系统、充换电站及隔离方法。
背景技术
近年来，随着新能源汽车的不断发展，新能源汽车的能量补给也成为各大厂商所重点关注的问题。以电动汽车为例，在诸多的加电方式中，换电方案由于具有对电池包损伤小、能够为车主提供方便快捷的加电体验等优势，而成为各大厂商比较推崇的解决方案。换电方案一般在充换电站内完成，具体而言，充换电站内配置有电池架和换电平台，以及在电池架和换电平台之间的运载满电/亏电动力电池的换电机器人，如堆垛机/轨道导引车(Rail Guided Vehicle，RGV)。换电机器人通过在电池架和换电平台之间预先铺设的轨道上往复行驶的方式，完成为停于换电平台上的电动汽车更换动力电池的动作。电池架上密集存放有数块电池包，由于电池包的能量密度高，属于易燃易爆物品，因此一旦某块电池包发生着火、爆炸等热失控事件，很容易将火势蔓延到其他电池上，后果不堪设想。
为解决上述问题，现有技术中通常在电池架附近配置有热失控检测装置(如温度传感器)和灭火装置(如气体灭火器)，一旦检测装置检测到异常，灭火装置便立即开启进行灭火。虽然上述方式一定程度上提高了电池发生热失控时的安全性，但是这种方式的主要缺陷在于：由于温度传感器设置于电池包附近，同时监测一个或多个电池包，所以该方法无法快速准确地在第一时间获知热失控的电池包内部的温度变化和具体位置，进而也就无法采取精准迅速的灭火措施，而一旦无法及时有效地扑灭火灾，很容易产生二次危害，造成重大消防事故。也就是说，现有的用于电池包热失控的消防方法存在定位精度低、灭火效果差的问题。
相应地，本领域需要一种新的用于充换电站电池包的隔离系统及隔离方法来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的用于电池包热失控的消防方法存在的定位精度低、灭火效果差的问题，本发明提供了一种用于充换电站电池包的隔离系统，所述充换电站包括电池架，所述电池架上存放有多个电池包，所述隔离系统包括：采集子系统，其至少用于获取电池包的热失控信息；电池输送子系统，其用于将热失控的电池包运送至隔离位置；以及控制子系统，所述控制子系统分别与所述采集子系统和所述电池输送子系统连接，用于在所述电池包处于热失控状态时控制所述电池输送子系统将所述热失控的电池包运送至所述隔离位置。
在上述用于充换电站电池包的隔离系统的优选技术方案中，所述热失控信息包括所述电池包的内芯温度和/或所述电池包附近的烟雾浓度。
在上述用于充换电站电池包的隔离系统的优选技术方案中，所述采集子系统包括与所述电池包数量相同的电池管理单元和/或烟雾探测器，每个所述电池包对应地配置有一个电池管理单元和/或一个烟雾探测器；其中，所述电池管理单元设置于所述电池包内或所述电池架，用于获取所述电池包的内芯温度；其中，所述烟雾探测器设置于所述电池架靠近所述电池包的排气口处，用于获取所述电池包附近的烟雾浓度。
在上述用于充换电站电池包的隔离系统的优选技术方案中，每个所述电池包配置有一个电池管理单元和一个烟雾探测器，所述采集子系统还包括配置于每个所述电池包的充电控制单元，所述充电控制单元分别与所述控制子系统、所述电池包对应的所述电池管理单元和所述烟雾探测器连接，用于接收所述热失控信息并基于所述热失控信息判断所述电池包的状态，以及将所述电池包的状态上传至所述控制子系统。
在上述用于充换电站电池包的隔离系统的优选技术方案中，所述电池输送子系统包括换电机器人，所述换电机器人用于将热失控的电池包从所述电池架运送至所述隔离位置。
在上述用于充换电站电池包的隔离系统的优选技术方案中，所述电池输送子系统还包括设置于所述电池架上的电池传送单元，所述电池传送单元用于将热失控的电池包从所述电池架转送至所述换电机器人。
在上述用于充换电站电池包的隔离系统的优选技术方案中，所述控制子系统上还设置有烟雾探测器，所述烟雾探测器用于获取所述控制子系统附近的烟雾浓度。
本发明还提供了一种充换电站，所述充换电站包括电池架，所述电池架上存放有多个电池包，所述充换电站还包括用于隔离热失控的电池包的隔离系统，所述隔离系统为上述方案中任一项所述的用于充换电站电池包的隔离系统。
本发明还提供了一种用于充换电站电池包的隔离方法，所述充换电站包括电池架，所述电池架上存放有若干个电池包，所述隔离方法包括：
获取电池包的热失控信息；
基于所述热失控信息，判断所述电池包的状态；
在所述电池包处于热失控状态时，将热失控的电池包运送至隔离位置；
其中，所述热失控信息包括所述电池包的内芯温度和/或所述电池包附近的烟雾浓度。
在上述用于充换电站电池包的隔离方法的优选技术方案中，“基于所述热失控信息，判断所述电池包的状态”的步骤进一步包括：
在所述内芯温度达到第一设定阈值并且/或者所述烟雾浓度达到第二设定阈值时，判定所述电池包处于热失控状态。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，用于充换电站电池包的隔离系统包括采集子系统、电池输送子系统以及控制子系统。采集子系统至少用于获取电池包的热失控信息，电池输送子系统用于将热失控的电池包运送至隔离位置，控制子系统分别与采集子系统和电池输送子系统连接，用于在电池包处于热失控状态时控制电池输送子系统将热失控的电池包运送至隔离位置。其中，热失控信息包括电池包内芯温度和/或电池包附近的烟雾浓度。通过采集电池包内芯温度和/或电池包附近的烟雾浓度，本发明的隔离系统可以从电池包的热失控源头检测电池包的热失控信息，及时发现并准确定位热失控的电池包，提高隔离系统的定位精度，而电池运输子系统运输的设置，可以在及时发现的热失控的电池包的基础上，将热失控的电池包快速运送至隔离位置，使热失控的电池包与其他电池包隔离开，有效避免二次危害，提高充换电站的安全性。也就是说，通过隔离系统的设置，克服了现有技术中电池包热失控的消防方法存在的定位精度低、灭火效果差的问题。
具体而言，采集子系统包括配置于每个电池包的电池管理单元、烟雾探测器和充电控制单元，电池输送子系统包括换电机器人和设置于电池架上的电池传送单元。在电池包出现热失控时，电池管理单元第一时间获取电池包内芯温度、烟雾探测器采集电池包排气口的烟雾浓度，充电控制单元基于内芯温度和烟雾浓度判定电池包处于热失控状态并及时将结果上传给控制子系统，进而控制子系统基于判断结果完成对热失控电池快速准确的定位。进一步地，控制子系统通过向电池传送单元和换电机器人发送指令，进而控制电池传送单元将热失控的电池包从电池架转送至换电机器人上，然后换电机器人将热失控的电池包从电池架运送至隔离位置，完成热失控电池的隔离，避免二次危害的发生，提高安全性。
附图说明
下面参照附图并结合来描述本发明的用于充换电站电池包的隔离系统、充换电站及隔离方法。附图中：
图1为本发明的用于充换电站电池包的隔离系统的结构示意图；
图2为本发明的充换电站的结构示意图；
图3为本发明的用于充换电站电池包的隔离方法的流程示意图。
附图标记列表
1、换电平台；2、电池架；3、充电控制柜；4、主控柜；5、换电机器人；6、电池包；7、轨道；8、消防门；9、隔离装置。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然附图中的电池管理单元(BMS)是设置在电池包内部，但是这种位置关系非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如电池管理单元还可以设置在电池包外，并且与电池包电连接。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
首先参照图1，图1为本发明的用于充换电站电池包的隔离系统的结构示意图。如图1所示，为了解决现有的用于电池包热失控的消防方法存在的定位精度低、灭火效果差的问题，本发明的用于充换电站电池包的隔离系统包括采集子系统、电池输送子系统以及控制子系统。采集子系统用于获取电池包的热失控信息并基于该信息判断电池包是否处于热失控状态，电池输送子系统用于将热失控的电池包运送至隔离位置，控制子系统分别与采集子系统和电池输送子系统连接，用于在电池包处于热失控状态时控制电池输送子系统将热失控的电池包运送至隔离位置。其中，热失控信息包括电池包的内芯温度和/或电池包附近的烟雾浓度。其中，隔离位置可以为在充换电站内/外设置的专用于处理热失控的电池包的位置，并且该位置设置有隔离装置或灭火设施，如充换电站内/外设置的隔离沙箱或带有气体灭火装置的密闭房间等。
由上述描述可以看出，通过采集电池包的内芯温度和/或电池包附近的烟雾浓度，本发明的隔离系统可以从电池包的发热源头检测电池包的热失控信息，及时发现并准确定位热失控的电池包，提高隔离系统的定位精度，而电池运输子系统运输的设置，可以在及时发现的热失控的电池包的基础上，将热失控的电池包快速运送至隔离位置，使热失控的电池包与其他电池包隔离开，有效避免二次危害，提高充换电站的安全性。也就是说，通过隔离系统的设置，克服了现有技术中电池包热失控的消防方法存在的定位精度低、灭火效果差的问题。
继续参照图1，具体而言，采集子系统优选地包括与电池包数量相同的电池管理单元(BMS)、烟雾探测器以及充电控制单元，每个电池包分别对应一个电池管理单元、一个烟雾探测器以及一个充电控制单元。其中，电池管理单元设置于电池包内部，用于获取电池包的内芯温度；烟雾探测器设置于电池包排气口处，用于获取电池包附近的烟雾浓度；充电控制单元分别与控制子系统、电池管理单元和烟雾探测器连接，其用于收集内芯温度信息和烟雾浓度信息，并基于上述信息判断电池包是否处于热失控状态，以及将所述电池包的状态上传至控制子系统。电池输送子系统优选地包括用于将热失控的电池包从电池架运送至隔离位置的换电机器人，以及用于将电池架上的热失控的电池包从电池架转送至换电机器人上的电池传送单元。
在电池包出现热失控时，电池管理单元第一时间获取电池包的内芯温度、烟雾探测器采集电池包排气口的烟雾浓度，充电控制单元基于内芯温度和烟雾浓度判定电池包处于热失控状态并及时将判定结果上传给控制子系统，控制子系统基于判断结果一方面完成对热失控电池快速准确的定位，另一方面控制子系统通过向电池传送单元和换电机器人发送指令，控制电池传送单元将热失控的电池包从电池架转送至换电机器人上，然后换电机器人将热失控的电池包从电池架运送至隔离位置，完成热失控电池的隔离。
上述设置方式的优点在于：通过检测电池包内芯的温度变化以及获取电池包排气口的烟雾浓度，本发明可以极大地提高电池热失控时的判断速度和定位精度。这是由于电池包都设置有排气口，一旦电池出现着火、爆炸等热失控现象，电池包内芯的温度最先上升，并且产生的烟雾必然先从排气口排出，因此通过获取电池包内芯温度可以及时从电池包发热源和电池包排气口两个方面获取电池包的热失控信息，提高隔离系统的定位速度和精准度。而通过合理利用充换电站的电池传送单元和换电机器人等已有资源，本发明不仅可以及时将热失控的电池包运送至隔离位置，避免二次危害，而且还可以大大节省隔离系统的建设成本。这是由于从电池包着火到火势蔓延开具有一定的时间差，在该时间差内只是电池包内部着火，换电站内其他部分仍可正常运转。因此本发明充分利用这一时间差，完成热失控电池的及时运送和隔离，提高充换电站的安全性。
本领域技术人员能够理解的是，上述设置方式仅仅用于阐述本发明的原理，并非旨在与限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的情形下，本领域技术人员可以对上述设置方式作任何形式的调整，以便本发明的隔离系统适用于更加具体的应用场景。例如，电池管理单元(BMS)还可以设置于电池包外的电池架上，并且与电池包电连接。再如，判断电池包是否处于热失控的功能由控制子系统完成，充电控制单元仅用于收集热失控信息并将该信息传输给控制子系统。
此外，虽然本实施方式是以每个电池包同时配置有一个电池管理单元和一个烟雾探测器进行描述的，但本领域技术人员能够理解的是，每个电池包只配置一个电池管理单元或一个烟雾探测器，也可以实现本发明的提高隔离系统的定位速度和精准度的目的。与此对应地，在每个电池包只配置一个电池管理单元时，热失控信息为电池包的内芯温度，在每个电池包至配置一个烟雾探测器的情形下，热失控信息为电池包附近的烟雾浓度。
在另一种优选的实施方式中，为提高隔离系统的稳定性，还可以在控制子系统上设置烟雾探测器，用于获取控制子系统附近的烟雾浓度，以结合采集子系统采集的热失控信息进行进一步判断，避免产生误判。如在电池包排气口的烟雾报警器发生故障时，控制子系统根据该电池包内的电池管理单元检测到的内芯温度和第二烟雾探测器检测到的烟雾浓度仍然可以判定电池包处于热失控状态。
下面参照图2，图2为本发明的充换电站的结构示意图。如图2所示，在一种可能的实施方式中，本发明的充换电站包括换电平台1、电池架2、充电控制柜3、主控柜4以及换电机器人5。电池架2上设置有电池运送单元(图中未示出)和多块电池包6，每个电池包6内置有电池管理单元(图中未示出)，每个电池包6周围设置有一个烟雾探测器(图中未示出)。充电控制柜3中设置有与每个电池包6对应的充电控制单元(图中未示出)，主控柜4里设置有控制子系统(图中未示出)，换电机器人5下方铺设有轨道7，轨道7的尽头设置有消防门8，消防门8外为隔离位置，该位置上设置有用于隔离热失控的电池包的隔离装置9(如隔离沙箱)。其中，电池管理单元、烟雾探测器、充电控制单元、换电机器人5、电池运送单元以及控制子系统构成本发明的隔离系统。
下面参照图3，图3为本发明的用于充换电站电池包的隔离方法的流程示意图。如图3所示，用于充换电站电池包的隔离方法主要包括以下步骤：
S100、获取电池包的热失控信息，如热失控信息包括电池包的内芯温度和/或电池包附近的烟雾浓度，通过电池管理单元(BMS)获取电池内芯温度并且/或者通过烟雾探测器获取电池排气口的烟雾浓度；
S200、基于热失控信息，判断电池包的状态，如充电控制单元基于电池包的内芯温度和/或烟雾浓度判断电池包是否处于热失控状态；
S300、在电池包处于热失控状态时，将热失控的电池包运送至隔离位置，如在充电控制单元判定电池包处于热失控状态时，控制子系统控制电池传送单元将该电池包转送至换电机器人上，换电机器人进而将电池包通过导轨运送至充换电外的隔离位置。
其中，步骤S200可以进一步包括：
在内芯温度达到第一设定阈值并且/或者排气口烟雾浓度达到第二设定阈值时，判定电池包处于热失控状态。
下面参照表1描述一种判断电池包是否热失控的方法。
表1电池包热失控判断表
表1中，“过高”代表内芯温度/烟雾浓度达到或超过第一/第二设定阈值，“正常”代表内芯温度/烟雾浓度未达到或小于第一/第二设定阈值。
当然，上述表1只是一种可能的实施方式，在不偏离本发明原理的情形下，任何基于内芯温度和/或烟雾浓度判断电池包热失控的方法均落入本发明的保护范围。
下面结合图2和图3，以热失控的电池包的一次隔离过程为例，阐述本发明的隔离方法的流程：
电池管理单元和烟雾探测器分别获取电池包6的内芯温度和烟雾浓度→充电控制单元判定电池包6是否处于热失控状态→在判定电池包6处于热失控状态时，将判定结果上传给控制子系统→控制子系统快速切断电池包6的充电功率回路，命令电池仓拔出电池包6充电插头→控制子系统使消防门8打开，同时使换电机器人5到达电池架2，并对接完毕→换电机器人5与电池架2对接的同时，控制子系统控制电池传送单元将热失控的电池包转送至换电机器人5上→控制子系统控制换电机器人5将热失控的电池包迅速运送至隔离位置，使电池包6进入隔离沙箱9。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于充换电站电池包的隔离系统，所述充换电站包括电池架，所述电池架上存放有多个电池包，其特征在于，所述隔离系统包括：
采集子系统，其至少用于获取电池包的热失控信息；
电池输送子系统，其用于将热失控的电池包运送至隔离位置；以及
控制子系统，所述控制子系统分别与所述采集子系统和所述电池输送子系统连接，用于在所述电池包处于热失控状态时控制所述电池输送子系统将所述热失控的电池包运送至所述隔离位置。
2.根据权利要求1所述的用于充换电站电池包的隔离系统，其特征在于，所述热失控信息包括所述电池包的内芯温度和/或所述电池包附近的烟雾浓度。
3.根据权利要求2所述的用于充换电站电池包的隔离系统，其特征在于，所述采集子系统包括与所述电池包数量相同的电池管理单元和/或烟雾探测器，每个所述电池包对应地配置有一个电池管理单元和/或一个烟雾探测器；
其中，所述电池管理单元设置于所述电池包内或所述电池架，用于获取所述电池包的内芯温度；
其中，所述烟雾探测器设置于所述电池架靠近所述电池包的排气口处，用于获取所述电池包附近的烟雾浓度。
4.根据权利要求3所述的用于充换电站电池包的隔离系统，其特征在于，每个所述电池包配置有一个电池管理单元和一个烟雾探测器，所述采集子系统还包括配置于每个所述电池包的充电控制单元，所述充电控制单元分别与所述控制子系统、所述电池包对应的所述电池管理单元和所述烟雾探测器连接，用于接收所述热失控信息并基于所述热失控信息判断所述电池包的状态，以及将所述电池包的状态上传至所述控制子系统。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于充换电站电池包的隔离系统，其特征在于，所述电池输送子系统包括换电机器人，所述换电机器人用于将热失控的电池包从所述电池架运送至所述隔离位置。
6.根据权利要求5所述的用于充换电站电池包的隔离系统，其特征在于，所述电池输送子系统还包括设置于所述电池架上的电池传送单元，所述电池传送单元用于将热失控的电池包从所述电池架转送至所述换电机器人。
7.根据权利要求6所述的用于充换电站电池包的隔离系统，其特征在于，所述控制子系统上还设置有烟雾探测器，所述烟雾探测器用于获取所述控制子系统附近的烟雾浓度。
8.一种充换电站，所述充换电站包括电池架，所述电池架上存放有多个电池包，其特征在于，所述充换电站还包括用于隔离热失控的电池包的隔离系统，所述隔离系统为权利要求1至7中任一项所述的用于充换电站电池包的隔离系统。
9.一种用于充换电站电池包的隔离方法，所述充换电站包括电池架，所述电池架上存放有若干个电池包，其特征在于，所述隔离方法包括：
获取电池包的热失控信息；
基于所述热失控信息，判断所述电池包的状态；
在所述电池包处于热失控状态时，将热失控的电池包运送至隔离位置；
其中，所述热失控信息包括所述电池包的内芯温度和/或所述电池包附近的烟雾浓度。
10.根据权利要求9所述的用于充换电站电池包的隔离方法，其特征在于，“基于所述热失控信息，判断所述电池包的状态”的步骤进一步包括：
在所述内芯温度达到第一设定阈值并且/或者所述烟雾浓度达到第二设定阈值时，判定所述电池包处于热失控状态。
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