CN108258340A - 一种带气体监控装置的电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带气体监控装置的电池系统，包括电池管理单元、电池监控控制器、电压监测电路、温度探头以及气体感应探头，电池监控控制器包含了监控处理器、电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路；电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路分别将采集到的信号处理后发送给监控处理器，监控处理器通过通讯单元将监测信号上报电池管理单元。本发明对电池系统箱内的气体进行实时监测并实时反馈给电池管理单元，达到对电池或者电芯开启、漏夜等情况进行直接判断，提高电池系统的安全性。在对气体进行监测的同时，还结合传统的电压监测和温度监测，进一步提高整个系统的安全性和可靠性。

Description

一种带气体监控装置的电池系统
技术领域
本发明涉及能源利用领域，特别涉及一种带气体监控装置的锂离子电池系统，通过在常规锂离子电池系统上加装气体传感器，通过电池监控控制器，将数据传递给电池管理单元，实现对电池箱体内的气体实时监控。可根据气体传感器监测数据，对电池箱内电芯是否有漏液、开启等异常情况进行监控报警，从而提高电池系统的安全性。
背景技术
随着锂离子电池技术的发展，其性价比不断提高，导致锂电池在各行各业的广泛应用，锂离子电池自20世纪90年代商业化以来，至今锂离子二次电池已占据全球二次电池市场规模的70％以上。近年来随着电动汽车的快速发展，对电池的需求越来越大，一辆电动汽车所需要的电池数量成千上万，随着单体电芯数量增多，单体电芯所组成的电池组安全可靠性大大下降。锂离子电池一旦发生安全事故，不仅仅会造成财产损失，还有可能造成人身伤害乃至死亡。安全问题已经成为影响锂离子电池新兴市场发展的关键因素之一。
现有技术主要根据单串电压变化、电压差、充放电能量来辅助判定电池系统内电芯是否存在有开启、漏夜等不良情况，无法直接判定。但因单串电压变化、电压差等需经过一段时间才能体现，因此其时效性差，不能实时反应电芯开启、漏夜等安全情况，容易引起电池包短路、起火甚至爆炸的情况，潜在危险性大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一种带气体监控装置的电池系统，通过气体检测来判断电池开启、漏夜的情况。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种带气体监控装置的电池系统，包括电池管理单元(BMU)、电池监控控制器(CSC)、电压监测电路、温度探头以及气体感应探头，
电池管理单元与电池监控控制器相连，电池监控控制器包含了监控处理器、电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路；
电压监测电路和电压处理信号电路构成了电压监测模块；
温度探头和温度信号处理电路构成了温度监测模块；
气体感应探头和气体信号处理电路构成了气体监测模块；
监控处理器负责计算和信息通讯处理；
电压监测电路、温度探头和气体感应探头分别将信号传输给电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路，电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路分别将采集到的信号处理后发送给监控处理器，监控处理器通过通讯单元将监测信号上报电池管理单元，电池管理单元根据监测信号做出相应处理。
作为优选方式，电池管理单元可做出的处理包括不动作、报警。
作为优选方式，报警包括声和/或光报警。
作为优选方式，电池管理单元与电池监控控制器通过CAN线连接。
作为优选方式，气体监测模块包括至少一个气体感应探头和气体信号处理电路。
作为优选方式，气体传感器或者气体感应探头为C2H4传感器。
作为优选方式，电池安装在电池箱内，气体传感器安装在电池箱内。
作为优选方式，多个电池组成电池模组，气体传感器固定在电池模组上。
作为优选方式，电压监测模块、温度监测模块和气体监测模块分别将各自监测到的信号传送至电池监控控制器，电池监控控制器再将检测信号传送给电池管理单元，电池管理单元如果判断电池工作正常，不动作(或保持原来的状态)；如果判断电池工作异常，控制相关报警装置报警。
作为优选方式，报警装置包括声光报警指示灯、显示屏。
本发明的有益效果是：本发明是将气体检测模块加装于电池系统当中，对电池系统箱内的气体进行实时监测并实时反馈给电池管理单元，达到对电池或者电芯开启、漏夜等情况进行直接判断，提高电池系统的安全性。在对气体进行监测的同时，还结合传统的电压监测和温度监测，进一步提高整个系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-熔断器，2-电池箱，3-电池，4-电池监控控制器，5-高压接口，6-电池管理单元，7-通讯接口，8-气体感应探头。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种带气体监控装置的电池系统，包括电池管理单元6、电池监控控制器4、电压监测电路、温度探头以及气体感应探头8，电池监控控制器4、电压监测电路、温度探头和气体感应探头8均设置在电池箱2内，电池箱2上设置有高压接口5和通讯接口7，高压接口5与电池3或者电池模组相连，通讯接口7与电池监控控制器4连接，电池箱2内还设置有熔断器1，熔断器1至少设置一个，熔断器1设置在两个电池3之间，起到保护作用。
电池管理单元6与电池监控控制器4相连，电池监控控制器4包含了监控处理器、电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路；
电压监测电路和电压处理信号电路构成了电压监测模块；
温度探头和温度信号处理电路构成了温度监测模块；
气体感应探头8和气体信号处理电路构成了气体监测模块；
监控处理器负责计算和信息通讯处理；
电压监测电路、温度探头和气体感应探头8分别将信号传输给电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路，电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路分别将采集到的信号处理后发送给监控处理器，监控处理器通过通讯单元将监测信号上报电池管理单元6，电池管理单元6根据监测信号做出相应处理。
温度探头或者温度传感器通过温感探头(热敏电阻)(NTC)，将电压信号实时传送给电池监控控制器4中的温度信号处理电路；电压监测电路是通过计算单串电池3两端电势，通过电压处理信号电路计算得到电池3两端电压；气体监测探头或者气体感应探头8根据电化学原理，利用待测气体在气体探头(即电解池中工作电极)上发生电化学反应，待测气体在电化学反应时产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律，可通过电压变化，计算处理得到气体浓度，如深圳市东日瀛能科技有限公司的乙烯C2H4传感器。
电池监控控制器4将各个监测模块的监测信号通过差分协议上报电池管理单元6，电池管理单元6根据监测信号做出相应处理以及通过CAN信号将各个数据传送给整车控制器。
在一个优选实施例中，电池管理单元6可做出的处理包括不动作、报警。
在一个优选实施例中，报警包括声和/或光报警。
在一个优选实施例中，电池管理单元6与电池监控控制器4通过CAN线连接。
在一个优选实施例中，气体监测模块包括至少一个气体感应探头8和气体信号处理电路。
本发明将一个或多个高精度气体传感器(气体感应探头8)安装于电池箱2体内或固定到电池3模组上，可将气体传感器采集到的数据通过电池监控控制器4利用CAN通讯实时上报于电池管理单元6，通过电池管理单元6做出报警及相应处理措施。
电池3在充放电过程中，会产生气体。特别是在首次充放电过程中，会有大量的CO和C2H4生成。电解液中的DMC(Dimethyl Carbonate)、EMC(Ethyl Methyl Carbonate)也会在成膜过程中产生CH4、C2H6和C3H8与CO气体。在PC(Propylene Carbonate)基电解液中，气体产生相对较多，主要是PC还原生成C3H8气体；在长期储存和充放电过程中，也会有气体产生。经过相关测试，对镍钴锰三元18650电芯内部气体估算结果如下：
可以看出，电芯内部气体相对含量最高的为C2H4，由于气体传感器或者气体感应探头8的选择性，选择的气体传感器为C2H4传感器，C2H4传感器为高精度C2H4传感器，C2H4传感器需要满足如下要求或者其参数如下表：
在一个优选实施例中，电池3安装在电池箱2内，气体传感器安装在电池箱2内。
在一个优选实施例中，多个电池3组成电池3模组，气体传感器固定在电池3模组上。
在一个优选实施例中，电压监测模块、温度监测模块和气体监测模块分别将各自监测到的信号传送至电池监控控制器4，电池监控控制器4再将检测信号传送给电池管理单元6，电池管理单元6如果判断电池3工作正常，不动作；如果判断电池3工作异常，控制相关报警装置报警。
在一个优选实施例中，报警装置包括声光报警指示灯、显示屏。
现有电池系统，无法直接判断电池系统内电芯是否存在漏夜、开启等情况，只能通过电池3单串电压、容量、压差等数据间接判定，并且该方法无时效性，不能立马反应出电芯漏夜、开启的不良情况。本专利中增加了气体传感器，并且对电芯中百分比含量最大的C2H4气体的监控，可以根据C2H4气体含量判定电芯是否开启、漏夜，很大程度上增加了电池系统的使用安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：包括电池管理单元、电池监控控制器、电压监测电路、温度探头以及气体感应探头，
电池管理单元与电池监控控制器相连，电池监控控制器包含了监控处理器、电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路；
电压监测电路和电压处理信号电路构成了电压监测模块；
温度探头和温度信号处理电路构成了温度监测模块；
气体感应探头和气体信号处理电路构成了气体监测模块；
电压监测电路、温度探头和气体感应探头分别将信号传输给电压处理信号电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路，电压信号处理电路、温度信号处理电路和气体信号处理电路分别将采集到的信号处理后发送给监控处理器，监控处理器通过通讯单元将监测信号上报电池管理单元，电池管理单元根据监测信号做出相应处理。
2.根据权利要求1所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：电池管理单元可做出的处理包括不动作、报警。
3.根据权利要求2所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：报警包括声和/或光报警。
4.根据权利要求1所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：电池管理单元与电池监控控制器通过CAN线连接。
5.根据权利要求1所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：气体监测模块包括至少一个气体感应探头和气体信号处理电路。
6.根据权利要求5所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：气体感应探头为C2H4传感器。
7.根据权利要求5或6所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：电池安装在电池箱内，气体传感器安装在电池箱内。
8.根据权利要求5或6所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：多个电池组成电池模组，气体传感器固定在电池模组上。
9.根据权利要求1所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：电池监控控制器将检测信号传送给电池管理单元，电池管理单元如果判断电池工作正常，不动作；如果判断电池工作异常，控制相关报警装置报警。
10.根据权利要求9所述的一种带气体监控装置的电池系统，其特征在于：报警装置包括声光报警指示灯、显示屏。
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