CN108519205A - 电芯热失控检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及新能源电池技术领域，具体而言，涉及一种电芯热失控检测系统及方法。该电芯热失控检测系统包括电池包壳体、电池模组、电池管理装置、电源切断装置、报警装置、控制装置、线束、多个压力传感器和多条连接线，电池包壳体内部为空腔，电池模组和电源切断装置设置于空腔内，电池模组与电源切断装置电性连接，电池模组和电池包壳体的多个内壁之间存在间隙，各内壁设置有至少一个所述压力传感器；电池管理装置设置于空腔内，各连接线通信连接于电池管理装置和各压力传感器之间，线束连接于报警装置和电池管理装置之间，控制装置分别与报警装置和电源切断装置通信连接。该电芯热失控检测系统能准确、实时地对电池模组进行热失控检测。

Description

电芯热失控检测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及新能源电池技术领域，具体而言，涉及一种电芯热失控检测系统及方法。

背景技术

动力电池(电芯)是电动汽车的能源核心，为电动汽车的行驶提供动力，然而在车辆行驶过程中，动力电池可能会受到振动、碰撞、穿刺等风险，进而导致动力电池出现热失控，引起单体电池的燃烧，爆喷等，情况严重时甚至会引起模组、整包或整车的安全事故，危机驾驶员以及乘客的生命安全，因此，需要对动力电池的热失控进行检测。但现有的对动力电池进行热失控检测的方法大多准确性低且实时性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电芯热失控检测系统及方法，能够提高对电芯热失控检测的准确性和实时性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电芯热失控检测系统，包括：电池包壳体、电池模组、电池管理装置、电源切断装置、报警装置、控制装置、线束、多个压力传感器和多条连接线；

所述电池包壳体内部为空腔；

所述电池模组和所述电源切断装置设置于所述空腔内，所述电源切断装置与所述电池模组贴合，所述电池模组与所述电源切断装置电性连接；其中，所述电池模组和所述电池包壳体的多个内壁之间存在间隙；

各所述内壁设置有至少一个所述压力传感器；

所述电池管理装置设置于所述空腔内，各所述连接线的一端通信连接于各所述压力传感器，各所述连接线的另一端通信连接于所述电池管理装置；

所述报警装置和所述控制装置设置于所述电池包壳体外部，所述线束的一端通信连接于所述电池管理装置，所述线束的另一端通信连接于所述报警装置；

所述报警装置与所述控制装置通信连接，所述控制装置与所述电源切断装置通信连接。

可选地，所述电池包壳体为长方体结构；所述电池包壳体包括第一壳体和第二壳体，其中，所述第一壳体为盖板，所述第二壳体包括设置有开口的空腔；所述盖板扣合于所述开口，以实现对所述空腔的密封；

所述第二壳体的第一内壁设置有承载平台；

所述电池模组固定连接于所述承载平台，所述电源切断装置和所述电池管理装置贴合于所述电池模组远离所述承载平台的位置，所述电源切断装置靠近所述电池管理装置，所述电源切断装置和所述电池管理装置靠近所述盖板；

所述第二壳体的第一内壁、第二内壁、第三内壁、第四内壁和第五内壁均设置有至少一个压力传感器；

所述盖板靠近所述电源切断装置和所述电池管理装置的一侧设置有至少一个压力传感器。

可选地，所述线束的一端穿过所述盖板与所述电池管理装置通信连接，所述线束的另一端位于所述盖板外部并与所述报警装置通信连接。

可选地，所述电芯热失控检测系统还包括密封件，所述密封件为环形结构；

所述环形结构设置于所述开口处，所述盖板扣合于所述密封件远离所述开口的一侧。

可选地，所述电芯热失控检测系统还包括通信接线、第一密封圈和第二密封圈；所述盖板开设有第一线束孔和第二线束孔；

所述第一密封圈套设于所述第一线束孔，所述线束的一端穿过所述第一密封圈与所述电池管理装置通信连接；

所述第二密封圈套设于所述第二线束孔，所述通信接线的一端穿过所述第二密封圈与所述电源切断装置通信连接，所述通信接线的另一端位于所述盖板外部并与所述控制装置通信连接。

可选地，所述密封圈和所述密封件为三元乙丙橡胶。

可选地，所述电芯热失控检测系统还包括多个固定件；各所述固定件的一端依次穿过所述盖板的边缘、所述密封件和所述开口的边缘，以实现所述盖板、所述密封件和所述第二壳体之间的固定连接。

本发明实施例还提供了一种电芯热失控检测方法，应用于上述电芯热失控检测系统，所述方法包括：

电池管理装置实时获得各压力传感器实时采集到的空腔内的气压值，当各所述气压值之间的差值不超过预设值差值时，选取其中一个气压值P_i与预设正常气压值P相减，获得气压值增量Δ＝P_i-P，判断所述气压值增量是否超过安全警戒值P_alarm，若超过，向报警装置发送报警指令；

所述报警装置接收所述报警指令并进行报警，将所述报警指令以及接收到该报警指令的时刻信息发送至所述控制装置；

所述控制装置接收所述报警指令和所述时刻信息，从所述时刻信息对应的时刻开始计时，若计时时长达到预设时限时，电源切断装置还没有对电池模组进行断电，所述控制装置控制所述电源切断装置对所述电池模组进行断电。

可选地，所述预设时限通过以下方式进行选取：

所述控制装置解析所述报警指令中的警示等级，根据所述警示等级的高低选取对应时限作为预设时限。

可选地，根据所述警示等级的高低选取对应时限作为预设时限的步骤，包括：

若所述警示等级为高级，将预设时限设置为零，在接收到所述报警指令时立刻控制所述电源切断装置对所述电池模组进行断电；

若所述警示等级为低级，生成对应的时限并将该时限作为预设时限。

本发明实施例提供的电芯热失控检测系统及方法，当电池模组出现热失控时，分布于电池包壳体各个内壁上的压力传感器能够迅速检测到气压的变化，并通过对应的连接线传输给电池管理装置，电池管理装置通过计算气压变化值，根据计算结果通过线束向报警装置发送报警指令，报警装置接收报警指令进行报警，提高了热失控检测的准确性和实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种电芯热失控检测系统的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种电芯热失控检测系统的第一视角示意图。

图3为本发明实施例所提供的一种电芯热失控检测检测系统的结构框图。

图4为本发明实施例所提供的一种电芯热失控检测方法的流程示意图。

图标：100-电芯热失控检测系统；1-电池包壳体；11-第一壳体；111-第一线束孔；112-第二线束孔；12-第二壳体；131-密封件；132-第一密封圈；133-第二密封圈；21-承载平台；2-电池模组；3-电池管理装置；4-电源切断装置；5-报警装置；6-控制装置；7-线束；8-压力传感器；91-连接线；92-通信接线。

具体实施方式

动力电池(电芯)是电动汽车的能源核心，为电动汽车的行驶提供动力，然而在车辆行驶过程中，动力电池可能会受到振动、碰撞、穿刺等风险，进而导致动力电池出现热失控，引起单体电池的燃烧，爆喷等，情况严重时甚至会引起模组、整包或整车的安全事故，危机驾驶员以及乘客的生命安全，因此，需要对动力电池的热失控进行检测。

发明人经调查发现，现有的对动力电池进行热失控检测的方法大多准确性低且实时性差，传统的检测方法一般在引起显著的故障(例如绝缘、压差故障灯)后，进行拆包检查才能发现，不利于爆喷电池的检测和动力电池的安全应用

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种电芯热失控检测系统及方法，通过对电池包壳体内部的气压进行实时监测进而实现对电芯热失控的检测，能够提高对电芯热失控检测的准确性和实时性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了本发明实施例所提供的一种电芯热失控检测结构100的结构示意图，该电芯热失控检测结构100包括电池包壳体1、电池模组2、电池管理装置、电源切断装置、报警装置、控制装置、线束、多个压力传感器8和多条连接线，其中，电池管理装置、电源切断装置、报警装置、控制装置、线束和多条连接线在图1中未示出。

请继续参阅图1，电池包壳体1的内部为空腔，电池模组2、电池管理装置和电源切断装置设置于空腔内，进一步地，电池模组2与电源切断装置电性连接。电池模组2与电池包壳体1的多个内壁之间存在间隙，各内壁设置有至少一个压力传感器8，压力传感器8通过连接线与电池管理装置通信连接，电池管理装置通过线束与外部报警装置通信连接。

应当理解，以上仅为该电芯热失控检测系统的部分说明，进一步地，电池包壳体1的内部为密封结构，当电池模组2中的电芯出现热失控时，会导致电池包壳体1内部的气压升高，各个压力传感器8能够实时获得气压值，将气压值发送至电池管理装置，电池管理装置进行计算和分析后决定是否向报警装置发送报警指令，如此设置，能够提高对电池模组进行热失控检测的准确性和实时性，若仅有一个电芯出现热失控，压力传感器8也能检测到压力的变化，进一步地，在各个内壁都设置有压力传感器8，能够保证整个电池包壳体1的内部空间都能够被检测到。

为了更加详细的说明该电芯热失控检测系统的结构和相关部件的连接关系，请结合参阅图2，为本发明实施例所提供的一种电芯热失控检测系统的第一视角示意图。

由图2可见，电池包壳体为长方体结构，电池包壳体包括第一壳体11和第二壳体12，其中，第一壳体11为盖板，盖板上开设有第一线束孔111和第二线束孔112，第二壳体12包括设置有开口的空腔，可选地，为了提高气密性，该电芯热失控检测系统100还包括密封件131、第一密封圈132、第二密封圈133和多个固定件。

其中，密封件131为环形结构，环形结构设置于开口处，盖板扣合于环形结构远离开口的一侧，可以理解，盖板、密封件131和第二壳体12形成封闭结构，可选地，各固定件的一端依次穿过盖板的边缘、密封件131的边缘和开口的边缘，以实现盖板、密封件131和第二壳体之间的固定连接。

进一步地，第一密封圈131和第二密封圈132分别套设于第一线束孔111和第二线束孔112，线束7的一端穿过第一密封圈132与空腔内的电池管理装置3通信连接，线束7的另一端位于空腔外并与报警装置5通信连接。

进一步地，该电芯热失控检测系统还包括通信接线92，相应地，通信接线92的一端穿过第二密封圈133与空腔内的电源切断装置4通信连接，通信接线92的另一端位于空腔外部并与控制装置6通信连接。

以上为电池包壳体的内外部件的连接关系，下面对电池包壳体的内部结构进行说明，请继续参阅图2，第二壳体12的第一内壁设置有承载平台123，电池模组2固定于承载平台123，如此设置，能够保证电池模组2与第一内壁之间存在间隙。电池管理装置3和电源切断装置4贴合于电池模组远离承载平台123的位置，电池管理装置3靠近电源切断装置4，电池管理装置3和电源切断装置4靠近第一壳体11(盖板)。

第二壳体12的第一内壁、第二内壁、第三内、第四内壁和第五内壁均设置有至少一个压力传感器8，在本实施例中，可以在每个内壁设置两个压力传感器8，在第一壳体11靠近电池管理装置3和电源切断装置4的一侧设置两个压力传感器8。各连接线91的一端与各压力传感器8通信连接，各连接线92的另一端与电池管理装置3通信连接。

图2示出的电池热失控检测系统100能够实现热失控检测以及自动切断电池模组供电的功能，为了更加间接方便地说明这些功能，图3示出了本发明实施例所提供的电池热失控检测系统100的结构框图。

由图3可见，电池热失控检测系统100中能够实现上述功能的部件为压力传感器8、连接线91、电池管理装置3、电源切断装置4、线束7、通信接线92、报警装置5和控制装置6。在此基础上，本发明实施例提供了一种电芯热失控检测方法，应用于上述电池热失控检测系统100，本发明实施例通过图4所示的流程图对该方法进行说明：

步骤S41，电池管理装置实时获得各压力传感器实时采集到的空腔内的气压值，当各气压值之间的差值不超过预设值差值时，选取其中一个气压值P_i与预设正常气压值P相减，获得气压值增量Δ＝P_i-P，判断所述气压值增量是否超过安全警戒值P_alarm，若超过，向报警装置发送报警指令。

例如，空腔的有效体积为V，气体摩尔数为N，在正常室温T状态下，空腔内部的正常气压值为PV＝NRT，其中R为理想气体常数，可以理解，为预设正常气压值。

请结合参阅图3，电池管理装置3通过连接线91实时采集各压力传感器8实时检测到的气压值，若电池为正常状态，则检测到的气压值约为(考虑到实际无法做到完全密封)。可以理解，各压力传感器8检测到的气压值会有一定的差异，当差异较小时，可以认为各个压力传感器检测到的气压值相同。

又例如，选取一个即时气压值P_i进行分析。

可以理解，该计算分析过程的执行主体为电池管理装置3。假设电池模组中的一个单体电池热失控，产生的气体摩尔数为N₁，根据理想气体方程可以得到此时气压值增量为Δ＝P_i-P，判断Δ＝P_i-P是否超过安全警戒值P_alarm，若超过，电池管理装置3通过线束7向报警装置5发送报警指令。

应当注意，在正常情况下，电动车在行驶过程中，由于充放电可能导致空腔内温度升高，进而导致气压升高，从而导致压力传感器示数增加(例如增加了Δ₁)，为了避免误报警，安全警戒值P_alarm的设定应该高于Δ₁。

步骤S42，报警装置接收报警指令并进行报警，将报警指令以及接收到该报警指令的时刻信息发送至控制装置。

报警装置5接收报警指令进行报警，并将报警指令以及接收到该报警指令的时刻t发送至控制装置6。

步骤S43，控制装置接收报警指令和时刻信息，从时刻信息对应的时刻开始计时，若计时时长达到预设时限时，电源切断装置还没有对电池模组进行断电，控制装置控制电源切断装置对电池模组进行断电。

控制装置6在接收了报警指令和时刻信息t之后，会判断电池模组是否进行了断电操作。

例如，控制装置6从t时刻开始计时，若经过预设t2-t这段时间，控制装置还没有获得电池模组断电的信息，且t2-t已经超过预设时限tx，此时控制装置6会通过通信接线92控制电源切断装置4对电池模组进行断电，如此设置，能够避免驾驶员没有及时切断电池模组供电带来的后续事故。

进一步地，控制装置6可以根据报警指令中的警示等级的高低选取对应的时限作为预设时限。

例如，若警示等级为高级，说明热失控电池较多，情况严重，此时的预设时限可以设置为零，即：控制装置6接收到报警指令或立刻控制电源切断装置4对电池模组进行断电。

又例如，若警示等级为低级，说明热失控电池较少，情况不严重，可以将预设时限的时间设置的相对长一点。

综上，本发明实施例所提供的电芯热失控检测系统及方法，通过对电池包壳体空腔内的气压进行实时监测和计算分析，能够实现对电池模组(电芯)热失控的准确和实时检测。进一步，能够根据计算分析结果采取相应的断电措施，避免后续事故的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯热失控检测系统，其特征在于，包括：电池包壳体、电池模组、电池管理装置、电源切断装置、报警装置、控制装置、线束、多个压力传感器和多条连接线；

所述电池包壳体内部为空腔；

所述电池模组和所述电源切断装置设置于所述空腔内，所述电源切断装置与所述电池模组贴合，所述电池模组与所述电源切断装置电性连接；其中，所述电池模组和所述电池包壳体的多个内壁之间存在间隙；

各所述内壁设置有至少一个所述压力传感器；

所述电池管理装置设置于所述空腔内，各所述连接线的一端通信连接于各所述压力传感器，各所述连接线的另一端通信连接于所述电池管理装置；

所述报警装置和所述控制装置设置于所述电池包壳体外部，所述线束的一端通信连接于所述电池管理装置，所述线束的另一端通信连接于所述报警装置；

所述报警装置与所述控制装置通信连接，所述控制装置与所述电源切断装置通信连接。

2.根据权利要求1所述的电芯热失控检测系统，其特征在于，所述电池包壳体为长方体结构；所述电池包壳体包括第一壳体和第二壳体，其中，所述第一壳体为盖板，所述第二壳体包括设置有开口的空腔；所述盖板扣合于所述开口，以实现对所述空腔的密封；

所述第二壳体的第一内壁设置有承载平台；

所述电池模组固定连接于所述承载平台，所述电源切断装置和所述电池管理装置贴合于所述电池模组远离所述承载平台的位置，所述电源切断装置靠近所述电池管理装置，所述电源切断装置和所述电池管理装置靠近所述盖板；

所述第二壳体的第一内壁、第二内壁、第三内壁、第四内壁和第五内壁均设置有至少一个压力传感器；

所述盖板靠近所述电源切断装置和所述电池管理装置的一侧设置有至少一个压力传感器。

3.根据权利要求2所述的电芯热失控检测系统，其特征在于，所述线束的一端穿过所述盖板与所述电池管理装置通信连接，所述线束的另一端位于所述盖板外部并与所述报警装置通信连接。

4.根据权利要求2所述的电芯热失控检测系统，其特征在于，所述电芯热失控检测系统还包括密封件，所述密封件为环形结构；

所述密封件设置于所述开口处，所述盖板扣合于所述密封件远离所述开口的一侧。

5.根据权利要求3所述的电芯热失控检测系统，其特征在于，所述电芯热失控检测系统还包括通信接线、第一密封圈和第二密封圈；所述盖板开设有第一线束孔和第二线束孔；

所述第一密封圈套设于所述第一线束孔，所述线束的一端穿过所述第一密封圈与所述电池管理装置通信连接；

所述第二密封圈套设于所述第二线束孔，所述通信接线的一端穿过所述第二密封圈与所述电源切断装置通信连接，所述通信接线的另一端位于所述盖板外部并与所述控制装置通信连接。

6.根据权利要求5所述的电芯热失控检测系统，其特征在于，所述密封圈和所述密封件为三元乙丙橡胶。

7.根据权利要求5所述的电芯热失控检测系统，其特征在于，所述电芯热失控检测系统还包括多个固定件；各所述固定件的一端依次穿过所述盖板的边缘、所述密封件的边缘和所述开口的边缘，以实现所述盖板、所述密封件和所述第二壳体之间的固定连接。

8.一种电芯热失控检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一所述的电芯热失控检测系统，所述方法包括：

电池管理装置实时获得各压力传感器实时采集到的空腔内的气压值，当各所述气压值之间的差值不超过预设值差值时，选取其中一个气压值P_i与预设正常气压值P相减，获得气压值增量Δ＝P_i-P，判断所述气压值增量是否超过安全警戒值P_alarm，若超过，向报警装置发送报警指令；

所述报警装置接收所述报警指令并进行报警，将所述报警指令以及接收到该报警指令的时刻信息发送至所述控制装置；

所述控制装置接收所述报警指令和所述时刻信息，从所述时刻信息对应的时刻开始计时，若计时时长达到预设时限时，电源切断装置还没有对电池模组进行断电，所述控制装置控制所述电源切断装置对所述电池模组进行断电。

9.根据权利要求8所述的电芯热失控检测方法，其特征在于，所述预设时限通过以下方式进行选取：

所述控制装置解析所述报警指令中的警示等级，根据所述警示等级的高低选取对应时限作为预设时限。

10.根据权利要求9所述的电芯热失控检测方法，其特征在于，根据所述警示等级的高低选取对应时限作为预设时限的步骤，包括：

若所述警示等级为高级，将预设时限设置为零，在接收到所述报警指令时立刻控制所述电源切断装置对所述电池模组进行断电；

若所述警示等级为低级，生成对应的时限并将该时限作为预设时限。