CN108711893A - 一种动力电池热失控预警系统和方法 - Google Patents

一种动力电池热失控预警系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种动力电池热失控预警系统,电池单体固定在模组框内构成电池单元,多个电池单元固定在电池箱内构成动力电池,所述动力电池设有电池管理系统,所述电池管理系统采集动力电池输出总线的总电压、动力电池总电量,所述电池管理系统采集每个电池单体的电压、电量,所述电池管理系统输出报警信号至车内的报警单元。本发明电池热失控预警系统工作稳定可靠,使预警到实际发生热失控的时间能够增长,最大程度的提供人身安全保障,此外还能够预警滥用的发生、能够预警微短路扩展,并能实时预警热失控,提高电池使用的安全性。

Description

一种动力电池热失控预警系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及动力电池领域。
背景技术
[0002] 在能源危机和环境危机的双重压力下,电动汽车等新能源汽车成为目前主流的汽 车发展方向。锂离子电池由于比能量高、循环寿命长,已经成为纯电动汽车和插电式混合动 力汽车的首选电池。然而锂离子电池存在着潜在的热危险性,表现为热失控。锂离子电池出 现热失控,多数由于电池内部物料之间发生放热反应,产生大量的热和气体。
[0003] 电池在过热、过充、机械力破坏等情况下,都有可能发生热失控,最终诱发火灾或 者爆炸。为了提高锂离子电池的安全性,锂离子电池必须通过相关的安全测试法规。然而即 使通过全部的安全测试项目,也无法确保锂离子电池的安全性。原理上,锂离子电池发生热 失控都会经历一个内短路扩散的过程,而锂离子电池的内短路引发机理和原因至今还不清 楚,锂离子电池何时会发生内短路也无法预测,因此,从原理上分析,锂离子电池单体发生 热失控还不能避免,因此,锂离子电池的热失控预警、预报和防护就成为必要的技术。
[0004] 现有技术中,主要有利用火焰探测技术来发现热失控的方法,这类方法只能在电 池热失控发展到明火燃烧时候才能发现,发现时机滞后;还有一类方法是检测电池单体的 温度或者温度变化情况,这类方法要在电池发生热失控前完成检测并发出预报,需要对每 个电池单体的温度做全面的监控,实施困难;第三类方法是利用多参数进行预警,比如对温 度、气体浓度、烟雾浓度等进行检测,根据一组参数的变化规律作为判断热失控的预警。现 有技术都是根据电池的外部特性进行检测和预警的,预警时间非常受限,不利于保护人身 安全,有待于进一步提高。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是实现一种能够及时、准确、有效的对电池热失控进 行预警的系统。
[0006]为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种动力电池热失控预警系统,电 池单体固定在模组框内构成电池单元,多个电池单元固定在电池箱内构成动力电池,所述 动力电池设有电池管理系统,所述电池管理系统采集动力电池输出总线的总电压、动力电 池总电量,所述电池管理系统采集每个电池单体的电压、电量,所述电池管理系统输出报警 信号至车内的报警单元。
[0007]所述电池箱内设有压力传感器和加速度传感器,所述压力传感器输出电池箱内压 力信号至电池管理系统,所述加速度传感器输出当前车辆加速度状态至电池管理系统。 [0008]每个所述电池单元的模组框上均设有温度传感器,所述电池箱上固定有温度传感 器,每个所述温度传感器输出温度信号至电池管理单元。
[0009]每个所述电池单体设有电压和电量采集单元,所述电压和电源采集单元均输出信 号至电池管理单元,所述电池管理系统设有充电均衡子系统,所述电池管理系统输出驱动 信号至充电均衡子系统,所述充电均衡子系统输入端连接动力电池输出端,输出端分别连 接每个电池单体。
[0010]基于所述动力电池热失控预警系统的预警方法:
[0011]电池管理系统根据动力电池电流的流动方向判断动力电池处于充电状态、放电状 态或者静置状态;
[0012] 当动力电池处于充电状态,电池管理系统实时获取电池单体的电量和电压,当存 在某个电池单体过充,则断开对该电池单体的充电线路,当某个电池单体断路,则断开充电 电源并报警;
[0013] 当动力电池处于放电状态,电池管理系统实时获取每个电池单体的电压,若某一 个电池单体的电压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警;
[0014] 当动力电池处于静置状态,电池管理系统实时获取每个电池单体的电压,若某一 个电池单体的电压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警。
[0015] 当动力电池处于充电状态,电池管理系统实时获取温度信息,当任意温度参数异 常,则断开充电电源并报警。
[0016] 当动力电池处于放电状态,若某个温度传感器采集的温度异常,同时该温度传感 器所在位置的电池单体的电压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警。
[0017] 当动力电池处于放电状态,若加速度传感器所采集的参数波动频率大于设定值, 则进行报警。
[0018] 当动力电池处于静置状态,若某个温度传感器采集的温度异常,同时该温度传感 器所在位置的电池单体的电压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警。
[0019] 当动力电池处于静置状态,电池管理系统实时获取每个电池单体的电量,若某一 个电池单体的电量远低于其他电池单体的电量,则驱动充电均衡子系统为低电量电池单体 充电。
[0020] 本发明电池热失控预警系统工作稳定可靠,使预警到实际发生热失控的时间能够 增长,最大程度的提供人身安全保障,此外还能够预警滥用的发生、能够预警微短路扩展, 并能实时预警热失控,提高电池使用的安全性。
附图说明
[0021] 下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明:
[0022] 图1为动力电池热失控预警系统框图。
具体实施方式
[0023] 动力电池热失控预警系统提供一种锂离子电池热失控的预警系统,使预警到实际 发生热失控的时间能够增长,为人身安全提供更可靠的保证。
[0024] 电池单体固定在模组框内构成电池单元,电池单体之间相互串并联,在电池单元 由电芯通过导电连接体组成,多个电池单元固定在电池箱内构成动力电池。
[0025] 动力电池配有电池管理系统,电池管理系统由从控检测电池单体的电压和温度, 高压模块检测电池系统的总电压和总电流,主控进行保护、通讯和管理策略的实现。
[0026]电池管理系统设有充电均衡子系统,是电池管理系统的辅助系统,在电池系统充 满电后对于没有满电的单体进行补充电,直到每个单体都满电。每个电池单体设有电压和 电量采集单元,电压和电源采集单元均输出信号至电池管理单元,电池管理系统输出驱动 信号至充电均衡子系统,充电均衡子系统输入端连接动力电池输出端,输出端分别连接每 个电池单体。
[0027]电池管理系统采集动力电池输出总线的总电压、动力电池总电量,电池管理系统 采集每个电池单体的电压、电量,电池管理系统根据获取的参数输出报警信号至车内的报 警单元,报警单元可以采用车辆音响系统。
[0028]系统设有压力传感器,用于测量电池单体受到箱体的压力,压力传感器输出感应 信号至电池管理系统;系统设有加速度传感器,用于测量电池系统的加速度,加速度传感器 输出感应信号至电池管理系统;系统设有温度传感器,每个电池单元的模组框上均设有温 度传感器,电池箱上固定有温度传感器,所有温度传感器均输出温度信号至电池管理系统。 [0029]基于上述动力电池热失控预警系统的预警方法:
[0030]动力电池热失控预警系统是通过电池管理系统和各传感器收集到以下数据:电池 单体的电压、温度,电池系统的电压、电流,电池箱体的温度、压力、加速度。
[0031]首先根据电池系统电流的大小和方向,判断电池系统处于充电、放电或者静置状 体。
[0032]当动力电池处于充电状态,重点监控电池单体的电压、总电压、充电电量,以准确 判别过充、短路等电滥用情况的发生;同时检测电池箱和电池模组框的温度,电池箱体压力 和加速度,监测热滥用和机械滥用情况的发生。
[0033]具体来说,电池管理系统实时获取电池单体的电量和电压,当存在某个电池单体 过充,则断开对该电池单体的充电线路,当某个电池单体断路,则断开充电电源并报警;电 池管理系统实时获取温度信息,当任意温度参数异常,则断开充电电源并报警。
[0034] 当动力电池处于放电状态,由于放电过程一般对应于车辆行驶,车上一般有驾驶 员和乘员,需要重点预警。首先根据充电均衡各电池单体补电量的变化,判断有无单体电池 有微短路扩大进行,对于这类电池单体进行早期预警。检测电池箱体和模组框的温度、压 力、加速度,判断有无异常的滥用作用在电池系统上,如果有这类滥用发生,做出预警。然后 监测电池单体的电压、温度、模组温度、电池箱体温度,判断是否有突发电池单体热失控,由 于突发热失控的单体电池,相当于短路电池,电压会降低到远低于正常电压的水平,结合单 体温度、模组温度、电池箱体温度,进行实时的预警。
[0035]具体来说,电池管理系统实时获取每个电池单体的电压,若某一个电池单体的电 压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警;为确保报警准确性,若某个温度传 感器采集的温度异常,同时该温度传感器所在位置的电池单体的电压降低速率大于预设电 压下降速率,则进行热失控报警。
[0036] 此外,若加速度传感器所采集的参数波动频率大于设定值,则进行报警。
[0037]当动力电池处于静置状态,重点监控电池的温度和电压,如果有内短路的突然发 生,该单体的电压会发生异常降低,温度会有异常升高;同时监测电池箱体和模组框的温 度、压力、加速度。
[0038] 具体来说,电池管理系统实时获取每个电池单体的电压,若某一个电池单体的电 压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警。为确保报警准确性,若某个温度传 感器采集的温度异常,同时该温度传感器所在位置的电池单体的电压降低速率大于预设电 压下降速率,则进行热失控报警。
[0039] 此外,电池管理系统实时获取每个电池单体的电量,若某一个电池单体的电量远 低于其他电池单体的电量,则驱动充电均衡子系统为低电量电池单体充电。
[0040] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池热失控预警系统,电池单体固定在模组框内构成电池单元,多个电池 单元固定在电池箱内构成动力电池,所述动力电池设有电池管理系统,所述电池管理系统 采集动力电池输出总线的总电压、动力电池总电量,其特征在于:所述电池管理系统采集每 个电池单体的电压、电量,所述电池管理系统输出报警信号至车内的报警单元。
2. 根据权利要求1所述的动力电池热失控预警系统,其特征在于:所述电池箱内设有压 力传感器和加速度传感器,所述压力传感器输出电池箱内压力信号至电池管理系统,所述 加速度传感器输出当前车辆加速度状态至电池管理系统。
3. 根据权利要求2所述的动力电池热失控预警系统,其特征在于:每个所述电池单元的 模组框上均设有温度传感器,所述电池箱上固定有温度传感器,每个所述温度传感器输出 温度信号至电池管理单元。
4. 根据权利要求1、2或3所述的动力电池热失控预警系统,其特征在于:每个所述电池 单体设有电压和电量采集单元,所述电压和电源采集单元均输出信号至电池管理单元,所 述电池管理系统设有充电均衡子系统,所述电池管理系统输出驱动信号至充电均衡子系 统,所述充电均衡子系统输入端连接动力电池输出端,输出端分别连接每个电池单体。
5. 基于权利要求1-4所述动力电池热失控预警系统的预警方法,其特征在于: 电池管理系统根据动力电池电流的流动方向判断动力电池处于充电状态、放电状态或 者静置状态; 当动力电池处于充电状态,电池管理系统实时获取电池单体的电量和电压,当存在某 个电池单体过充,则断开对该电池单体的充电线路,当某个电池单体断路,则断开充电电源 并报警; 当动力电池处于放电状态,电池管理系统实时获取每个电池单体的电压,若某一个电 池单体的电压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警; 当动力电池处于静置状态,电池管理系统实时获取每个电池单体的电压,若某一个电 池单体的电压降低速率大于预设电压下降速率,则进行热失控报警。
6. 根据权利要求5所述预警方法,其特征在于:当动力电池处于充电状态,电池管理系 统实时获取温度信息,当任意温度参数异常,则断开充电电源并报警。
7. 根据权利要求5所述预警方法,其特征在于:当动力电池处于放电状态,若某个温度 传感器采集的温度异常,同时该温度传感器所在位置的电池单体的电压降低速率大于预设 电压下降速率,则进行热失控报警。
8. 根据权利要求5所述预警方法,其特征在于:当动力电池处于放电状态,若加速度传 感器所采集的参数波动频率大于设定值,则进行报警。
9. 根据权利要求5所述预警方法,其特征在于:当动力电池处于静置状态,若某个温度 传感器采集的温度异常,同时该温度传感器所在位置的电池单体的电压降低速率大于预设 电压下降速率,则进行热失控报警。
10. 根据权利要求5所述预警方法,其特征在于:当动力电池处于静置状态,电池管理系 统实时获取每个电池单体的电量,若某一个电池单体的电量远低于其他电池单体的电量, 则驱动充电均衡子系统为低电量电池单体充电。
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