CN109450008A - 一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路 - Google Patents
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Classifications
-
- H02J7/0026—
Abstract
本发明涉及一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，包括：能量型电池组(2)，包括多个模块，每个模块中的相应开关管与二极管并联，再与能量型电池串联，多个模块并联组成能量型电池组(2)，用于充电储能；功率型电池组(3)，与所述的能量型电池组(2)并联，包括一个功率型电池或多个串联的功率型电池，用于接收动能回收系统反馈的能量；MCU(1)，与所述的能量型电池组(2)和功率型电池组(3)并联，与开关管控制端连接，控制开关管的开启与闭合。与现有技术相比，本发明功率型电池与能量型电池分开布置，便于对不同风险电池进行管理，可以有效切断故障电池与电池组的电连接，防止电流倒灌引起更严重的事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联电池电路，尤其是涉及一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路。
背景技术
节能与减排已是世界潮流，我国已明确在“十二五”期间大力培育新能源汽车产业。新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。当前新能源汽车动力电池的发展趋势是高能量密度，这对车载蓄电池包的安全性、可靠性有非常高的要求。近几年电动汽车动力电池出现的热自然、起火爆炸现象使得电池热失控备受关注。
锂离子电池热失控指的是锂离子电池遭受过热、短路、挤压或过充过放等滥用条件时导致热行为、电化学行为上的一系列副反应，这些副反应的产热会引起电池温度的升高，进而引起进一步的变化促使温度继续升高，最终导致破坏性的后果。
热失控诱发以后，单体释放的热量会向周边扩散，可能会波及周边电池引起其余电池的热失控。这个链式反应的过程叫热失控的扩展，将会造成很大的危害。在串联电池组中，电池的热失控的扩展主要靠热传播来引起，但是对于并联电池组来说，一旦有电池发生内短路，其他电池将会对其剧烈放电，引起很大的危害。已有研究FENG X,SUN J,OUYANG M,et al.Characterization of penetration induced thermal runaway propagationprocess within a large format lithium ion battery module[J].Journal of PowerSources,2015,275(261-73).LOPEZ C F,JEEVARAJAN J A,MUKHERJEE P P.ExperimentalAnalysis of Thermal Runaway and Propagation in Lithium-Ion Battery Modules[J].Journal of The Electrochemical Society,2015,162(9):A1905-A15.等已经表明了热失控扩展的危害，而LAMB J,ORENDORFF C J,STEELE L A M,et al.Failurepropagation in multi-cell lithium ion batteries[J].Journal of Power Sources,2015,283(517-23)表明并联模组的热失控将会导致更严重的后果，在其实验中，同样的诱导条件下同样布置的串联电池组没有发生热失控的扩展，而并联电池组发生了剧烈反应。因此对热失控的防治尤其是阻断并联电池组热失控的扩展具有重要应用价值。
目前，针对电池组热失控的防治没有特别好的方法或装置。常用的办法有加大电池之间的间距、电池之间填充隔热材料、监测到电压或温度异常时直接切断系统来降低热失控的危害，但是这些方法都是在减少或者是隔绝电池间的热传播，针对电池之间电能传播的抑制还比较少。如果可以设计出一种可以降低并联电池组热失控扩展危害的电路设计与方法将会很有意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，包括：
能量型电池组，包括多个模块，每个模块中的相应开关管与二极管并联，再与能量型电池串联，多个模块并联组成能量型电池组，用于充电储能；
功率型电池组，与所述的能量型电池组并联，包括一个功率型电池或多个串联的功率型电池，用于接收动能回收系统反馈的能量；
MCU，与所述的能量型电池组和功率型电池组并联，与开关管控制端连接，控制开关管的开启与闭合。
所述的MCU对电池的电压、温度、电流、电量参数进行检测和计算，对电池充放电进行管理。
在充电状态，能量型电池组的所有开关管均闭合，能量型电池组与功率型电池组均在充电状态。
在充电状态，若MCU监测到能量型电池组中任意能量型电池故障，则断开其对应开关管，并切断系统充电。
在充电状态，若MCU监测到功率型电池组故障，则切断系统充电状态。
在放电过程中，能量型电池组的所有开关管均断开，能量型电池组通过二极管单向导通，与功率型电池组一起给系统供电。
在动能回收工况，放电过程中能量型电池组的所有开关管均断开，功率型电池组对动能进行回收。
静置状态下，能量型电池组的所有开关管均断开。
所述的功率型电池组选用钛酸锂电池。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)功率型电池与能量型电池分开布置，便于对不同风险电池进行管理。
(2)可有效切断故障电池与电池组的电连接，防止电流倒灌引起更严重的事故。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记：
1为MCU；2为能量型电池组；3为功率型电池组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，包括：
MCU1，对电池的电压、温度、电流、电量等一系列参数进行检测和计算，对电池充放电进行管理，与能量型电池组2和功率型电池组3并联，与开关管Q控制端连接，控制开关管的开启与闭合；
能量型电池组2：由能量型电池组B1-Bn，开关管Q1-Qn，二极管D1-Dn组成。其中开关管Qn与二极管Dn并联，再与电池模块Bn串联成模块，k≤n，开关管Qn接受MCU1的控制，决定能量型电池组模块Bk是否充电，二级管Dk单向导通，通过此路径电池模块Bk只能放电不能充电，k≤n。多个模块并联组成能量型电池组2，能量型电池以高能量密度为特点，强调电池的高比容量，主要用于高能量输出，对大电流充放电性能要求不高，常见能量型电池NCA、NCM、LCO等；
功率型电池组3：用于能量回收与放电，与能量型电池组2并联。功率型电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输入的工况，其对电池比容量无太高要求，常见的为LTO等常见的安全性较高的功率型电池。
在充电状态，能量型电池组2中所有开关管Q1-Qn均闭合，能量型电池组与功率型电池组均在充电状态；MCU1监测到能量型电池组2中任意模块Bk故障时，断开其对应开关管Qk，并切断系统充电；MCU1监测到功率型电池组3中任意模块Bn+1故障时，切断系统充电；
在放电过程中所有开关管Q1-Qn均断开，能量型电池2组通过二极管单向导通，与功率型电池组3一起给系统供电；
在动能回收工况，放电过程中所有开关管Q1-Qn均断开，能量型电池组2不工作，功率型电池组3对动能进行回收。制动能量回收系统的主要作用是回收车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量，并通过发电机将起转化为电能，再储存在蓄电池中；
静置与放电工况下，所有开关管Q均处于断开状态，在能量型电池组2中电池模块发生短路故障时，单向导通的二极管可以防止其它电池模块给故障模块充电加剧热失控。
Claims (9)
1.一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，包括：
能量型电池组(2)，包括多个模块，每个模块中的相应开关管与二极管并联，再与能量型电池串联，多个模块并联组成能量型电池组(2)，用于充电储能；
功率型电池组(3)，与所述的能量型电池组(2)并联，包括一个功率型电池或多个串联的功率型电池，用于接收动能回收系统反馈的能量；
MCU(1)，与所述的能量型电池组(2)和功率型电池组(3)并联，与开关管控制端连接，控制开关管的开启与闭合。
2.根据权利要求1所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，所述的MCU对电池的电压、温度、电流、电量参数进行检测和计算，对电池充放电进行管理。
3.根据权利要求1所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，在充电状态，能量型电池组(2)的所有开关管均闭合，能量型电池组(2)与功率型电池组(3)均在充电状态。
4.根据权利要求3所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，在充电状态，若MCU(1)监测到能量型电池组(2)中任意能量型电池故障，则断开其对应开关管，并切断系统充电。
5.根据权利要求3所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，在充电状态，若MCU(1)监测到功率型电池组(3)故障，则切断系统充电状态。
6.根据权利要求1所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，在放电过程中，能量型电池组(2)的所有开关管均断开，能量型电池组(2)通过二极管单向导通，与功率型电池组(3)一起给系统供电。
7.根据权利要求1所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，在动能回收工况，放电过程中能量型电池组(2)的所有开关管均断开，功率型电池组(3)对动能进行回收。
8.根据权利要求1所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，静置状态下，能量型电池组(2)的所有开关管均断开。
9.根据权利要求1所述的一种可降低并联电池组热失控扩展危害的电路，其特征在于，所述的功率型电池组(3)选用钛酸锂电池。
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