CN109494419B - 一种动力电池热失控监测装置 - Google Patents

一种动力电池热失控监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种动力电池热失控监测装置，该装置包括：电池控制器和热失控监控模块。热失控监控模块设置在动力电池内部，每个电池模组都设有对应的热失控监控模块，热失控监控模块用于在电池模组内的单体电池发生热失控时产生电阻值变化。将每个电池模组对应的热失控监控模块串接在电池控制器的输出端与输入端之间，使电池控制器的输出端、串接的热失控监控模块和电池控制器的输入端形成电连接回路。电池控制器通过所述电连接回路实时采集热失控监控模块的电阻值，以对动力电池内的各电池模组进行热失控监控，并根据热失控监控模块产生的电阻值确定热失控的电池模组。本发明能提高动力电池热失控的监测效率和准确性。

Description

一种动力电池热失控监测装置
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池热失控监测装置；
背景技术
随着油气能源的不断消耗和环境保护现状的要求，电动汽车作为新的环保型交通工具正在被积极推广和使用，以替代原有传统能源汽车。动力电池是电动汽车的重要动力来源，动力电池的安全性是电动汽车发展过程中首先要考虑和解决的问题。
目前针对电池单体爆喷失效的监控主要是通过电池包中布置的电压、温度传感器对动力电池的电压或失效时电池温度进行监控。（1）通过监控电池电压和电流是目前主要的监控方法之一，其缺点在于：电池在爆喷失效时，其电压变化较小(电压变化通常在几个毫伏),与正常电池的电压变化相混淆，区分困难。（2）通过监控电池温度变化也是识别爆喷失效电池位置的方法之一，其缺点在于没有普适性，因电池包中电池使用数量多，通过监控电池温度变化发现电池爆喷失效位置，需要设计使用大量温度传感器，导致电池系统设计复杂。目前的现状是温感数量有限，不能对所有的电芯位置温度进行检测，所以当电芯发生热失控时，不能够准确有效的识别出来，也不能定位到哪个模组发生热失控，从而无法进行有效的保护措施。
发明内容
本发明提供一种动力电池热失控监测装置，解决现有电动汽车对动力电池的热失控监测需要设置大量的传感器对单体电池的电压或温度进行监测，存在监测装置设计复杂，识别失控模组效率低的问题，能提高动力电池热失控的监测效率和准确性，改善电动汽车使用的安全性。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种动力电池热失控监测装置，包括：电池控制器和热失控监控模块；
所述热失控监控模块设置在动力电池内部，每个电池模组都设有对应的所述热失控监控模块，所述热失控监控模块用于在电池模组内的单体电池发生热失控时产生电阻值变化；
将每个电池模组对应的所述热失控监控模块串接在所述电池控制器的输出端与输入端之间，使所述电池控制器的输出端、串接的所述热失控监控模块和所述电池控制器的输入端形成电连接回路；
所述电池控制器通过所述电连接回路实时采集所述热失控监控模块的电阻值，以对动力电池内的各电池模组进行热失控监控，并根据所述热失控监控模块产生的电阻值确定热失控的电池模组。
优选的，所述热失控监控模块包括：熔丝和内置电阻；
所述内置电阻的一端作为所述热失控监控模块的输入端，所述内置电阻的另一端作为所述热失控监控模块的输出端；
所述熔丝与所述内置电阻并联在一起，在所述熔丝连通时，所述内置电阻被所述熔丝短接，在所述熔丝熔断时，所述电连接回路的电流通过所述内置电阻，使所述热失控监控模块的电阻值产生变化。
优选的，所述热失控监控模块还包括：第一侧板和第二侧板；
所述第一侧板和所述第二侧板均设有线槽，所述第一侧板与所述第二侧板卡合时将所述熔丝和所述内置电阻内置在所述线槽内，以形成保护外壳。
优选的，所述第一侧板设置在所述电池模组的一侧，所述第二侧板设置在所述电池模组的另一侧，所述第一侧板和所述第二侧板上设有固定孔，并通过所述固定孔与所述电池模组的壳体固定。
优选的，所述线槽内设置有多组并联的熔丝和内置电阻，每一组并联的熔丝和内置电阻对应电池模组内的一个单体电池。
优选的，设置在每个电池模组上的所述热失控监控模块所对应的内置电阻的阻值与电池模组的编号一一对应，在所述热失控监控模块的熔丝熔断时，所述热失控监控模块的阻值等于对应的内置电阻的阻值；
所述电池控制器根据所述内置电阻的电阻值确定发生热失控的电池模组编号，并上报故障信息。
优选的，还包括：整车控制器和冷却装置；
所述电池控制器通过CAN总线与所述整车控制器相连，在所述电池控制器通过所述热失控监控模块监测到动力电池发生热失控时，所述电池控制器向所述整车控制器发送唤醒报文，所述整车控制器根据所述唤醒报文停止休眠，并控制冷却装置对动力电池进行冷却。
本发明提供一种动力电池热失控监测装置，通过在每个电池模组上设置热失控监控模块，以对单体电池进行监测，当单体电池发生热失控时，热失控监控模块的电阻值发生变化，电池控制器根据该电阻值确定失控模组。解决现有电动汽车对动力电池的热失控监测需要设置大量的传感器对单体电池的电压或温度进行监测，存在监测装置设计复杂，识别失控模组效率低的问题，能提高动力电池热失控的监测效率和准确性，改善电动汽车使用的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1：是本发明提供的一种动力电池热失控监测装置结构示意图；
图2：是本发明实施例提供的动力电池热失控监测装置工作原理示意图；
图3：是本发明实施例提供的热失控监控模块的结构示意图；
图4：是本发明实施例提供的热失控监控模块的装配示意图；
图5：是本发明实施例提供动力电池热失控监测装置结构示意图；
图6：是本发明实施例提供的一种动力电池热失控模组定位方法流程图。
附图标记
1 热失控监控模块
11 熔丝
R1~Rn 内置电阻
12 线槽
13 第一侧板
14 第二侧板
2 电池模组
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前对电动汽车的动力电池热失控监测常采用传感器对单体电池进行电压或温度检测，存在成本高，监测设置设计结构复杂的问题。本发明提供一种动力电池热失控监测装置及模组定位方法，通过在每个电池模组上设置热失控监控模块，以对单体电池进行监测，当单体电池发生热失控时，热失控监控模块的电阻值发生变化，电池控制器根据该电阻值确定失控模组。解决现有电动汽车对动力电池的热失控监测需要设置大量的传感器对单体电池的电压或温度进行监测，存在监测装置设计复杂，识别失控模组效率低的问题，能提高动力电池热失控的监测效率和准确性，改善电动汽车使用的安全性。
如图1所示，一种动力电池热失控监测装置，包括：电池控制器和热失控监控模块1。所述热失控监控模块1设置在动力电池内部，每个电池模组都设有对应的所述热失控监控模块1，所述热失控监控模块1用于在电池模组内的单体电池发生热失控时产生电阻值变化。将每个电池模组对应的所述热失控监控模块串接在所述电池控制器的输出端与输入端之间，使所述电池控制器的输出端、串接的所述热失控监控模块1和所述电池控制器的输入端形成电连接回路。所述电池控制器通过所述电连接回路实时采集所述热失控监控模块的电阻值，以对动力电池内的各电池模组进行热失控监控，并根据所述热失控监控模块1产生的电阻值确定热失控的电池模组。
具体地，电池控制器的输出端输出设定电流，并使电流流经串接的各个热失控监控模块，当其中一个热失控监控模块的电阻值发生变化时，电池控制器的输入端接收到的电流值也发生变化，此时，电池控制器确定动力电池发生的热失控了。电池控制器根据接收到的电流值计算出热失控监控模块产生的电阻值，并根据该电阻值确定具体那个电池模组产生了热失控。该方法能更有效识别动力电池热失控，同时减少传感器的使用量，能提高动力电池热失控的监测效率和准确性，改善电动汽车使用的安全性。
进一步，如图2所示，所述热失控监控模块包括：熔丝11和内置电阻。所述内置电阻的一端作为所述热失控监控模块的输入端，所述内置电阻的另一端作为所述热失控监控模块的输出端。所述熔丝11与所述内置电阻并联在一起，在所述熔丝11连通时，所述内置电阻被所述熔丝短接，在所述熔丝11熔断时，所述电连接回路的电流通过所述内置电阻，使所述热失控监控模块的电阻值产生变化。
如图3所示，所述热失控监控模块还包括：第一侧板13和第二侧板14。所述第一侧板13和所述第二侧板13均设有线槽12，所述第一侧板13与所述第二侧板14卡合时将所述熔丝和所述内置电阻内置在所述线槽12内，以形成保护外壳。
具体地，如图2和图3所示，第一侧板和第二侧板均具有耐高温性能，即使电池单体发生热失控爆喷等情况，侧板也不发生熔化，保证电池组之间的电气隔离。在侧板上开有线槽12，保证熔丝可以很好的嵌在侧板上，避免监控板在压合过程中对熔丝的损坏。熔丝11具有高压熔化性能，当温度超过200℃时，即会有效熔断，热失控监控模块的熔丝回路会处于断路状态此时电流会通过内置电阻形成回路。由于热失控监控模块是串联在一起的，任何一个热失控监控模块发生断路，电池控制器都会检测到阻值的变化。
如图4所示，所述第一侧板13设置在所述电池模组2的一侧，所述第二侧板14设置在所述电池模组2的另一侧，所述第一侧板13和所述第二侧板14上设有固定孔，并通过所述固定孔与所述电池模组2的壳体固定。
在实际应用中，电池模组的两个侧面均有侧板。热失控监控模块的侧板通过固定孔试实现装配连接固定在电池模组的壳体上。
进一步，所述线槽内设置有多组并联的熔丝和内置电阻，每一组并联的熔丝和内置电阻对应电池模组内的一个单体电池。
在实际应用中，可以对电池模组内的各个单体电池进行热失控监测，即每个组并联的熔丝和内置电阻对应一个单体电池的电芯，一个电池模组对应的热失控监测模块包括多组的并联的熔丝和内置电阻。同时，对内置电阻的电阻值按一定要求进行设置，以便在发生热失控时能够及时找出具体那个单体电池发生热失控。
更进一步，设置在每个电池模组上的所述热失控监控模块所对应的内置电阻的阻值与电池模组的编号一一对应，在所述热失控监控模块的熔丝熔断时，所述热失控监控模块的阻值等于对应的内置电阻的阻值。所述电池控制器根据所述内置电阻的电阻值确定发生热失控的电池模组编号，并上报故障信息。
具体地，对内置电阻与电池模组的编号一一对应设置，如图2所示，即模组1、模组2、模组3……模组n对应的监控回路中R1、R2、R3……Rn电阻值的选定策略，可以满足当热失控模组个人大于等于1个时，由于电阻值设置组合的唯一性，可以准确定位是哪一个或者几个；电阻设置的方法是：R1=1KΩ,R2=2KΩ，R3=4KΩ，R4=8KΩ，R5=16KΩ，R6=32KΩ，Rn=R1+R2+……R(n-1) +1kΩ。例如，当整个监控回路阻值为7Ω时可以唯一分解为R1=1KΩ,R2=2KΩ，R3=4KΩ，因此定位到模组1、模组2、模组3发生热失控，当整个监控回路阻值为8Ω时可以唯一识别为模组4发生热失控。
在另一实施例中，也可以把各个热失控监控模块内的内置电阻的阻值按一定规则进行设定，使任一个热失控监控模块产生电阻值变化时，就能及进定位找到该热失控监测模块，并根据电阻值与电池模组的编号来确定发生热失效的位置。当电池模组都未发生热失控时，监控回路阻值为0，当N个模组任何一个发生热失控，那么监控回路阻值为对应模组上端对应的电阻值，例如：模组1发生热失控，电芯热量熔断电芯上方的熔丝，此时对应熔丝回路断开，整个监控回路阻值为模组1上方对应电阻值R1，此时电池控制器采集为R1电阻值时，定位此时热失控模组为模组1。
如图5所示，还包括：整车控制器和冷却装置。所述电池控制器通过CAN总线与所述整车控制器相连，在所述电池控制器通过所述热失控监控模块监测到动力电池发生热失控时，所述电池控制器向所述整车控制器发送唤醒报文，所述整车控制器根据所述唤醒报文停止休眠，并控制冷却装置对动力电池进行冷却。
具体地，如图5所示，电池控制器的热失控监控模块由12V电源供常电，即使整车处于下电状态，该热失控监控模块依然以低功耗处于运行状态，保证车辆任何工况下的热失控状态检测。当电池控制器检测到熔丝断开时，唤醒整车控制器，由整车控制器启动相关制冷装置，对电池组进行快速散热，其中制冷装置可采用液冷系统。
可见，本发明提供一种动力电池热失控监测装置，通过在每个电池模组上设置热失控监控模块，以对单体电池进行监测，当单体电池发生热失控时，热失控监控模块的电阻值发生变化，电池控制器根据该电阻值确定失控模组。解决现有电动汽车对动力电池的热失控监测需要设置大量的传感器对单体电池的电压或温度进行监测，存在监测装置设计复杂，识别失控模组效率低的问题，能提高动力电池热失控的监测效率和准确性，改善电动汽车使用的安全性。
本发明还提供一种动力电池热失控模组定位方法，包括：
S1：在动力电池的每个电池模组上设置热失效监控模块，所述热失控监控模块用于在电池模组内的单体电池发生热失控时产生电阻值变化。
S2：将每个电池模组对应的所述热失控监控模块串接在所述电池控制器的输出端与输入端之间，以使所述电池控制器的输出端、串接的所述热失控监控模块和所述电池控制器的输入端形成电连接回路。
S3：所述电池控制器通过所述电连接回路实时采集所述热失控监控模块的电阻值，以对动力电池内的各电池模组进行热失控监控，并根据所述热失控监控模块产生的电阻值确定热失控的电池模组。
进一步，该方法还包括：
S4：设置所述热失效监控模块的电阻值与电池模组对应的编号一一对应。
S5：所述电池控制器根据所述热失效监控模块产生的电阻值确定发生热失控的电池模组对应的编号。
更进一步，该方法还包括：
S6：在所述热失控监控模块产生电阻变化时，所述电池控制器向整车控制器发送唤醒报文，以使整车控制器停止休眠。
S7：所述整车控制器根据所述唤醒报文控制冷却装置对动力电池进行冷却。
可见，本发明提供一种动力电池热失控模组定位方法，通过在每个电池模组上设置热失控监控模块，以对单体电池进行监测，当单体电池发生热失控时，热失控监控模块的电阻值发生变化，电池控制器根据该电阻值确定失控模组。解决现有电动汽车对动力电池的热失控监测需要设置大量的传感器对单体电池的电压或温度进行监测，存在监测装置设计复杂，识别失控模组效率低的问题，能提高动力电池热失控的监测效率和准确性，改善电动汽车使用的安全性。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种动力电池热失控监测装置，其特征在于，包括：电池控制器和热失控监控模块；
所述热失控监控模块设置在动力电池内部，每个电池模组都设有对应的所述热失控监控模块，所述热失控监控模块用于在电池模组内的单体电池发生热失控时产生电阻值变化；
将每个电池模组对应的所述热失控监控模块串接在所述电池控制器的输出端与输入端之间，使所述电池控制器的输出端、串接的所述热失控监控模块和所述电池控制器的输入端形成电连接回路；
所述电池控制器的输出端输出设定电流，并使电流流经串接的各个所述热失控监控模块，所述电池控制器通过所述电连接回路实时采集所述热失控监控模块的电阻值，当其中一个所述热失控监控模块的电阻值发生变化时，所述电池控制器的输入端接收到的电流值也发生变化，所述电池控制器根据接收到的电流值计算出所述热失控监控模块产生的电阻值，并根据该电阻值确定具体那个电池模组产生了热失控；
所述电池控制器通过CAN总线与整车控制器相连，在所述电池控制器通过所述热失控监控模块监测到动力电池发生热失控时，所述电池控制器向所述整车控制器发送唤醒报文，所述整车控制器根据所述唤醒报文停止休眠，并控制冷却装置对动力电池进行冷却；
所述热失控监控模块包括：熔丝和内置电阻；
所述内置电阻的一端作为所述热失控监控模块的输入端，所述内置电阻的另一端作为所述热失控监控模块的输出端；
所述熔丝与所述内置电阻并联在一起，在所述熔丝连通时，所述内置电阻被所述熔丝短接，在所述熔丝熔断时，所述电连接回路的电流通过所述内置电阻，使所述热失控监控模块的电阻值产生变化。
2.根据权利要求1所述的动力电池热失控监测装置，其特征在于，所述热失控监控模块还包括：第一侧板和第二侧板；
所述第一侧板和所述第二侧板均设有线槽，所述第一侧板与所述第二侧板卡合时将所述熔丝和所述内置电阻内置在所述线槽内，以形成保护外壳。
3.根据权利要求2所述的动力电池热失控监测装置，其特征在于，所述第一侧板设置在所述电池模组的一侧，所述第二侧板设置在所述电池模组的另一侧，所述第一侧板和所述第二侧板上设有固定孔，并通过所述固定孔与所述电池模组的壳体固定。
4.根据权利要求3所述的动力电池热失控监测装置，其特征在于，所述线槽内设置有多组并联的熔丝和内置电阻，每一组并联的熔丝和内置电阻对应电池模组内的一个单体电池。
5.根据权利要求4所述的动力电池热失控监测装置，其特征在于，设置在每个电池模组上的所述热失控监控模块所对应的内置电阻的阻值与电池模组的编号一一对应，在所述热失控监控模块的熔丝熔断时，所述热失控监控模块的阻值等于对应的内置电阻的阻值；
所述电池控制器根据所述内置电阻的电阻值确定发生热失控的电池模组编号，并上报故障信息。
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