CN110203072A - 热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法，用于防止电池包发生热失控，所述电池包用于向外部负载供电，所述热失控防护装置包括电池管理系统及控制开关。所述控制开关的一端连接至所述电池管理系统后与所述电池包连接、另一端与所述电池包连接。所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。通过上述设计，使得电池包发生爆喷时，即可立即将电池包包含的各个单体电池之间断开连接，防止电池包发生热失控现象，从而提高了电池包的安全性。

Description

热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法

技术领域

本申请涉及新能源电池技术领域，具体而言，涉及一种热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法。

背景技术

动力电池是电动汽车的能源核心，为电动汽车行驶提供动力，然而动力电池在生产、装配成组和实际使用中，由于其包含的电芯的内部或外部含有缺陷等原因，可能会引起单体电池发生爆喷。当单体电池的电芯的正极与负极喷出物较多，且与集流板搭接形成同串短路时，会引起电池模组和整包的热失控，危及驾驶员和乘客的生命安全。

传统的电动汽车的动力电池无相应的预防此现象的措施，不利于动力电池的安全应用。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于，提供一种热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法，以解决上述问题。

本申请实施例提供了一种热失控防护装置，用于防止电池包发生热失控，所述电池包用于向外部负载供电，所述热失控防护装置包括电池管理系统及控制开关；

所述控制开关的一端连接至所述电池管理系统后与所述电池包连接、另一端与所述电池包连接；

所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

进一步地，所述控制开关为继电器，所述继电器包括控制端及输出端；

所述控制端与所述电池管理系统连接；

所述输出端的一端与所述电池管理系统连接、另一端与所述电池包连接；

所述控制端用于在所述电池管理系统的控制下控制所述输出端闭合或断开，在所述输出端闭合时，所述电池包、所述电池管理系统及所述继电器形成闭合回路。

进一步地，所述继电器为常开继电器。

进一步地，所述控制开关为三极管，所述三极管包括集电极、基极以及发射极，所述集电极与外部电源连接，所述基极与所述电池管理系统连接，所述发射极与所述电池包连接；

所述电池管理系统控制所述集电极与所述发射极导通或截止，在所述集电极与所述发射极导通时，所述电池包、所述电池管理系统及所述三极管形成闭合回路。

进一步地，所述热失控防护装置还包括监控板，所述监控板设置在所述电池包的一侧，所述监控板包括监控件，所述监控件与所述电池管理系统电连接；

所述监控件，用于在所述电池包发生爆喷且爆喷温度高于所述监控件的熔点时发生断裂；

所述电池管理系统，用于在检测到所述监控件发生断裂时，确定所述电池包发生爆喷。

进一步地，所述监控件为金属丝，所述金属丝包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端和所述第二接线端分别与所述电池管理系统连接。

进一步地，所述热失控防护装置还包括电池爆喷探测器，所述电池爆喷探测器设置于所述电池包包含的箱体内，用于采集所述箱体内的参数并传送给所述电池管理系统；

所述电池管理系统，用于分析所述参数，在所述参数超过预设阈值时，确定所述电池包发生爆喷。

进一步地，所述电池爆喷探测器包括烟雾浓度传感器以及温度传感器。

本申请实施例还提供了一种电源装置，包括电池包以及上述的热失控防护装置，所述电池包包括集流板及多个单体电池，所述集流板包括多个极耳，各所述单体电池通过所述极耳串联连接；

所述极耳在所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路后熔断，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

本申请实施例还提供一种热失控防护方法，应用于上述的热失控防护装置，所述方法包括：

所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法，用于防止电池包发生热失控，所述电池包用于向外部负载供电，所述热失控防护装置包括电池管理系统及控制开关。所述控制开关的一端连接至所述电池管理系统后与所述电池包连接、另一端与所述电池包连接。所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。通过上述设计，使得电池包发生爆喷时，即可立即将电池包包含的各个单体电池之间断开连接，防止电池包发生热失控现象，从而提高了电池包的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为本申请实施例提供的现有技术的电池爆喷物示意图。

图2为本申请实施例提供的热失控防护装置的连接示意图之一。

图3为本申请实施例提供的热失控防护装置的连接示意图之二。

图4为本申请实施例提供的热失控防护装置的连接示意图之三。

图5为本申请实施例提供的热失控防护装置的子部件的结构示意图之一。

图6为本申请实施例提供的热失控防护装置的子部件的结构示意图之二。

图7为本申请实施例提供的电源装置的电池爆喷物示意图。

图标：100-电源装置；1-热失控防护装置；10-电池管理系统；20-控制开关；21-继电器；211-控制端；212-输出端；22-三极管；221-集电极；222-基极；223-发射极；30-监控板；31-监控件；311-第一接线端；312-第二接线端；110-电池包；111-集流板；1112-极耳；112-单体电池。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

目前，动力电池中的单体电池由于自身存在缺陷或受到外部挤压等原因，会发生爆喷导致动力电池发生燃烧爆炸等热失控现象。请参阅图1，图1为单体电池发生爆喷后喷出物导致电池模组发生同串短路的示意图。单体电池发生爆喷后，其正极与负极均会产生喷出物。由于喷出物具有导电性，当喷出物较多时，单体电池的正极喷出物与负极喷出物分别与集流板搭接，形成同串短路(如图中箭头所示，箭头为单体电池的电流方向)。如此，逐渐造成电池模组和整包的热失控。

基于上述研究，本申请实施例提供了一种热失控防护装置、电源装置及热失控防护方法。通过设置与电池包连接的控制开关，在电池管理系统检测到电池包发生爆喷时，关闭控制开关以形成闭合回路，使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接。下面对上述设计进行详细阐述。

请参阅图2，本申请实施例提供一种热失控防护装置1，用于防止电池包110发生热失控，所述电池包110用于向外部负载(整车负载和整车开关等)供电，所述热失控防护装置1包括电池管理系统10及控制开关20。

所述控制开关20的一端连接至所述电池管理系统10后与所述电池包110连接、另一端与所述电池包110连接。

所述电池管理系统10在检测到所述电池包110发生爆喷时，控制所述控制开关20闭合，使所述电池包110、所述电池管理系统10及所述控制开关20形成闭合回路，以使所述电池包110包含的各个单体电池112之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

通过上述设计，使得电池包110发生爆喷时，通过使所述电池包110、所述电池管理系统10及所述控制开关20形成闭合回路，从而以将将电池包110包含的各个单体电池112之间断开连接，由于各个单体电池112之间并未连接，电池包110内没有电流，即使发生爆喷的单体电池112的爆喷物与集流板111搭接，也可避免同串短路造成电池包110热失控，从而提高了电池包110的安全性。

请参阅图3，作为一种实施方式，所述控制开关20为继电器21，所述继电器21包括控制端211及输出端212。

所述控制端211与所述电池管理系统10连接。所述输出端212的一端与所述电池管理系统10连接、另一端与所述电池包110连接。

所述控制端211用于在所述电池管理系统10的控制下控制所述输出端212闭合或断开，在所述输出端212闭合时，所述电池包110、所述电池管理系统10及所述继电器21形成闭合回路。

其中，本申请实施例中，所述继电器21为常开继电器。

在一种实施方式中，电池管理系统10控制继电器21闭合或断开的方式可以是，电池管理系统10输出电压至控制端211，使得控制端211中存在电流，此时，处于常开状态的继电器21的输出端212闭合，使得电池包110、电池管理系统10及继电器21形成闭合回路。反之，电池管理系统10不输出电压至控制端211，则继电器21的输出端212断开，使得继电器21与电池包110及电池管理系统10断路。

如此，可通过电池管理系统10通过控制继电器21的开断，来控制闭合回路的形成与否。

请参阅图4，作为另一种实施方式，所述控制开关20为三极管22，所述三极管22包括集电极221、基极222以及发射极223，所述集电极221与外部电源(Vcc)连接，所述基极222与所述电池管理系统10连接，所述发射极223与所述电池包110连接。

所述电池管理系统10控制所述集电极221与所述发射极223导通或截止，在所述集电极221与所述发射极223导通时，所述电池包110、所述电池管理系统10及所述三极管22形成闭合回路。

电池管理系统10可通过控制给予基极222的电压的高低来控制三极管22导通或截止。当电池管理系统10给基极222提供低电平时，三级管处于截止状态(即集电极221与发射极223未导通)，此时电池包110、电池管理系统10及所述三极管22未连通，其中没有电流通过。当电池管理系统10给基极222提供高电平时，三极管22处于导通状态(即集电极221与发射极223导通)，此时电池包110、电池管理系统10及所述三极管22连通。

所述三极管22的具体型号可以是，9011三极管、2N4124三极管或S9014三极管等。其外部电源可以是独立的电源，如纽扣电池等。

请结合参阅图2与图5，在一种实施方式中，所述热失控防护装置1还包括监控板30，所述监控板30设置在所述电池包110的一侧，所述监控板30包括监控件31，所述监控件31与所述电池管理系统10电连接。

所述监控件31，用于在所述电池包110发生爆喷且爆喷温度高于所述监控件31的熔点时发生断裂。

所述监控件31为金属丝，所述金属丝包括第一接线端311和第二接线端312，所述第一接线端311和所述第二接线端312分别与所述电池管理系统10连接。其中，金属丝可以是锡丝或铝丝。金属丝均匀并密集地折绕设置于底板上，使得在某一个单体电池112发生爆喷时，即可立即熔断金属丝，避免电池包110发生热失控。

所述电池管理系统10，用于在检测到所述监控件31发生断裂时，确定所述电池包110发生爆喷。

当与电池管理系统10连接的金属丝发生断裂时，电池管理系统10与监控板30之间断路，电池管理系统10不再接收到金属丝中通过第一接线端311或第二接线端312发送的电流信号，则确定电池包110发生爆喷。

需要说明的是，监控板30的具体原理和结构可参照现有技术，在此不做赘述。

在另一种实施方式中，所述热失控防护装置1还包括电池爆喷探测器，所述电池爆喷探测器设置于所述电池包110包含的箱体内，用于采集所述箱体内的参数并传送给所述电池管理系统10。

所述电池爆喷探测器包括烟雾浓度传感器以及温度传感器。烟雾浓度传感器以及温度传感器分别用于采集箱体内的烟雾浓度数据与温度数据，当电池包110内的单体电池112发生爆喷后，箱体内的温度会在短时间内上升，同时产生一定的烟雾。因此，采集到箱体内的烟雾浓度数据与温度数据后将此参数发送至电池管理系统10，由电池管理系统10分析后即可判断电池包110是否发生爆喷。

所述电池管理系统10，用于分析所述参数，在所述参数超过预设阈值时，确定所述电池包110发生爆喷。可选地，预设阈值可以是通过大量实验确定出的数值，如温度对应的预设阈值为85℃，烟雾浓度对应的预设阈值为10％FT。当烟雾浓度与温度均超过各自的预设阈值后，即可确定电池包110发生爆喷。

其中，烟雾传感器的具体型号可以是D4240烟雾浓度传感器或MO-2半导体烟雾浓度传感器等。温度传感器的具体型号可以是pt100温度传感器或AD590温度传感器等。

可以理解的是，上述实施例中提出的监控板30和电池爆喷探测器还可以是其他任何可以检测电池包110是否发生爆喷的装置。

请结合参阅图6及图7，本申请实施例还提供一种电源装置100，包括电池包110以及上述的热失控防护装置1，所述电池包110包括集流板111及多个单体电池112，所述集流板111包括多个极耳1112，各所述单体电池112通过所述极耳1112串联连接。

在一种实施方式中，多个单体电池112平行排列，极耳1112从单体电池112中伸出后与集流板111连接，如此，使得多个单体电池112通过极耳1112串联。

所述极耳1112在所述电池包110、所述电池管理系统10及所述控制开关20形成闭合回路后熔断，以使所述电池包110包含的各个单体电池112之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

极耳1112的材质可以是铝、镍或铜镀镍。这些材料具有良好的导电性，同时熔点较低，一般在140℃左右。便于在电池包110处于正常工作状态时导电，在电池包110处于非正常状态下，温度达到熔点后断裂，使得各个单体电池112之间断开连接。

所述极耳1112在所述电池包110、所述电池管理系统10及所述控制开关20形成闭合回路后相当于电池包110发生了电源短路，由于极耳1112的电阻很小，此时回路中的电流会非常大，使得极耳1112的温度升高，在温度达到极耳1112的熔点后，极耳1112便发生了熔断。

由于极耳1112熔断后，电池包110内的各个单体电池112之间断开了连接，减小了流经单体电池112的电芯的电流，缓解了因单体电池112发生爆喷处最高温度的上升，使最高温度低于热失控的临界温度(电池包110的隔膜的融化温度)，进而使得电池包110停止向外部供电，如此，防止了电池包110发生热失控现象，从而避免电池发生燃烧或爆炸，保障了使用者的安全。

其中，热失控防护装置1的具体原理与有益效果可参考上述对热失控防护装置1的具体描述，在此不做赘述。

本申请实施例还提供一种热失控防护方法，应用于上述的热失控防护装置1，所述方法包括：

所述电池管理系统10在检测到所述电池包110发生爆喷时，控制所述控制开关20闭合，使所述电池包110、所述电池管理系统10及所述控制开关20形成闭合回路，以使所述电池包110包含的各个单体电池112之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

其中，本实施例提供的热失控防护方法的具体原理与有益效果可参考上述对热失控防护装置1的具体描述，在此不做赘述。

综上所述，本申请实施例提供了一种热失控防护装置1、电源装置及热失控防护方法，用于防止电池包110发生热失控，所述电池包110用于向外部负载供电，所述热失控防护装置1包括电池管理系统10及控制开关20。所述控制开关20的一端连接至所述电池管理系统10后与所述电池包110连接、另一端与所述电池包110连接。所述电池管理系统10在检测到所述电池包110发生爆喷时，控制所述控制开关20闭合，使所述电池包110、所述电池管理系统10及所述控制开关20形成闭合回路，以使所述电池包110包含的各个单体电池112之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。通过上述设计，使得电池包110发生爆喷时，即可立即将电池包110包含的各个单体电池112之间断开连接，由于单体电池112之间并未连接，电池包110内没有电流，即使单体电池112的爆喷物与集流板111搭接，也可避免同串短路造成电池包110热失控，从而提高了电池包110的安全性。

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

Claims (10)

1.一种热失控防护装置，其特征在于，用于防止电池包发生热失控，所述电池包用于向外部负载供电，所述热失控防护装置包括电池管理系统及控制开关；

所述控制开关的一端连接至所述电池管理系统后与所述电池包连接、另一端与所述电池包连接；

所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

2.根据权利要求1所述的热失控防护装置，其特征在于，所述控制开关为继电器，所述继电器包括控制端及输出端；

所述控制端与所述电池管理系统连接；

所述输出端的一端与所述电池管理系统连接、另一端与所述电池包连接；

所述控制端用于在所述电池管理系统的控制下控制所述输出端闭合或断开，在所述输出端闭合时，所述电池包、所述电池管理系统及所述继电器形成闭合回路。

3.根据权利要求2所述的热失控防护装置，其特征在于，所述继电器为常开继电器。

4.根据权利要求1所述的热失控防护装置，其特征在于，所述控制开关为三极管，所述三极管包括集电极、基极以及发射极，所述集电极与外部电源连接，所述基极与所述电池管理系统连接，所述发射极与所述电池包连接；

所述电池管理系统控制所述集电极与所述发射极导通或截止，在所述集电极与所述发射极导通时，所述电池包、所述电池管理系统及所述三极管形成闭合回路。

5.根据权利要求1所述的热失控防护装置，其特征在于，所述热失控防护装置还包括监控板，所述监控板设置在所述电池包的一侧，所述监控板包括监控件，所述监控件与所述电池管理系统电连接；

所述监控件，用于在所述电池包发生爆喷且爆喷温度高于所述监控件的熔点时发生断裂；

所述电池管理系统，用于在检测到所述监控件发生断裂时，确定所述电池包发生爆喷。

6.根据权利要求5所述的热失控防护装置，其特征在于，所述监控件为金属丝，所述金属丝包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端和所述第二接线端分别与所述电池管理系统连接。

7.根据权利要求1所述的热失控防护装置，其特征在于，所述热失控防护装置还包括电池爆喷探测器，所述电池爆喷探测器设置于所述电池包包含的箱体内，用于采集所述箱体内的参数并传送给所述电池管理系统；

所述电池管理系统，用于分析所述参数，在所述参数超过预设阈值时，确定所述电池包发生爆喷。

8.根据权利要求7所述的热失控防护装置，其特征在于，所述电池爆喷探测器包括烟雾浓度传感器以及温度传感器。

9.一种电源装置，其特征在于，包括电池包以及权利要求1-8任意一项所述的热失控防护装置，所述电池包包括集流板及多个单体电池，所述集流板包括多个极耳，各所述单体电池通过所述极耳串联连接；

所述极耳在所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路后熔断，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。

10.一种热失控防护方法，其特征在于，应用于根据权利要求1-8任意一项所述的热失控防护装置，所述方法包括：

所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。