CN110676530A - 串联电池组的防热失控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联电池组的防热失控系统，其中，串联电池组包括N个电池芯和M个备用电池芯，防热失控系统包括高导热层、低导热材料、热管、温度传感器、第一可控开关、第二可控开关和控制器，每个高导热层包裹对应的电池芯或备用电池芯；低导热材料包裹每个高导热层，并填充每两个高导热层间的间隔；每个温度传感器用于检测对应的高导热层内电池芯或备用电池芯的温度；每个电池芯和每个备用电池芯均与对应的第一可控开关串联构成串联支路，N+M个串联支路依次串联；每个第二可控开关与对应的电池芯或备用电池芯所在的串联支路相并联；控制器用于根据每个电池芯和每个备用电池芯的温度对每个第一可控开关和每个第二可控开关的开闭状态进行控制。

Description

串联电池组的防热失控系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种串联电池组的防热失控系统。
背景技术
随着电动汽车的推广和使用，由电池组的热失控引发的安全事故受到了人们的广泛关注。引起电池组热失控的原因有很多，如电池组受到挤压或穿刺、电池芯老化、过度充放电和局部过热等等。电池组一旦出现热失控，宏观上首先可观察到电池组局部出现温度异常，由于出现异常的电池芯内阻变大，在进一步充放电时会释放出大量热量，如果不能得到有效控制，当热量持续聚集时，异常电池芯周围的其他电池芯也会因为温度升高而发生热失控，从而使得热量在电池组中不断传播，整个电池组发生热失控，导致起火或爆炸。
发明内容
发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种串联电池组的防热失控系统，能够在有效避免串联电池组发生热失控的同时，保障串联电池组的正常运行。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种串联电池组的防热失控系统，所述串联电池组包括N个电池芯和M个备用电池芯，其中，N和M均为正整数，所述防热失控系统包括：对应每个所述电池芯和每个所述备用电池芯设置的高导热层，其中，每个所述高导热层包裹对应的电池芯或备用电池芯；低导热材料，所述低导热材料包裹每个所述高导热层，并填充每两个所述高导热层间的间隔；对应每个所述高导热层设置的热管，其中，每个所述热管的一端插入所述低导热材料并与对应的高导热层相接、另一端位于所述低导热材料之外；对应每个所述高导热层设置的温度传感器，其中，每个所述温度传感器与对应的高导热层相接，以检测对应的高导热层内电池芯或备用电池芯的温度；对应每个所述电池芯和每个所述备用电池芯设置的第一可控开关，其中，每个所述电池芯和每个所述备用电池芯均与对应的第一可控开关串联构成串联支路，N+M个所述串联支路依次串联；对应每个所述电池芯和每个所述备用电池芯设置的第二可控开关，其中，每个所述第二可控开关与对应的电池芯或备用电池芯所在的串联支路相并联；控制器，所述控制器分别与每个所述温度传感器、每个所述第一可控开关和每个所述第二可控开关相连，所述控制器用于根据每个所述电池芯和每个所述备用电池芯的温度对每个所述第一可控开关和每个所述第二可控开关的开闭状态进行控制。
根据本发明实施例的串联电池组的防热失控系统，通过采用低导热材料来阻断和抑制热量在电池芯单体间的传播，并通过采用高导热层与热管结合的方法实现电池芯单体的有效散热，以及通过温度传感器对各电池芯单体的温度进行实时监控，以及时发现过热电池芯，然后通过控制器控制相应串联支路中可控开关及与串联支路并联的可控开关的开闭，达到及时切断过热电池芯的工作电路并接入备用电池芯的效果，能够在有效避免串联电池组发生热失控的同时，保障串联电池组的正常运行。
另外，根据本发明上述实例提出的串联电池组的防热失控系统还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述高导热层为石墨烯薄膜。
进一步地，所述低导热材料为气凝胶保温材料。
进一步地，对应所述电池芯设置的第一可控开关常闭，对应所述备用电池芯设置的第一可控开关常开，对应所述电池芯设置的第二可控开关常开，对应所述备用电池芯设置的第二可控开关常闭，所述控制器在任意一个或多个所述电池芯的温度大于温度阈值时，控制该一个或多个所述电池芯对应的第一可控开关断开、第二可控开关闭合，并控制相应数量的所述备用电池芯对应的第一可控开关闭合、第二可控开关断开。
附图说明
图1为本发明一个实施例的串联电池组的防热失控系统的第一部分结构示意图；
图2为本发明一个实施例的串联电池组的防热失控系统的第二部分结构示意图；
图3为本发明一个实施例的串联电池组的防热失控系统在电池芯正常状态下的电路连接示意图；
图4为本发明一个实施例的串联电池组的防热失控系统在电池芯过热状态下的电路连接示意图。
附图标记：
10-高导热层；20-低导热材料；30-热管；40-温度传感器；50-第一可控开关；60-第二可控开关；70-控制器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
串联电池组由多个电池芯单体串联构成。如图1所示，本发明实施例的串联电池组可包括N个电池芯和M个备用电池芯，其中，N和M均为正整数。
如图1和图2(图2中以M＝1为例)所示，本发明实施例的串联电池组的防热失控系统包括：对应每个电池芯和每个备用电池芯设置的高导热层10、低导热材料20、对应每个高导热层10设置的热管30、对应每个高导热层10设置的温度传感器40、对应每个电池芯和每个备用电池芯设置的第一可控开关50、对应每个电池芯和每个备用电池芯设置的第二可控开关60以及控制器70。其中，每个高导热层10包裹对应的电池芯或备用电池芯；低导热材料20包裹每个高导热层10，并填充每两个高导热层10间的间隔；每个热管30的一端插入低导热材料20并与对应的高导热层10相接、另一端位于低导热材料20之外；每个温度传感器40与对应的高导热层10相接，以检测对应的高导热层10内电池芯或备用电池芯的温度；每个电池芯和每个备用电池芯均与对应的第一可控开关50串联构成串联支路，N+M个串联支路依次串联；每个第二可控开关60与对应的电池芯或备用电池芯所在的串联支路相并联；控制器70分别与每个温度传感器40、每个第一可控开关50和每个第二可控开关60相连，控制器70用于根据每个电池芯和每个备用电池芯的温度对每个第一可控开关50和每个第二可控开关60的开闭状态进行控制。
在本发明的一个实施例中，高导热层10可为石墨烯薄膜，低导热材料20可为气凝胶保温材料。本发明实施例使用的石墨烯薄膜是采用多层石墨烯堆叠而成的高定向导热膜，导热系数高且机械性能好，高导热石墨烯薄膜与热管结合可实现电池芯单体(包括电池芯和备用电池芯)的有效散热。本发明实施例使用的气凝胶保温材料与一般的保温材料相比，导热系数较低，可以有效地起到隔热的作用，能够在任意一个或多个电池芯单体过热时，阻断和抑制热量在电池芯单体间的传播。
在本发明的一个实施例中，温度传感器40可直接与高导热层10相接，由于高导热层10具有高导热性，所以可将温度传感器40检测到的温度视作电池芯单体的温度，并且检测迅速，能够提高后续对可控开关控制的实时性。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，对应电池芯设置的第一可控开关50常闭，对应备用电池芯设置的第一可控开关50常开，对应电池芯设置的第二可控开关60常开，对应备用电池芯设置的第二可控开关60常闭。在N个电池芯的温度均不大于温度阈值，即均未发生过热时，串联电池组可以图3所示的开关开闭状态进行工作。而在任意一个或多个电池芯的温度大于温度阈值时，控制器70可控制该一个或多个电池芯对应的第一可控开关断开、第二可控开关闭合，并控制相应数量的备用电池芯对应的第一可控开关闭合、第二可控开关断开。举例而言，如图4所示，在电池芯1的温度大于温度阈值时，控制器70可控制电池芯1对应的第一可控开关断开、第二可控开关闭合，并控制任一备用电池芯，例如备用电池芯1对应的第一可控开关闭合、第二可控开关断开。也就是说，在任意一个或多个电池芯过热时，可以启用相应数量的备用电池芯，以顶替过热的电池芯工作。由此，能够在有效避免串联电池组发生热失控的同时，保障串联电池组的正常运行。
本发明实施例的备用电池芯的个数M可根据并联电池组在运行时可能发生过热的电池芯的数量进行设定，应当理解的是，电池芯单体的质量越高，越不容易发生过热，因此，当电池芯质量较高时，M可设为1，而当电池芯质量一般时，M可适当增加。
应当理解的是，顶替过热电池芯工作的备用电池芯也可能出现过热。当M不为1，即备用电池芯为多个时，如果任意一个或多个顶替过热电池芯工作的备用电池芯的温度大于温度阈值，则控制器70可控制该一个或多个过热的备用电池芯对应的第一可控开关50断开、第二可控开关60闭合，并控制相应数量未启用的备用电池芯对应的第一可控开关闭合、第二可控开关断开。
根据本发明实施例的串联电池组的防热失控系统，通过采用低导热材料来阻断和抑制热量在电池芯单体间的传播，并通过采用高导热层与热管结合的方法实现电池芯单体的有效散热，以及通过温度传感器对各电池芯单体的温度进行实时监控，以及时发现过热电池芯，然后通过控制器控制相应串联支路中可控开关及与串联支路并联的可控开关的开闭，达到及时切断过热电池芯的工作电路并接入备用电池芯的效果，由此，能够在有效避免串联电池组发生热失控的同时，保障串联电池组的正常运行。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种串联电池组的防热失控系统，其特征在于，所述串联电池组包括N个电池芯和M个备用电池芯，其中，N和M均为正整数，所述防热失控系统包括：
对应每个所述电池芯和每个所述备用电池芯设置的高导热层，其中，每个所述高导热层包裹对应的电池芯或备用电池芯；
低导热材料，所述低导热材料包裹每个所述高导热层，并填充每两个所述高导热层间的间隔；
对应每个所述高导热层设置的热管，其中，每个所述热管的一端插入所述低导热材料并与对应的高导热层相接、另一端位于所述低导热材料之外；
对应每个所述高导热层设置的温度传感器，其中，每个所述温度传感器与对应的高导热层相接，以检测对应的高导热层内电池芯或备用电池芯的温度；
对应每个所述电池芯和每个所述备用电池芯设置的第一可控开关，其中，每个所述电池芯和每个所述备用电池芯均与对应的第一可控开关串联构成串联支路，N+M个所述串联支路依次串联；
对应每个所述电池芯和每个所述备用电池芯设置的第二可控开关，其中，每个所述第二可控开关与对应的电池芯或备用电池芯所在的串联支路相并联；
控制器，所述控制器分别与每个所述温度传感器、每个所述第一可控开关和每个所述第二可控开关相连，所述控制器用于根据每个所述电池芯和每个所述备用电池芯的温度对每个所述第一可控开关和每个所述第二可控开关的开闭状态进行控制。
2.根据权利要求1所述的串联电池组的防热失控系统，其特征在于，所述高导热层为石墨烯薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的串联电池组的防热失控系统，其特征在于，所述低导热材料为气凝胶保温材料。
4.根据权利要求1所述的串联电池组的防热失控系统，其特征在于，对应所述电池芯设置的第一可控开关常闭，对应所述备用电池芯设置的第一可控开关常开，对应所述电池芯设置的第二可控开关常开，对应所述备用电池芯设置的第二可控开关常闭，所述控制器在任意一个或多个所述电池芯的温度大于温度阈值时，控制该一个或多个所述电池芯对应的第一可控开关断开、第二可控开关闭合，并控制相应数量的所述备用电池芯对应的第一可控开关闭合、第二可控开关断开。
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