CN110838600A - 一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，包括电池包本体和惰性气罐，所述电池包本体的箱体内部设置有电池模组、以及用于监控电池模组状态的BMS模块和BDU模块，所述箱体内还设置有与BMS模块电性连接的热失控监控器，所述惰性气罐的出口通过输气管路与电池包本体的箱体内部连通，所述输气管路上安装有受控于BMS模块的电磁阀，所述箱体的一端还设置有平衡透气阀。本发明部件集成简便、安全可靠、检测精度高、反应及时率高、遏制性有效性高，并且系统的部件固定性可调、通用性和实用性好，在热失控进行预防后的同时，可有效的对热失控进行监测和遏制，从而可有效的对热失控进行可控实现。

Description

一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统及运行 方法
技术领域
本发明属于电池包管理技术领域，具体涉及一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，尤其还涉及一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法。
背景技术
近几年，随着电动汽车行业的飞速发展,国内新能源车的保有量和需求量逐年增加,同时新能源车的安全问题逐渐被重视,而安全问题主要集中在锂离子动力电池的热失控上面,所谓热失控指的是电池包内锂电池内部化学异常反应和外部受到滥用等综合情况下，出现高热集中情况导致锂电池内部成分分解气化甚至出现起火爆炸的现象。锂离子电池在热失控开始时，由于高热产生，会造成锂电池内部隔膜和三元材料分解以及电解液和SEI膜分解，内部成分分解后会产生可燃烷类气体和助燃气体，同时锂电池内部受高压膨胀，导致锂电池内部成分泄露，与外部氧气接触，在高温下作用下，最终导致锂离子电池发生起火甚至爆炸，对使用者的生命安全和财产安全造成极大威胁。
现阶段国内针对锂离子电池包发生热失控的问题采用的是预防和警示措施，未做到完全的控制，但是预防和警示不能完全避免热失控的发生，仍存在一定概率出现电动汽车发生起火的情况。发生本发明的意义在于使得热失控为可控状态，避免锂电池发生热失控时出现电池包发生起火的情况，对热扩散反应进行及时阻断，以保证使用者的生命安全和财产安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统及运行方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术针对锂离子电池包发生热失控的问题采用的是预防和警示措施，未做到完全的控制，但是预防和警示不能完全避免热失控的发生，仍存在一定概率出现电动汽车发生起火的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，包括电池包本体和惰性气罐，所述电池包本体的箱体内部设置有电池模组、以及用于监控电池模组状态的BMS模块和BDU模块，所述箱体内还设置有与BMS模块电性连接的热失控监控器，所述BMS模块以及BDU模块分别通过通讯线束与外部通讯连接，所述惰性气罐的出口通过输气管路与电池包本体的箱体内部连通，所述输气管路上安装有受控于BMS模块的电磁阀，所述箱体的一端还设置有平衡透气阀。
优选的，所述BDU模块用于对电池充放电安全保护及电池检测通信，具有电路散热，电池加温功能，同时通过电源分电电路分配电流到各设备，并提供BMS电池管理系统。
优选的，所述BMS模块通过传感器对电池模组的电压、电流、温度进行实时检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告电池劣化程度和剩余容量状态；所述BMS模块还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程，以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统进行实时通信。
本发明还提供了一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，包括如下步骤：
S1、将本新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统搭载整车后，当车搭载的电池包本体内部的电池模组中某块电芯异常，初步产生高热反应，导致温升速率提高为非常态值或温度超过BMS模块设定的热失控温度值时，根据温度数据，BMS模块发送整车卸载需求信号，整车在规定时间内完成卸载后，BMS模块控制电池包内BDU模块切断高压；
S2、热失控监控器监控包内压力和气体成份值、烟雾值分反馈给BMS模块，若热失控监控器监控包内压力增加及可燃气体、烟雾指标达到警报值，及时将信息反馈给BMS模块，BMS模块直接控制电池包内BDU模块切断高压，同时控制电磁阀打开，惰性气罐内惰性气体通过输气管路进入包内，使惰性气体充盈电池包内；
S3、将电池包内高温气体烟雾和烟雾通过平衡透气阀排到包外，在排出气体和烟雾的同时，带走包内的反应热量，防止电池包本体的箱体内部发生热扩散及出现内部着火；
S4、当排气后内部各成分指标达到设定的安全值后，则BMS模块根据压力值控制电磁阀的开关进行间断性输气，确保包内外压差存在低压差即可，以确保罐内的惰性气体可长效的控制热失控和热扩散，直至异常电芯反应平稳。
优选的，在S1中，若整车接收卸载信号在规定时间内无反应，则BMS模块强制控制BDU模块断开高压。
优选的，在S2中，若压力值变化不明显且可燃气体和烟雾值无变化，则BMS模块与整车通讯交互，反馈整车电池包本体电芯故障信息，整车根据信息做出相关提示，提示车内人员离车等待救援，以确保用车人的人身安全。
优选的，在S3中，惰性气罐排气的同时，热失控监控器同步监控电池包内压力值，实时反馈给BMS模块，BMS模块根据压力值控制电磁阀的开关，以防止包内压力过高，导致发生爆破。
优选的，在S4中，气罐排气的同时，BMS将热失控信息传递至整车，整车做出相应动作和警报，提示车内人员远离车辆并呼叫救援，以保证车辆使用人的财产和人身安全。
本发明的技术效果和优点：现有技术中从预防和警示的角度出发，主要致力于锂离子电池包装车前的系统和零部件级别的验证，同时实现整车运行后的信号监测。与现有技术相比较，本发明提供了一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，其部件集成简便、安全可靠、检测精度高、反应及时率高、遏制性有效性高，并且系统的部件固定性可调、通用性和实用性好，在热失控进行预防后的同时，可有效的对热失控进行监测和遏制，从而可有效的对热失控进行可控实现。
附图说明
图1为本发明一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统框图；
图2为本发明一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统功能性框图。
图中：1、电池包本体；2、惰性气罐；3、电磁阀；4、输气管路；11、箱体；12、BDU模块；13、BMS模块；14、电池模组；15、热失控监控器；16、平衡透气阀；17、通讯线束。
具体实施方式
下面将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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
本发明提供了如图1-2所示的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，包括电池包本体1和惰性气罐2，所述电池包本体1的箱体11内部设置有电池模组14、以及用于监控电池模组14状态的BMS模块13和BDU模块12，所述箱体11内还设置有与BMS模块13电性连接的热失控监控器15，所述BMS模块13以及BDU模块12分别通过通讯线束17与外部通讯连接，所述惰性气罐2的出口通过输气管路4与电池包本体1的箱体11内部连通，所述输气管路4上安装有受控于BMS模块13的电磁阀3，所述箱体11的一端还设置有平衡透气阀16。本发明各部件位置情况如附图1所示：惰性气罐2、电磁阀3、输气管路4等位于电池包外，皆采用机械固定方式固定在整车上，BDU模块12、BMS模块13、热失控监控器15、平衡透气阀16、电池模组14等位于电池包内，皆采用机械固定方式固定在电池包的箱体11上。系统高压连接采用铜排和高压插件，低压控制和采集连接采用线束和低压插件，不同电池包内外部件布置位置不同(图1仅为示意图，具体以电池包本体内部空间布置为主，功能实现原理相同)。
所述BDU模块12用于对电池充放电安全保护及电池检测通信，具有电路散热，电池加温功能，同时通过电源分电电路分配电流到各设备，并提供BMS电池管理系统。所述BMS模块13通过传感器对电池模组14的电压、电流、温度进行实时检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告电池劣化程度和剩余容量状态；所述BMS模块13还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程，以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统进行实时通信。
本发明新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，包括如下步骤：
S1、将本新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统搭载整车后，当车搭载的电池包本体1内部的电池模组14中某块电芯异常，初步产生高热反应，导致温升速率提高为非常态值或温度超过BMS模块13设定的热失控温度值时，根据温度数据，BMS模块13发送整车卸载需求信号，整车在规定时间内完成卸载后，BMS模块13控制电池包内BDU模块12切断高压；若整车接收卸载信号在规定时间内无反应，则BMS模块13强制控制BDU模块12断开高压；
S2、热失控监控器15监控包内压力和气体成份值、烟雾值分反馈给BMS模块13，若热失控监控器15监控包内压力增加及可燃气体、烟雾指标达到警报值，及时将信息反馈给BMS模块13，BMS模块13直接控制电池包本体1内BDU模块12切断高压，同时控制电磁阀3打开，惰性气罐2内惰性气体通过输气管路4进入包内，使惰性气体充盈电池包内；若压力值变化不明显且可燃气体和烟雾值无变化，则BMS模块13与整车通讯交互，反馈整车电池包本体1电芯故障信息，整车根据信息做出相关提示，提示车内人员离车等待救援，以确保用车人的人身安全；
S3、将电池包内高温气体烟雾和烟雾通过平衡透气阀16排到包外，在排出气体和烟雾的同时，带走包内的反应热量，防止电池包本体1的箱体11内部发生热扩散及出现内部着火；惰性气罐2排气的同时，热失控监控器15同步监控电池包内压力值，实时反馈给BMS模块13，BMS模块13根据压力值控制电磁阀3的开关，以防止包内压力过高，导致发生爆破；
S4、当排气后内部各成分指标达到设定的安全值后，则BMS模块13根据压力值控制电磁阀3的开关进行间断性输气，确保包内外压差存在低压差即可，以确保罐内的惰性气体可长效的控制热失控和热扩散，直至异常电芯反应平稳；气罐排气的同时，BMS将热失控信息传递至整车，整车做出相应动作和警报，提示车内人员远离车辆并呼叫救援，以保证车辆使用人的财产和人身安全。
本发明新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统在实际使用中，锂离子电池系统内电芯出现热失控或热失控前期出现热集中时,BMS电池管理系统分析传感器上传数据并下发反应指令,高压系统断电,必要条件下,惰性气罐气阀打开,排出箱体内部高温可燃其他和助燃气体，同时排出气体时带走包内热量；BMS管理系统监控传感参数并控制电磁阀输气量；在装置触发后，传感器监控内部压力值，稳定控制气罐放气量，防止高压爆破，同时确保内外压差，防止外部氧气进入电池包箱体；管路通道上电磁阀的应用；通过电磁阀的开关，控制气罐内惰性气体的输入量，实现电池包内的充盈排气和电池包内外压差保证。电磁阀、热失控监控器与BMS管理系统的信号交互。
本发明还具有以下优点：
1、通用性强；本控制系统可在不同车型进行搭载，选用电器及机械部件皆为成熟应用产品，且锂电池包内的空间不受系统影响，具有通用可搭载性；
2、功能强大；锂离子电池包热失控控制系统，可对电池包内部的温度变化、可燃气体成分变化、内部气压变化进行实时监控，同时可根据内部监控数据实时调节惰性气罐的输气量，以保证罐内气体实施保护性的长效性；
3、投入成本低；部件成熟度高，投入成本低，且电池包热失控维护后，非失控部件可再利用；
4、安全可靠；克服了电池系统热失控后发生热扩散将导致整车烧毁的问题，保证了使用人的财产安全和人身安全；
5、便于操作；整套系统无复杂结构，固定皆为机械连接，控制为信号端子插接互通，排气为管路插接，便于操作。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，包括电池包本体(1)和惰性气罐(2)，其特征在于：所述电池包本体(1)的箱体(11)内部设置有电池模组(14)、以及用于监控电池模组(14)状态的BMS模块(13)和BDU模块(12)，所述箱体(11)内还设置有与BMS模块(13)电性连接的热失控监控器(15)，所述BMS模块(13)以及BDU模块(12)分别通过通讯线束(17)与外部通讯连接，所述惰性气罐(2)的出口通过输气管路(4)与电池包本体(1)的箱体(11)内部连通，所述输气管路(4)上安装有受控于BMS模块(13)的电磁阀(3)，所述箱体(11)的一端还设置有平衡透气阀(16)。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，其特征在于：所述BDU模块(12)用于对电池充放电安全保护及电池检测通信，具有电路散热，电池加温功能，同时通过电源分电电路分配电流到各设备，并提供BMS电池管理系统。
3.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统，其特征在于：所述BMS模块(13)通过传感器对电池模组(14)的电压、电流、温度进行实时检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告电池劣化程度和剩余容量状态；所述BMS模块(13)还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程，以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统进行实时通信。
4.一种权利要求1所述的新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将本新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统搭载整车后，当车搭载的电池包本体内部的电池模组中某块电芯异常，初步产生高热反应，导致温升速率提高为非常态值或温度超过BMS模块设定的热失控温度值时，根据温度数据，BMS模块发送整车卸载需求信号，整车在规定时间内完成卸载后，BMS模块控制电池包内BDU模块切断高压；
S2、热失控监控器监控包内压力和气体成份值、烟雾值分反馈给BMS模块，若热失控监控器监控包内压力增加及可燃气体、烟雾指标达到警报值，及时将信息反馈给BMS模块，BMS模块直接控制电池包内BDU模块切断高压，同时控制电磁阀打开，惰性气罐内惰性气体通过输气管路进入包内，使惰性气体充盈电池包内；
S3、将电池包内高温气体烟雾和烟雾通过平衡透气阀排到包外，在排出气体和烟雾的同时，带走包内的反应热量，防止电池包本体的箱体内部发生热扩散及出现内部着火；
S4、当排气后内部各成分指标达到设定的安全值后，则BMS模块根据压力值控制电磁阀的开关进行间断性输气，确保包内外压差存在低压差即可，以确保罐内的惰性气体可长效的控制热失控和热扩散，直至异常电芯反应平稳。
5.根据权利要求4所述的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，其特征在于：在S1中，若整车接收卸载信号在规定时间内无反应，则BMS模块强制控制BDU模块断开高压。
6.根据权利要求4所述的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，其特征在于：在S2中，若压力值变化不明显且可燃气体和烟雾值无变化，则BMS模块与整车通讯交互，反馈整车电池包本体电芯故障信息，整车根据信息做出相关提示，提示车内人员离车等待救援，以确保用车人的人身安全。
7.根据权利要求4所述的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，其特征在于：在S3中，惰性气罐排气的同时，热失控监控器同步监控电池包内压力值，实时反馈给BMS模块，BMS模块根据压力值控制电磁阀的开关，以防止包内压力过高，导致发生爆破。
8.根据权利要求4所述的一种新能源电动汽车用锂离子电池包热失控控制系统的运行方法，其特征在于：在S4中，气罐排气的同时，BMS将热失控信息传递至整车，整车做出相应动作和警报，提示车内人员远离车辆并呼叫救援，以保证车辆使用人的财产和人身安全。
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