CN112216891A - 一种动力电池系统及动力电池系统热失控监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池系统及动力电池系统热失控检测方法，动力电池系统包括：动力电池包；设置在电池包箱体内部用于检测气压值变化的气压传感器；设置在电池模组内部用于收集噪声的声传感器；接收声传感器收集的声音和气压传感器所测量的电池包箱体压力值的控制模块；其中，声传感器检测到噪声声强大于电池单体泄压声强时，立马唤醒控制模块（控制模块处于运行状态时跳过此步骤），控制模块启动声音识别模块和气压检测模块，控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。本发明减小了传感器占用的空间、节约了成本，且能在所有状态（运行、休眠）下第一时间发现并预警动力电池系统热失控事件。

Description

一种动力电池系统及动力电池系统热失控监测方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力电池安全监控技术领域，尤其涉及一种动力电池热失控检测系统及其检测方法。

背景技术

新能源电动汽车在全球得到了充分发展，国内和全球主要汽车厂都把电动化、智能化、自动化作为未来汽车行业发展的方向，并纷纷制订了停止销售传统燃油汽车的时间表。

所有电驱动汽车，都需要一个或大或小的锂离子电池模组，而绝大多数锂离子电池内部都包含有各种易燃材料和容易高温分解出自由氧基的正极材料等危险物质，所以锂离子电池都会设计各种各样的安全措施。由于现代动力电池的能量密度越来越高，内部包含的可燃和助燃物质含量持续升高，一旦电池模组内有较大的单体发生热失控时，热失控都会传递给周边的单体，导致整个电池模组热失控损毁，直接危及乘员的生命和健康。

只有及早发现，并报警和提供适当的保护，乘员才有时间从危险的车辆中逃离。

目前检测电池模组内单体热失控的主要手段是温度检测，但是受成本、走线、空间和可靠性的限制，目前所有的电动汽车电池模组内，温度传感器的数量都远远少于电池单体，大多数单体的实时温度实际上并不能被检测到，这就失去了第一时间发现单体热失控的良机，导致乘员处于车辆突然断电和起火的危险之中，为了减慢从单体热失控到整车起火的速度，电池箱内不得不做出很多安全设计，占用了箱内宝贵的空间和重量，并提升了电池模组的成本。

也有通过烟雾对单体热失控进行检测的做法，但是在热失控早期，烟雾浓度较低，扩散速度较慢，不能保证及时充斥到烟雾传感器的位置，错失了提前报警的时机，加上烟雾传感器尺寸较大，在紧凑的电池模组内部难以布置，并未得到广泛应用，并且常规烟雾传感器不够稳定，难以满足汽车产品十年以上的寿命要求。

发明内容

本发明提供了一种动力电池系统及动力电池系统热失控检测方法，其目的是提供一种能够迅速在所有状态（运行、休眠）下第一时间发现并预警汽车电池系统中动力电池单体热失控的方法。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种汽车电池系统，包括：

动力电池包；

设置在电池包箱体内部用于气压值变化的气压传感器；

设置在电池模组内部用于收集噪声的声传感器；

接收声传感器收集的声音和气压传感器所测量的电池包箱体压力值的控制模块；

其中，所述控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。

优选的，所述控制模块包括声音识别模块、唤醒模块和报警模块。

优选的，所述声传感器为麦克风、硅基声音传感器中的一种。优选的，所述报警模块为声音报警、灯光报警中的一种。

为了实现上述目的，本发明的实施例还提供了一种电池系统的热失控检测方法，应用于上述汽车电池系统，该方法包括：

所述控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。

所述电池热失控检测方法预设的阈值见表1：

表1、电池热失控检测方法预设阈值

条件	汽车状态	噪声声强	噪声声纹	气压	结果
						1	运行/休眠	≥A	满足f(x)	Pmin≤B	热失控报警
2	运行/休眠	≥A	不满足f(x)	Pmin≤B	热失控报警
						3	运行/休眠	≥A	满足f(x)	B<Pmin	不报警
4	运行/休眠	＜A	不检测	不检测	不报警

其中，A为电池包箱体内单体泄压声强最小值，f(x)为电池包箱体内单体泄压声纹函数，B为实时检测到的电池包箱体内的压强值，Pmin为电池包箱体内单体泄压压强的最小值。

优选的，当控制模块处于运行状态时，包括如下步骤：

所述声传感器检测到电池包箱体内的噪声声强达到电池单体泄压声强A；

所述控制模块启动声音识别模块和气压采集模块；

所述控制模块的声音识别模块检测噪声的声纹和单体泄压时的声纹f(x)特征的一致性；

所述控制模块的气压检测模块检测到电池包箱体内的压强P；

所述控制模块根据表一的报警条件进行分析判断，当电池包箱体内的噪声声强、声纹、气压同时满足电池包热失控阈值或噪声声强、气压同时满足电池包热失控阈值时，进行热失控报警。

优选的，当控制模块处于休眠状态时，包括如下步骤：

所述声传感器检测到电池包箱体内的噪声声强达到电池单体泄压声强A；

所述控制模块被唤醒；

所述控制模块启动声音识别模块和气压采集模块；

所述控制模块的声音识别模块检测噪声的声纹和单体泄压时的声纹f(x)特征的一致性；

所述控制模块的气压检测模块检测到电池包箱体内的压强P；

所述控制模块根据表一的报警条件进行分析判断，当电池包箱体内的噪声声强、声纹、气压同时满足电池包热失控阈值或噪声声强、气压同时满足电池包热失控阈值时，进行热失控报警。

优选的，所述压强值按下述公式计算：

P=nRT/V

式中，P为压强，V为电池包箱体体积，n为摩尔数，R为常量，T为电池包箱体内的绝对温度。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明提供的动力电池系统及动力电池系统热失控检测方法，通过气压传感器、声传感器与控制模块的配合，实现对电池系统内部压强和声音的持续检测，并在压强和声音变化特征异常时报警。

本发明仅使用尺寸小、可靠性高、市场应用广泛且价格实惠的气压传感器和声传感器，能在所有状态（运行、休眠）下第一时间发现和确认动力电池单体热失控事件。相对于温度检测方案，本发明大大减少了传感器和线束的数量、重量、空间与成本，并完成了最大范围的热失控故障；相对于烟雾检测方案，本发明大大减少了传感器的空间和成本需求，并缩短了发现的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 表示本发明实施例的电池系统连接框图。

图2表示本发明实施例的汽车电池系统热失控检测方法的流程图。

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作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。

第一实施例

参见图1，本发明的第一实施例提供了一种动力电池系统，包括：

电池包，电池包是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能，主要通过金属材质的壳体包络构成电池包的主体，电池包的壳体应为密封的腔体。

设置在动力电池系统内用于测量动力电池系统的压强值的气压传感器；气压传感器用于测量电池系统内的绝对压强，在电池系统的运行周期内，气压传感器均可检测电池系统内的气体压强值。

设置在动力电池系统内用于收集声音特征的声传感器；声传感器用于收集电池系统内的声音，在电池系统的运行周期内，声传感器均可收集电池系统内的声音。

接收声传感器收集的声音特征和气压传感器测得的压强值的控制模块。

其中，所述控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。

优选的，所述动力电池系统的控制模块还包括声音识别模块、唤醒模块和报警模块。

优选的，所述声传感器为麦克风、硅基声音传感器中的一种。

优选的，所述报警模块为声音报警、灯光报警中的一种。

第二实施例

参见图2，本发明的第二实施例提供了一种动力电池系统的热失控检测方法，应用于上述动力电池系统，该方法包括：

所述控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。

优选的，当动力电池系统控制模块处于运行状态时，该方法包括如下步骤：

所述声传感器检测到电池包箱体内的噪声声强达到电池单体泄压声强A；

所述控制模块启动声音识别模块和气压采集模块；

所述控制模块的声音识别模块检测噪声的声纹和单体泄压时的声纹f(x)特征的一致性；

所述控制模块的气压检测模块检测到电池包箱体内的压强B；

所述控制模块根据表一的报警条件进行分析判断，当电池包箱体内的噪声声强、声纹、气压同时满足电池包热失控阈值或噪声声强、气压同时满足电池包热失控阈值时，进行热失控报警；如有一项特征不满足，则属于误触发，流程结束。

优选的，当动力电池系统控制模块处于休眠状态时，该方法包括如下步骤：

所述声传感器检测到电池包箱体内的噪声声强达到电池单体泄压声强A；

所述控制模块被唤醒；

所述控制模块启动声音识别模块和气压采集模块；

所述控制模块的声音识别模块检测噪声的声纹和单体泄压时的声纹f(x)特征的一致性；

所述控制模块的气压检测模块检测到电池包箱体内的压强B；

所述控制模块根据表一的报警条件进行分析判断，当电池包箱体内的噪声声强、声纹、气压同时满足电池包热失控阈值或噪声声强、气压同时满足电池包热失控阈值时，进行热失控报警；如有一项特征不满足，则属于误触发，流程结束。

上述电池热失控检测方法预设的阈值见表1：

表1、电池热失控检测方法预设阈值

条件	汽车状态	噪声声强	噪声声纹	气压	结果
						1	运行/休眠	≥A	满足f(x)	Pmin≤B	热失控报警
2	运行/休眠	≥A	不满足f(x)	Pmin≤B	热失控报警
						3	运行/休眠	≥A	满足f(x)	B<Pmin	不报警
4	运行/休眠	＜A	不检测	不检测	不报警

其中，A为电池包箱体内单体泄压声强最小值，f(x)为电池包箱体内单体泄压声纹函数，B为实时检测到的电池包箱体内的压强值，Pmin为电池包箱体内单体泄压压强的最小值。

上述电池热失控检测方法压强值按下述公式计算：

P=nRT/V

式中，P为压强，V为电池包箱体体积，n为摩尔数，R为常量，T为电池包箱体内的绝对温度。

本发明仅使用尺寸小、可靠性高、市场应用广泛且价格实惠的气压传感器和声传感器，能在所有状态（运行、休眠）下第一时间发现和确认动力电池单体热失控事件。相对于温度检测方案，本发明大大减少了传感器和线束的数量、重量、空间与成本，并完成了最大范围的热失控故障；相对于烟雾检测方案，本发明大大减少了传感器的空间和成本需求，并缩短了发现的时间。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种动力电池系统，其特征在于，包括：

动力电池包；

设置在电池包箱体内部用于气压值变化的气压传感器；

设置在电池模组内部用于收集噪声的声传感器；

接收声传感器收集的声音和气压传感器所测量的电池包箱体压力值的控制模块；

其中，所述控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。

2.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块包括声音识别模块、唤醒模块和报警模块。

3.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述声传感器为麦克风、硅基声音传感器中的一种。

4.根据权利要求2所述的动力电池系统，其特征在于，所述报警模块为声音报警、灯光报警中的一种。

5.一种动力电池系统热失控检测方法，应用于如权利要求1至4中任一项所述的动力电池系统，其特征在于，所述方法包括：所述控制模块接收到电池包箱体内的声音特征和压力值同时满足预设的阈值时发出警报。

6.根据权利要求5所述的动力电池系统热失控检测方法，其特征在于，所述电池热失控检测方法预设的阈值见表1：

表1、电池热失控检测方法预设阈值

其中，A为电池包箱体内单体泄压声强最小值，f(x)为电池包箱体内单体泄压声纹函数，B为实时检测到的电池包箱体内的压强值，Pmin为电池包箱体内单体泄压压强的最小值。

7.根据权利要求6所述的动力电池系统热失控检测方法，其特征在于，当控制模块处于运行状态时，包括如下步骤：

所述声传感器检测到电池包箱体内的噪声声强达到电池单体泄压声强A；

所述控制模块启动声音识别模块和气压采集模块；

所述控制模块的声音识别模块检测噪声的声纹和单体泄压时的声纹f(x)特征的一致性；

所述控制模块的气压检测模块检测到电池包箱体内的压强Ｂ；

所述控制模块根据表一的报警条件进行分析判断，当电池包箱体内的噪声声强、声纹、气压同时满足电池包热失控阈值或噪声声强、气压同时满足电池包热失控阈值时，进行热失控报警。

8.根据权利要求6所述的动力电池系统热失控检测方法，其特征在于，当控制模块处于休眠状态时，包括如下步骤：

所述声传感器检测到电池包箱体内的噪声声强达到电池单体泄压声强A；

所述控制模块被唤醒；

所述控制模块启动声音识别模块和气压采集模块；

所述控制模块的声音识别模块检测噪声的声纹和单体泄压时的声纹f(x)特征的一致性；

所述控制模块的气压检测模块检测到电池包箱体内的压强Ｂ；

所述控制模块根据表一的报警条件进行分析判断，当电池包箱体内的噪声声强、声纹、气压同时满足电池包热失控阈值或噪声声强、气压同时满足电池包热失控阈值时，进行热失控报警。

9.根据权利要求6-8任一项所述的动力电池系统热失控检测方法，其特征在于，所述压强值按下述公式计算：

P=nRT/V

式中，P为压强，V为电池包箱体体积，n为摩尔数，R为常量，T为电池包箱体内的绝对温度。

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