CN112615069A - 动力电池系统热失控探测预警系统及热失控判定方法 - Google Patents

动力电池系统热失控探测预警系统及热失控判定方法 Download PDF

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Abstract

动力电池系统热失控探测预警系统及热失控判定方法，包括电池包，电池包内设有控制器、压力传感器和烟雾传感器，控制器接收压力传感器和烟雾传感器的数据，控制器输出控制信号至电池管理系统，电池包壳体设有防爆泄压阀，烟雾传感器靠近防爆泄压阀，控制器靠近电池管理系统设置，控制器与外部设备连接，电池包内线束的走线路径远离电芯设置；本发明利用热失控状态下产生的不同物质，采用不同种类特征信号探测器件，探测各特征质物的在同一时刻存在情况，相互补充相互印证，有效感知热失控的进展及真实状态；同一种传感器采用2个以上，有效防止单个失效带来的误判断,提高系统可靠性；烟雾传感器和防爆泄压阀配合使用，有效发挥烟雾传感器作用。

Description

动力电池系统热失控探测预警系统及热失控判定方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种动力电池系统热失控探测预警系统及热失控判定方法。
背景技术
新能源动力电动汽车已进入人们的生活中，逐步成为出行的主要方式，但随着新能源汽车动力电池系统能量和功率密度越来越大，车载的动力电池系统发生失控可能性也在增大。
根据不完全统计，热失控的引起的危害是动力电池系统所有潜在安全问题中最大的，现有动力电池系统中对电池热失控探测的技术，基本处于空白状态或还处于摸索阶段，完全可以在乘用车中使用的几乎没有，主要原因是原有测量方法在探测特征信号的选择不当、测量器件的质量可靠性低，且容易产生误报或不报等现象，此外，使用成本过高。
发明内容
本发明的目的是提供动力电池系统热失控探测预警系统及热失控判定方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种动力电池系统热失控探测预警系统，其特征在于，包括电池包，所述电池包内设有控制器、压力传感器和烟雾传感器，所述控制器通过采集线束与压力传感器和烟雾传感器连接，所述控制器接收压力传感器和烟雾传感器采集的数据，所述控制器通过控制线束输出控制信号至电池管理系统，所述电池包的壳体设有防爆泄压阀，所述烟雾传感器靠近防爆泄压阀设置，所述控制器通过线束与外部设备连接，所述压力传感器、烟雾传感器和防爆泄压阀组成一个独立探测组，所述独立探测组以轴对称的方式安装在电池包内。
进一步地，所述控制器与电池管理系统和外部设备的信息交换采用CAN、LIN总线或PWM调制方式。
进一步地，所述控制器靠近电池管理系统设置。
进一步地，所述线束的走线路径远离电池包各器件的电芯设置，所述线束的外部设有防火隔热材料。
一种动力电池系统热失控判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1）获取一组压力传感器的压力数据和一组烟雾传感器的烟雾数据；
步骤S2）从探测获得的数据中识别正常数据，去除干扰形成的数据；
步骤S3）计算两个压力传感器数据的差值，如果两个压力数据差值小于3Kpa，则探测到的电池包内的压力是真实的；
步骤S4）对比两个烟雾传感器同时获得的数据，如果两个烟雾浓度差值小于20ug/m3, 则探测到的电池包内的烟雾浓度是真实的；
步骤S5）计算两个压力传感器的均值，计算两个烟雾传感器的均值，将压力值与一个设定的压力阈值比较，将烟雾浓度值与两个设定的第一浓度阈值和第二浓度阈值比较，第二浓度阈值大于第一浓度阈值；
步骤S6）I. 如果烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小<压力阈值，则报1级预警；
II. 如果烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小>压力阈值，则报2级预警；
III. 如果第二浓度阈值>烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小<压力阈值，则报1级预警；
IV. 如果烟雾>第二浓度阈值, 则报2级预警。
进一步地，通过外部软件对压力传感器和烟雾传感器进行实时运行状态评估和在线故障检查，所述控制器发现压力传感器或烟雾传感器存在故障时预警，同时隔离故障传感器的数据。
本发明的动力电池热失控探测预警系统是针对热失控发生的中早期阶段进行探测和处理，比现在已有针对极早期阶段进行探测可信度高，因在中早期阶段其热失控特征信号强烈，对探测器件敏锐度要求低。
本发明利用热失控状态下产生的不同物质，采用不同种类特征信号探测器件，同时探测各特征质物的在同一时刻存在情况，相互补充，相互印证，可有效感知热失控的进展及真实状态。
本发明同一种传感器采用2个以上，可有效防止单个失效带来的误判断,提高了系统的可靠性；烟雾传感器和防爆泄压阀配合相接合使用，可有效发挥烟雾传感器的作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明系统工作状态切换框图；
图3为本发明热失控判定算法的流程示意图。
附图标记：
1控制器2压力传感器3烟雾传感器4防爆泄压阀5采集线束
6电池管理系统7电池包8控制线束9外部设备。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
本发明公开了一种动力电池系统热失控探测预警系统，如图1所示，包括电池包7，所述电池包7内设有控制器1、压力传感器2和烟雾传感器3，所述控制器1通过采集线束5与压力传感器2和烟雾传感器3连接，所述控制器1接收压力传感器2和烟雾传感器3采集的数据，所述控制器1通过控制线束8输出控制信号至电池管理系统6，所述电池包7的壳体设有防爆泄压阀4，所述烟雾传感器3靠近防爆泄压阀4设置，所述控制器1通过线束与外部设备9连接。
所述压力传感器2、烟雾传感器3和防爆泄压阀4组成一个独立探测组，所述独立探测组以轴对称的方式安装在电池包7内。
所述控制器1与电池管理系统6和外部设备9的信息交换采用CAN、LIN总线或PWM调制方式。
所述压力传感器2实时检测电池包7内的大气压力，其压力数据并通过采集线束5传送到控制器1；烟雾传感器3实时检测与大气压力检测同一位置的烟雾的浓度，其烟雾浓度的数据通过采集线束5实时传输到控制器1。
所述控制器1靠近电池管理系统6设置，所述线束5的走线路径远离电池包7各器件的电芯设置，所述线束5的外部设有防火隔热材料。
一种动力电池系统热失控判定方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1）获取一组压力传感器2的压力数据和一组烟雾传感器3的烟雾数据；
步骤S2）从探测获得的数据中识别正常数据，去除干扰形成的数据；
步骤S3）计算两个压力传感器2数据的差值，如果两个压力数据差值小于3Kpa，则探测到的电池包7内的压力是真实的；
步骤S4）对比两个烟雾传感器3同时获得的数据，如果两个烟雾浓度差值小于20ug/m3, 则探测到的电池包7内的烟雾浓度是真实的；
步骤S5）计算两个压力传感器2的均值，计算两个烟雾传感器3的均值，将压力值与一个设定的压力阈值比较，将烟雾浓度值与两个设定的第一浓度阈值和第二浓度阈值比较，第二浓度阈值大于第一浓度阈值；
步骤S6）I. 如果烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小<压力阈值，则报1级预警；
II. 如果烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小>压力阈值，则报2级预警；
III. 如果第二浓度阈值>烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小<压力阈值，则报1级预警；
IV. 如果烟雾>第二浓度阈值, 则报2级预警。
通过外部的软件软件对压力传感器和烟雾传感器3进行实时运行状态评估和在线故障检查，发现压力传感器或烟雾传感器3有问题时预警，同时隔离该传感器的数据。
具体实施时，控制器1有大容量的存储器，可储存24小时的压力波动数据，控制器1结合控制软件，实现预警系统的二种工作模式设定，即从属模式和独立模式，工作从属模式时，预警系统只是电池管理系统6的一个子系统，其动作受控于电池管理系统6指挥。
独立模式下，预警系统和电池包7内的电池管理系统6工作为合作关系，其工作运行不受电池管理系统6状态的影响。
如图2所示，本预警系统有四种工作状态，可自由切换，包括正常工作状态、紧急工作状态、值守工作状态和休眠工作状态。
正常工作状态：指车辆在行车或充电时，并且无热失控发时，系统定期巡检电池包7内的压力、烟雾情况；
紧急工作状态：指当电池管理系统6在探测到电池包7发生热控后，立即将系统由其它工作状态切换到紧急工作状态下，系统巡检频率加大，对数据识别要求加严；
值守工作状态：指系统或整车系统都处于休眠时，该系统仍可保持定期巡检电池包7内的压力、烟雾情况，这种工作状态时间可在12小时到168小时之间任意设定；
所述控制器1还可监控外部接入的工作电源电压，发现电源工作低于设定值时，发出报警信号后，转入休眠工作状态。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.动力电池系统热失控探测预警系统，其特征在于，包括电池包，所述电池包内设有控制器、压力传感器和烟雾传感器，所述控制器通过采集线束与压力传感器和烟雾传感器连接，所述控制器接收压力传感器和烟雾传感器采集的数据，所述控制器通过控制线束输出控制信号至电池管理系统，所述电池包的壳体设有防爆泄压阀，所述烟雾传感器靠近防爆泄压阀设置，所述控制器通过线束与外部设备连接，所述压力传感器、烟雾传感器和防爆泄压阀组成一个独立探测组，所述独立探测组以轴对称的方式安装在电池包内。
2.根据权利要求1所述的动力电池系统热失控探测预警系统，其特征在于，所述控制器与电池管理系统和外部设备的信息交换采用CAN、LIN总线或PWM调制方式。
3.根据权利要求1所述的动力电池系统热失控探测预警系统，其特征在于，所述控制器靠近电池管理系统设置。
4.根据权利要求1所述的动力电池系统热失控探测预警系统，其特征在于，所述线束的走线路径远离电池包各器件的电芯设置，所述线束的外部设有防火隔热材料。
5.动力电池系统热失控判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1）获取一组压力传感器的压力数据和一组烟雾传感器的烟雾数据；
步骤S2）从探测获得的数据中识别正常数据，去除干扰形成的数据；
步骤S3）计算两个压力传感器数据的差值，如果两个压力数据差值小于3Kpa，则探测到的电池包内的压力是真实的；
步骤S4）对比两个烟雾传感器同时获得的数据，如果两个烟雾浓度差值小于20ug/m3,则探测到的电池包内的烟雾浓度是真实的；
步骤S5）计算两个压力传感器的均值，计算两个烟雾传感器的均值，将压力值与一个设定的压力阈值比较，将烟雾浓度值与两个设定的第一浓度阈值和第二浓度阈值比较，第二浓度阈值大于第一浓度阈值；
步骤S6）I. 如果烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小<压力阈值，则报1级预警；
II. 如果烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小>压力阈值，则报2级预警；
III. 如果第二浓度阈值>烟雾浓度>第一浓度阈值且气压大小<压力阈值，则报1级预警；
IV. 如果烟雾>第二浓度阈值, 则报2级预警。
6.根据权利要求5所述的动力电池系统热失控判定方法，其特征在于，通过外部软件对压力传感器和烟雾传感器进行实时运行状态评估和在线故障检查，所述控制器发现压力传感器或烟雾传感器存在故障时预警，同时隔离故障传感器的数据。
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