CN113036250B - 一种动力电池热失控全时段监控系统、方法及新能源汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动力电池热失控全时段监控系统、方法及新能源汽车，其能够解决电池管理系统在休眠状态下无法进行热失控监控问题。该系统，包括：采集装置及与其相连的电池管理系统；采集装置用于：在电池管理系统处于休眠状态后进行定时自唤醒；并在自唤醒后，对动力电池各单体电芯分别进行实时温度与实时电压采集；再将各单体电芯的实时温度和实时电压与各自对应的预设阈值进行比较；若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，则唤醒电池管理系统；电池管理系统用于：在被采集装置唤醒后，基于动力电池各单体电芯的温升速率和压降速率进行热失控监控。

Description

一种动力电池热失控全时段监控系统、方法及新能源汽车
技术领域
本发明涉及新能源电池管理系统开发，主要涉及一种动力电池热失控全时段监控系统、方法及新能源汽车。
背景技术
对于新能源电动汽车，动力电池是整个系统的动力核心，正是由于其重要性，需要通过一系列的设计方案来保护和监测电池的安全。目前动力电池绝大数使用的是锂离子材料的电芯，由于其能量密度高、充放电性能好及成本低的特点，受到越来越多的储能需求行业的青睐。但是锂离子电池也存在着致命的缺点，那就是在异常状态和环境下易发生热失控，轻则过热冒烟，重则起火爆炸。
目前市场上已出现多起由于动力电池热失控导致新能源汽车燃烧爆炸的事故，不仅造成用户财产损失，甚至威胁到人身安全。正因如此行业积极推动动力电池热失控防护相关标准法规制定，把对电池热失控报警要求提在了国家强制标准内，即“电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5min。应提供一个热事件报警信号”。
至此对动力电池进行热失控监测已成为电池管理系统的强制要求，热失控监测实质就是在检测到电池发生热失控或存在热失控趋势时，及时发出报警信号，用以警示车内乘员规避风险。目前普遍方案就是在电池包内布置热失控传感器，该传感器以检测电池热失控发生时的特性，如气压/温度升高、释放气体等，来确认热失控发生。但这些方法均需额外增加传感器，为了能24小时监测，要求传感器保持工作，且这种方法无法直接识别到热失控趋势而无法在热失控发生前就上报报警信号。其他为了能在休眠模式下保持对热失控监测的方法，会让电池管理系统处于低功耗工作模式，持续监控电池状态信息，持续的低功耗对于长时间停放的车辆依旧有亏电的风险。
发明内容
本发明提供了一种动力电池热失控全时段监控系统、方法及新能源汽车，其能够解决电池管理系统在休眠状态下无法进行热失控监控问题。
本发明的技术方案为：
本发明实施例提供了一种动力电池热失控全时段监控系统，包括：
采集装置及与其相连的电池管理系统；
所述采集装置用于：在所述电池管理系统处于休眠状态后进行定时自唤醒；并在自唤醒后，对动力电池各单体电芯分别进行实时温度与实时电压采集；再将各单体电芯的实时温度和实时电压与各自对应的预设阈值进行比较；若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，则唤醒所述电池管理系统；
所述电池管理系统用于：在被所述采集装置唤醒后，基于动力电池各单体电芯的温升速率和压降速率进行热失控监控；
其中，每一单体电芯分别对应一个预设电压阈值和一个预设温度阈值。
其中，所述采集装置包括：
采集模块，其用于：所述电池管理系统处于休眠状态后定时自唤醒，并在自唤醒后采集一次动力电池各单体电芯的实时温度和实时电压；
比较模块，其用于：将各单体电芯的实时电压与对应的预设电压阈值进行比较以及将各单体电芯的实时温度与对应的预设温度阈值进行比较；若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，则发出触发信号；
唤醒模块，其用于:基于所述比较模块发出的触发信号唤醒所述电池管理系统。
其中，所述电池管理系统包括：
预警模块，其用于在被所述采集装置唤醒后，上报表示动力电池存在热失控风险的预警信号；
热失控确认模块，其用于在处于唤醒状态时，进行动力电池热失控判断；若判断出动力电池发生热失控，上报表示动力电池发生热失控的报警信号；
阈值设定模块，其用于在进入休眠状态前，根据所采集到的动力电池的实时状态参数和各个单体电芯的单体电压U*确定各个单体电芯对应的预设电压阈值，以及根据所采集到的动力电池的实时状态参数和各个单体电芯的单体温度T*确定各个单体电芯对应的预设温度阈值；再将各单体电芯的预设电压阈值和预设温度阈值的最新数值发送至所述比较模块，使所述比较模块对当前存储的预设电压阈值和预设温度阈值进行数值更新。
本发明实施例还提供了一种动力电池热失控全时段监控方法，应用于采集装置和与其相连的电池管理系统，包括：
在确定电池管理系统处于休眠状态后，所述采集装置开始定时自唤醒；
所述采集装置在自唤醒后进行动力电池各单体电芯的实时温度与实时电压采集，再将采集的实时温度和实时电压与各自对应的预设阈值进行比较；
若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，所述采集装置唤醒所述电池管理系统；
所述电池管理系统在被所述采集装置唤醒后，基于动力电池各单体电芯的温升速率和压降速率进行热失控监控；
其中，每一单体电芯分别对应一个预设电压阈值和一个预设温度阈值。
其中，所述方法还包括：
所述电池管理系统在被所述采集装置唤醒后，上报表示动力电池存在热失控风险的预警信号。
其中，所述方法还包括：
所述电池管理系统在判断出动力电池发生热失控时，上报表示动力电池发生热失控的报警信号。
其中，所述方法还包括：
所述电池管理系统在判断出动力电池未发生热失控时，新进行一次动力电池的状态参数和各单体电芯的实时电压U*和实时温度T*采集；再根据新采集的动力电池的状态参数与电压差值△U和温度差值△T的预设对应关系表，确定新的电压差值△U和新的温度差值△T；根据新采集的实时电压U*与新的电压差值△U的差值，确定各单体电芯的预设电压阈值的最新值；根据新采集的实时温度T*与新的温度差值△T的和，确定各单体电芯的预设温度阈值的最新值；将预设电压阈值和预设温度阈值的最新值发送至采集装置后，再进入休眠状态；
所述采集装置基于所述电池管理系统发送的预设电压阈值和预设温度阈值的最新值，对当前存储的各单体电芯的预设温度阈值和预设电压阈值进行数值更新，并在完成数值更新后进入休眠状态。
其中，所述方法还包括：
所述采集装置在确认各单体电芯的所述实时温度和所述实时电压均未超过各自对应的预设阈值时，则进入休眠状态。
本发明实施例还提供了一种新能源汽车，包括上述的动力电池热失控全时段监控系统。
本发明的有益效果为：
本方案在不用增加传感器的前提下就能实现24小时监测动力电池热失控，可全天候监控电池热失控趋势，在电池管理系统休眠状态下依旧能持续监测热失控状态，若存在热失控趋势可提前上传预警信号。该信号可及时提醒乘员规避事故，也可上报消防机构或售后部门采取相应措施，这样即可避免更多的损失，也可降低热失控事故产生的负面市场影响。
附图说明
图1为典型的电池单体电芯的热失控电压/温度变化趋势图；
图2为本发明实施例热失控监控系统的结构框图；
图3为本发明实施例的热失控监控方法的流程图；
图4为电池管理系统被唤醒后进行阈值配置的流程示意图；
图5为电池管理系统在被唤醒后的热失控监控流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1，该图展示了具有代表性的动力电池单体电芯在出现热失控时的电压和温度变化，可以看出在热失控发生时出现温度升高，而电压急剧下降，因此可以根据该特性诊断确认热失控发生，发出报警信号。
按照本发明实施例中的内容，如图1中“预警点”所示，在各电芯单体的温度或电压满足对应条件时，采集装置即可触发电池管理系统进行预警。随后采集装置触发电池管理系统进入唤醒状态，电池管理系统可以通过持续的监测来确认动力电池的单体电芯是否发生热失控，即确认动力电池的各单体电芯是否到达“热失控确认点”。对于非突发性热失控的案例，其前期有压降或温升的征兆，但热失控趋势不够明显不会立即触发热失控报警，但可根据此征兆去触发电池管理系统唤醒，使电池管理系统结合动力电池的大数据分析是否存在某个动力电池的电芯自放电严重，可提前规避热失控发生的风险。
如图2所示，本发明实施例提供了一种动力电池热失控全时段监控系统，其包括采集装置和与其相连的电池管理系统。
采集装置主要负责对各单体电芯的实时电压和实时温度采集。该采集装置包括：采集模块、比较模块和唤醒模块。其中采集模块负责采集动力电池的各单体电芯的实时电压和实时温度；比较模块中可被电池管理系统随时设定各单体电芯对应的预设电压阈值和预设温度阈值的具体数值；比较模块在定时自唤醒后，接收采集模块所采集到的动力电池的各单体电芯的实时电压和实时温度，并将采集到的实时电压和实时温度与各自对应的预设阈值进行比较，若存在单体电芯的实时电压和/或实时温度超出对应的预设阈值则通过唤醒模块来激活（唤醒）整个电池管理系统。
具体来说，本实施例中的采集模块，其在自唤醒后，仅对动力电池的各单体电芯的实时温度和实时电压采集一次。比较模块在比较时，需要将各个单体电芯对应的实时温度与其对应的预设温度阈值进行比较，以及将各个单体电芯对应的实时电压与其对应的预设电压阈值进行比较。一旦在比较出存在单体电芯的实时温度和/或实时电压超过对应的预设阈值，则确认为动力电池出现热异常，需要对电池管理系统进行唤醒。
参照图2，电池管理系统包括：热失控确认模块、阈值设定模块和预警模块，其中热失控确认模块用于根据采集各单体电芯的压降速率和温升速率来诊断动力电池是否发生热失控，若确认动力电池发生热失控则发出报警信号。阈值设定模块可基于动力电池各单体电芯的当前状态参数给比较模块设定触发用于唤醒电池管理系统的预设温度阈值和预设电压阈值；预警模块则在收到采集装置的唤醒信号时，判定动力电池存在异常状态，上报表示动力电池存在热失控风险的预警信号。
如图3所示，展示了本发明实施例中提供了一种动力电池热失控全时段检测方法，其包括：
S31、电池管理系统在处于唤醒状态且准备进入休眠状态之前，根据动力电池的实时状态参数在预设对应关系表中进行数据查找（该预设对应关系表中记录有实时状态参数和温度差值△T和电压差值△U的对应关系），再根据计算确定预设温度阈值和预设电压阈值的具体数值，再将查表得到的各单体电芯的预设温度阈值和预设电压阈值的具体数值发送给采集装置；在发送后，电池管理系统进入休眠状态。
S32、采集装置在接收到电池管理系统发送的各单体电芯的预设温度阈值和预设电压阈值后，便基于该信号确认电池管理学系统进入了休眠状态。
S33、采集装置基于该电池管理系统发送的各单体电芯的预设温度阈值和预设电压阈值，对当前存储的各单体电芯的预设温度阈值和预设电压阈值进行数值更新，同时，在完成数值更新后，控制自身进入休眠状态。
S34、采集装置定时自唤醒，在自唤醒后，对动力电池的每个单体电芯进行一次实时温度和实时电压采集；并基于采集到的实时温度和实时电压与布置S32中更新后的预设温度阈值和预设电压阈值进行数值比对。若比对出存在单体电芯的实时温度大于其对应的预设温度阈值和/或存在单体电芯的实时电压小于其对应的预设电压阈值时，则向电池管理系统发送唤醒信号。
S35、电池管理系统在采集装置的唤醒信号下，进入唤醒状态。
S36、电池管理系统在被唤醒后，即上报表示动力电池存在热失控风险的预警信号，该预警信号可通过车载TBOX上传至服务器，再由服务器下发至客户端。
S37、电池管理系统在被唤醒后，根据动力电池的实时温升速率和实时压降速率来判断动力电池是否出现热失控。
S38、在确认动力电池出现热失控时，即上报表示动力电池发生热失控的报警信号，该报警信号可通过车载TBOX上传至服务器，再由服务器下发至客户端。
S39、在步骤S37中确认动力电池没有出现热失控时，则返回步骤S31。
如图4所示，展示了本发明实施例中的电池管理系统在唤醒状态下的热失控监控方法，在唤醒状态下电池管理系统实时监测各单体电芯的实时电压U*和实时温度T*，并持续诊断动力电池的各单体电芯的压降速率是否达到预设的热失控压降临界阈值Vu和/或温升速率是否达到预设的热失控温升临界阈值VT。若压降速率＞Vu且温升速率＞VT，确认动力电池发生热失控。在确认动力电池发生热失控时，发出报警信号。
如图5所示，展示了本发明实施例中，在电池管理系统休眠前对采集装置的比较模块中的预设阈值的配置流程。在电池管理系统休眠前，电池管理系统读取一次动力电池的各个单体电芯的实时电压U*和实时温度T*，再根据动力电池在进入休眠之前的实时状态参数查表确定对应的压差△U和温度差△T（实时状态参数、压差△U和温度差△T的对应关系表为根据经验值预先获得）。之所以需根据电池休眠前不同的状态参数来对应不同的压差△U和温度差△T（设计压差△U和温度差△T是因为电芯静置前动力电池的不同状态对应的热失控风险不一样，比如动力电池在满荷电或高、低温状态下，单体电芯热失控风险较高，需设定更为灵敏的预设阈值来监测热失控风险），再将实时电压U*减去压差△U计算出对应的预设电压阈值Uthx，以及将实时温度T*加上温度差△T计算出对应的预设温度阈值Tthx，最后将预设电压阈值Uthx和预设温度阈值Tthx写入采集装置里的比较模块中。
本发明实施例中，电池管理系统在被采集装置唤醒后，需要进行预警信号上报。由于电池管理系统被采集装置唤醒说明采集装置识别到动力电池的某个单体电芯的状态存在异常，上报预警信号，且需整个电池管理系统进行持续的热失控确认，若确认发生热失控则发出报警信号。要求在规定的一段时间内保持唤醒状态下的热失控确认，若没有确认发生热失控则应继续重新配置阈值进入休眠状态下的监测。因为有可能是由于采样问题或传感器失效等场景误触发预警唤醒，针对该场景下就不会确认出热失控报警，应要求电池管理系统重新进入休眠模式以防止低压亏电。上报的预警信号主要用于云端大数据分析，在接收到预警信号时大数据会对此时的动力电池的实时状态参数进行预警分析，可实现大数据对每个停放车辆的热失控风险告警。
本发明还提供了一种包含上述的动力电池热失控全时段监控系统的新能源汽车。
本发明上述方案，根据电池热失控电芯直接的物理特性变化，即根据压降变化和温升变化来预测动力电池的热失控发展趋势。在电池管理系统唤醒状态下，电池管理系统自身会实时检测动力电池各单体电芯的电压和温度变化趋势，再根据设置的图1中的热失控确认点所对应的热失控状态阈值确定动力电池是否发生热失控，并在确定动力电池发生热失控时上传报警信号；在电池管理系统休眠状态下，电池管理系统根据休眠前的动力电池状态参数来配置对应的预设温度阈值和预设电压阈值到采集装置，该采集装置能够定时自唤醒，唤醒后再采集实时数据与存储的预设电压阈值和预设温度阈值进行比较，若比较出当前的实时电压低于预设电压阈值或实时温度高于预设温度阈值，则判定动力电池进入异常状态。此时采集装置就唤醒包括信息处理装置的整个电池管理系统，并使得电池管理系统上报热失控预警信号，进入唤醒状态下的热失控监测，若在规定一段时间内确认发生热失控，则发送报警信号；若未确认热失控发生则可再次进入休眠状态下的热失控检测。这样就能在不需增加传感器来24小时监测，仅需采集装置保持定期自唤醒后采集电压温度做一次比较即可，使得在电池管理系统休眠状态下保持监测所需的功耗更少，保证依旧能提前感知热失控趋势而监测确认是否发生热失控。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (7)

1.一种动力电池热失控全时段监控系统，其特征在于，包括：
采集装置及与其相连的电池管理系统；
所述采集装置用于：在所述电池管理系统处于休眠状态后进行定时自唤醒；并在自唤醒后，对动力电池各单体电芯分别进行实时温度与实时电压采集；再将各单体电芯的实时温度和实时电压与各自对应的预设阈值进行比较；若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，则唤醒所述电池管理系统；
所述电池管理系统用于：在被所述采集装置唤醒后，基于动力电池各单体电芯的温升速率和压降速率进行热失控监控；
其中，每一单体电芯分别对应一个预设电压阈值和一个预设温度阈值；
所述电池管理系统包括：
预警模块，其用于在被所述采集装置唤醒后，上报表示动力电池存在热失控风险的预警信号；
热失控确认模块，其用于在处于唤醒状态时，进行动力电池热失控判断；若判断出动力电池发生热失控，上报表示动力电池发生热失控的报警信号；
阈值设定模块，其用于在进入休眠状态前，根据新采集的动力电池的实时状态参数与电压差值△U和温度差值△T的预设对应关系表，确定新的电压差值△U和新的温度差值△T，再新采集的各个单体电芯的单体电压U*和新的电压差值△U之差确定各个单体电芯对应的预设电压阈值，以及根据新采集到的各个单体电芯的单体温度T*和新的温度差值△T之和确定各个单体电芯对应的预设温度阈值；再将各单体电芯的预设电压阈值和预设温度阈值的最新数值发送至所述采集装置，使所述采集装置对当前存储的预设电压阈值和预设温度阈值进行数值更新。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集装置包括：
采集模块，其用于：所述电池管理系统处于休眠状态后定时自唤醒，并在自唤醒后采集一次动力电池各单体电芯的实时温度和实时电压；
比较模块，其用于：将各单体电芯的实时电压与对应的预设电压阈值进行比较以及将各单体电芯的实时温度与对应的预设温度阈值进行比较；若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，则发出触发信号；
唤醒模块，其用于:基于所述比较模块发出的触发信号唤醒所述电池管理系统。
3.一种动力电池热失控全时段监控方法，其特征在于，应用于采集装置和与其相连的电池管理系统，包括：
在确定电池管理系统处于休眠状态后，所述采集装置开始定时自唤醒；
所述采集装置在自唤醒后进行动力电池各单体电芯的实时温度与实时电压采集，再将采集的实时温度和实时电压与各自对应的预设阈值进行比较；
若存在单体电芯的实时电压小于各自对应的预设电压阈值，和/或，若存在单体电芯的实时温度大于对应的预设温度阈值，所述采集装置唤醒所述电池管理系统；
所述电池管理系统在被所述采集装置唤醒后，基于动力电池各单体电芯的温升速率和压降速率进行热失控监控；
其中，每一单体电芯分别对应一个预设电压阈值和一个预设温度阈值；
所述电池管理系统在判断出动力电池未发生热失控时，新进行一次动力电池的状态参数和各单体电芯的实时电压U*和实时温度T*采集；再根据新采集的动力电池的状态参数与电压差值△U和温度差值△T的预设对应关系表，确定新的电压差值△U和新的温度差值△T；根据新采集的实时电压U*与新的电压差值△U的差值，确定各单体电芯的预设电压阈值的最新值；根据新采集的实时温度T*与新的温度差值△T的和，确定各单体电芯的预设温度阈值的最新值；将预设电压阈值和预设温度阈值的最新值发送至采集装置后，再进入休眠状态；
所述采集装置基于所述电池管理系统发送的预设电压阈值和预设温度阈值的最新值，对当前存储的各单体电芯的预设温度阈值和预设电压阈值进行数值更新，并在完成数值更新后进入休眠状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电池管理系统在被所述采集装置唤醒后，上报表示动力电池存在热失控风险的预警信号。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电池管理系统在判断出动力电池发生热失控时，上报表示动力电池发生热失控的报警信号。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述采集装置在确认各单体电芯的所述实时温度和所述实时电压均未超过各自对应的预设阈值时，则进入休眠状态。
7.一种新能源汽车，其特征在于，包括权利要求1至2任一项所述的动力电池热失控全时段监控系统。
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