CN113500917A - 一种锂离子电池箱充保护气体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池箱充保护气体的方法，包含如下步骤：步骤1、将预设的控制参数：电池箱预充时间Tm和电池箱内外最大压差△P输入控制器，启动充气装置，电池箱内开始充入保护气体，同时开始记录时间t；步骤2、采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并计算电池箱内外压差，若电池箱内外压差小于△P，则采集电池箱实际充气时间Ts；步骤3、判断电池箱实际充气时间Ts是否大于等于电池箱预充时间Tm，若是，则停止充气装置，电池箱停止充入保护气体，电池箱完成一次充气过程，否则，返回步骤2。有益效果：锂离子电池箱充保护气体的方法基于压力和时间参数控制锂离子电池箱充保护气体，无需设置氧气浓度监测仪，成本低，设备使用寿命长。

Description

一种锂离子电池箱充保护气体的方法

技术领域

本发明涉及电池防护技术领域，具体涉及一种锂离子电池箱充保护气体的方法。

背景技术

随着节能减排的进一步推广，我国电动汽车的保有量迅速增加，电动汽车电池使用不当易造成自燃甚至起火爆炸，所以电动汽车的电池寿命及安全性是消费者最为关心的重点。为进一步提高动力电池的安全性，科研人员进行了一系列的尝试，主要包含有电池本体的安全、电池结构的优化设计、以及锂离子电池发生热失控后的消防灭火。电池本体安全主要是从电池材料本身出发，电池外部结构的优化设计主要以电池防爆阀设计、电池箱电路优化设计等手段来提高电池的安全性能，这些方式虽然在一定程度上提高了电池箱的安全性，但依旧无法避免由于电池热失控引发的火灾。研究发现，氮气及氩气、氦气等惰性气体的不燃、不支持燃烧的特性对由锂离子电池热失控引发的火灾具有抑制作用，而且目前已出现向电池箱内通入氮气等保护气体同时利用泄压阀的透气功能使电池箱内充满保护气体从而在电池热失控时抑制火灾的发生。但这种方法以电池箱内氧气浓度作为预警，通过在电池箱体内部设置氧浓度监测仪，当检测到电池箱体内部的氧气尝试超标时，BMS从机报警，工作人员及时充入氮气并排出电池箱体内多余的氧气。然而，氧浓度监测仪价格昂贵，使用寿命短，一旦发生故障便无法起到预警作用，而且电池箱封盖后氧浓度监测仪更换费力。因此亟需一种锂离子电池箱充保护气体的方法。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池箱充保护气体的方法基于压力和时间参数控制锂离子电池箱充保护气体，无需设置氧气浓度监测仪，成本低，设备使用寿命长。

本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种锂离子电池箱充保护气体的方法，包含如下步骤：

步骤1、将预设的控制参数：电池箱预充时间Tm和电池箱内外最大压差△P输入控制器内，启动充气装置，电池箱内开始充入保护气体，同时开始记录时间t；

步骤2、采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并计算电池箱内外压差，若电池箱内外压差小于△P，则采集电池箱实际充气时间Ts；

步骤3、判断电池箱的实际充气时间Ts是否大于等于电池箱预充时间Tm，若是，则停止充气装置，电池箱停止充入保护气体，电池箱完成一次充气过程，否则，返回步骤2。

进一步地，所述步骤2中若电池箱内外压差大于等于△P，则停止充气装置，电池箱停止充入保护气体，重新采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并计算电池箱内外压差，若电池箱内外压差大于△P，则系统进行自检；否则，则判断电池箱内外压差是否小于△P，或者，采集电池箱停止充气的时长Tt’。

进一步地，当判断电池箱内外压差是否小于△P时，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱重新充入保护气体，否则，则继续采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并判断电池箱内外压力差与△P的关系。

进一步地，当采集电池箱停止充气的时长Tt’时，步骤1中所述控制参数还包括充气暂停时间Tz，判断Tt’是否大于等于Tz，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱重新充入保护气体，否则，则继续采集电池箱停止充气的时长Tt’并判断Tt’与Tz的关系。

进一步地，所述步骤1中的控制参数还包括间隔充气时间Tj，所述步骤3中停止充气装置，电池箱停止充入保护气体后，采集电池箱停止充气的时长Tt，判断Tt是否大于等于Tj，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱重新充入保护气体；否则，则继续采集电池箱停止充气的时长Tt并判断Tt与Tj的关系。

进一步地，所述充气装置包括保护气体供应装置、电池箱、泄压阀、压力探测器和控制器，所述保护气体供应装置用于为电池箱提供保护气体，所述泄压阀设在电池箱上，所述压力探测器用于检测电池箱内部和外部的压力并将检测信息输送至控制器，所述控制器用于控制保护气体供应装置的启停。

进一步地，所述保护气体为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。

进一步地，当所述保护气体为氮气时，所述保护气体供应装置包括顺序连接的气体发生装置和空分设备，所述空分设备设有氮气出口和富氧气出口，所述氮气出口与电池箱连接，所述富氧气出口与汽车的乘客舱连接。

进一步地，所述气体发生装置通过电磁阀与空分设备连接，所述电磁阀通过控制器控制。

进一步地，所述压力探测器包括绝压压力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述锂离子电池箱充保护气体的方法，基于压力和时间参数控制锂离子电池箱充保护气体，无需设置氧气浓度监测仪，成本低，设备使用寿命长；基于压力参数变化判断电池箱充气状态，确保电池箱充气过程中不会发生鼓包现象，保障电池箱的使用安全性，同时充气过程中可及时发现压力探测器或控制器等系统故障，及时发出预警提醒，提高判断精度；采用间歇充气的方式使电池箱内的保护气体维持在较高的浓度范围内，持续抑制电池箱热失控，抑制效果好，电池箱的安全性高；采用氮气为保护气体时，富氧气通入乘客舱可改善乘客舱内的空气质量，增加乘客舱舒适度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是所述锂离子电池箱充保护气体的方法一的控制流程图。

图2是所述锂离子电池箱充保护气体的方法二的控制流程图。

图3是所述充气装置的结构示意图。

其中，1、气体发生装置，2、干燥器，3、过滤器，4、空分设备，5、电池箱，6、泄压阀，7、电磁阀，8、控制器，9、电池箱内压力探测器，10、乘客舱，11、单向节流阀。

具体实施方式

如图1至3所示，一种锂离子电池箱充保护气体的方法，包含如下步骤：

步骤1、将预设的控制参数：电池箱预充时间Tm和电池箱内外最大压差△P输入控制器8内，启动充气装置，电池箱5内开始充入保护气体，同时开始记录时间t。具体的，根据不同型号的电池箱5的剩余体积、保护气体的浓度以及保护气体的流量设置不同型号电池箱5的预充时间Tm。由于电池箱5发生热失控时会先出现鼓包然后泄压阀爆破进行泄压，因此，电池箱5内外最大压差△P的值根据电池箱5出现鼓包时所承受的的压差确定。

步骤2、采集电池箱5外压力Pw和电池箱5内压力Pn并计算电池箱5内外压差，若电池箱5内外压差小于△P，则采集电池箱5实际充气时间Ts。具体的，电池箱5的泄压阀6为膜结构，具有透气功能，向电池箱5内通入保护气体，电池箱5内的空气会从泄压阀6排出电池箱5，因此当电池箱5内外的压差小于△P时，可持续向电池箱5内冲入保护气体实现电池箱5内空气的置换。

步骤3、判断电池箱5的实际充气时间Ts是否大于等于电池箱预充时间Tm，若是，则停止充气装置，电池箱5停止充入保护气体，电池箱5完成一次充气过程，否则，返回步骤2。具体的，当电池箱5的实际充气时间Ts达到Tm时，说明电池箱5内已充满保护气体，电池箱5完成一次充气过程。本发明提出一种基于压力和时间参数控制锂离子电池箱5充保护气体的方法，无需设置氧气浓度监测仪，成本低，设备使用寿命长。

所述步骤2中若电池箱5内外压差大于等于△P，则停止充气装置，电池箱5停止充入保护气体，重新采集电池箱5外压力Pw和电池箱5内压力Pn并计算电池箱内5外压差，若电池箱5内外压差大于△P，则系统进行自检；否则，则判断电池箱5内外压差是否小于△P，或者，采集电池箱5停止充气的时长Tt’。具体的，当电池箱5内外的压差达到△P时，则需立即停止充气装置，电池箱5停止充入保护气体，以避免压力过大导致电池箱5鼓包。此时，重新采集电池箱5外压力Pw和电池箱5内压力Pn并计算电池箱5内外压差，若电池箱5内外压差大于△P，则说明压力探测器或控制器8故障，需要启动系统自检，对控制器8和压力探测器进行故障检测，并及时发出故障预警。若电池箱5内外压差等于或小于△P，则说明充气流量较大导致电池箱5内压力增大到△P，需要暂停充气，等待电池箱5压力恢复。基于压力参数变化判断电池箱5充气状态，确保电池箱5充气过程中不会发生鼓包现象，保障电池箱5的使用安全性，同时充气过程中可及时发现探测器或控制器8等系统故障，及时发出预警提醒，提高判断精度。

如图1所示，当判断电池箱5内外压差是否小于△P时，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱5重新充入保护气体，否则，则继续采集电池箱5外压力Pw和电池箱5内压力Pn并判断电池箱5内外压力差与△P的关系。具体的，当停止通气时，由于泄压阀6的透气作用，电池箱5内外的压差会逐渐下降，当电池箱5内外压差低于△P则可重新启动通气装置，继续向电池箱5内充气，继续完成电池箱5内空气的置换。

如图2所示，当采集电池箱5停止充气的时长Tt’时，步骤1中所述控制参数还包括充气暂停时间Tz，判断Tt’是否大于等于Tz，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱5重新充入保护气体，否则，则继续采集电池箱5停止充气的时长Tt’并判断Tt’与Tz的关系。具体的，由于泄压阀6的结构不同，导致泄压阀6的透气性能不同，以及不同电池箱5的密封性不同，导致电池箱5内压力降的速度也不同，因此充气暂停时间Tz根据电池箱5的型号以及电池箱5的结构确定，当电池箱5的密封性较好及泄压阀6的透气性较差时，Tz可以设置较长的时间，当电池箱5的密封性较差及泄压阀6的透气性较好时，Tz可以设置较短的时间。当停止通气Tz时间后，电池箱5内的压力降低，电池箱5内外压差小于△P时，即可重新启动充气装置，继续向电池箱5内充气，继续完成电池箱5内空气的置换。而且若重新启动充气装置，重新充气时，此时电池箱5的实际充气时间Ts则为停止通气之前电池箱5的充气时间与重新充气之后电池箱5的充气时间之和。

所述步骤1中的控制参数还包括间隔充气时间Tj，所述步骤3中停止充气装置，电池箱5停止充入保护气体后，采集电池箱5停止充气的时长Tt，判断Tt是否大于等于Tj，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱5重新充入保护气体；否则，则继续采集电池箱5停止充气的时长Tt并判断Tt与Tj的关系。具体的，间隔充气时间Tj根据电池箱5的密封性以及泄压阀6的透气性确定，当电池箱5的密封性较好及泄压阀6的透气性较差时，Tj可以设置较长的时间，当电池箱5的密封性较差及泄压阀6的透气性较好时，Tj可以设置较短的时间。当停止充气后，由于泄压阀6以及电池箱5的透气性，电池箱5内的保护气体的浓度会逐渐下降，电池箱5内的含氧量会逐渐上升，增加电池箱6的热失控风险。采用间歇充气的方式可使电池箱5内的保护气体维持在较高的浓度范围内，持续抑制电池箱5热失控，增加电池箱5的安全性。

所述充气装置包括保护气体供应装置、电池箱5、泄压阀6、压力探测器和控制器8，所述保护气体供应装置用于为电池箱5提供保护气体，所述泄压阀6设在电池箱5上，所述压力探测器用于检测电池箱5内部和外部的压力并将检测信息输送至控制器8，所述控制器8用于控制保护气体供应装置的启停。具体的，当压力探测器发生故障时，控制器8还可发出预警。

所述保护气体为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。氮气、氩气和氦气为不燃气体，电池箱5内充满氮气或氩气或氦气可有效抑制电池箱5热失控后引发的火灾。

当所述保护气体为氮气时，所述保护气体供应装置包括顺序连接的气体发生装置1和空分设备4，所述空分设备4设有氮气出口和富氧气出口，所述氮气出口与电池箱5连接，所述富氧气出口与汽车的乘客舱10连接。具体的，所述气体发生装置1为空压机或车内气源或高压气罐。所述保护气供应装置还包括干燥器2和过滤器3，所述气体发生装置1、干燥器2、过滤器3和空分设备4顺序连接。空分设备4的富氮出口通过单向节流阀11与电池箱5连接。氮气出口的氮气通入电池箱5为电池箱5提供保护，富氧出口的富氧气通入乘客舱10还可改善乘客舱10内的空气质量。

所述气体发生装置1通过电磁阀7与空分设备4连接，所述电磁阀7通过控制器8控制。具体的，当保护气供应装置还包括干燥器2和过滤器3时，所述电磁阀7设在气体发生装置1的出口端，电磁阀7用于控制气体发生装置1供应气体的通断。

所述压力探测器包括绝压压力传感器。具体的，所述压力探测器包括电池箱内压力探测器9和电池箱外压力探测器，所述电池箱内、外压力探测器均包括绝压压力传感器。采用绝压压力传感器可以准确测量电池箱5内外的压力变化，电池箱5内外压力差的测量精度高，可避免电池箱5外部环境对压力精度的影响。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1、将预设的控制参数：电池箱预充时间Tm和电池箱内外最大压差△P输入控制器内，启动充气装置，电池箱内开始充入保护气体，同时开始记录时间t；

步骤2、采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并计算电池箱内外压差，若电池箱内外压差小于△P，则采集电池箱实际充气时间Ts；

步骤3、判断电池箱的实际充气时间Ts是否大于等于电池箱预充时间Tm，若是，则停止充气装置，电池箱停止充入保护气体，电池箱完成一次充气过程，否则，返回步骤2。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：所述步骤2中若电池箱内外压差大于等于△P，则停止充气装置，电池箱停止充入保护气体，重新采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并计算电池箱内外压差，若电池箱内外压差大于△P，则系统进行自检；否则，则判断电池箱内外压差是否小于△P，或者，采集电池箱停止充气的时长Tt’。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：当判断电池箱内外压差是否小于△P时，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱重新充入保护气体，否则，则继续采集电池箱外压力Pw和电池箱内压力Pn并判断电池箱内外压力差与△P的关系。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：当采集电池箱停止充气的时长Tt’时，步骤1中所述控制参数还包括充气暂停时间Tz，判断Tt’是否大于等于Tz，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱重新充入保护气体，否则，则继续采集电池箱停止充气的时长Tt’并判断Tt’与Tz的关系。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：所述步骤1中的控制参数还包括间隔充气时间Tj，所述步骤3中停止充气装置，电池箱停止充入保护气体后，采集电池箱停止充气的时长Tt，判断Tt是否大于等于Tj，若是，则返回步骤1，重新启动充气装置，电池箱重新充入保护气体；否则，则继续采集电池箱停止充气的时长Tt并判断Tt与Tj的关系。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：所述充气装置包括保护气体供应装置、电池箱、泄压阀、压力探测器和控制器，所述保护气体供应装置用于为电池箱提供保护气体，所述泄压阀设在电池箱上，所述压力探测器用于检测电池箱内部和外部的压力并将检测信息输送至控制器，所述控制器用于控制保护气体供应装置的启停。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：所述保护气体为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：当所述保护气体为氮气时，所述保护气体供应装置包括顺序连接的气体发生装置和空分设备，所述空分设备设有氮气出口和富氧气出口，所述氮气出口与电池箱连接，所述富氧气出口与汽车的乘客舱连接。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：所述气体发生装置通过电磁阀与空分设备连接，所述电磁阀通过控制器控制。

10.根据权利要求6所述的锂离子电池箱充保护气体的方法，其特征在于：所述压力探测器包括绝压压力传感器。

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