CN113611941B - 锂电池组热失控用控制方法及控制板及温控设备 - Google Patents

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Abstract

锂电池组热失控用控制方法及控制板及温控设备，包含两个模式，一个模式通过控制板对电池组电压进行控制，使得锂电池组内部的电压始终保持平衡，另一个模式通过在锂电池组内部加装加热制冷装置对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内；其中电路控制板，可以对电池组的每一节电芯进行自动识别并调节，对电压低的电芯进行控制补偿；对电压高的电芯进行降低，以达到每一节电芯的电压始终一致。其中锂电池组绝缘箱壳体内加装加热制冷装置，通过控温，对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内，从而保证锂电池组的工作稳定性可靠性，本发明两种模式并存，且互相配合，从而保证锂电池不会出现热失控情况。

Description

锂电池组热失控用控制方法及控制板及温控设备
技术领域
本发明涉及锂电池组安全运行、监管领域，特别是涉及锂电池组热失控用控制方法及控制板及温控设备。
背景技术
现阶段市场上电动汽车动力电池普遍采用三元锂电池组或磷酸铁锂电池组。光伏发电和风力发电配套的需要，普遍是建设储能电站，其中采用的也是锂电池组。目前锂电池应用存在很大的安全隐患就是自燃和爆炸。这是由于当前锂电池构造的原材料选择的优劣在所难免的，锂电池的振动和自身使用发热造成了锂电池内部热量不断增加，温度升高，无法释放形成热失控造成的。这是当前影响锂电池作为动力电池组和储能电池组大力发展的瓶颈。各地出现的电动汽车自燃起火，储能电站起火爆炸消息出现在各地新闻报端。也是材料学和科技上亟待解决的难点。
目前锂电池组由若干个锂电池芯按照电压相同的锂电池芯组成一组才能符合国家标准的合格产品出厂。锂电池芯生产过程单个电芯电压相同需要进行电池芯配比才可以成组。目前工艺达不到一批出来的锂电池芯电压相同，只能再选配。锂电池组的成品使用过程，随着使用时间越长，充放电循环次数增多，锂电池芯工作状态也发生变化，造成每一只锂电池芯的电压有高有低，整个锂电池组的工作不稳定。电池组内部发热、温度升高、供电时间缩短等危险因素增加，因此可以考虑通过设计相应的控制板，对电池组电压进行控制，使得锂电池组内部的电压始终保持平衡。从而保证锂电池组的工作稳定性可靠性。
此外锂电池组适合环境工作温度是，在50度—零下15度，它在充电和放电工作时会产生热量，需要散发掉，而锂电池组又是一个密闭的箱体，无法解决散热问题，导致热量聚增，温度加速升高，影响电池芯的寿命衰减。同时造成电池组的热失控，引起锂电池组起火、爆炸等危险，因此也可以考虑通过加装加热制冷装置进行控温，对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内，从而保证锂电池组的工作稳定性可靠性。
发明内容
针对以上问题，本发明提供锂电池组热失控用控制方法及控制板及温控设备，本申请控制方式包含通过控制板对电池组电压进行控制补偿，使得锂电池组内部的电压始终保持平衡和通过在锂电池组内部加装加热制冷装置对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内，通过以上两者方相辅相成的从而保证锂电池组的工作稳定性可靠性。
本发明提供锂电池组热失控用控制方法，包括电压补偿控制和温度控制，
所述电压补偿控制包括以下步骤：
电控板总成通过监控单元对电池组内每一节电池单体电芯进行电压监控，发现电压低于标准电压，则对电压低的电芯进行电池补偿，发现电压高于标准电压，则对电压高的电芯进行降低电压处理，从而保证电池组内每一节电池单体电芯维持在标准电压范围内，锂电池组内部的电压始终保持平衡；
所述温度控制包括以下步骤：
电控板总成通过绝缘箱壳体内的内环境监测对绝缘箱壳体温度进行监测，监测到锂电池组温度在适合电池组的温度以下，利用冷热交互装置进行加热，加热装置热源来源于锂电池组充电或放电时产生的热量，使得绝缘箱壳体内温度达到正常工作的环境温度，待温度达到适合电池组的温度的工作温度及时停止加热；
电控板总成通过绝缘箱壳体内的内环境监测对绝缘箱壳体温度进行监测，监测到锂电池组温度在适合电池组的温度以上，利用冷热交互装置进行制冷，制冷过程利用锂电池芯组内部设置的散热材料，在锂电池芯组内部用散热材料把电池芯组内部的热量通过冷热交互装置传导出来，从而将热量转换成冷气进行降温，待温度达到适合电池组的温度的工作温度及时停止加热。
作为本发明控制方法进一步改进，所述适合电池组的温度为25度，根据电池组实际工作状态一般选用25度。
作为本发明控制方法进一步改进，所述冷热交互装置工作如下：
通过集热层收集锂电池组充电或放电时产生的热量，并将其存储至热能层，待需要加热作为加热过程的热源，待需要制冷，通过热交换单元将热量通过制冷单元转换成冷气，再经过循环单元对整个绝缘箱壳体进行降温，本发明主要通过以上方式进行降温，采用方式可以对电池产生热量进行有效利用。
作为本发明控制方法进一步改进，当监测到锂电池组温度高于50度以上，通过电控板总成关断电源，并控制自动阀门打开绝缘箱壳体，当温度极度异常立刻进行通断关闭电源。
本发明提供锂电池组热失控用控制板，包括电控板总成、监控单元、电池补偿和内环境监测，其特征在于，监控单元与电池组内每一节电池单体电芯相连监控对应电池组内每一节电池单体电芯的电压，电池补偿与电池组内每一节电池单体电芯相连通过对电池组内每一节电池单体电芯进行电压补偿保证电压稳定，内环境监测与绝缘箱壳体内温度监测相连进行温度监控，所述电控板总成包括内温度补偿控制和外温度交换控制，所述内温度补偿控制接冷热交互装置控制温度环境适合电池组。
作为本发明控制板进一步改进，所述电控板总成包括电源通断部分，提供电源通断可以进行紧急关闭。
本发明锂电池组热失控用温控设备，包括散热材料制得的绝缘箱壳体、电池组控制电路板和冷热交互装置，所述电池组控制电路板和冷热交互装置以及电池组放置在绝缘箱壳体，所述电池组控制电路板设置在并排设置的电池组单体一侧，所述电池组控制电路板与电池组内每一节电池单体电芯相连并监控和补偿电压，所述冷热交互装置设置在电池组上方接电池组控制电路板，所述电池组控制电路板的电控板保护壳内有电控板电池和电气元件。
作为本发明温控设备进一步改进，所述冷热交互装置包括冷热交互装置外壳、集热层、热能层、热交换单元、制冷单元和循环单元，所述冷热交互装置外壳开有热量进口和冷量出口，所述集热层、热能层、热交换单元、制冷单元和循环单元设置在冷热交互装置外壳内，所述冷热交互装置外壳上有提把，采用以上结构可以内电池产生的热源进行有效运用，并且占用空间较小。
作为本发明温控设备进一步改进，所述散热材料制得的绝缘箱壳体为开合式结构且顶部设置有翻盖，所述翻盖后侧连接部分通过一对翻盖连接杆并配合弹簧合页与绝缘箱壳体主体边缘相连，绝缘箱壳体设计成开合式方便电池组放入。
作为本发明温控设备进一步改进，所述翻盖开合部分有一对翻盖卡环，所述绝缘箱壳体上设置与其对应的自动阀扣，绝缘箱壳体一侧设置有自动阀，当遇到绝缘箱壳体内气压过高等紧急情况可以直接打开自动阀，将绝缘箱壳体内气体排出。
有益效果：
（1）本发明锂电池组热失控的控制方法，包含两个模式，一个模式通过控制板对电池组电压进行控制，使得锂电池组内部的电压始终保持平衡，另一个模式通过在锂电池组内部加装加热制冷装置对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内；
（2）本发明电路控制板，可以对电池组的每一节电芯进行自动识别并调节，对电压低的电芯进行控制补偿；对电压高的电芯进行降低，以达到每一节电芯的电压始终一致。随着使用时间推移，充放电循环次数增加，锂电池组内部的电压始终保持平衡，从而保证了锂电池组的工作稳定性可靠性；
（3）本发明在锂电池组绝缘箱壳体内加装加热制冷装置采用冷热交互装置，其中加热过程，是待锂电池组在低温零下15度以下进行加热使得温度达到锂电池组能正常工作的环境温度，热源来源于锂电池组充电或放电时产生的热量以达到工作温度，若温度不够用锂电池组自身的电能提供加热装置给锂电池组加热进行供电，待其达到工作温度及时停止加热；
其中制冷过程，是在锂电池芯组内部设置散热材料，在锂电池芯组内部用散热的材料把电池芯组内部的热量通过冷热交互装置传导出来，从而将热量转换成冷气，热量越大，制冷量就越大，抑制住热量剧增造成的失火爆炸的危险。达到解决热失控的难题；
（4）本发明电池组设置在由高分子材料制成的绝缘箱壳体内，绝缘箱壳体采用开合式设计，可以方便电池组放置，并且设置有自动阀，当内部压力超过一定范围自动打开以确保整体安全，电池组放置在绝缘箱壳体内，电池组一侧有电池组控制电路板，电池组控制电路板对电池组每个电池单体均进行电压监控并对绝缘箱壳体内环境温度进行检测，电池组顶部设置有温控装置即冷热交互装置，用于绝缘箱壳体内环境的温度控制；
（5）本发明冷热交互装置包括集热层、热能层、热交换单元、制冷单元和循环单元，通过集热层收集锂电池组充电或放电时产生的热量，并将其存储至热能层，待需要加热作为加热过程的热源，待需要制冷，通过热交换单元将热量通过制冷单元转换成冷气，再经过循环单元对整个绝缘箱壳体进行降温。
（6）本发明两种模式并存，且互相配合，从而保证锂电池不会出现热失控情况，进而延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明工作模块图；
图2是本发明整体图；
图3是本发明翻盖部分示意图；
图4是本发明绝缘箱体示意图；
图5是本发明内部结构示意图；
图6是本发明冷热交互装置整体示意图；
图7是本发明冷热交互装置内部示意图；
图8是本发明电控板内部示意图；
附件说明：
1、翻盖；1-1、翻盖卡环 ；2、绝缘箱壳体；2-1、自动阀扣；3、翻盖连接杆；4、弹簧合页；5、电池组控制电路板；5-1、电控板保护壳；5-2、电控板电池；5-3、电气元件；6、冷热交互装置；6-1、提把 ；6-2、冷热交互装置外壳；6-3、热量进口；6-4、冷量出口 ；6-5、集热层；6-6、热能层 ；6-7、热交换单元 ；6-8、制冷单元 ；6-9、循环单元；7、电池组。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供锂电池组热失控用控制方法及控制板及温控设备，本申请控制方式包含通过控制板对电池组电压进行控制，使得锂电池组内部的电压始终保持平衡和通过在锂电池组内部加装加热制冷装置对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内，通过以上两者方相辅相成的从而保证锂电池组的工作稳定性可靠性。
作为本发明具体实施例，如图1所示为本发明的工作模块图，如图1所示，所示电池组热失控用控制板，包括电控板总成、监控单元、电池补偿和内环境监测，所示监控单元与电池组内每一节电池单体电芯相连监控对应电池组内每一节电池单体电芯的电压，电池补偿与电池组内每一节电池单体电芯相连通过对电池组内每一节电池单体电芯进行电压补偿保证电压稳定，内环境监测与绝缘箱壳体内温度监测相连进行温度监控，所示电控板总成包括内温度补偿控制和外温度交换控制，所示内温度补偿控制接冷热交互装置控制温度环境适合电池组，所示电控板总成还包括电源通断部分。
如图2-8所示，所示锂电池组热失控用温控设备，包括散热材料制作的绝缘箱壳体2、绝缘箱壳体关闭时具备防水性，所示电池组控制电路板5和冷热交互装置6，所示电池组控制电路板5和冷热交互装置6以及电池组7放置在绝缘箱壳体2内，中间设置绝缘层，所示电池组控制电路板5设置在并排设置的电池组7单体一侧，所示电池组控制电路板5与电池组7内每一节电池单体电芯相连并监控和补偿电压，所示冷热交互装置6设置在电池组7上方接电池组控制电路板5，所示电池组控制电路板5的电控板保护壳5-1内有电控板电池5-2和电气元件5-3；
如图6、图7所示，所示为锂电池组热失控用温控设备，所示冷热交互装置包括冷热交互装置外壳6-2、集热层6-5、热能层6-6、热交换单元6-7、制冷单元6-8和循环单元6-9，所示冷热交互装置外壳6-2开有热量进口6-3和冷量出口6-4，所示集热层6-5、热能层6-6、热交换单元6-7、制冷单元6-8和循环单元6-9设置在冷热交互装置外壳6-2内，所示冷热交互装置外壳6-2上有提把6-1；
如图2-4所示，所示散热材料制得的绝缘箱壳体2为开合式结构且顶部设置有翻盖1，所示翻盖1后侧连接部分通过一对翻盖连接杆3并配合弹簧合页4与绝缘箱壳体2主体边缘相连，所示翻盖1开合部分有一对翻盖卡环1-1，所示绝缘箱壳体2上设置与其对应的自动阀扣2-1，通过自动阀扣2-1实现箱体的打开。
所示本发明提供锂电池组热失控用控制方法，包括电压补偿控制和温度控制；电压补偿控制模式通过控制板对电池组电压进行控制，使得锂电池组内部的电压始终保持平衡，防止出现电压大幅度波动导致锂电池板击穿或发生损坏；温度控制模式通过在锂电池组内部加装加热制冷装置对电池组温度进行控制，使得锂电池组内部的温度控制在一定范围内，防止温度超高烧毁锂电池板，温度过低改变锂电池内部材料能效，降低锂电池寿命或导致锂电池损坏无法使用；
在电压补偿控制模式中，其控制过程主要包括以下步骤：
设置在锂电池内部的电控板总成通过监控单元对电池组内每一节电池单体电芯进行电压监控，发现电压低于标准电压时，则对电压低的电芯进行电池电压补偿，提升到设定的电压值；发现电压高于标准电压，则对电压高的电芯进行降低电压处理，从而保证电池组内每一节电池单体电芯维持在标准电压范围内，避免因电池组中某一组电池电压过高或过低而导致整个锂电池组的电压偏大或偏低，导致锂电池组无法提供正常电压，对供电设备造成损坏或对电池本身造成损坏无法正常工作，通过对锂电池内部单体电芯的电压进行监测和快速调整使锂电池组内部的电压始终保持平衡，确保锂电池组的正常工作；
在温度控制模式中，其控制过程主要包括以下步骤：
设置在锂电池组内的电控板总成通过壳体内的内环境监测对壳体温度进行监测，电池组的最佳运行温度为25摄氏度，监测到锂电池组温度在设定的适合电池组的运行温度以下时，利用冷热交互装置进行加热，使其温度达到电控板总成内设置的温度，在调整温度时电控板总成监测电池的工作情况，区分放电状态、充电状态和存放状态，对不同状态下采用的加热方式不同，在放电状态和充电状态时加热装置热源来源于锂电池组充电或放电时产生的热量，在存放状态时，电池组通过内部微电流消耗产生热量，使得壳体内温度达到正常工作的环境温度，待温度达到适合电池组的温度的工作温度及时停止加热模块的工作，加热模块充分考虑电池所处环境，在存放状态下时以电池最佳的存放温度对电池进行加热保持恒温；
设置在锂电池组内的电控板总成通过壳体内的内环境监测对壳体温度进行监测，监测到锂电池组温度在设定的适合电池组的温度以上时，利用冷热交互装置进行制冷，制冷过程利用锂电池芯组内部设置的散热材料，在锂电池芯组内部用散热材料把电池芯组内部的热量通过冷热交互装置传导出来，从而将热量转换成冷气进行降温，待温度达到适合电池组的温度的工作温度及时停止散热，高温监测时电控板总成监控锂电池放电状态、充电状态和存放状态，对在放电状态和充电状态时因电池本身发热，监控温度为区间上限，存放状态时为区间下限，对于锂电池组充放、电量较大的电池组在电池组外置半导体制冷片，满足电池组大量产生热量的降温需求。
所示设置的冷热交互装置，其工作过程为在内部设置集热层，通过集热层收集锂电池组充电或放电时产生的热量，并将其存储至热能层，待需要加热作为加热过程的热源，在需要制冷，通过热交换单元将热量通过制冷单元转换成冷气，再经过循环单元对整个壳体进行降温，本发明主要通过以上方式进行降温，该方式可对对电池产生热量进行有效利用。
系统运行中当监测到锂电池组温度高于50摄氏度以上，通过电控板总成延时关断电源，在延时过程中对用电设备发出关机信号，对用电设备进行关机，防止突然断电对设备造成影响，同时控制自动阀门打开绝缘壳体，当温度极度异常立刻进行通断关闭电源，防止发生爆炸事故。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例之一，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (2)

1.锂电池组热失控用控制方法，包括电压补偿控制和温度控制，其特征在于，
所述电压补偿控制包括以下步骤：
电控板总成通过监控单元对电池组内每一节电池单体电芯进行电压监控，发现电压低于标准电压，则对电压低的电芯进行电池补偿，发现电压高于标准电压，则对电压高的电芯进行降低电压处理，从而保证电池组内每一节电池单体电芯维持在标准电压范围内，锂电池组内部的电压始终保持平衡；
所述温度控制包括以下步骤：
电控板总成通过绝缘箱壳体内的内环境监测对绝缘箱壳体温度进行监测，监测到锂电池组温度在适合电池组的温度以下，利用冷热交互装置进行加热，加热装置热源来源于锂电池组充电或放电时产生的热量，使得绝缘箱壳体内温度达到正常工作的环境温度，待温度达到适合电池组的温度的工作温度及时停止加热；
电控板总成通过绝缘箱壳体内的内环境监测对绝缘箱壳体温度进行监测，监测到锂电池组温度在适合电池组的温度以上，利用冷热交互装置进行制冷，制冷过程利用锂电池芯组内部设置的散热材料，在锂电池芯组内部用散热材料把电池芯组内部的热量通过冷热交互装置传导出来，从而将热量转换成冷气进行降温，待温度达到适合电池组的温度的工作温度及时停止加热；
所述适合电池组的温度为25度；
所述冷热交互装置工作如下：
通过集热层收集锂电池组充电或放电时产生的热量，并将其存储至热能层，待需要加热作为加热过程的热源，待需要制冷，通过热交换单元将热量通过制冷单元转换成冷气，再经过循环单元对整个绝缘箱壳体进行降温；
当监测到锂电池组温度达到50度以上，通过电控板总成关断电源，并控制自动阀门打开绝缘箱壳体。
2.锂电池组热失控用温控设备，包括散热材料制得的绝缘箱壳体（2）、电池组控制电路板（5）和冷热交互装置（6），其特征在于：所述电池组控制电路板（5）和冷热交互装置（6）以及电池组（7）放置在绝缘箱壳体（2），所述电池组控制电路板（5）设置在并排设置的电池组（7）单体一侧，所述电池组控制电路板（5）与电池组（7）内每一节电池单体电芯相连并监控和补偿电压，所述冷热交互装置（6）设置在电池组（7）上方接电池组控制电路板（5），所述电池组控制电路板（5）的电控板保护壳（5-1）内有电控板电池（5-2）和电气元件（5-3）；
所述冷热交互装置包括冷热交互装置外壳（6-2）、集热层（6-5）、热能层（6-6）、热交换单元（6-7）、制冷单元（6-8）和循环单元（6-9），所述冷热交互装置外壳（6-2）开有热量进口(6-3)和冷量出口（6-4），所述集热层（6-5）、热能层（6-6）、热交换单元（6-7）、制冷单元（6-8）和循环单元（6-9）设置在冷热交互装置外壳（6-2）内，所述冷热交互装置外壳（6-2）上有提把（6-1）；
所述散热材料制得的绝缘箱壳体（2）为开合式结构且顶部设置有翻盖（1），所述翻盖（1）后侧连接部分通过一对翻盖连接杆（3）并配合弹簧合页（4）与绝缘箱壳体（2）主体边缘相连；
所述翻盖（1）开合部分有一对翻盖卡环（1-1），所述绝缘箱壳体（2）上设置与其对应的自动阀扣（2-1）。
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