CN113815419A - 一种电池包热失控监控系统及电动汽车 - Google Patents

一种电池包热失控监控系统及电动汽车 Download PDF

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马钊
邹荣莲
赵运德
朱华昌
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Abstract

本发明公开了一种电池包热失控监控系统及电动汽车,系统包括电池管理系统和设置于所述电池包内的:光信号发生器,用于发射出射光;反光部,用于反射所述出射光得到反射光;第一光信号接收器,用于接收反射光并转化为电信号;电池管理系统与光信号发生器和第一光信号接收器电连接,并对第一光信号接收器反馈的电信号进行处理,根据处理结果判定是否存在热失控风险。本发明根据烟雾对光线的阻隔会造成光强损失的原理来检测电池包是否发生热失控事件,在电池包热失控初期产生少量烟雾时就能够及时准确的检测,并且不受环境影响。本监控系统内置于电池包中,不会影响电池包的装配。本监控系统的光源没有限定,可以是任何波段,具有更好的适应性。

Description

一种电池包热失控监控系统及电动汽车
技术领域
本发明属于动力电池技术领域,具体涉及一种电池包热失控监控系统及电动汽车。
背景技术
电池包的可靠性是电动汽车的一个重要安全性能指标,当前电池包内使用的主流电池为锂离子电池,锂离子电池的活性大,电池包热失控事件发生时,往往伴随着严重的后果。
目前对电池包内热失控检测的方法主要有:(1)利用烟雾传感器感知热失控时的烟雾成分,该方法具有一定的滞后性。(2)利用压力传感器探测电芯爆裂时陡增的压力,但压力传感器容易受海拔、运输方式等因素的影响。
因此,急待开发一种灵敏可靠并且不受环境影响的电池包热失控监控系统。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种电池包热失控监控系统及电动汽车,以解决现有的电池包热失控检测方法或检测不延时、或受环境影响的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种电池包热失控监控系统,包括电池管理系统和设置于所述电池包内的光信号发生器、反光部和第一光信号接收器:
所述光信号发生器位于所述电池包内的电池模组上部空间,用于向所述电池模组发射出射光;
所述反光部至少设置有一个,用于反射所述出射光得到反射光;
所述第一光信号接收器位于所述电池包内的电池模组上部空间,用于接收所述反射光并转换为电信号;
所述电池管理系统与所述光信号发生器和所述第一光信号接收器电连接,用于控制所述光信号发生器发射出射光,对所述第一光信号接收器反馈的电信号进行信号处理,并根据处理结果判定是否存在热失控风险。
进一步地,所述电池管理系统具体用于根据所述第一光信号接收器反馈的电信号获取所述第一光信号接收器接收的所述反射光的光强,如果所述反射光的光强低于预设阈值,则判定所述电池包内已产生烟雾并进行报警。
进一步地,还包括第二光信号接收器,位于所述电池包内的电池模组上部空间,用于检测电池包内发生的火光的波长,并将火光信号转换为电信号。
进一步地,所述电池管理系统具体用于根据所述第二光信号接收器反馈的电信号判定所述电池包内已产生火光并进行报警。
进一步地,还包括位于所述电池包内的电池模组上部空间的结构件,所述光信号发生器和所述第一光信号接收器设置在所述结构件上。
进一步地,所述结构件可转动地连接在所述电池包内,当所述结构件转动时,所述光信号发生器对电池包内部进行扫描。
进一步地,所述电池包内设置有支撑电池包上壳的支撑柱,所述结构件相对所述支撑柱可转动地套接在所述支撑柱上。
进一步地,所述结构件固定连接在所述电池包内,所述结构件包括一圆柱面,所述光信号发生器设置有多个,分布在所述圆柱面的同一圆周上,对电池包内部进行扫描。
进一步地,所述结构件设置在所述电池包的顶部角落处,所述光信号发生器的扫描角度为90°。
一种电动汽车,包括如上所述的电池包热失控监控系统。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:本发明根据烟雾对光线的阻隔会造成光强损失的原理来检测电池包是否发生热失控事件,在电池包热失控初期产生少量烟雾时就能够及时准确的检测,并且不受环境影响。本监控系统内置于电池包中,不会影响电池包的装配。此外,本监控系统的光源没有限定,可以是任何波段,具有更好的适应性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一一种电池包热失控监控系统的模块结构图。
图2为本发明实施例提供的一种电池包热失控监控系统的结构(俯视)及工作原理图。
图3为图2的A部分放大图。
图4为本发明实施例提供的另一种电池包热失控监控系统的结构(俯视)及扫描效果图。
图5为本发明实施例提供的一种结构件9与电池包的连接示意图(侧视图)。
图6为本发明实施例提供的另一种结构件9与电池包的连接示意图(沿图4B-B线的剖视图)。
图7为本发明实施例提供的一种光信号发生器1在结构件9上的分布图(俯视图)。
图8为本发明实施例二提供的一种电池包热失控监控系统的模块结构图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图,用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
本发明实施例一提供了一种电池包热失控监控系统,如图1所示,具体包括:电池管理系统(Battery Management System,BMS)4,和设置于所述电池包内的光信号发生器1、反光部2和第一光信号接收器3。
电池包的结构可参照图2,包括外壳6以及若干容置于外壳6内并间隔排列的电池模组7。光信号发生器1和第一光信号接收器3位于电池包内的电池模组上部空间,即处在电池包内的电池模组7以上外壳6的上盖以下,光信号发生器1用于向所述电池模组发射出射光。反光部2设置在电池包内,至少设置一个,当设置多个时,可沿着外壳6的内壁均匀分布,反光部2用于反射出射光得到反射光,第一光信号接收器3用于接收反射光并转换为电信号。电池管理系统4与光信号发生器1和第一光信号接收器3电连接(图中采用虚线表示),用于控制光信号发生器1发射出射光,对第一光信号接收器3反馈的电信号进行信号处理,并根据处理结果判定是否存在热失控风险。
本电池包热失控监控系统的工作过程与原理为:BMS控制光信号发生器1发出出射光,其中光信号发生器可以是发光二极管或特定波长的光源,例如可见光或红外光波段中某个波长。出射光经过反光部2至少一次反射,反光部优选为镜面反射的圆滑曲面,反射时光强损失最小。产生的反射光到达第一光信号接收器3,第一光信号接收器3可以是光敏二极管。第一光信号接收器3将光信号转换为电信号,BMS接收到电信号后进行信号处理,并根据处理结果判定是否存在热失控风险。具体的,BMS通过获取的电信号计算第一光信号接收器3接收的反射光的光强,如果反射光的光强大于等于预设阈值,表明光仅仅经反光部的反射,损失很小,可以判断电池包处于安全状态。当电池包内产生烟雾时,烟雾在电池包内扩散,必然会阻碍光路,减弱第一光信号接收器3接收到的光强,此时反射光的光强小于预设阈值,即识别到烟雾产生,BMS发出警示。当然除了根据反射光的光强(绝对值)来判断,还可以根据反射光相对出射光的光强损失(相对值)进行判断。
本发明根据烟雾对光线的阻隔会造成光强损失的原理来检测电池包是否发生热失控事件,在电池包热失控初期产生少量烟雾时就能够及时准确的检测,并且不受环境影响。本监控系统内置于电池包中,不会影响电池包的装配。此外,本监控系统的光源没有限定,可以是任何波段,具有更好的适应性。
进一步地,参考图2和图3,反光部2可以是表面光洁度较高的金属圆柱或者其他可镜面反射的电池包内壁结构,例如内壁上可以设置多个圆滑曲面结构。本发明实施例中,光信号发生器1、第一光信号接收器3可以设置为一体式,即设置在同一结构件9上。本发明提供了以下几种结构件9的设置及光信号发生器1的扫描方式实施例。
第一种结构中,结构件9可转动地连接在电池包内,其中一个实施例中,如图4俯视图、图5侧视图所示,结构件9可转动地设置在外壳6的上盖内侧任一位置,当结构件9转动时,光信号发生器1对电池包内部进行180°扫描,外壳6的侧壁与光信号发生器1对应的高度设置有圆滑曲面,即反光部2对扫描光进行反射,并被设置在结构件9上的第一光信号接收器3接收。在另一个实施例中,如图6(沿图4B-B线的剖视图)所示,电池包内设置有支撑电池包上壳的支撑柱10,为了避免光线被支撑柱10遮挡,可以将结构件9套接在支撑柱10上,例如通过轴承连接,并通过马达驱动结构件9相对于支撑柱10转动,对电池包内进行180°扫描。上述结构中,光信号发生器1和第一光信号接收器3对应设置一个即可,通过旋转驱动机构辅助完成扫描。
第二种结构中,如图7所示,结构件9固定连接在电池包内,结构件9包括一圆柱面,光信号发生器1设置有多个,分布在圆柱面的同一圆周上,类似跑马灯效果,对电池包内部进行180°扫描。本结构中,在精简了驱动机构的情况下,光信号发生器1和第一光信号接收器3需要对应设置多个可以取得同样的扫描效果。
基于上述实施例,本发明提供了进一步优化的结构,具体是将结构件9设置在电池包的顶部角落处,参考图2,这样光信号发生器1只需要扫描90°就可以做到全覆盖了,对应的第二种结构中,结构件9的圆柱面可以设置为四分之一圆柱面。本优化方案可以减少动力消耗或元器件数量。
基于第一实施例,本发明实施例二提供了一种可进一步检测火光的电池包热失控监控系统,如图8所示,热失控监控系统还包括位于电池包内的电池模组上部空间的第二光信号接收器5,第二光信号接收器5也可以与光信号发生器1、第一光信号接收器3一同设置在同一结构件9上,如图3所示,光信号发生器1和第一光信号接收器3设置在结构件9的上部分91上,第二光信号接收器5设置在结构件9的下部分92上。第二光信号接收器5也可以是光敏器件,用于检测电池包内发生的火光的波长,并将检测的火光信号转换为电信号反馈给BMS,BMS根据第二光信号接收器反馈的电信号判定电池包内已产生火光并进行报警。本实施例中,根据电池模组中的材料,确定燃烧初期的特征波长,并选择相应的专用波段的光敏器件进行检测。
电池包热失控后最明显的两个特征烟雾和火光,本发明通过设置第二光信号接收器5来监测火光,进一步提高了电池包热失控监测的准确率。
基于上述的电池包热失控监控系统,本发明还提供了一种电动汽车,该电动汽车的动力电池采用本发明的电池包热失控监控系统进行监控,大大提高了电动汽车的安全性能。
有关本实施例车辆证书管理装置的工作原理和过程,参见前述本发明实施例一的说明,此处不再赘述。
通过上述说明可知,与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明根据烟雾对光线的阻隔会造成光强损失的原理来检测电池包是否发生热失控事件,在电池包热失控初期产生少量烟雾时就能够及时准确的检测,并且不受环境影响。本监控系统内置于电池包中,不会影响电池包的装配。此外,本监控系统的光源没有限定,可以是任何波段,具有更好的适应性。最后,本发明通过设置第二光信号接收器5来监测火光,进一步提高了电池包热失控监测的准确率。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种电池包热失控监控系统,其特征在于,包括电池管理系统和设置于所述电池包内的光信号发生器、反光部和第一光信号接收器:
所述光信号发生器位于所述电池包内的电池模组上部空间,用于向所述电池模组发射出射光;
所述反光部至少为一个,用于反射所述出射光得到反射光;
所述第一光信号接收器位于所述电池包内的电池模组上部空间,用于接收所述反射光并转换为电信号;
所述电池管理系统与所述光信号发生器和所述第一光信号接收器电连接,用于控制所述光信号发生器发射出射光,对所述第一光信号接收器反馈的电信号进行信号处理,并根据处理结果判定是否存在热失控风险。
2.根据权利要求1所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,所述电池管理系统具体用于根据所述第一光信号接收器反馈的电信号获取所述第一光信号接收器接收的所述反射光的光强,如果所述反射光的光强低于预设阈值,则判定所述电池包内已产生烟雾并进行报警。
3.根据权利要求1所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,还包括第二光信号接收器,位于所述电池包内的电池模组上部空间,用于检测电池包内发生的火光的波长,并将火光信号转换为电信号。
4.根据权利要求3所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,所述电池管理系统具体用于根据所述第二光信号接收器反馈的电信号判定所述电池包内已产生火光并进行报警。
5.根据权利要求1所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,还包括位于所述电池包内的电池模组上部空间的结构件,所述光信号发生器和所述第一光信号接收器设置在所述结构件上。
6.根据权利要求5所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,所述结构件可转动地连接在所述电池包内,当所述结构件转动时,所述光信号发生器对电池包内部进行扫描。
7.根据权利要求6所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,所述电池包内设置有支撑电池包上壳的支撑柱,所述结构件相对所述支撑柱可转动地套接在所述支撑柱上。
8.根据权利要求5所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,所述结构件固定连接在所述电池包内,所述结构件包括一圆柱面,所述光信号发生器设置有多个,分布在所述圆柱面的同一圆周上,对电池包内部进行扫描。
9.根据权利要求6或8所述的电池包热失控监控系统,其特征在于,所述结构件设置在所述电池包的顶部角落处,所述光信号发生器的扫描角度为90°。
10.一种电动汽车,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的电池包热失控监控系统。
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