CN114361614A - 基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统 - Google Patents

基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统，包括：步骤1，通过气体传感器来探测电池箱体内的预设气体的浓度；步骤2，若气体传感器探测到预设气体的浓度超过设定阈值，则发出报警信号给BMS；步骤3，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器；当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式则断开继电器，停止充电。当某个电芯出现气体逸出的异常时，在其尚未发生热失控之前进行探测，电池及整车系统立即启动应对措施，以阻止电芯发生热失控。

Description

基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统
技术领域
本发明属于电池热失控的预防控制技术领域，具体涉及一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统。
背景技术
随着新能源汽车的普及，动力电池安全问题越来越突出，市场上不断出现各种类型动力电池热失控现象，GB 38031对电池提出5分钟的安全逃生要求，但对于用户的财产安全，以及用户对新能源车辆电池的安全顾虑仍存在重大影响，当前行业对电芯热失控的探测技术已经比较成熟，基本分为报警和预警两类:一类是在热失控发生时依靠气压、烟雾、气体、电压、温度等信号识别热失控的特征，并进行报警，但该行为仍是事后行为，已经发生热失控再报警具有一定安全隐患，并且发生后就难以控制热失控，并且抑制成本高。
因此，有必要开发一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统。
发明内容
本发明提供一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统，当动力电池某个电芯出现气体逸出的异常时，在其尚未发生热失控之前进行探测，电池及整车系统立即启动应对措施，以阻止电芯发生热失控。
第一方面，本发明所述的一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，包括以下步骤：
步骤1，通过安装在动力电池箱体内的气体传感器来探测电池箱体内的预设气体的浓度；
步骤2，若气体传感器探测到预设气体的浓度超过设定阈值，则发出报警信号给BMS；
步骤3，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器；
当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式则断开继电器，停止充电。
可选地，所述步骤3中，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器，整车控制器收到报警信号后，则发送开启冷却指令给具有冷却功能的TMS，TMS开启冷却功能。
可选地，所述步骤3中，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器，整车控制器控制IP进行报警提醒，且报警提醒的方式包括显示故障灯、文字提示故障、语音播报中的一种或多种。
可选地，所述步骤3中，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器，整车控制器控制车门解锁、双闪和鸣笛。
可选地，所述步骤3中，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器，整车控制器发送故障信息给TBOX，由TBOX推送故障信息至手机客户端。
可选地，所述步骤1中，所述预设气体为浓度较低的氢气、一氧化碳、二氧化碳以及其它有机混合气体。
可选地，所述气体传感器具备信号传输、工作模式切换及唤醒BMS的功能；所述BMS能够根据自身工作状态通过模式切换接口发送不同的电平信号给气体传感器，当BMS处于上电状态时，BMS发送工作模式的电平信号使气体传感器处于连续工作模式，若气体传感器探测到预设气体浓度超过设定阈值时，则通过信号接口发出报警信号给BMS；当BMS处于下电状态时，BMS发送休眠模式的电平信号使气体传感器处于周期性工作模式，若气体传感器探测到预设气体浓度超过设定阈值，气体传感器则通过唤醒接口发出电平信号唤醒BMS，并通过信号接口发出报警信号给BMS。
第二方面，本发明所述的一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，包括：
气体传感器，其安装在电池箱体内，用于探测电池箱体内的预设气体的浓度，并在探测到预设气体的浓度超过设定阈值时发出报警信号；
BMS，用于在接收到气体传感器所发出的报警信号后，根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器；以及根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式则断开继电器，停止充电，该BMS与气体传感器连接。
可选地，还包括整车控制器和具有冷却功能的TMS，所述TMS与整车控制器连接，整车控制器与BMS连接，当BMS收到气体传感器发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器，整车控制器收到报警信号后，则发送开启冷却指令给TMS，TMS开启冷却功能。
可选地，还包括分别与整车控制器连接的车身控制器、IP和TBOX；
当所述整车控制器收到报警信号后，所述整车控制器控制IP进行报警提醒，控制车门解锁、双闪和鸣笛，以及发送故障信息给TBOX，由TBOX推送故障信息至与TBOX连接的手机客户端。
本发明具有以下优点：
（1）本发明和当前其它的报警与预警方法的本质区别在于，瞄准了早期的气体逸出阶段和预警热失控的探测手段，所以能够较目前的热失控发生时报警更早期，时间上的差别（一般在几十分钟不等），便可及早地通知用户进行处理；
（2）正常情况下，电池包内是不会出现异常气体的，只要气体传感器检测到特征气体逸出，则可肯定判断电芯已经发生异常，所以比基于电压、温度来预判电芯热失控更精准；
（3）通过在这一时刻的冷却、行车、充电的处理策略，能够达到避免电芯发生热失控的效果，直接避免了热失控带来生命财产安全的风险，并大大减少控制与抑制热失控的成本。
附图说明
图1为现有技术一般热失控发生的过程示意图；
图2为本发明作用效果的过程示意图；
图3为本发明的原理框图；
图4为本发明系统的流程图；
图中：1-动力电池总成、2-整车系统、3-手机客户端、11-气体传感器、111-供电线路、112-供电接地线路、113-信号线路、114-气体传感器唤醒BMS线路、115-工作模式切换线路、12-BMS、21-整车控制器、22-车身控制器、23-IP、24-TMS、25-TBOX。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
动力电池因一些使用情况和电芯自身的一些因素，会出现过充、过电流、过温、内部短路等情况。这些情况导致电芯内部发生异常的化学反应，从而产生一些相对热失控阶段较低浓度的气体，如：氢气、一氧化碳、二氧化碳以及其它有机混合气体等，并通过电芯防爆阀或者胀裂电芯壳体逸出。发生这种气体逸出的电芯，虽然还未发生热失控，但是隔一段时间（一般10分钟不等）后将发生热失控，发生热失控则会产生大量的气体和热量。所以在早期的气体逸出阶段就及时进行探测与处理，能够及早地避免热失控的发生。本发明的检测与控制处理的时机与效果如图2所示。
如图4所示，本实施例中，一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，具体包括以下步骤：
步骤1，在动力电池箱体内的气体传感器11，气体传感器11工作，通过气体传感器11来探测电池箱体内的预设气体的浓度。
步骤2，若气体传感器11探测到预设气体的浓度超过设定阈值，则气体传感器11判断BMS12是否处于休眠状态，若BMS12处于休眠状态，则气体传感器11唤醒BMS12,则发出报警信号给BMS12；若BMS12处于上电状态，则气体传感器11直接发出报警信号给BMS12。若气体传感器11探测到预设气体的浓度未超过设定阈值，则返回步骤1。
步骤3，BMS12具有相应的处理策略，所述处理策略包含冷却处理策略、行车处理策略、充电处理策略。
行车处理策略为：当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，BMS12根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器，停止行车过程的充放电带来的进一步伤害。若未处于行车状态，行车处理策略不处理。
充电处理策略为：当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，还根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式，则断开继电器，停止充电，防止过充引发的进一步恶化。若未处于充电状态，则充电处理策略不处理。
冷却处理策略：当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，还将信号发送给整车控制器21，整车控制器21收到报警信号后，则发送开启冷却指令给TMS24（本发明所用动力电池总成，设计有冷却功能的TMS（即热管理系统），TMS24开启冷却功能，降低电芯温度。
当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，还将信号发送给整车控制器21，整车控制器21则控制IP 23（仪表）显示故障灯、文字提示故障、语音播报。
当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，还将信号发送给整车控制器21，整车控制器21则控制车门解锁、双闪、鸣笛。
当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，还将信号发送给整车控制器21，整车控制器21发送故障信息给TBOX25，而TBOX25推送故障信息至手机客户端3。
如图1所示，现有技术中，对热失控的报警一般在图1所示的t1时间点进行检测与报警，并且发生热失控后，无法控制该电芯不继续热失控。
如图2所示，本实施例中，是在动力电池总成内安装气体传感器11，利用气体传感器11在t2时间点检测出浓度较低的氢气、一氧化碳、二氧化碳以及其它有机混合气体等特征。即在气体逸出阶段的时间点t2进行检测与报警，同时进行冷却、切断高压等处理，故能够有效避免热失控的发生。
如图3所示，本实施例中，一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，包括气体传感器11和BMS12；气体传感器11安装在电池箱体内，用于探测电池箱体内的预设气体的浓度，并在探测到预设气体的浓度超过设定阈值时发出报警信号。BMS12用于在接收到气体传感器11所发出的报警信号后，根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器；以及根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式则断开继电器，停止充电，该BMS12与气体传感器11连接。
如图3所示，本实施例中，一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，还包括整车控制器21和具有冷却功能的TMS，所述TMS与整车控制器21连接，整车控制器21与BMS12连接，当BMS12收到气体传感器11发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器21，整车控制器21收到报警信号后，则发送开启冷却指令给TMS，TMS开启冷却功能。
如图3所示，本实施例中，一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，还包括分别与整车控制器21连接的车身控制器22、仪表和TBOX25；当所述整车控制器21收到报警信号后，所述整车控制器21控制仪表进行报警提醒，控制车门解锁、双闪和鸣笛，以及发送故障信息给TBOX25，由TBOX25推送故障信息至与TBOX25连接的手机客户端3。
如图3和图4所示，本实施例中，采用一种能明显识别逸出气体特征的气体传感器11来实现气体逸出阶段的探测。所述气体传感器11适放于电池箱体的形体中部，并通过线束与电池管理系统进行连接。所述气体传感器11具备信号检测与发生、工作模式切换、唤醒BMS12的功能，其通过供电线路111、供电接地线路112、信号线路113、气体传感器唤醒BMS线路114、工作模式切换线路115与BMS12进行连接实现（接口顺序可不限定，仅仅用于描述）。BMS12通过供电线路111、供电接地线路112给气体传感器11供常电。气体传感器11通过信号线路113将检测的浓度信息和报警信号发送给BMS12。BMS12根据自身工作状态通过工作模式切换线路115发送不同的电平信号给气体传感器11，当BMS12处于上电状态时，BMS12发送工作模式的电平信号（如高电平）使气体传感器11处于连续工作模式，若气体传感器11探测到预设气体浓度超过设定阈值，则通过信号线路113将浓度信息和报警信号给BMS12；当BMS12处于下电状态时，BMS12发送休眠模式的电平信号使气体传感器11处于周期性工作模式，若气体传感器11探测到气体浓度超过设定阈值，气体传感器11则通过气体传感器唤醒BMS线路114发出电平信号（如高电平）唤醒BMS12，并通过信号线路113发出浓度信息和报警信号给BMS12。
本实施例中，气体传感器11和BMS12归属于动力电池总成1；车身控制器22、IP23、TMS24、TBOX25以及整车控制器21归属于整车系统2。

Claims (10)

1.一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过安装在动力电池箱体内的气体传感器（11）来探测电池箱体内的预设气体的浓度；
步骤2，若气体传感器（11）探测到预设气体的浓度超过设定阈值，则发出报警信号给BMS（12）；
步骤3，当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器；
当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，还根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式则断开继电器，停止充电。
2.根据权利要求1所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统，其特征在于：所述步骤3中，当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器（21），整车控制器（21）收到报警信号后，则发送开启冷却指令给具有冷却功能的TMS（24），TMS（24）开启冷却功能。
3.根据权利要求1或2所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法及系统，其特征在于：所述步骤3中，当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器（21），整车控制器（21）控制IP（23）进行报警提醒，且报警提醒的方式包括显示故障灯、文字提示故障、语音播报中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，其特征在于：所述步骤3中，当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器（21），整车控制器（21）控制车门解锁、双闪和鸣笛。
5.根据权利要求1或3或4所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，其特征在于：所述步骤3中，当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器（21），整车控制器（21）发送故障信息给TBOX（25），由TBOX（25）推送故障信息至手机客户端（3）。
6.根据权利要求5所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，其特征在于：所述步骤1中，所述预设气体为浓度较低的氢气、一氧化碳、二氧化碳以及其它有机混合气体。
7.根据权利要求1或3或4或6所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控方法，其特征在于：所述气体传感器（11）具备信号传输、工作模式切换及唤醒BMS（12）的功能；所述BMS（12）能根据自身工作状态通过模式切换接口发送不同的电平信号给气体传感器（11），当BMS（12）处于上电状态时，BMS（12）发送工作模式的电平信号使气体传感器（11）处于连续工作模式，若气体传感器（11）探测到预设气体浓度超过设定阈值时，则通过信号接口发出报警信号给BMS（12）；当BMS（12）处于下电状态时，BMS（12）发送休眠模式的电平信号使气体传感器（11）处于周期性工作模式，若气体传感器（11）探测到预设气体浓度超过设定阈值，气体传感器（11）则通过唤醒接口发出电平信号唤醒BMS（12），并通过信号接口发出报警信号给BMS（12）。
8.一种基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，其特征在于，包括：
气体传感器（11），其安装在电池箱体内，用于探测电池箱体内的预设气体的浓度，并在探测到预设气体的浓度超过设定阈值时发出报警信号；
BMS（12），用于在接收到气体传感器（11）所发出的报警信号后，根据行车状态信号判断车辆是否处于行车状态，若车辆处于行车状态则限制充放电功率，并在预设时间内切断继电器；以及根据工作模式信号判断车辆是否处于充电模式，若车辆处于充电模式则断开继电器，停止充电，该BMS（12）与气体传感器（11）连接。
9.根据权利要求8所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，其特征在于，还包括整车控制器（21）和具有冷却功能的TMS（24），所述TMS（24）与整车控制器（21）连接，整车控制器（21）与BMS（12）连接，当BMS（12）收到气体传感器（11）发出的报警信号后，还将报警信号发送给整车控制器（21），整车控制器（21）收到报警信号后，则发送开启冷却指令给TMS（24），TMS（24）开启冷却功能。
10.根据权利要求9所述的基于探测逸出气体的预防电芯热失控系统，其特征在于：还包括分别与整车控制器（21）连接的车身控制器（22）、IP（23）和TBOX（25）；
当所述整车控制器（21）收到报警信号后，所述整车控制器（21）控制IP（23）进行报警提醒，控制车门解锁、双闪和鸣笛，以及发送故障信息给TBOX（25），由TBOX（25）推送故障信息至与TBOX（25）连接的手机客户端（3）。
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