CN114388904A - 锂离子电池热失控抑制电路及锂离子电池热失控抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种锂离子电池热失控抑制电路及锂离子电池热失控抑制方法，可解决锂离子电池状态监测时效性差的技术问题。锂离子电池热失控抑制电路设置在锂离子电池封装的密闭空间内，包括加热电源和测试电源、MCU控制模块、信号采集模块、热失控抑制模块，信号采集模块包括多个并联连接的气体传感器电路；MCU控制模块控制加热电源为气体传感器电路提供加热电压，以使至少一个气体传感器电路与密闭空间内产生的监测气体发生反应，并采集达到工作温度的至少一个气体传感器所串联负载电阻的电平变化值，根据电平变化值计算监测气体的气体浓度，在确定气体浓度大于预设阈值时向热失控抑制模块发送热失控抑制信号，控制进行热失控抑制处理。

Description

锂离子电池热失控抑制电路及锂离子电池热失控抑制方法
技术领域
本申请涉及气体信号处理领域，尤其涉及到一种锂离子电池热失控抑制电路及锂离子电池热失控抑制方法。
背景技术
锂离子电池是一种新型的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高、寿命长、容量和能量密度大、体积小、自放电率低等优点。目前，锂离子电池由于其在应用过程中具有能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、环保等特性而得到了广泛的应用，已经被广泛用于各种便携式电子设备。锂离子电池通常由外壳以及包覆于外壳内的电芯和保护电路板组成，其中，电芯作为锂离子电池的核心蓄电部分，其安全状态直接影响着电池的使用状况。
现有技术主要根据单串电压变化、电压差、充放电能量来辅助判定电池系统内电芯是否存在有开启、漏液等不良情况。但因单串电压变化、电压差等需经过一段时间才能体现，因此其时效性差，不能实时反应电芯开启、漏液等安全情况，容易引起电池包短路、起火甚至爆炸的情况，潜在危险性大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种锂离子电池热失控抑制电路及监测气体监测处理方法，能够解决现有锂离子电池状态监测的时效性差，不能实时反应电芯开启、漏液等安全情况，容易引起电池包短路、起火甚至爆炸的情况，潜在危险性大的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种锂离子电池热失控抑制电路，所述锂离子电池热失控抑制电路设置在锂离子电池所封装的密闭空间内，包括电源模块、MCU控制模块、信号采集模块、热失控抑制模块，所述电源模块包括加热电源和测试电源，其中，所述信号采集模块包括多个并联连接的气体传感器电路；
所述加热电源与所述气体传感器电路一端连接，所述MCU控制模块与所述气体传感器电路另一端中的信号控制回路隔断器件连接，所述MCU控制模块用于通过向至少一个所述信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，控制所述加热电源为至少一个所述气体传感器电路提供加热电压，以使至少一个所述气体传感器电路达到工作温度，与所述密闭空间内产生的监测气体发生反应，其中，所述信号控制回路隔断器件包括MOS场效应管；
所述测试电源与所述气体传感器电路一端连接，所述MCU控制模块与所述气体传感器电路另一端连接，所述MCU控制模块用于采集达到工作温度的至少一个所述气体传感器所串联负载电阻的电平变化值，并根据所述电平变化值计算所述监测气体的气体浓度，在确定所述气体浓度大于预设阈值时发送热失控抑制信号；
所述热失控抑制模块与所述MCU控制模块连接，用于接收所述MCU控制模块发送的所述热失控抑制信号，并根据所述热失控抑制信号进行热失控抑制处理。
可选地，所述信号采集模块至少包括第一气体传感器电路、第二气体传感器电路、第三气体传感器电路，所述第一气体传感器电路、所述第二气体传感器电路和所述第三气体传感器电路并联连接。
可选地，所述第一气体传感器电路包括：
气体传感器U1、电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C2、MOS场效应管Q1；
所述气体传感器U1的1引脚连接所述加热电源，所述气体传感器U1的7引脚连接所述测试电源；
所述电阻R1和所述电容C1并联连接，所述电阻R1和所述电容C1的第一端连接所述MCU控制模块的第一控制引脚，所述电阻R1和所述电容C1的第二端连接GND；
所述MOS场效应管Q1的栅极连接所述电阻R1和所述电容C1的第一端，所述MOS场效应管Q1的漏极连接所述气体传感器U1的3引脚，所述MOS场效应管Q1的源极连接GND；
所述电阻R2和所述电容C2并联连接，所述电阻R2和所述电容C2的第一端连接所述MCU控制模块的第一测试引脚和所述气体传感器U1的5引脚，所述电阻R2和所述电容C2的第二端连接GND。
可选地，所述第二气体传感器电路包括：
气体传感器U2、电阻R3、电容C3、电阻R4、电容C4、MOS场效应管Q2；
所述气体传感器U2的1引脚连接所述加热电源，所述气体传感器U2的7引脚连接所述测试电源；
所述电阻R3和所述电容C3并联连接，所述电阻R3和所述电容C3的第一端连接所述MCU控制模块的第二控制引脚，所述电阻R3和所述电容C3的第二端连接GND；
所述MOS场效应管Q2的栅极连接所述电阻R3和所述电容C3的第一端，所述MOS场效应管Q2的漏极连接所述气体传感器U2的3引脚，所述MOS场效应管Q2的源极连接GND；
所述电阻R4和所述电容C4并联连接，所述电阻R4和所述电容C4的第一端连接所述MCU控制模块的第二测试引脚和所述气体传感器U2的5引脚，所述电阻R4和所述电容C4的第二端连接GND。
可选地，所述第三气体传感器电路包括：
气体传感器U3、电阻R5、电容C5、电阻R6、电容C6、MOS场效应管Q3；
所述气体传感器U3的1引脚连接所述加热电源，所述气体传感器U3的7引脚连接所述测试电源；
所述电阻R5和所述电容C5并联连接，所述电阻R5和所述电容C5的第一端连接所述MCU控制模块的第三控制引脚，所述电阻R5和所述电容C5的第二端连接GND；
所述MOS场效应管Q3的栅极连接所述电阻R5和所述电容C5的第一端，所述MOS场效应管Q3的漏极连接所述气体传感器U3的3引脚，所述MOS场效应管Q3的源极连接GND；
所述电阻R6和所述电容C6并联连接，所述电阻R6和所述电容C6的第一端连接所述MCU控制模块的第三测试引脚和所述气体传感器U3的5引脚，所述电阻R6和所述电容C6的第二端连接GND。
可选地，所述锂离子电池热失控抑制电路，还包括电源转换模块；
所述电源转换模块与所述加热电源和所述测试电源连接，用于将24V电压转换为所述加热电源的2.5V加热电压和所述测试电源的5V测试电压。
可选地，所述锂离子电池热失控抑制电路还包括信号传输模块、所述MCU控制模块还包括故障检测报警单元；
所述故障检测报警单元用于根据测试引脚的电平变化信号确定异常气体传感器，并将所述异常气体传感器的工作状态更新为异常状态；
所述信号传输模块与所述MCU控制模块通讯连接，用于将所述异常气体传感器和/或监测气体浓度传输至后台控制程序。
可选地，所述热失控抑制模块包括第一热失控抑制电路，所述第一热失控抑制电路包括第一继电器K1、气溶胶灭火器；
所述气溶胶灭火器的内置点火头引出正负接线端，所述气溶胶灭火器内置点火头的正极接线端通过所述第一继电器K1与所述MCU控制模块连接，所述气溶胶灭火器内置点火头的负极接线端连接GND，用于根据所述MCU控制模块发送的第一热失控抑制信号控制所述第一继电器K1导通，使所述气溶胶灭火器燃烧，消耗所述密闭空间内的气体氧化剂。
可选地，所述热失控抑制模块包括第二热失控抑制电路，所述第二热失控抑制电路包括第二继电器K2、液位开关S1、水泵M；
所述第二继电器K2输入端连接于所述MCU控制模块，所述第二继电器K2输出端与所述水泵M和所述液控开关S1串联连接，形成液位控制回路，用于根据所述MCU控制模块发送的第二热失控抑制信号控制所述第二继电器K2导通，使所述水泵M向所述密闭空间注入去离子水，并利用所述液位开关S1控制注水水位。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种锂离子电池热失控抑制方法，该方法应用于上述锂离子电池热失控抑制电路，包括：
MCU控制模块通过控制引脚向至少一个信号控制回路隔断器件发送导通电平信号，以控制至少一个气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应，其中，所述信号控制回路隔断器件包括MOS场效应管；
所述MCU控制模块根据所述至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值，计算所述监测气体的气体浓度；
若所述MCU控制模块判定所述气体浓度大于预设阈值，则向热失控抑制模块发送热失控抑制信号，以控制所述热失控抑制模块执行热失控抑制处理操作。
优选地，MCU控制模块通过控制引脚向至少一个信号控制回路隔断器件发送导通电平信号，以控制至少一个气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应，包括：
检测各个气体传感器的工作参数，并根据所述工作参数确定至少一个满足预设工作条件的目标气体传感器，其中，所述工作参数包括工作状态、在预设时间段内的累计工作时长，所述预设工作条件为所述工作状态为电路正常工作状态，且所述累计工作时长未达到最大平均工作时长；
所述MCU控制模块通过控制引脚控制所述目标气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应。
优选地，所述MCU控制模块根据所述至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值，计算所述监测气体的气体浓度，包括：
计算至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值或电平变化平均值；
所述MCU控制模块将所述电平变化值或所述电平变化平均值进行模数转换，得到所述监测气体的气体浓度。
本发明提供的一种锂离子电池热失控抑制电路及锂离子电池热失控抑制方法，该锂离子电池热失控抑制电路包括多个并联连接的气体传感器电路，MCU控制模块可用于根据各个气体传感器电路的工作参数，如工作状态、在预设时间段内的累计工作时长等，向与气体传感器电路连接的信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为至少一个满足预设工作条件的目标气体传感器提供加热电压，以使目标气体传感器达到工作温度，此时MCU控制模块可采集达到工作温度的至少一个目标气体传感器所串联负载电阻的电平变化值，并根据所述电平变化值计算得到密闭空间内监测气体的气体浓度，进而通过对监测气体气体浓度的判定，以在检测到监测气体时，能够立刻判定锂离子电池状态异常，并能够及时控制热失控抑制模块实现对锂离子电池的热失控抑制，避免引发安全事故。此外，在本申请中，通过设置多个并联连接的气体传感器电路，利用MCU控制模块对满足预设工作条件的目标气体传感器进行智能化控制，可保证多个气体传感器电路的工作量均衡，避免单一气体传感器电路持续工作，造成气体传感器电路损耗大的问题，进一步延长锂离子电池热失控抑制电路的应用寿命。且在进行气体浓度的检测时，可同时使用多个气体传感器电路进行并行检测，防止单个气体传感器电路处理的数据有误引起误操作，进而保证监测气体监测的准确性。并且在判定任一工作的气体传感器电路发生故障时，能够在断开失效气体传感器电路的同时，及时更换状态良好的气体传感器电路，可保证气体信号采集的连续性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种锂离子电池热失控抑制电路的电路结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种气体传感器的电路连接示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种MCU控制模块的电路连接示意图；
图4示出了本发明实施例提供的一种电源转换模块的电路连接示意图；
图5示出了本发明实施例提供的一种信号传输模块的电路连接示意图；
图6示出了本发明实施例提供的一种第一热失控抑制电路的电路连接示意图；
图7示出了本发明实施例提供的一种第二热失控抑制电路的电路连接示意图；
图8示出了本发明实施例提供的一种监测气体监测处理方法的流程示意图；
图中：
1-电源模块，11-加热电源，11-测试电源；
2-MCU控制模块，21-第一控制引脚，22-第二控制引脚，23-第三控制引脚，24-第一测试引脚，25-第二测试引脚，26-第三测试引脚；
3-信号采集模块，31-第一气体传感器电路，32-第二气体传感器电路，33-第三气体传感器电路；
4-电源转换模块；
5-信号传输模块；
6-热失控抑制模块，61-第一热失控抑制电路，62-第二热失控抑制电路。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
由于锂离子电池内部的导电物质是锂离子，可以通过隔膜在正负极之间来回穿梭输送电能，但是在极端情况下，锂离子电池内部的正负极之间的隔膜，有可能会因为受热而产生收缩和熔化，这样锂离子电池的正极和负极就会直接接触在一起，会瞬间产生一个比较大的电流，这个电流在锂离子电池内部会产生比较大的热量。如果不能够进行及时的抑制的话，这个热量有可能会持续地产生，并且导致更多的隔膜熔化，这样就有更多的正极和负极接触到一起，从而形成一个正反馈，导致一个电池热失控的情况，在极端的情况下，有可能会导致电池的燃烧或者爆炸。鉴于锂离子电池在释放和失控的过程中，会产生一些可燃气体，比如说氢气、一氧化碳，甚至会产生一些有毒气体，如硫化氢、氟化氢等，故在本申请中，可通过将电池热失控中产生的至少一个可燃气体或有毒气体确定为待进行监测的监测气体，通过对监测气体浓度的监测，即判定锂离子电池是否产生监测气体，进而能够及时进行电池热失控状态的判断，以能够对锂离子电池热失控进行及时有效的抑制处理。
下面结合图1至图5描述根据本发明一些实施例的锂离子电池热失控抑制电路。
本发明实施例提供了一种锂离子电池热失控抑制电路，如图1、图3、图6、图7所示，该锂离子电池热失控抑制电路包括：电源模块1、MCU控制模块2、信号采集模块3、热失控抑制模块6(图中未示出)，电源模块1包括加热电源11和测试电源12，其中，信号采集模块3包括多个并联连接的气体传感器电路；热失控抑制模块6包括图6中的第一热失控抑制电路61和图7中的第一热失控抑制电路62。加热电源11与气体传感器电路一端连接，MCU控制模块2与气体传感器电路另一端中的信号控制回路隔断器件连接，MCU控制模块2用于通过向至少一个信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，控制加热电源11为至少一个气体传感器电路提供加热电压，以使至少一个气体传感器电路达到工作温度，与密闭空间内产生的监测气体发生反应；测试电源12与气体传感器电路一端连接，MCU控制模块2与气体传感器电路另一端连接，MCU控制模块2用于采集达到工作温度的至少一个气体传感器所串联负载电阻的电平变化值，并根据电平变化值计算监测气体的气体浓度，在确定气体浓度大于预设阈值时发送热失控抑制信号；热失控抑制模块6与MCU控制模块2连接，用于接收MCU控制模块2发送的热失控抑制信号，并根据热失控抑制信号进行热失控抑制处理。其中，信号控制回路隔断器件包括电控制的继电器、电控制的小型开关、光耦、可控硅、MOS场效应管、三极管中的一种或几种，在本实施例中，以信号控制回路隔断器件为MOS场效应管对本申请中的锂离子电池热失控抑制电路进行说明。
在具体的应用场景中，作为一种优选实施方式，如图1所示，信号采集模块3至少包括第一气体传感器电路31、第二气体传感器电路32、第三气体传感器电路33，第一气体传感器电路31、第二气体传感器电路32和第三气体传感器电路33并联连接。需要说明的是，信号采集模块3中所并联连接的气体传感器电路的数量可根据实际应用场景进行设定，还可包括两个、四个，甚至更多个，在此对并联数量不做具体的限定。在本实施例以及下述实施例步骤中以并联三个气体传感器电路对本申请中的技术方案进行说明。
相应的，如图2所示，气体传感器可为8引脚的电化学传感器，用于在工作温度下与监测气体发生反应，气体传感器的1引脚用于连接加热电压11，3引脚用于连接MOS场效应管的漏极，1引脚和3引脚所构成电路回路用于为气体传感器电路提供加热电压VH，气体传感器的7引脚用于连接测试电压12，5引脚用于连接负载电阻RL，7引脚和5引脚所构成电路回路用于为气体传感器电路提供测试电压VC。只有在加热电压VH工作提供特定温度时，该气体传感器电路才可稳定工作。如图3所示，MCU控制模块2可包括第一控制引脚21、第二控制引脚22、第三控制引脚23，以及第一测试引脚24，第二测试引脚25，第三测试引脚26。
在具体的电路结构中，如图1所示，MCU控制模块2通过第一控制引脚21与第一气体传感器电路31中的MOS场效应管连接，同时在第一测试引脚24与第一气体传感器电路31的负载电阻端连接，可用于通过第一控制引脚21向该信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为第一气体传感器电路31提供加热电压，以使第一气体传感器电路31达到工作温度，并与监测气体发生发应，使传感器阻抗改变，进一步的，MCU控制模块2可在第一测试引脚24采集第一气体传感器电路31所串联负载电阻的电平变化值，并根据电平变化值计算监测气体的浓度。其中，如图1所示，当信号控制回路隔断器件为N沟道增强型MOS场效应管时，MCU控制模块2可通过第一控制引脚21向该信号控制回路隔断器件发送高电平控制信号，以使加热电源11为第一气体传感器电路31供电。相应的，信号控制回路隔断器件还可为P沟道增强型MOS场效应管，与之对应的，MCU控制模块2可通过第一控制引脚21向该信号控制回路隔断器件发送低电平控制信号，以使加热电源11为第一气体传感器电路31供电。具体的，第一气体传感器电路31，包括：气体传感器U1、电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C2、MOS场效应管Q1；气体传感器U1的1引脚连接加热电源，气体传感器U1的7引脚连接测试电源；电阻R1和电容C1并联连接，电阻R1和电容C1的第一端连接MCU控制模块的第一控制引脚，电阻R1和电容C1的第二端连接GND；MOS场效应管Q1的栅极连接电阻R1和电容C1的第一端，MOS场效应管Q1的漏极连接气体传感器U1的3引脚，MOS场效应管Q1的源极连接GND；电阻R2和电容C2并联连接，电阻R2和电容C2的第一端连接MCU控制模块的第一测试引脚和气体传感器U1的5引脚，电阻R2和电容C2的第二端连接GND。
在具体的电路结构中，如图1所示，MCU控制模块2还通过第二控制引脚22与第二气体传感器电路32中的MOS场效应管连接，同时在第二测试引脚25与第二气体传感器电路32的负载电阻端连接，可用于通过第二控制引脚22向该信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为第二气体传感器电路32提供加热电压，以使第二气体传感器电路32达到工作温度，并与监测气体发生发应，使传感器阻抗改变，进一步的，MCU控制模块2可在第二测试引脚25采集第二气体传感器电路32所串联负载电阻的电平变化值，并根据电平变化值计算监测气体的浓度。其中，当信号控制回路隔断器件为N沟道增强型MOS场效应管时，MCU控制模块2可通过第二控制引脚22向该信号控制回路隔断器件发送高电平控制信号，以使加热电源11为第二气体传感器电路32供电。相应的，信号控制回路隔断器件还可为P沟道增强型MOS场效应管，与之对应的，MCU控制模块2可通过第二控制引脚22向该信号控制回路隔断器件发送低电平控制信号，以使加热电源11为第一气体传感器电路32供电。具体的，第二气体传感器电路32，包括：气体传感器U2、电阻R3、电容C3、电阻R4、电容C4、MOS场效应管Q2；气体传感器U2的1引脚连接加热电源，气体传感器U2的7引脚连接测试电源；电阻R3和电容C3并联连接，电阻R3和电容C3的第一端连接MCU控制模块的第二控制引脚，电阻R3和电容C3的第二端连接GND；MOS场效应管Q2的栅极连接电阻R3和电容C3的第一端，MOS场效应管Q2的漏极连接气体传感器U2的3引脚，MOS场效应管Q2的源极连接GND；电阻R4和电容C4并联连接，电阻R4和电容C4的第一端连接MCU控制模块的第二测试引脚和气体传感器U2的5引脚，电阻R4和电容C4的第二端连接GND。
在具体的电路结构中，如图1所示，MCU控制模块2通过第三控制引脚23与第三气体传感器电路33中的MOS场效应管连接，同时在第三测试引脚26与第三气体传感器电路33的负载电阻端连接，可用于通过第三控制引脚23向该信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为第三气体传感器电路33提供加热电压，以使第三气体传感器电路33达到工作温度，并与监测气体发生发应，使传感器阻抗改变，进一步的，MCU控制模块2可在第三测试引脚26采集第三气体传感器电路33所串联负载电阻的电平变化值，并根据电平变化值计算监测气体的浓度。其中，当信号控制回路隔断器件为N沟道增强型MOS场效应管时，MCU控制模块2可通过第三控制引脚23向该信号控制回路隔断器件发送高电平控制信号，以使加热电源11为第三气体传感器电路33供电。相应的，信号控制回路隔断器件还可为P沟道增强型MOS场效应管，与之对应的，MCU控制模块2可通过第一控制引脚23向该信号控制回路隔断器件发送低电平控制信号，以使加热电源11为第一气体传感器电路33供电。具体的，第三气体传感器电路33，包括：气体传感器U3、电阻R5、电容C5、电阻R6、电容C6、MOS场效应管Q3；气体传感器U3的1引脚连接加热电源，气体传感器U3的7引脚连接测试电源；电阻R5和电容C5并联连接，电阻R5和电容C5的第一端连接MCU控制模块的第三控制引脚，电阻R5和电容C5的第二端连接GND；MOS场效应管Q3的栅极连接电阻R5和电容C5的第一端，MOS场效应管Q3的漏极连接气体传感器U3的3引脚，MOS场效应管Q3的源极连接GND；电阻R6和电容C6并联连接，电阻R6和电容C6的第一端连接MCU控制模块的第三测试引脚和气体传感器U3的5引脚，电阻R6和电容C6的第二端连接GND。
需要说明的是，为保证监测气体监测处理的准确性，在具体的应用场景中，MCU控制模块2可通过控制引脚同时向两个或两个以上的信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为两个或两个以上的气体传感器电路提供加热电压，以使两个或两个以上的气体传感器电路达到工作温度，并与监测气体发生发应，使传感器阻抗改变，进一步的，MCU控制模块2可在测试引脚采集与监测气体发生反应的两个或两个以上的气体传感器电路所串联负载电阻的电平变化值，并根据多个电平变化值综合计算监测气体的浓度。
在具体的电路结构中，如图4所示，锂离子电池热失控抑制电路还包括：电源转换模块4，电源转换模块4与加热电源21和测试电源22连接，用于将24V电压转换为加热电源的2.5V加热电压和测试电源的5V测试电压。
在具体的电路结构中，如图5所示，锂离子电池热失控抑制电路还包括：信号传输模块5，MCU控制模块2还包括故障检测报警单元(图中未示出)，故障检测报警单元用于根据测试引脚的电平变化信号确定异常气体传感器，并将异常气体传感器的工作状态更新为异常状态；信号传输模块5与MCU控制模块2通讯连接，用于将异常气体传感器和/或监测气体浓度传输至后台控制程序。其中，信号传输模块5具体可为CAN收发器，通过信号传输模块5可支持远程查看实时监测设备的工作环境中气体浓度，此外，还可通过信号传输模块5远程切换气体采样通道，避免错误的气体浓度数据采集，达到延长气体浓度采集系统的工作年限的目的。
在具体的电路结构中，如图6所示，第一热失控抑制电路61包括第一继电器K1、气溶胶灭火器；气溶胶灭火器的内置点火头引出正负接线端，气溶胶灭火器内置点火头的正极接线端通过第一继电器K1与MCU控制模块连接，气溶胶灭火器内置点火头的负极接线端连接GND，用于根据MCU控制模块2发送的第一热失控抑制信号控制第一继电器K1导通，使气溶胶灭火器燃烧，消耗密闭空间内的气体氧化剂，抑制锂离子电池的发生燃烧。
在具体的电路结构中，如图7所示，第二热失控抑制电路62包括第二继电器K2、液位开关S1、水泵M；第二继电器K2输入端连接于MCU控制模块，第二继电器K2输出端与水泵M和液控开关S1串联连接，形成液位控制回路，用于根据MCU控制模块2发送的第二热失控抑制信号控制第二继电器K2导通，使水泵M向密闭空间注入去离子水，并利用液位开关S1控制注水水位，抑制锂离子电池的温度持续升高，使被温度迅速下降，保持在可控范围内。
本发明提供的一种监测气体监测处理方法，参见图8，可包括如下步骤：
101、MCU控制模块通过控制引脚向至少一个信号控制回路隔断器件发送导通电平信号，以控制至少一个气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应，其中，信号控制回路隔断器件包括MOS场效应管。
在具体的应用场景中，参见上述锂离子电池热失控抑制电路的描述，锂离子电池热失控抑制电路的工作流程为：当用第一气体传感器电路工作时，MCU控制模块控制第一控制引脚输入高电平，MOS场效应管Q1对地导通，加热电源给第一气体传感器电路供电，气体传感器U1与监测气体发生发应，气体传感器U1阻抗改变，因此气体传感器U1阻抗与分压信号采样电阻两端电平改变，电阻R2和电容C2构成的RC滤波单元对变化的数据做滤波处理，使其变化稳定可靠，使第一测试引脚的电平稳定改变，MCU控制模块将第一测试引脚采集到的电平变化从模拟量转为数字量，并做一定的校对处理，转化为监测气体的浓度，进而根据监测气体的气体浓度判定锂离子电池状态是否异常，并在判定异常时能够及时控制热失控抑制模块实现对锂离子电池的热失控抑制，避免引发安全事故。此外，还可将监测气体的气体浓度通过CAN总线输出到后台控制程序，以便操作人员根据采集的气体浓度做出相对应的操作和处理。此时第二控制引脚和第三控制引脚输出为低电平，导致第二测试引脚和第三测试引脚两点的电平不改变，MCU控制模块不对第二测试引脚和第三测试引脚的数据做任何处理；当第一个气体传感器失效(检测值超出传感器工作范围)时或操作人员想主动切换到其他传感器工作时，操作控制界面使第一控制引脚输出低电平，欲工作控制点输出高电平，MCU控制模块处理对应的测试点的数据。需要说明的是，作为一种优选方式，也可控制多路气体传感器电路同时采样，防止单个传感器处理的数据有误引起误操作。
对于本实施例，在具体的应用场景中，在利用MCU控制模块控制气体传感器电路工作时，可首先检测锂离子电池热失控抑制电路中各个并联气体传感器电路的工作参数，其中，工作参数可包括气体传感器电路的工作状态(传感器电路正常/传感器电路故障)、以及各个气体传感器电路在预设时间段内的累计工作时长，其中，预设时间段可根据实际应用场景进行设定，如设定为24小时。进一步的，在获取各个并联气体传感器电路的工作参数后，可通过对工作状态的检测，确定能够正常工作的气体传感器电路，以便MCU控制模块通过控制引脚控制正常的气体传感器电路进行气体浓度的检测，或在判定某一正在工作的气体传感器电路发生故障时，MCU控制模块及时断开失效的气体传感器电路，接入新的气体传感器电路，使整个监测气体监测处理系统能持续有效的工作。此外，为了避免单一气体传感器电路持续工作，造成气体传感器电路损耗大的问题，可获取各个气体传感器电路在24小时内的累计工作时长，按照累计工作时长进行对气体传感器电路的工作排程，确定各个气体传感器电路在预设时间段内的最大平均工作时长(如3个气体传感器电路对应的最大平均工作时长为8小时)，以保证多个气体传感器电路的工作量均衡。相应的，实施例步骤101具体可以包括：检测各个气体传感器的工作参数，并根据工作参数确定至少一个满足预设工作条件的目标气体传感器；MCU控制模块通过控制引脚控制目标气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应。其中，工作参数包括工作状态、在预设时间段内的累计工作时长，预设工作条件为工作状态为电路正常工作状态，且累计工作时长未达到最大平均工作时长。
102、MCU控制模块根据至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值，计算监测气体的气体浓度。
对于本实施例，在具体的应用场景中，为保证监测气体监测处理的准确性，MCU控制模块2可通过控制引脚同时向至少一个信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为至少一个气体传感器电路提供加热电压，以使至少一个气体传感器电路达到工作温度，并与监测气体发生发应，使传感器阻抗改变，进一步的，MCU控制模块2可在测试引脚采集与监测气体发生反应的至少一个气体传感器电路所串联负载电阻的电平变化值，并根据至少一个电平变化值综合计算监测气体的浓度。其中，在根据至少一个电平变化值综合计算监测气体的浓度时，可依据至少一个电平变化值分别计算气体浓度值，并根据气体浓度值判定锂离子电池的电池状态，以在锂离子电池热失控释放可燃气体或有毒气体时，能够即时判定锂离子电池异常，即已经产生热失控，进而可立即控制热失控抑制模块对锂离子电池热失控进行及时有效的抑制处理。此外，还可将至少一个气体浓度值传输至后台控制程序，以供人工分析参考；在具体的应用场景中，当多个气体传感器电路同时检测到多个电平变化值时，还可计算多个电平变化值的电平变化平均值，利用MCU控制模块将电平变化平均值进行模数转换，得到监测气体的浓度。相应的，实施例步骤102具体可以包括：计算至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值或电平变化平均值；MCU控制模块将电平变化值或电平变化平均值进行模数转换，得到监测气体的气体浓度。
103、若MCU控制模块判定气体浓度大于预设阈值，则向热失控抑制模块发送热失控抑制信号，以控制热失控抑制模块执行热失控抑制处理操作。
根据图6和图7可获知热失控抑制模块包括第一热失控抑制电路和第二热失控抑制电路，在判定锂离子电池热失控时，可由MCU控制模块向第一热失控抑制电路发送第一热失控抑制信号，以实现对第一热失控抑制电路的导通控制，即使气溶胶灭火器燃烧，消耗密闭空间内的气体氧化剂，使锂离子电池失去氧化剂，从而避免电池因失控发生燃烧。此外，在判定锂离子电池热失控时，还可由MCU控制模块向第二热失控抑制电路发送第二热失控抑制信号，以实现对第二热失控抑制电路的导通控制，即使水泵M向密闭空间注入去离子水，并利用液位开关S1控制注水水位，抑制锂离子电池的温度持续升高，使被温度迅速下降，保持在可控范围内，有效保护因温度持续过高引起火灾发生或爆炸，进一步降低因锂离子电池故障引起的损失。
通过本申请中的锂离子电池热失控抑制电路及监测气体监测处理方法，通过设置多个并联连接的气体传感器电路，可使MCU控制模块根据各个气体传感器电路的工作参数，如工作状态、在预设时间段内的累计工作时长等，向与气体传感器电路连接的信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，以控制加热电源为至少一个满足预设工作条件的目标气体传感器提供加热电压，以使目标气体传感器达到工作温度，此时MCU控制模块可采集达到工作温度的至少一个目标气体传感器所串联负载电阻的电平变化值，并根据电平变化值计算得到监测气体的浓度，进而通过对监测气体气体浓度的判定，以在检测到监测气体时，能够立刻判定锂离子电池状态异常，并能够及时控制热失控抑制模块实现对锂离子电池的热失控抑制，避免引发安全事故。此外，在本申请中，通过设置多个并联连接的气体传感器电路，利用MCU控制模块对满足预设工作条件的目标气体传感器进行智能化控制，可保证多个气体传感器电路的工作量均衡，避免单一气体传感器电路持续工作，造成气体传感器电路损耗大的问题，进一步延长锂离子电池热失控抑制电路的应用寿命。且在进行气体浓度的检测时，可同时使用多个气体传感器电路进行并行检测，防止单个气体传感器电路处理的数据有误引起误操作，进而保证监测气体监测的准确性。并且在判定任一工作的气体传感器电路发生故障时，能够在断开失效气体传感器电路的同时，及时更换状态良好的气体传感器电路，可保证气体信号采集的连续性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述锂离子电池热失控抑制电路设置在锂离子电池所封装的密闭空间内，包括电源模块、MCU控制模块、信号采集模块、热失控抑制模块，所述电源模块包括加热电源和测试电源，其中，所述信号采集模块包括多个并联连接的气体传感器电路；
所述加热电源与所述气体传感器电路一端连接，所述MCU控制模块与所述气体传感器电路另一端中的信号控制回路隔断器件连接，所述MCU控制模块用于通过向至少一个所述信号控制回路隔断器件发送电平控制信号，控制所述加热电源为至少一个所述气体传感器电路提供加热电压，以使至少一个所述气体传感器电路达到工作温度，与所述密闭空间内产生的监测气体发生反应，其中，所述信号控制回路隔断器件包括MOS场效应管；
所述测试电源与所述气体传感器电路一端连接，所述MCU控制模块与所述气体传感器电路另一端连接，所述MCU控制模块用于采集达到工作温度的至少一个所述气体传感器所串联负载电阻的电平变化值，并根据所述电平变化值计算所述监测气体的气体浓度，在确定所述气体浓度大于预设阈值时发送热失控抑制信号；
所述热失控抑制模块与所述MCU控制模块连接，用于接收所述MCU控制模块发送的所述热失控抑制信号，并根据所述热失控抑制信号进行热失控抑制处理。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述信号采集模块至少包括第一气体传感器电路、第二气体传感器电路、第三气体传感器电路，所述第一气体传感器电路、所述第二气体传感器电路和所述第三气体传感器电路并联连接。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述第一气体传感器电路包括：
气体传感器U1、电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C2、MOS场效应管Q1；
所述气体传感器U1的1引脚连接所述加热电源，所述气体传感器U1的7引脚连接所述测试电源；
所述电阻R1和所述电容C1并联连接，所述电阻R1和所述电容C1的第一端连接所述MCU控制模块的第一控制引脚，所述电阻R1和所述电容C1的第二端连接GND；
所述MOS场效应管Q1的栅极连接所述电阻R1和所述电容C1的第一端，所述MOS场效应管Q1的漏极连接所述气体传感器U1的3引脚，所述MOS场效应管Q1的源极连接GND；
所述电阻R2和所述电容C2并联连接，所述电阻R2和所述电容C2的第一端连接所述MCU控制模块的第一测试引脚和所述气体传感器U1的5引脚，所述电阻R2和所述电容C2的第二端连接GND。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述第二气体传感器电路包括：
气体传感器U2、电阻R3、电容C3、电阻R4、电容C4、MOS场效应管Q2；
所述气体传感器U2的1引脚连接所述加热电源，所述气体传感器U2的7引脚连接所述测试电源；
所述电阻R3和所述电容C3并联连接，所述电阻R3和所述电容C3的第一端连接所述MCU控制模块的第二控制引脚，所述电阻R3和所述电容C3的第二端连接GND；
所述MOS场效应管Q2的栅极连接所述电阻R3和所述电容C3的第一端，所述MOS场效应管Q2的漏极连接所述气体传感器U2的3引脚，所述MOS场效应管Q2的源极连接GND；
所述电阻R4和所述电容C4并联连接，所述电阻R4和所述电容C4的第一端连接所述MCU控制模块的第二测试引脚和所述气体传感器U2的5引脚，所述电阻R4和所述电容C4的第二端连接GND。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述第三气体传感器电路包括：
气体传感器U3、电阻R5、电容C5、电阻R6、电容C6、MOS场效应管Q3；
所述气体传感器U3的1引脚连接所述加热电源，所述气体传感器U3的7引脚连接所述测试电源；
所述电阻R5和所述电容C5并联连接，所述电阻R5和所述电容C5的第一端连接所述MCU控制模块的第三控制引脚，所述电阻R5和所述电容C5的第二端连接GND；
所述MOS场效应管Q3的栅极连接所述电阻R5和所述电容C5的第一端，所述MOS场效应管Q3的漏极连接所述气体传感器U3的3引脚，所述MOS场效应管Q3的源极连接GND；
所述电阻R6和所述电容C6并联连接，所述电阻R6和所述电容C6的第一端连接所述MCU控制模块的第三测试引脚和所述气体传感器U3的5引脚，所述电阻R6和所述电容C6的第二端连接GND。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述锂离子电池热失控抑制电路还包括电源转换模块；
所述电源转换模块与所述加热电源和所述测试电源连接，用于将24V电压转换为所述加热电源的2.5V加热电压和所述测试电源的5V测试电压。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池热失控抑制电路，其特征在于，所述锂离子电池热失控抑制电路还包括信号传输模块、所述MCU控制模块还包括故障检测报警单元；
所述故障检测报警单元用于根据测试引脚的电平变化信号确定异常气体传感器，并将所述异常气体传感器的工作状态更新为异常状态；
所述信号传输模块与所述MCU控制模块通讯连接，用于将所述异常气体传感器和/或监测气体浓度传输至后台控制程序。
8.一种锂离子电池热失控抑制方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的锂离子电池热失控抑制电路，包括：
MCU控制模块通过控制引脚向至少一个信号控制回路隔断器件发送导通电平信号，以控制至少一个气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应，其中，所述信号控制回路隔断器件包括MOS场效应管；
所述MCU控制模块根据所述至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值，计算所述监测气体的气体浓度；
若所述MCU控制模块判定所述气体浓度大于预设阈值，则向热失控抑制模块发送热失控抑制信号，以控制所述热失控抑制模块执行热失控抑制处理操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，MCU控制模块通过控制引脚向至少一个信号控制回路隔断器件发送导通电平信号，以控制至少一个气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应，包括：
检测各个气体传感器的工作参数，并根据所述工作参数确定至少一个满足预设工作条件的目标气体传感器，其中，所述工作参数包括工作状态、在预设时间段内的累计工作时长，所述预设工作条件为所述工作状态为电路正常工作状态，且所述累计工作时长未达到最大平均工作时长；
所述MCU控制模块通过控制引脚控制所述目标气体传感器与密闭空间内产生的监测气体发生反应。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述MCU控制模块根据所述至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值，计算所述监测气体的气体浓度，包括：
计算至少一个气体传感器对应测试引脚的电平变化值或电平变化平均值；
所述MCU控制模块将所述电平变化值或所述电平变化平均值进行模数转换，得到所述监测气体的气体浓度。
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