CN114655079A - 一种阻延电池包热失控蔓延的系统、控制方法及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种阻延电池包热失控蔓延的系统，包括：电池管理系统BMS、整车控制器、热管理控制器、电池包以及通过换热器耦合的电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路；电池包内形成有多条并联布置的混联支路，每一条所述混联支路上分别设置有一个同整车控制器连接的继电器；电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路出现热失控时，请求整车控制器通过继电器切断出现热失控的混联支路，并请求热管理控制器对电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，将对电池包的冷却能力调至最大，以阻延热失控蔓延。

Description

一种阻延电池包热失控蔓延的系统、控制方法及汽车
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，尤其涉及一种阻延电池包热失控蔓延的系统、控制方法及汽车。
背景技术
随着新能源在汽车市场的比重越来越大，整车厂为了增加新能源汽车的续航里程，大多采用能量密度较高的锂离子动力电池，但能量密度过高安全性也会变得越差。相关技术中，搭载动力电池的车型在动力电池的某一电池单体(或电芯)发生热失控之后，电池单体内部发生激烈的化学反应从而产生大量的热，且该电池单体产生的热量无法及时向外输出，极易加速其它电池单体的热失控。当电池单体产热量过高且无法及时扩散，热量堆积范围就会由局部蔓延至整体，最终发生整包电池热失控，严重时将导致汽车发生火灾甚至爆炸。
此外，我国已公布的电动汽车强制性标准中对电动汽车用动力蓄电池热安全提出了要求，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。
增加电池包的冷却，不失为延缓电池包热失控的方法，但目前纯电动汽车的大部分设计系统，空调压缩机为高压用电器，直接从动力电池取电，一旦发现某电池单体热失控，由于只有蓄电池提供电能量，只能依靠水泵使电池包冷却液处于循环状态，维持电池包内的热量分布均衡，却无法有效散走热量。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种阻延电池包热失控蔓延的系统、控制方法及汽车，当某一电池单体发生热失控后，加快电池包的热扩散，延缓或避免电池包过快热失控。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种阻延电池包热失控蔓延的系统，包括：电池管理系统BMS、整车控制器、热管理控制器、电池包以及通过换热器耦合的电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路；
电池包内形成有多条并联布置的混联支路，每一条所述混联支路上分别设置有一个同整车控制器连接的继电器；
电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路出现热失控时，请求整车控制器通过继电器切断出现热失控的混联支路，并请求热管理控制器对电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，将对电池包的冷却能力调至最大，以阻延热失控蔓延。
优选地，电池包制冷剂回路包括：压缩机、冷凝器、与冷凝器相邻布置的风扇、与冷凝器的第一出口连通的第一膨胀阀、与冷凝器的第二出口连通的第二膨胀阀、与第二膨胀阀连通的蒸发器；
第一膨胀阀的出口与换热器的制冷剂入口连通，换热器的制冷剂出口和蒸发器的制冷剂出口连通压缩机的制冷剂入口；压缩机、风扇、第一膨胀阀和第二膨胀阀均与热管理控制器电连接；
电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路出现热失控时，向热管理控制器发出热失控冷却信息，热管理控制器对电池包制冷剂回路中的第二膨胀阀进行关闭控制，热管理控制器还将电池包制冷剂回路中的压缩机、第一膨胀阀和风扇开启到最大档位。
优选地，电池包冷却水回路包括：冷却水泵、电池包、PTC、蓄水壶，冷却水泵的出口和换热器的冷却水入口连通，换热器的冷却水出口和蓄水壶的入口连通，蓄水壶的出口和PTC的入口连通，PTC的出口和电池包的冷却水入口连通；
冷却水泵和PTC均与热管理控制器电连接；
电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路出现热失控时，向热管理控制器发出热失控冷却信息，热管理控制器对电池包冷却水回路中的PTC进行关闭控制，热管理控制器还将电池包冷却水回路中的冷却水泵开启到最大档位。
优选地，电池包冷却水回路中的冷却水泵和电池包制冷剂回路中的第一膨胀阀、第二膨胀阀和风扇经由整车的蓄电池供电，电池包制冷剂回路中的压缩机和电池包冷却水回路中的PTC经由电池包供电。
优选地，电池管理系统通过对各条混联支路中的各电池单体的温度和温升速率进行监控，以判断是否存在电池单体热失控；并在判断出存在电池单体热失控时，确定对应的混联支路发生热失控。
优选地，各条混联支路包括：多个串联的电池模组，每一电池模组由多个并联设置的电池单体组成。
本发明还提供了一种阻延电池包热失控蔓延的控制方法，应用于上述的阻延电池包热失控蔓延的系统，所述方法包括：
电池管理系统BMS基于所获取到的各电池单体的温度和温升速率，判断任意一条或多条混联支路是否发生热失控；
若任意一条或多条混联支路发生热失控，电池管理系统BMS向整车控制器发出请求，并向热管理控制器发出热失控冷却信息；
整车控制器通过继电器切断出现热失控的混联支路；
热管理控制器对电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，将对电池包的冷却能力调至最大，以阻延热失控蔓延。
本发明还提供了一种汽车，包括上述的阻延电池包热失控蔓延的系统。
本发明的有益效果为：
通过设置有N个（N>1））混联支路的电池拓扑结构，并在每个混联支路设置继电器，这种电池拓扑结构有利于对系统的各个电池单体进行管理；预设电池单体发生热失控的阈值，当任意一条混联支路中的电池单体发生热失控时，可及时切断该混联支路，但不切断其它混联支路，因此可以启动电池包制冷剂回路为电池包进行冷却；此外，未被切断的混联支路能够继续工作，在后续空调系统压缩机开启时为其提供电能。此外，由于电池包制冷剂温度相比电池包冷却水回路温度低30℃-40℃，通过在电池单体发生热失控时，将电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，使电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路的冷却能力达到最大，相较于常规的单独采用冷却液循环热扩散，对电池包的热失控散热能力能够提高2-3倍，更有利于延缓电池包的热蔓延。总结来说，上述方案能够在当某一电池单体发生热失控后，通过切断出现热失控的电池单体所在混联支路，来阻止热失控的蔓延；以及调整电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路到最大冷却能力，以此来加快电池包的热扩散，最终达到延缓或避免电池包过快热失控的效果。
附图说明
图1为本实施例中的电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路的结构意图；
图2为本实施例中所涉及到的电器连接及信号传输示意图；
图3为本实施例中的电池包的拓扑结构示意图；
图4 为本实施例中的控制方法的实施流程图。
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：
本发明实施例提供了一种阻延电池包热失控蔓延的系统，该系统能够在当某一电池单体发生热失控后，通过切断出现热失控的电池单体所在混联支路，来阻止热失控的蔓延；以及调整电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路到最大冷却能力，以此来加快电池包1的热扩散，最终达到延缓或避免电池包1过快热失控的效果。
如图1和2所示，本实施例中的电池包热失控蔓延的系统包括电池管理系统BMS、整车控制器17、热管理控制器14、蓄电池12、电池包1以及通过换热器3耦合的电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路。
如图1，电池包冷却水路为：电池包1出水口依次连接水泵2、换热器3、蓄水壶4和PTC15，然后回到电池包1的进水口。电池包制冷剂回路为：压缩机5出口连接冷凝器7进口，之后冷凝器7第一出口依次连接第二膨胀阀9及蒸发器6；冷凝器7第二出口依次连接第一膨胀阀8及换热器3；换热器3出口及蒸发器6出口在压缩机5进口处汇合形成制冷剂循环。
如图2，热管理控制器14通过电器接线接收冷却水泵2转速信号、PTC15开启信号、风扇13档位信号、压缩机5转速信号及第一膨胀阀8和第二膨胀阀9的开度信号，并控制冷却水泵2转速、风扇13档位、压缩机5转速及膨胀阀8和膨胀阀9的开度。同时热管理控制器14和整车控制器17还通过CAN信号与电池管理系统BMS进行信息传输和交换。其中压缩机5及PTC15为高压用电器，直接从电池包1取电，而冷却水泵2、风扇13及第一膨胀阀8和第二膨胀阀9为低压用电器，从蓄电池12取电。
此外，在图2中，DCDC11、电驱总成16、OBC10在电路中的连接关系同现有技术一致。
如图3所示，对于本实施例中的电池包1来说，电池包1内形成有多条并联布置的混联支路19，每一条所述混联支路19上分别设置有一个同整车控制器连接的继电器18。具体表现为：电池单体根据整车需求功率及容量，先并联再串联最后并联的混联结构，并在每个混联支路19上增加继电器18。当其中一个混联电路18中的电芯发生热失控时，整车控制器可及时切断该支路，但不切断其它混联支路，以保证电池能够继续工作，为后续电池包制冷剂回路压缩机5的开启提供电能。
如图4所示，利用本实施例上述的系统来阻延电池包热失控蔓延的控制方法的具体流程为：S1、预设电池单体发生热失控的温度阈值T1和温升速率的阈值V1；电池单体发生热失控的温度阈值T1设定为150℃～200℃之间；电池单体发生热失控的温升阈值V1设定为1℃/S～2℃/S之间。
S2、电池管理系统BMS获取各电池单体的运行状态（具体是指各电池单体的温度和温升速率），热管理控制器14获取冷却水泵2、PTC15、风扇13、压缩机5及第一膨胀阀8和第二膨胀阀9的运行状态；
S3、电池管理系统BMS分别对比各电池单体的温度或升温速率是否达到对应的预设阈值，若达到，则判断对应的电池单体为热失控；
S4、电池管理系统BMS判断发生热失控电池单体所在的混联支路，请求整车控制器17通过继电器18切断该混联支路，但不切断其它未发生热失控的混联支路，同时把电池单体已发生热失控的信息通过CAN协议发出给热管理控制器14。
S5、电池管理系统BMS向热管理控制器14发热失控冷却信息，热管理控制器14关闭PTC15及第二膨胀阀9；同时将压缩机5、冷却水泵2、风扇13开启到最大档，调节第一膨胀阀8，将对电池包1的冷却能力调至最大，阻延电池单体热失控的蔓延。
本实施例上述方案，通过设置有N个（N>1））混联支路的电池拓扑结构，并在每个混联支路设置继电器18，这种电池拓扑结构有利于对系统的各个电池单体进行管理；预设电池单体发生热失控的阈值，当任意一条混联支路18中的电池单体发生热失控时，可及时切断该混联支路18，但不切断其它混联支路1，因此可以启动电池包制冷剂回路为电池包进行冷却。此外，由于电池包制冷剂温度相比电池包冷却水回路温度低30℃-40℃，通过在电池单体发生热失控时，将电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，使电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路的冷却能力达到最大，相较于常规的单独采用冷却液循环热扩散，对电池包的热失控散热能力能够提高2-3倍，更有利于延缓电池包的热蔓延。总结来说，上述方案能够在当某一电池单体发生热失控后，通过切断出现热失控的电池单体所在混联支路，来阻止热失控的蔓延；以及调整电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路到最大冷却能力，以此来加快电池包1的热扩散，最终达到延缓或避免电池包1过快热失控的效果。

Claims (8)

1.一种阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，包括：电池管理系统BMS、整车控制器（17）、热管理控制器（14）、电池包（1）以及通过换热器（3）耦合的电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路；
电池包（1）内形成有多条并联布置的混联支路（19），每一条所述混联支路（19）上分别设置有一个同整车控制器（17）连接的继电器（18）；
电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路（19）出现热失控时，请求整车控制器（17）通过继电器（18）切断出现热失控的混联支路（19），并请求热管理控制器（14）对电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，将对电池包（1）的冷却能力调至最大，以阻延热失控蔓延。
2.根据权利要求1所述的阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，
电池包制冷剂回路包括：压缩机（5）、冷凝器（7）、与冷凝器（7）相邻布置的风扇（13）、与冷凝器（7）的第一出口连通的第一膨胀阀（8）、与冷凝器（7）的第二出口连通的第二膨胀阀（9）、与第二膨胀阀（9）连通的蒸发器（6）；
第一膨胀阀（8）的出口与换热器（3）的制冷剂入口连通，换热器（3）的制冷剂出口和蒸发器（6）的制冷剂出口连通压缩机（5）的制冷剂入口；
压缩机（5）、风扇（13）、第一膨胀阀（8）和第二膨胀阀（9）均与热管理控制器（14）电连接；
电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路（19）出现热失控时，向热管理控制器（14）发出热失控冷却信息，热管理控制器（14）对电池包制冷剂回路中的第二膨胀阀（9）进行关闭控制，热管理控制器（14）还将电池包制冷剂回路中的压缩机（5）、第一膨胀阀（8）和风扇（13）开启到最大档位。
3.根据权利要求2所述的阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，
电池包冷却水回路包括：冷却水泵（2）、电池包（1）、PTC（15）、蓄水壶（4），冷却水泵（2）的出口和换热器（3）的冷却水入口连通，换热器（3）的冷却水出口和蓄水壶（4）的入口连通，蓄水壶（4）的出口和PTC（15）的入口连通，PTC（15）的出口和电池包（1）的冷却水入口连通；
冷却水泵（2）和PTC（15）均与热管理控制器（14）电连接；
电池包管理系统BMS在监测到任意一条或多条混联支路（19）出现热失控时，向热管理控制器（14）发出热失控冷却信息，热管理控制器（14）对电池包冷却水回路中的PTC（15）进行关闭控制，热管理控制器（14）还将电池包冷却水回路中的冷却水泵（2）开启到最大档位。
4.根据权利要求3所述的阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，
电池包冷却水回路中的冷却水泵（2）和电池包制冷剂回路中的第一膨胀阀（8）、第二膨胀阀（9）和风扇（13）经由整车的蓄电池（12）供电，电池包制冷剂回路中的压缩机（5）和电池包冷却水回路中的PTC（15）经由电池包（1）供电。
5.根据权利要求1所述的阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，电池管理系统通过对各条混联支路（19）中的各电池单体的温度和温升速率进行监控，以判断是否存在电池单体热失控；并在判断出存在电池单体热失控时，确定对应的混联支路（19）发生热失控。
6.根据权利要求1所述的阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，各条混联支路（19）包括：多个串联的电池模组，每一电池模组由多个并联设置的电池单体组成。
7.一种阻延电池包热失控蔓延的控制方法，应用于权利要求1至5任一项所述的阻延电池包热失控蔓延的系统，其特征在于，所述方法包括：
电池管理系统BMS基于所获取到的各电池单体的温度和温升速率，判断任意一条或多条混联支路（19）是否发生热失控；
若任意一条或多条混联支路（19）发生热失控，电池管理系统BMS向整车控制器（17）发出请求，并向热管理控制器（14）发出热失控冷却信息；
整车控制器（17）通过继电器（18）切断出现热失控的混联支路（19）；
热管理控制器（14）对电池包冷却水回路和电池包制冷剂回路进行控制，将对电池包（1）的冷却能力调至最大，以阻延热失控蔓延。
8.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的阻延电池包热失控蔓延的系统。
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