CN114744324A - 一种防热失控电池系统及控制方法 - Google Patents

一种防热失控电池系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防热失控电池系统及控制方法，在每个电池包内部均设有BCU，BCU内设置有冷却板温度采集模块和电池温度采集模块；BCU能够将采集到冷却板和电池的温度上传给BMS，当电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS启动冷却板供液系统对所有电池包进行冷却或加热；当某个电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS启动消防供液系统，生成相关操作指令并下发给超温电池包BCU；超温电池包BCU在接到BMS的指令后断开继电器，打开本电池包内的消防进液阀，BMS启动泵，将第二储液箱内的消防冷却液快速循环注入到电池包内，消防冷却液与超温电池包内的电池直接接触传热，快速对该电池包内电池进行降温或灭火。本发明安全可靠，具有明显的经济效益。

Description

一种防热失控电池系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种防热失控的电池系统及控制方法。
背景技术
近十几年，锂电池技术得到了长足发展，但还是无法做到100%防止锂电池的热失控。将成百上千颗锂电池串并联在一起使用时的电动汽车用锂电池组，仍然存在一定的起火、爆炸、燃烧的风险，至今还未见开发出本质安全的锂电池。所以，如何防止锂电池发生热失控，如何防止电池包热扩展，降低电池包对整车的安全隐患，当前常用的做法是提前预警和隔离，按国标的要求，电池包在发出热失控预警后，至少提供5分钟的撤离时间。为此，当前热管理方法都是将电池包的热量及时散发出去，防止热量聚集，导致热失控的发生，如在中国专利CN214706049U中，对冷却板进行了优化，使得冷却管路的布局更为合理，液接头和回液接头均设置在冷却板的同一侧，有利于冷却板上的子电池包均匀散热。但是，类似的技术仅仅只能带走电池正常使用时产生的热量，对于由热失控及其引发的热扩展在短时间内产生巨大热量，现有包池包的冷却技术仍无法及时将电池包冷却。
针对热失控的问题，在中国专利CN107069140A中，提供了一种具有绝缘报警与高温报警的双重报警、双重保护的技术方案，能够将锂离子电池的热失控阻断在热扩散阶段。然而，该方案中，水箱内装的防冻液量有限，且不能循环利用，在发生热失控或热扩展时，仅仅依靠有限量的防冻液来吸收发生热失控或热扩展后电池包产生的巨量热量，明显是力不从心。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种防热失控的电池系统及控制方法，不但能够有效控制电池系统内各电池包的温度，还可以单独对某个超温电池包进行降温或灭火，提高了电池系统的安全性和可靠性。
实现本发明的技术方案：一种防热失控电池系统，包括若干个电池包、电池管理系统（BMS）和液冷系统；所述电池包包括电池箱体、电池模组、继电器、低压控制线束、正负极高压线束；其特征在于：所述电池管理系统包括电池控制单元（BCU）、冷却板温度采集模块、电池温度采集模块、通讯模块；所述液冷系统包括消防供液系统和冷却板供液系统组成；所述消防供液系统包括第二储液箱、B泵、C泵、消防进液管道、消防出液管道、消防进液阀和相应的进、出液管路；所述冷却板供液系统包括第一储液箱、A泵、液冷机组控制器、冷却板进液管道、冷却板出液管道和冷却板进液阀和相应的进、出液管路。
所述继电器由BMS和BCU联合控制电池包的正负极高压输入和输出；所述冷却板进液口与电池包内的冷却板进液管道相连通，第一储液箱通过A泵与电池包的冷却板进液管道连接，在冷却板进液管道上设有由BMS 和BCU 联合控制开闭的冷却板进液阀；所述第二储液箱通过B泵与电池包的消防进液口连接，在消防进液管道上设有由BMS和BCU联合控制开闭的消防进液阀；在电池包底部设有消防出液口，消防出液口连接至第二储液箱，在电池包底部设有由BMS 和BCU 联合控制开闭的C泵。
每个电池包内部均设有BCU，BCU内设置有冷却板温度采集模块和电池温度采集模块；BCU将采集到冷却板和电池的温度上传给BMS，当电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS启动冷却板供液系统，生成相关操作指令并下发给BCU；BCU在接到BMS指令后，开启冷却板进液阀，启动A泵对所有电池包进行冷却或加热；当某个电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS启动消防供液系统，生成相关操作指令并下发给超温电池包BCU；超温电池包BCU在接到BMS的指令后断开继电器，打开本电池包内的消防进液阀，启动B泵，将储液箱内的消防冷却液通过消防进液管直接快速循环注入到电池包内，消防冷却液与超温电池包内的电池直接接触传热，快速对该电池包电池进行降温或灭火。当消防冷却液浸没C泵后启动，对超温电池包进行强制循环冷却。
所述液冷板冷却系统的启停由BMS依据电池温度，直接控制冷却板进液阀和A泵的开闭；同时，通过冷热交换器将第一储液箱内的冷却液温度控制在设定范围内，进而将电池也控制在适宜的温度范围内，电池温度优选控制范围在15～35℃。
优选的，所述第一储液箱内装有去离子水、乙二醇、丙三醇、硅油其中的一种或多种物质的混合物。
优选的，所述第二储液箱内装有比热容高、溶点低、沸点高、电导率低、粘度低、无腐蚀、阻燃、电化学性能稳定的硅油、去离子水及少量的两性表面活性剂的混合物的液体。
进一步的，所述第一储液箱上设置有冷热交换器；所述第二储液箱单独成箱。
所述消防冷却系统的启停由BMS依据电池温度，直接控制超温电池包消防进液阀、B泵和C泵的开闭，温度正常的电池包消防进液阀处于常闭状态。
优选的，所述消防进液口设置在电池包上部，通过B泵将第二储液箱内的冷却液直接循环注入到超温电池包内；所述消防出液口设置在电池包底部，通过消防出液管将冷却液重新回流到第二储液箱中；通过C泵将消防冷却液在超温电池包内循环起来，将热失控电池的热量快速传导出去。
将消防冷却液通过C泵强制在超温电池包内循环，通过B泵让超温电池包内的消防冷却液与第二储液箱内的冷却液循环起来，如此将热失控电池或电池包的热量快速分散传导出去，杜绝电池包发生热扩展或起火燃烧。
可选的，所述A泵和B泵可以改为共用一个泵，以达到节约空间、降低成本的目的。
一种电池系统防热失控的控制方法：所述BCU通过通讯模块与BMS实时通讯；BCU将检测到的各电池包内电池电压、温度、电流、绝缘电阻等参数上传给BMS，BMS将上传数据与存储其内的预设值对比分析后，启动液冷系统，生成相关操作指令并下发给BCU；BCU依据接收到的操作指令分别控制各电池包内继电器、冷却板进液阀、消防进液阀和泵的开闭；当BCU检测到各电池包内电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS启动冷却板液冷系统，生成相关操作指令下发给BCU，BCU在接到BMS的指令后开启冷却板进液阀，关闭（常闭）消防进液阀，对各电池包内电池进行加热或者冷却。当电池系统内某一电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS启动消防供液系统，生成相关操作指令下发给超温电池包BCU，超温电池包内BCU在接到BMS的指令后，断开该包内继电器、关闭冷却板进液阀，打开消防进液阀，启动B泵后，将消防冷却液直接快速循环注入到超温电池包内，消防冷却液与电池直接接触传热，快速对超温电池包内电池进行降温或灭火。消防冷却液通过消防出液管道回到第二储液箱中，经过B泵加压后，重新流入消防进液管道，当消防冷却液浸没C泵后启动，对超温电池包进行强制循环冷却。
本发明的有益效果：（1）本发明的电池液冷系统有双重保障，当电池温度超过第一设定阈值范围时，冷却板冷却模式开启，能够同时对多个电池包冷却或加热；（2）当某个电池包内的电池温度超过第二设定阈值时，消防冷却模式开启，直接将消防冷却液直接快速循环注入到超温电池包内，使得该包内电池浸泡在冷却液中，达到快速降温或者灭火的目的；（3）当某个包内电池温度超过第二设定阈值时，将消防冷却液强制在超温电池包内循环，同时让电池包内的消防冷却液与储液箱内的冷却液循环起来，如此将热失控电池或电池包的热量快速分散传导出去，如此杜绝电池包发生热扩展或起火燃烧；（4）第二储液箱中采用的是阻燃的低电导率冷却液，当热失控电池包内电池浸泡在冷却液中不会发生短路现象，保证了电池系统的绝对安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的消防进液口和消防出液口的位置示意图。
图中：1-电池模组；2-继电器；3-电池控制模块（BCU）；4-电池管理系统（BMS）；501-第一储液箱；502-第二储液箱；6-冷却板温度采集模块；7-冷却板进液口；8-消防进液口；9-冷却板供液系统；10-电池温度采集模块；11-A泵；12-B泵；13-消防进液阀；14-冷却板进液阀；15-熔断器；16-负接线柱；17-正接线柱；18-冷却板出液口；19-消防出液口；20-冷热交换器；21-液冷机组控制器；22-通讯模块；23-C泵；24-消防供液系统；25-电池包1；26-电池包N。
具体实施方式
一种防热失控电池系统，包括若干个电池包、电池管理系统（BMS）和液冷系统。所述电池包包括电池箱体、电池模组1、继电器2、低压控制线束、正负极高压线束；其特征在于：所述电池管理系统包括电池控制单元（BCU）3、冷却板温度采集模块6、电池温度采集模块10、通讯模块22；所述液冷系统包括消防供液系统和冷却板供液系统组成；所述消防供液系统包括第二储液箱502、B泵12、消防进液管道、消防出液管道、消防进液阀13和相应的进、出液管路；所述冷却板供液系统包括第一储液箱501、A泵11、液冷机组控制器21、冷却板进液管道、冷却板出液管道和冷却板进液阀14和相应的进、出液管路；所述继电器2由BMS 4和BCU 3联合控制电池包的正负极高压输入和输出；所述冷却板进液口7与电池包内的冷却板进液管道相连通，第一储液箱501通过A泵11与电池包的冷却板进液管道连接，在冷却板进液管道上设有由BMS 4和BCU 3联合控制开闭的冷却板进液阀14；所述第二储液箱502通过B泵12与电池包的消防进液口8连接，在消防进液管道上设有由BMS 4和BCU 3联合控制开闭的消防进液阀13；在电池包底部设有消防出液口19，消防出液口19连接至第二储液箱502；在电池包底部设有由BMS 直接控制开闭的C泵23。
每个电池包内部均设有BCU 3，BCU 3内设置有冷却板温度采集模块6和电池温度采集模块10； BCU 3能够将采集到冷却板和电池的温度上传给BMS 4。当电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS启动冷却板供液系统，生成相关操作指令并下发给BCU；BCU在接到BMS指令后，开启冷却板进液阀，启动A泵11对所有电池包进行冷却或加热；当某个电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS启动消防供液系统，生成相关操作指令并下发给超温电池包BCU，BCU在接到BMS的指令后断开继电器2，打开本电池包内的消防进液阀13，启动B泵12和C泵23，将第二储液箱502内的消防冷却液通过消防进液管直接快速注入到电池包内，消防冷却液与超温电池包内的电池直接接触传热，快速对该电池包内的热失控电池进行降温或灭火。
所述液冷板冷却系统的启停由BMS依据电池温度控制冷却板进液阀14和A泵11的开闭；同时，通过冷热交换器20将第一储液箱501内的冷却液温度控制在设定范围内。
所述消防冷却系统的启停由BMS依据电池温度，控制超温电池包消防进液阀13和B泵12的开闭，温度正常的电池包消防进液阀处于常闭状态。
所述第一储液箱501上设置有冷热交换器20，第一储液箱501内装有丙三醇和去离子水的混合物。
所述第二储液箱502单独成箱，箱内装有比热容高、溶点低、沸点高、电导率低、粘度低、无腐蚀、电化学性能稳定的硅油、去离子水及少量的两性表面活性剂的混合物。
所述消防进液口8设置在电池包上部，通过B泵12将第二储液箱502内的冷却液直接注入到电池包内；所述消防出液口19设置在电池包底部，通过消防出液管将冷却液重新回流到第二储液箱502中。
上述的电池系统防热失控的控制方法：所述BCU通过通讯模块与BMS实时通讯；BCU将检测到的各电池包内电池电压、温度、电流、绝缘电阻等参数上传给BMS，BMS将上传数据与存储其内的预设值对比分析后，生成相关操作指令并下发给BCU，BCU依据接收到的操作指令分别控制各电池包内继电器、冷却板进液阀、消防进液阀和泵的开闭；当BCU检测到某一电池包内有电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS启动冷却板液冷系统，并生成相关操作指令下发给BCU；BCU在接到BMS的指令后开启冷却板进液阀，关闭（常闭）消防进液阀，对各电池包内电池进行加热或者冷却。当某一电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS启动消防供液系统，生成相关操作指令下发给各电池包BCU：1）对电池系统内电池温度未超第二设定阀值的电池包，该电池包内BCU在接到BMS指令后，断开包内继电器、关闭冷却板进液阀，关闭消防进液阀；2）对于电池温度超过第二设定阀值的电池包，该电池包BCU在接到BMS的指令后断开本包内继电器、关闭冷却板进液阀，打开消防进液阀，启动B泵后，将消防冷却液直接快速注入到超温电池包内，消防冷却液与电池直接接触传热，快速对超温电池进行降温或灭火。消防冷却液通过消防出液管道回到储液箱中，经过B泵加压后，重新流入消防进液管道，当消防冷却液浸没C泵23后C泵启动，对超温电池包进行强制循环冷却。

Claims (8)

1.一种防热失控电池系统，包括若干个电池包、BMS和液冷系统；所述电池包包括电池箱体、电池模组（1）、继电器（2）、低压控制线束、正负极高压线束；其特征在于：所述BMS（4）包括BCU（3）、冷却板温度采集模块（6）、电池温度采集模块（10）、通讯模块（22）；所述液冷系统包括消防供液系统（9）和冷却板供液系统（24）组成；所述冷却板供液系统（9）包括第一储液箱（501）、A泵（11）、液冷机组控制器（21）、冷却板进液管道、冷却板出液管道和冷却板进液阀（14）和相应的进、出液管路；所述消防供液系统（24）包括第二储液箱（502）、B泵（12）、消防进液管道、消防出液管道、消防进液阀（13）和相应的进、出液管路；所述继电器（2）由BMS（4）和BCU（3）联合控制电池包的正负极高压输入和输出；所述冷却板进液口（7）与电池包内的冷却板进液管道相连通，第一储液箱（501）通过A泵（11）与电池包的冷却板进液管道连接，在冷却板进液管道上设有由BMS（4）和BCU（3）联合控制开闭的冷却板进液阀（14）；所述第二储液箱（502）通过B泵（12）与电池包的消防进液口（8）连接，在消防进液管道上设有由BMS（4）和BCU（3）联合控制开闭的消防进液阀（13）；在电池包底部设有消防出液口（19），消防出液口（19）连接至第二储液箱（502）；在电池包底部设有由BMS （4）和BCU（3） 联合控制开闭的C泵（23）；每个电池包内部均设有BCU（3），BCU（3）内设置有冷却板温度采集模块（6）和电池温度采集模块（10）； BCU（3）将采集到冷却板和电池的温度上传给BMS（4），当电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS（4）启动冷却板供液系统，生成相关操作指令并下发给BCU（3）；BCU（3）在接到BMS（4）指令后，开启冷却板进液阀，启动A泵（11）对所有电池包进行冷却或加热；当某个电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS（4）启动消防供液系统，生成相关操作指令并下发给超温电池包BCU（3）；超温电池包BCU（3）在接到BMS（4）的指令后断开继电器（2），打开超温电池包内的消防进液阀，启动B泵（12），将第二储液箱（502）内的消防冷却液通过消防进液管直接快速循环注入到超温电池包内，对超温电池包进行强制循环冷却；当消防冷却液浸没C泵（23）后启动，使消防冷却液在电池包内循环流动；消防冷却液与超温电池包内的电池直接接触传热，快速对超温电池包电池进行降温或灭火。
2.根据权利要求1所述的防热失控电池系统，其特征在于：所述液冷板冷却系统的启停由BMS依据电池温度，直接控制冷却板进液阀（14）和A泵（11）的开闭；同时，通过冷热交换器（20）将第一储液箱（501）内的冷却液温度控制在设定范围内，进而使电池也控制在适宜的温度范围内，电池温度优选控制范围在15～35℃。
3.根据权利要求1所述的防热失控电池系统，其特征在于：所述消防冷却系统的启停由BMS依据电池温度，直接控制超温电池包消防进液阀（13）、B泵（12）和C泵（23）的开闭，电池温度正常的电池包消防进液阀（13）处于常闭状态。
4.根据权利要求1所述的防热失控电池系统，其特征在于：所述第一储液箱内装有去离子水、乙二醇、丙三醇、硅油其中的一种或多种物质的混合物。
5.根据权利要求1所述的防热失控电池系统，其特征在于：所述第二储液箱内装有比热容高、溶点低、沸点高、电导率低、粘度低、无腐蚀、电化学性能稳定、阻燃的液体。
6.根据权利要求1所述的防热失控电池系统，其特征在于：所述第一储液箱上设置有冷热交换器（20）；所述第二储液箱（502）单独成箱。
7.根据权利要求1所述的防热失控电池系统，其特征在于：所述消防进液口设置在电池包上部，通过B泵将第二储液箱内的冷却液直接注入到超温电池包内；所述消防出液口设置在电池包底部，通过消防出液管将消防冷却液重新回流到第二储液箱中；通过B泵将超温电池包内的消防冷却液与第二储液箱循环起来，达到控制热失控电池温度的目的；当消防冷却液浸没C泵后启动，对超温电池包进行强制循环冷却。
8.一种如权利要求1所述的电池系统防热失控的控制方法，其特征在于：所述BCU通过通讯模块与BMS实时通讯；BCU将检测到的各电池包内电池电压、温度、电流、绝缘电阻等参数上传给BMS，BMS将上传数据与存储其内的预设值对比分析后，启动液冷系统，生成相关操作指令并下发给BCU；BCU依据接收到的操作指令分别控制各电池包内继电器、冷却板进液阀、消防进液阀和A泵的开闭；
当BCU检测到各电池包内电池温度超过第一设定阀值范围时，BMS启动冷却板液冷系统，并生成相关操作指令下发给BCU；BCU在接到BMS的指令后开启冷却板进液阀，关闭消防进液阀，对各电池包内电池进行加热或者冷却；
当某一电池包内电池温度超过第二设定阀值时，BMS启动消防供液系统，生成相关操作指令下发给各电池包BCU：1）超温电池包BCU在接到BMS的指令后断开该包内继电器，关闭冷却板进液阀，打开消防进液阀，启动B泵，将消防冷却液直接快速循环注入到超温电池包内，消防冷却液与电池直接接触传热，快速对超温电池进行降温或灭火；2）消防冷却液通过消防出液管道回到储液箱中，经过B泵加压后，重新流入消防进液管道，当消防冷却液浸没C泵后启动，对超温电池包进行强制循环冷却；3）未超温电池包BCU在接到BMS的指令后断开该包内继电器，关闭冷却板进液阀，关闭消防进液阀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117244198A (zh) * 2023-11-17 2023-12-19 上海聚信海聚新能源科技有限公司 储能电池柜消防系统、一种储能电池柜消防灭火的方法

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