CN115189052A - 动力电池系统及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池系统及电动汽车，包括：多个不同层级的储能单元；电池信息采集模块，用于采集储能单元的温度及电压信息；放电装置，与储能单元的放电回路并联设置；控制单元，控制单元与电池信息采集模块连接，用于根据温度及电压信息判断储能单元是否发生热失控及热扩散，若是则控制放电装置对储能单元进行放电。实现及时阻止电池系统发生热失控、热蔓延。

Description

动力电池系统及电动汽车
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，更具体地，涉及一种动力电池系统及电动汽车。
背景技术
随着电动汽车市场规模不断扩大，新能源汽车自燃等安全事故伴有增多的现象，需要重点解决动力电池系统发生热失控、热蔓延导致的安全隐患。目前主要依靠BMS管理系统通过监控单体电芯电压、温度等方面的异常变化，来判断电芯即将发生热失控。
导致电池热失控的原因包括机械滥用、热滥用和电滥用。而由正负极部分在电池内部短路所形成的广义内短路，是三种滥用方式导致电池热失控的共性环节。
经研究发现，动力电池系统能量的总量越高，在发生热失控时，热失控电芯升温越快并且释放出大量的热量，又使电池的温度大幅上升，形成了恶性循环，同时热蔓延的速度越快，释放的能量也越高。因此，如何有效阻止电芯热失控和热蔓延成为解决动力电池系统自然问题的关键。
发明内容
本发明的目的是提出一种动力电池系统及电动汽车，实现及时阻止电池系统发生热失控、热蔓延。
为实现上述目的，本发明提出了一种动力电池系统，包括：
多个不同层级的储能单元；
电池信息采集模块，用于采集所述储能单元的温度及电压信息；
放电装置，与所述储能单元的放电回路并联设置；
控制单元，所述控制单元与所述电池信息采集模块连接，用于根据所述温度及电压信息判断所述储能单元是否发生热失控及热扩散，若是则控制所述放电装置对储能单元进行放电。
可选地，所述储能单元为电芯单体，所述放电装置设置于所述单体电芯的外部并与所述电芯单体的放电回路并联设置。
可选地，所述储能单元为电池模组，所述电池模组内布置有多个电芯单体，所述放电装置设置于所述电池模组的外部并与所述电池模组的放电回路并联设置。
可选地，所述储能单元为电池包，所述电池包内包括至少一个电池模组，所述放电装置设置于所述电池包的外部并与所述电池包的放电回路并联设置。
可选地，所述放电装置包括控制开关和放电组件；
所述控制开关与所述放电组件串联后与所述储能单元的放电回路并联。
可选地，所述控制开关为继电器。
可选地，所述放电组件为备用放电负载或储能装置；
其中，所述备用放电负载包括电阻和能耗体，所述储能装置包括电容器。
可选地，所述控制单元为BMS电池管理系统。
可选地，所述电池信息采集模块包括温度及电压传感器。
本发明还提出一种电动汽车，包括以上所述的动力电池系统。
本发明的有益效果在于：
通过设置与储能单元外部放电回路并联的放电装置，当监测到储能单元发生短路导致热失控时，控制放电装置通过能量转化对储能单元快速放电，将储能单元的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止储能单元发生热失控和热扩散，提高电池系统的安全性。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种动力电池系统中电芯单体的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种动力电池系统中通过放电装置对电芯单体放电的原理示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种动力电池系统中电池模组的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种动力电池系统中通过放电装置对电池模组放电的原理示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的一种动力电池系统中电池包的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的一种动力电池系统中通过放电装置对电池包放电的原理示意图。
附图说明：
1-电芯单体，2-电池模组，3-电池包，4-继电器，5-放电组件。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提出了一种动力电池系统，包括：
多个不同层级的储能单元；
电池信息采集模块，用于采集储能单元的温度及电压信息；
放电装置，与储能单元的放电回路并联设置；
控制单元，控制单元与电池信息采集模块连接，用于根据温度及电压信息判断储能单元是否发生热失控及热扩散，若是则控制放电装置对储能单元进行放电。
具体地，通过设置与储能单元外部放电回路并联的放电装置，当监测到储能单元发生短路导致热失控时，控制放电装置通过能量转化对储能单元快速放电，将储能单元的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止储能单元发生热失控和热扩散，提高电池系统的安全性。
其中，放电装置包括控制开关和放电组件5；控制开关与放电组件5串联后与储能单元的放电回路并联。控制开关为继电器4。放电组件5为备用放电负载或储能装置；备用放电负载可以为电阻和能耗体等，储能装置为电容器等。控制单元为BMS电池管理系统。电池信息采集模块包括温度及电压传感器。
具体地，本发明包含的范围为电芯单体1、电池模组2、电池系统、BMS控制系统；在电池系统中，BMS管理系统通过电池信息采集模块监控单体电芯电压、温度等方面的异常变化，判断电芯是否即将发生热失控。其中判断热失控的方法为现有技术，此处不做赘述。
本发明方案适用于三个层面：电芯单体1层级、模组层级、电池包层级，即可以在以上三者的外部串接一个备用放电负载或储能装置(如电容)和继电器4。在识别到电芯即将发生热失控时，BMS管理系统控制继电器4闭合，通过放电负载或储能装置(如电容)将电芯、模组、系统内部的电能快速全部放光或将电能放至低SOC状态下，防止电芯发生热失控、热蔓延，伤及到车内乘客。
在一个示例中，如图1和图2所示，储能单元为电芯单体1，放电装置设置于单体电芯的外部并与电芯单体1的放电回路并联设置。
具体地，在电芯单体1外部串接一个放电组件5(备用放电负载或储能装置)和继电器4，与电芯单体1的放电主回路并联，在电芯单体1即将发生热失控时，闭合继电器4，使得电芯单体1快速放电，将电芯单体1的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止电芯单体1发生热失控、热扩散；本申请中电芯的结构形式不做具体限定。
具体实施过程中，在电芯单体1即将发生热失控时，BMS管理系统控制继电器4闭合，使得电芯单体1快速放电，将电芯单体1的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止电芯单体1发生热失控、热扩散。
在另一个示例中，如图3和图4所示，储能单元为电池模组2，电池模组2内布置有多个电芯单体1，放电装置设置于电池模组2的外部并与电池模组2的放电回路并联设置。
具体地，在模组外部串接一个放电组件5(备用放电负载或储能装置)和继电器4，与模组的放电主回路并联，在模组内的电芯单体1即将发生热失控时，闭合继电器4，使得模组快速放电，将模组的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止模组中电芯单体1发生热失控、热扩散；本申请中模组的结构形式不做具体限定，如模组、模块、CTP等均在本申请的范围内。
具体实施过程中，在电池模组内的电芯单体1即将发生热失控时，BMS管理系统控制继电器4闭合，使得整个模组快速放电，将模组的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止模组中电芯单体1发生热失控、热扩散。
在又一个示例中，如图5和图6所示，储能单元为电池包，电池包内包括至少一个电池模组2，电池模组2内布置有多个电芯单体1，放电装置设置于电池包的外部并与电池包的放电回路并联设置。
具体地，在电池包外部正负极之间串接一个放电组件5(备用放电负载或储能装置)和继电器4，与电动汽车的放电主回路并联，在电池包内部电芯即将发生热失控时，BMS管理系统控制继电器4闭合，使得电池包整体进行放电，用将电池包内部的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止电池系统发生热失控、热扩散；本申请中电池包的结构形式不做具体规定，均在本申请的范围内。
具体实施过程中，在电池包内的电芯即将发生热失控时，闭合继电器4，使得整个电池包进行快速放电，将电池包内部的电能全部放光或放电至低SOC状态下，阻止电池包发生热失控、热扩散。
在其他实施例中，还可以同时在电芯单体层级、电池模组层级、电池包层级这三者中的其中之二或者全部的外部分别串接一个放电组件5和继电器4，并通过BMS系统根据不同的热失控情况进行不同层级的放电操作。
本发明实施例还提出一种电动汽车，包括以上任意实施例的动力电池系统。能够有效防止电池系统的热失控、热蔓延，有效防止汽车自燃，大大提高车辆的安全性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种动力电池系统，其特征在于，包括：
多个不同层级的储能单元；
电池信息采集模块，用于采集所述储能单元的温度及电压信息；
放电装置，与所述储能单元的放电回路并联设置；
控制单元，所述控制单元与所述电池信息采集模块连接，用于根据所述温度及电压信息判断所述储能单元是否发生热失控及热扩散，若是则控制所述放电装置对储能单元进行放电。
2.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述储能单元为电芯单体，所述放电装置设置于所述单体电芯的外部并与所述电芯单体的放电回路并联设置。
3.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述储能单元为电池模组，所述电池模组内布置有多个电芯单体；所述放电装置设置于所述电池模组的外部并与所述电池模组的放电回路并联设置。
4.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述储能单元为电池包，所述电池包内包括至少一个电池模组，所述电池模组内布置有多个电芯单体，所述放电装置设置于所述电池包的外部并与所述电池包的放电回路并联设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的动力电池系统，其特征在于，所述放电装置包括控制开关和放电组件；
所述控制开关与所述放电组件串联后与所述储能单元的放电回路并联。
6.根据权利要求5所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制开关为继电器。
7.根据权利要求5所述的动力电池系统，其特征在于，所述放电组件为备用放电负载或储能装置；
其中，所述备用放电负载包括电阻和能耗体，所述储能装置包括电容器。
8.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制单元为BMS电池管理系统。
9.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述电池信息采集模块包括温度及电压传感器。
10.一种电动汽车，包括权利要求1-9任意一项所述的动力电池系统。
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