CN115458843A - 电池热失控预防系统 - Google Patents

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Abstract

电池热失控预防系统，包括由若干个模组串联而成的电池包，各模组具有相对独立的冷却单元，冷却单元分别设有阀，还包括空调系统，储液罐和泵，其中泵将冷却液输送到冷却单元经空调系统循环，还包括电池管理单元，分别监控各模组和控制阀门开关；串联的模组分为两部分，设有接触器，接触器连接模组的前模组的C端子、后模组的D端子，还包括活动连接C端子和D端子的连接杆，空调系统包括D1端子和C1端子，连接杆与各端子连接状态包括三种：C‑D、C‑C1、D‑D1。本系统在电芯受损并有可能自燃时，切断负载电路，接通空调系统电路，同时接触器做切换处理，部分模组给空调系统供电，并对有电芯受损的模组的冷却单元进行降温，避免电池包自燃情况的发生。

Description

电池热失控预防系统
技术领域
本发明涉及电池领域，确切地说是指一种在电池使用过程中发生异常升温的失控预防系统。
背景技术
在各国大力发展电动汽车的当下，电池成为制约电动汽车发展的最大瓶颈。目前的动力电池包(不限于锂电池电芯)的成组方式有2种：1、小电芯并联提高容量，然后串联形成模组，最后由多个模组串联在一起成为动力电池包。典型的如Tesla的18650动力电池包和21700动力电池包。2、多个大电芯先串联成模组，然后多个模组再串联成为动力电池包。这里形成模组的目的是为了管理方便。早期的宁德时代和比亚迪都是这样成组的。目前使用中，新能源汽车自燃起火事件频繁，好几种情况下都可能发生自燃。
1)交通事故时，电池包里的电芯被挤压严重变形，造成部分电芯内部短路，内部温度越来越高导致热失控。
2)一般充电或大电流充电时，个别电芯内阻较大或者其内部已经发生微短路，此电芯必然发热更多，如果没能及时降温，也会导致热失控。
3)行驶过程种，某个电芯内部已经发生微短路，当微短路变成短路时，内部发热更厉害，于是造成热失控。
4)驻车时，即便车辆行驶后停在车库里，如果某个电芯内部已经微短路而且很严重，内部自放电流会很大，也会造成热失控。
电芯内部微短路的原因很多：主要包括锂析出导致的锂枝晶刺穿隔膜导致短路，正负极材料里的杂质刺穿隔膜导致短路，正负极流体铜箔或铝箔上的毛刺刺穿隔膜造成短路，隔膜收缩变形造成正负极直接接触等等。
当电池管理系统BMS发现某个电芯有异常时(如内部温度太高、或者此电芯掉电很严重等)，此时应该将此电芯剥离出去，这个剥离是指电气剥离即此电芯不再参与电池包工作。但是如果此电芯是串联在动力电池包里，直接断开会导致电池包与负载电路全部断开，这个肯定是整车系统设计人员不希望看到的。当异常电芯高温并可能自燃的情况下，车主依然束手无策，只能寄希望于消防部队能及时赶到或祷告自燃不会发生。现有的电动汽车电源缺乏电池热失控预防系统。
发明内容
本发明为解决以上技术问题，提供一种电池热失控预防系统。
这种电池热失控预防系统，包括由若干个模组串联而成的电池包，其中，各模组具有相对独立的冷却单元，冷却单元分别设有阀，还包括空调系统，储液罐和泵，其中泵将冷却液输送到冷却单元经空调系统循环，还包括电池管理单元，电池管理单元分别监控各模组和控制阀门开关；
串联的模组分为两部分，之间设有一个接触器，接触器包括中间连接模组的前模组的C端子、后模组的D端子，还包括活动连接C端子和D端子的连接杆，空调系统包括D1端子和C1端子，连接杆与各端子连接状态包括三种：C-D、C-C1、D-D1。
优选地，阀为电磁阀。
优选地，接触器设于串联的模组的中间。
优选地，电池包还和负载连接，连接有开关K，其中负载与空调系统并联，并通过开关Ki连接，电池管理单元控制开关K和开关Ki其中一个连接另一个断开，当连接杆的连接状态是C-D时，开关K闭合连接负载工作，当连接杆的连接状态是C-C1或D-D1时开关Ki闭合空调系统工作。
本发明采用的系统在监控分析得出电池包中有电芯受损并有可能导致发生电池包自燃时做切换处理，负载电路切断，接通空调系统电路，同时接触器做切换处理，使得有电芯受损的那部分模组断路，状态良好的模组给空调系统供电，并打开有电芯受损的模组的冷却单元的阀，让冷却液对该模组进行冷却降温，避免电池包自燃情况的发生。
附图说明
图1是电池热失控预防系统示意图。
图2是电池模组与空调系统连接示意图。
图3是电池管理单元中控制泵和空调系统的电路图。
图4是电池管理单元中电池包监控电路图。
图5是电池管理单元中单片机电路图。
具体实施方式
下面结合附图用实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本申请这种电池热失控预防系统，包括由若干个模组串联而成的电池包，比如，图中有四个模组10，其中，各模组10具有相对独立的冷却单元20，冷却单元20是放置有电池模组的盒子并设有阀21，这里选用电磁阀；还包括空调系统30，储液罐40和泵50，其中泵50将储液罐40中的冷却液输送到冷却单元20降温后再经空调系统30循环，还包括电池管理单元60，电池管理单元60分别监控各模组10和控制阀21的开、关；再结合图2至图5，串联的模组10分为两部分，中间设有一个接触器1，接触器1包括中间连接模组10的前模组的C端子、后模组的D端子，还包括活动连接C端子和D端子的连接杆2，空调系统30包括D1端子和C1端子，连接杆2与各端子连接状态包括三种：C-D、C-C1、D-D1，电池包还和负载70连接，连接电路设有开关K，其中负载70与空调系统30并联，并通过开关Ki连接，电池管理单元60还同时控制开关K和开关Ki，其中当连接杆2的连接状态是C-D时，开关K闭合连接负载70工作，当连接杆2的连接状态是C-C1或D-D1时开关Ki闭合空调系统30工作。比如电动车运行时，当电池包中某一电芯发生故障导致短路(微短路)后快速升温，这里电池管理单元60监控电池的运行情况，当温度传感器(图4中的RT1-RT4)测得的温度在规定时间内升温过快或达到某一额定值，将判断某一模组中有电芯损坏，控制K_OUT的信号，从而控制K1(继电器)的开合，这时电池管理单元60切断负载70工作电路(断开开关Ki)，接通空调系统30和泵50的工作电路(合上开关K)，比如判断第二个模组中有电芯损坏，则同时打开该模组的冷却单元的阀21，这时空调系统30工作，泵50将冷却液输送至该冷却单元20进行降温处理，没有电芯故障的模组不进行冷却处理，热交换后的冷却液再送回空调系统30进行降温。
本申请提供的系统可以在电芯发生故障并有可能导致电池包(车辆)自燃时提前做出判断，关闭有损电芯的模组工作状态，关闭负载工作状态，另一部分模组继续供应电能并启动空调系统工作，(一般来说，接触器1选在中间，这样不论是哪边的电芯有损，都基本保证切换后的电压变化不大，而切换后的电压降低对空调系统构成的影响，可以通过其他升压电路等实现，不是本申请讨论的重点，这里不赘述)，并针对地对有损坏的电芯所处在模组进行冷却降温处理，可以最大程度地对有损高温模组进行降温，避免发生自燃或最大程度地拖延危险发生的时间，以利于车内人员尽快撤出，争取时间做出最合理的处理，保险人员和财产安全。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电池热失控预防系统，包括由若干个模组串联而成的电池包，其特征在于，所述各模组具有相对独立的冷却单元，所述冷却单元分别设有阀，还包括空调系统，储液罐和泵，其中泵将冷却液输送到冷却单元经空调系统循环，还包括电池管理单元，所述电池管理单元分别监控各模组和控制阀门开关；
所述串联的模组分为两部分，之间设有一个接触器，所述接触器包括中间连接模组的前模组的C端子、后模组的D端子，还包括活动连接C端子和D端子的连接杆，所述空调系统包括D1端子和C1端子，所述连接杆与各端子连接状态包括三种：C-D、C-C1、D-D1。
2.根据权利要求1所示的电池热失控预防系统，其特征在于，所述阀为电磁阀。
3.根据权利要求1所示的电池热失控预防系统，其特征在于，所述接触器设于串联的模组的中间。
4.根据权利要求1所示的电池热失控预防系统，其特征在于，所述电池包还和负载连接，连接有开关K，其中负载与空调系统并联，并通过开关Ki连接，电池管理单元控制开关K和开关Ki其中一个连接另一个断开，当连接杆的连接状态是C-D时，开关K闭合连接负载工作，当连接杆的连接状态是C-C1或D-D1时开关Ki闭合空调系统工作。
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