CN115548492A - 电池系统和用于避免电池系统中气体燃烧的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供电池系统和用于避免电池系统中气体燃烧的方法，其中该电池系统包括：电池包，包括壳体和容纳在壳体内的多个电池单元；惰性气体产生单元，配置为提供惰性气体并用惰性气体冲刷壳体；电池管理系统，配置为检测可能导致电池包发生热失控的异常状况，并且还被配置为当由电池管理系统检测到异常状况时激活惰性气体产生单元；以及温度传感器，配置为测量壳体内的温度并向电池管理系统提供测量数据。

Description

电池系统和用于避免电池系统中气体燃烧的方法

技术领域

本公开涉及电池系统和用于避免电池系统中气体燃烧的方法。本公开还 涉及包括该电池系统的电动车辆。

背景技术

近年来，已经开发了使用电力作为动力来源的用于运输货物和人员的车 辆。这样的电动车辆是由电机驱动的汽车，使用储存在可再充电电池中的能 量。电动车辆可以仅由电池提供动力，或者可以是由例如汽油发电机或氢燃 料电池提供动力的混合动力车辆。此外，车辆可以包括电机和传统内燃机的 组合。一般来说，电动车辆电池(EVB)或牵引电池是用来为电池电动车辆 (BEV)提供动力的电池。电动车辆电池不同于启动电池、照明电池和点火 电池，因为它们被设计为持续供电。可再充电电池或二次电池与一次电池的 不同之处在于，它能够被反复地充电和放电，而一次电池只提供化学能到电 能的不可逆转换。低容量可再充电电池被用作小型电子设备(诸如手机、笔 记本计算机和摄像机)的电源，而高容量可再充电电池被用作电动和混合动 力车辆等的电源。

通常，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的壳体以及电连接到 电极组件的电极的电极端子，该电极组件包括正电极、负电极和插设在正电 极和负电极之间的隔板。电解质溶液被注入到壳体中以便能够充电和放电。 壳体的形状(例如圆柱形或矩形)取决于电池的预期目的。通过在笔记本计 算机和消费电子产品中的应用而广为人知的锂离子(和类似的锂聚合物)电 池主导了最新开发的一组电动车辆。

可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成 的电池模块从而提供高能量容量，特别是用于车辆的电机推进。也就是，根 据所需的电量并为了实现高功率可再充电电池，通过互连多个单位电池单元 的电极端子来形成电池模块。

电池模块可以以块设计或模块化设计来构造。在块设计中，每个电池联 接到公共集流器结构并布置在壳体中。在模块化设计中，多个电池单元被连 接以形成子模块，并且几个子模块被连接以形成电池模块。在汽车应用中， 电池系统通常由串联连接的多个电池模块组成，用于提供期望的电压。其中， 电池模块可以包括具有多个堆叠的电池单元的子模块，每个堆叠包括串联连 接的多个并联连接的电池单元(XpYs)或者并联连接的多个串联连接的电 池单元(XsYp)。

电池包是一组任意数量的(最好是相同的)电池模块。它们可以串联、 并联或两者混合地配置以提供所需的电压、容量或功率密度。电池包的部件 包括各个电池模块以及在它们之间提供导电性的互连。

电池系统还包括电池管理系统(BMS)，其是诸如通过保护电池单元不 在它们的安全工作区域之外工作、监控它们的状态、计算二次数据、报告该 数据、控制其环境、认证它和/或平衡它而管理可再充电电池单元、电池模块 和电池包的任何电子系统。例如，BMS可以监控由电压(诸如电池包或电 池模块的总电压、各个单元的电压)、温度(诸如电池包或电池模块的平均 温度、冷却剂入口温度、冷却剂出口温度或各个单元的温度)、冷却剂流动(诸如流速、冷却液体压力)和电流所表示的电池包、电池模块或电池单元 的状态。此外，BMS可以基于以上项目来计算值，诸如最小和最大单元电 压、充电状态(SOC)或放电深度(DOD)以指示电池的充电水平、健康状 态(SOH；电池的剩余容量作为原始容量的百分比的以各种方式限定的测 量)、功率状态(SOP；在给定当前功率使用、温度和其它条件的情况下在 限定的时间间隔内可用的功率量)、安全状态(SOS)、作为充电电流限制 (CCL)的最大充电电流、作为放电电流限制(DCL)的最大放电电流以及 单元的内部阻抗(以确定开路电压)。

BMS可以是集中式的，使得单个控制器通过多条导线连接到电池单元。 BMS也可以是分布式的，其中BMS板安装在每个单元处，在电池和控制器 之间只有一条通信电缆。或者BMS可以是包括几个控制器的模块化构造， 每个控制器处理一定数量的单元，在控制器之间进行通信。集中式BMS是 最经济的，最不可扩展的，并且受到大量导线的困扰。分布式BMS是最昂 贵的，安装最简单，并提供最干净的组件。模块化BMS提供了其它两种拓 扑的特点和问题的折衷。

BMS可以保护电池包不在其安全工作区域之外工作。在过电流、过电 压(在充电期间)、过温度、欠温度、过压力以及接地故障或泄漏电流检测 的情况下，在安全操作区域之外的操作可以被表明。BMS可以通过包括内 部开关(诸如继电器或固态器件)(如果电池在其安全操作区域之外操作， 则该内部开关打开)、请求与电池连接的器件减少甚至终止使用电池、以及 主动控制环境(诸如通过加热器、风扇、空气调节或液体冷却)来防止在电 池的安全操作区域之外操作。

具体地，当检测到单元故障时，BMS将采取必要的措施。例如，电解 质分解(breakdown)可能导致可燃气体的释放。于是BMS可以激活电路中 断器件(CID)，这启动电流切断。在阴极分解的情况下，氧气被释放，BMS 可以打开压力排气口。

然而，单元部件的氧化可能导致所谓的热失控，此时BMS的作用通常 太晚，导致单元破坏。通常，热失控描述了由于温度升高而加速、进而释放 能量进一步升高温度的过程。热失控发生在温度升高改变条件使得温度进一 步升高的情况下，通常导致破坏性的结果。在可再充电电池系统中，热失控 与强烈的放热反应有关，温度升高加速该放热反应。这些放热反应包括电池 包壳体内可燃气体成分的燃烧。例如，当单元被加热到临界温度以上(通常 在150℃之上)时，它会转变为热失控。初始加热可能由局部故障引起，诸 如单元内部短路、由有缺陷的电接触引起的发热、与相邻单元的短路。在热 失控期间，有故障的电池单元(即具有局部故障的电池单元)可能达到超过 700℃的温度。此外，大量热气体从有故障的电池单元的内部通过单元壳体 的排气口喷射到电池包中。排出气体的主要成分是H₂、CO₂、CO、电解质 蒸汽和其它碳氢化合物。因此，排出的气体是可燃的并可能有毒。排出的气体还导致电池包内部的气压升高。因此，电池包壳体通常包括排气组件以防 止过度的过压力。排气组件(例如防爆板)打开并将气体混合物释放到环境 中。

在单元排气开始时，只要排出的气体没有将所有空气通过排气组件置换 到外面，可燃气体混合物就存在于电池包壳体内。如果所有的空气都被热的 排出气体置换，爆燃是不可能的。但是，如果电池包内部的排出气体冷却下 来并且空气从环境再次被吸入电池包壳体，则可能再次形成可燃气体混合 物。

只要可燃的燃料-空气混合物存在于电池壳体内，就可能发生爆燃。爆 燃导致高压力峰值，这可能损坏电池壳体。受损的电池壳体允许空气进入受 损电池包内部的热的部件。热的部件可能点燃，最终导致整个电池起火。

本公开的一目的是克服或减少现有技术的缺点中的至少一些，并提供一 种电池系统，其减少或可能消除与电池包内部产生可燃气体成分相关的风 险。

发明内容

本发明由所附权利要求限定。下面的描述受到这种限制。

根据本公开的一个方面，提供一种电池系统，其中该电池系统包括：电 池包，包括壳体和容纳在壳体内的多个电池单元；惰性气体产生单元，配置 为提供惰性气体并用惰性气体冲刷壳体；电池管理系统，配置为检测可能导 致电池包发生热失控的异常状况，并且还配置为当由电池管理系统检测到异 常状况时激活惰性气体产生单元；以及温度传感器，配置为测量壳体内的温 度并向电池管理系统提供测量数据。

根据本公开的另一方面，提供一种包括如上所述的电池系统的车辆。

根据本公开的另一方面，提供一种用于避免电池系统中气体燃烧的方 法，其中该方法包括以下步骤：a)提供电池系统，电池系统包括：电池包， 包括壳体和容纳在壳体内的多个电池单元；惰性气体产生单元，配置为产生 惰性气体并用惰性气体冲刷壳体；电池管理系统，配置为检测可能导致电池 包发生热失控的异常状况，并且还配置为当由电池管理系统检测到异常状况 时激活惰性气体产生单元；以及温度传感器，配置为测量壳体内的温度并向 电池管理系统提供测量数据；b)通过电池管理系统检测到异常状况并产生 第一激活信号，通过电池管理系统将第一激活信号发送到惰性气体产生单 元；以及c)在接收到电池管理系统的第一激活信号之后由惰性气体产生单 元产生惰性气体并用惰性气体冲刷壳体。

本公开的另外的方面可以从从属权利要求或以下描述获知。

附图说明

通过参照附图详细描述示范性实施方式，特征对于本领域普通技术人员 将变得明显，附图中：

图1是示出根据本公开的第一实施方式的电池系统的俯视图。

图2是示出根据本公开的第二实施方式的电池系统的俯视图。

图3是示出用于避免在第一实施方式和第二实施方式的电池系统中的气 体燃烧的方法的流程图。

附图标记

1 电池系统

10 电池包

11 壳体

12 电池模块

13，13.2 惰性气体产生单元

13a 第一气体产生器

13b 第二气体产生器

14 电池管理系统

15 排气组件

16 温度传感器

具体实施方式

现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出。将参照附图描述示范 性实施方式的效果和特征及其实现方法。然而，本公开可以以各种不同的形 式实施，并且不应被解释为仅限于这里所示的实施方式。而是，这些实施方 式作为示例被提供，使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员 充分传达本公开的方面和特征。

因此，可以不描述对于本领域普通技术人员完整理解本公开的方面和特 征来说不被认为是必需的过程、元件和技术。在附图中，为了清楚起见，元 件、层和区域的相对尺寸可以被夸大。

如这里所用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项目的任何和 所有组合。此外，当描述本公开的实施方式时，“可以”的使用是指“本公 开的一个或更多个实施方式”。

根据这里描述的本公开的实施方式的电子装置或电气装置和/或任何其 它相关装置或部件可以利用任何合适的硬件、固件(例如专用集成电路)、 软件、或软件、固件和硬件的组合来实现。此外，这些装置的各种部件可以 在柔性印刷电路膜、载带封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上实现，或者形 成在一个基板上。这里描述的电连接或互连可以通过例如在PCB或另一种 电路载体上的导线或导电元件来实现。导电元件可以包括金属化例如表面金 属化和/或引脚，和/或可以包括导电聚合物或陶瓷。此外，电能可以通过无 线连接来传输，例如使用电磁辐射和/或光。

此外，这些装置的各种部件可以是运行在一个或更多个计算装置中的一 个或多个处理器上、执行计算机程序指令并与用于执行这里描述的各种功能 的其它系统部件交互的进程或线程。计算机程序指令存储在存储器中，该存 储器可以在使用标准存储器件(诸如，例如随机存取存储器(RAM))的计 算装置中实现。计算机程序指令也可以存储在其它非暂时性计算机可读介质 (诸如，例如CD-ROM、闪存驱动器等)中。

此外，本领域技术人员应当认识到，在不脱离本公开的示范性实施方式 的范围的情况下，各种计算装置的功能可以被结合或集成到单个计算装置 中，或者特定计算装置的功能可以分布在一个或更多个其它计算装置上。

除非另外地限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 具有与本公开所属的领域内的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理 解，术语(诸如在常用词典中定义的那些术语)应当被解释为具有与它们在 相关领域的背景和/或本说明书中的含义一致的含义，并且不应被解释为理想 化或过于形式化的含义，除非这里明确地如此限定。

一般概念

根据本公开的一个方面，提供一种改进的电池系统。该电池系统包括电 池包，该电池包包括壳体和容纳在壳体内的多个电池单元。该电池系统还包 括惰性气体产生单元，该惰性气体产生单元配置为提供惰性气体并用惰性气 体冲刷壳体。该电池系统还包括电池管理系统BMS，其配置为检测可能导 致电池包发生热失控的异常状况，并且还配置为当由BMS检测到异常状况 时激活惰性气体产生单元。

换句话说，电池系统包括惰性气体产生单元，当BMS检测到可能导致 热失控的状况时，该惰性气体产生单元被激活。响应于BMS的激活信号， 惰性气体产生单元将立即(即在几秒钟内，特别是少于2秒钟)用惰性气体 冲刷电池包壳体。惰性气体由惰性气体产生单元产生。惰性气体散布到电池 包的壳体中并置换位于那里的气体混合物。同时，BMS可以打开排气组件 的压力排气口以释放气体混合物。因此，甚至在情况失控之前，即热失控已 经开始之前，BMS就启动惰性气体产生单元以用惰性气体冲刷电池包壳体。 一方面，这种措施可以降低发生热失控的风险，因为可燃气体混合物被稀释、 置换和释放。另一方面，仍然可以抑制热失控，并且可以避免高放热过程扩 展到相邻的电池单元或电池模块。

在本公开的意义上，惰性气体是一种气态化合物，其本身不与燃烧过程 中存在的化合物反应。具体地，惰性气体不与在热失控期间或之前存在于电 池包中的氧气或可燃气体反应。合适的惰性气体可以包括例如氮气、二氧化 碳和氩气。

惰性气体产生单元配置为将惰性气体冲刷到电池包的壳体中。如果惰性 气体产生单元装配在电池包壳体内，则惰性气体可以被简单地吹入壳体内部 中。如果惰性气体产生单元靠近电池包壳体组装，则惰性气体产生单元将包 括用于产生的惰性气体的引导元件，诸如伸入壳体的内部中的引导板或导 管。

根据一个实施方式，惰性气体产生单元可以包括第一惰性气体产生器， 该第一惰性气体产生器配置为当检测到异常状况时被激活、产生惰性气体并 用惰性气体冲刷壳体。通常，气体产生器是用于产生气体的装置。当储存加 压气体是不希望的或不切实际时，气体产生器可以通过化学反应或从固体或 液体源产生气体。第一惰性气体产生器优选通过化学反应产生惰性气体。例 如，汽车安全气囊使用叠氮化钠来充气。小的烟火装药(pyrotechnic charge) 引发它的分解，产生氮气，其在几毫秒内使安全气囊膨胀。类似的气体产生 器用于灭火。因此，第一惰性气体产生器也可以通过叠氮化钠的放热分解产 生惰性气体，即氮气。

根据另一实施方式(其也可以包括前述的第一惰性气体产生器)，BMS 还可以配置为检测热失控并且当BMS已经检测到热失控时激活惰性气体产 生单元。因此，惰性气体产生单元可以被第二次激活并将第二次使惰性气体 冲刷到壳体的内部中。这种措施不仅可以抑制热失控的位置的快速扩展，还 将防止电池系统从电池系统的周围环境吸入新鲜空气。

惰性气体产生单元可以特别地包括第二惰性气体产生器，该第二惰性气 体产生器配置为当检测到热失控时被激活、产生惰性气体并用惰性气体冲刷 壳体。因此，电池系统可以包括至少两个惰性气体产生器，其在由BMS检 测到的不同操作条件下被激活。例如，当检测到可能导致热失控的异常状况 时，第一惰性气体产生器将被激活。如果仍然出现热失控，或者即使没有检 测到异常状况并且第一惰性气体产生器没有被激活，则至少第二惰性气体产 生器将用惰性气体冲刷壳体。

第一惰性气体产生器和/或第二惰性气体产生器可以是烟火惰性气体产 生器。如上所述，烟火装药触发产生惰性气体的化合物(诸如叠氮化物，特 别是叠氮化钠)的分解。烟火惰性气体产生器具有非常短的响应时间，即在 收到BMS激活信号之后几乎立即开始产生惰性气体。

具体地，第一气体产生器可以配置为在0.1至5秒之间进行气体产生。 这将通常足以使电动车辆的电池包壳体完全淹没，即壳体完全用惰性气体冲 刷。第二气体产生器可以配置为在0.1至20秒之间进行气体产生。因此，惰 性气体的产生可以持续稍长的一段时间以避免在热失控的情况下重新点燃。

可能导致热失控发生的异常状况可以被指示。

异常状况的检测可以包括(i)用于计算热失控发生的可能性的BMS子 程序和/或(ii)控制电池系统的至少一个参数。例如，以下事件可以表示异 常状况：

·超过壳体内部或电池单元的表面处的温度极限；

·检测到碰撞；

·检测到一个或更多个电池单元的异常电压；

·检测到电池包的过电流；以及

·检测到壳体内的异常气体成分。

用于确定异常状况的合适参数取决于电池系统的具体配置并需要针对 具体应用进行调整。例如，可以在电池单元壳体的表面处直接测量电池单元 温度。例如，如果该温度超过100℃，则BMS将启动惰性气体产生单元。 或者碰撞传感器可以检测包含电池系统的车辆与另一物体的碰撞。检测到的 碰撞可以导致BMS激活惰性气体产生单元。此外，检测到的电池单元的异 常电压或电池包的过电流可以启动BMS以激活惰性气体产生单元。此外， 电池包的壳体内的气体传感器可以检测指示电池单元的损坏的异常气体成 分。

除了控制一个或更多个指定参数之外，BMS可以可选地包括或另外地 包括用于确定安全状态SOS的算法(例如，见E.Cabrera-Castillo等，《电源 杂志》，第324卷，第509-520页)。SOS可以计算电池系统的故障的可能性 水平。因此，超过给定的可能性水平可以指示异常状况，因此，BMS可以 为惰性气体产生单元设定第一激活信号。换句话说，BMS配置为通过使用 SOS子程序来控制惰性气体产生单元的活动。用于指示发生热失控(即异常 状况)的可能性的其它子程序也可以被实现到BMS中。通常，BMS配置为 检测可能导致热失控的异常状况。

以非常相同的方式，热失控的检测可以包括(i)用于计算热失控的BMS 子程序和/或(ii)控制电池系统的至少一个参数。例如，以下事件可以表示 热失控：

·超过壳体内部或在电池单元的表面处的温度极限；和

·检测到壳体内的异常气体成分。

除了这些参数，BMS还可以包括指示热失控的子程序。通常，BMS配 置为检测热失控。

此外，电池包可以是气密的，优选地除了过滤器之外，该过滤器允许气 体交换到环境以补偿由于温度变化或海拔变化引起的压力变化。

本电池系统的优点在于，在单元故障的情况下，可燃气体混合物的排放 可以以更可控的方式进行，防止或至少减少对电池系统的一部分或整个电池 系统或附近的人的损害。

根据本公开的另一方面，车辆(特别是电动车辆)包括如在任何前述实 施方式中描述的电池系统。这样的车辆的一优点是提高了驾驶员和乘客的安 全性。此外，减少了由电池系统的热失控导致的车辆的损坏。

根据本公开的另一方面，提供一种用于避免电池系统中气体燃烧的方 法，其中该方法包括以下步骤

a)提供电池系统，该电池系统包括

电池包，包括壳体和容纳在壳体内的多个电池单元；

惰性气体产生单元，配置为产生惰性气体并用惰性气体冲刷壳体；以及

电池管理系统BMS，配置为检测可能导致电池包发生热失控的异常状 况，并且还被配置为当由BMS检测到异常状况时激活惰性气体产生单元；

b)通过BMS检测异常状况并产生第一激活信号，通过BMS将第一激 活信号发送到惰性气体产生单元；以及

c)在接收到BMS的第一激活信号之后由惰性气体产生单元产生惰性气 体，并用惰性气体冲刷壳体。

上面提供了包括惰性气体产生单元的电池系统的进一步细节。

惰性气体产生单元可以包括第一惰性气体产生器，其配置为当检测到异 常状况时被激活并产生惰性气体，并且其中在步骤c)中，第一惰性气体产 生器可以响应于BMS的第一激活信号产生惰性气体并用惰性气体冲刷壳 体。

BMS可以进一步配置为还检测热失控，并且当BMS已经检测到热失控 时激活惰性气体产生单元。因此，该方法可以进一步包括以下步骤

d)通过由BMS检测热失控并产生第二激活信号，通过BMS将第二激 活信号发送到惰性气体产生单元；以及

e)在接收到BMS的第二激活信号之后由惰性气体产生单元产生惰性气 体，并用惰性气体冲刷壳体。

惰性气体产生单元可以包括第二惰性气体产生器，其配置为当检测到热 失控时被激活并产生惰性气体，并且其中在步骤e)中，第二惰性气体产生 器可以响应于BMS的第二激活信号产生惰性气体并用惰性气体冲刷壳体。

在步骤b)中，可能导致热失控发生的异常状况可以通过以下来确定： (i)用于计算热失控发生的可能性的BMS子程序和/或(ii)控制电池系统 的选定参数。以上已经描述了BMS的示范性子程序和用于确定的合适参数。

在步骤d)中，热失控的检测可以通过以下来确定：(i)用于计算热失 控的BMS子程序和/或(ii)控制电池系统的选定参数。以上已经描述了BMS 的示范性子程序和用于确定的合适参数。

示范性实施方式

作为第一示范性实施方式，图1示出包括电池包10的电池系统1，该电 池包10包括壳体11和容纳在壳体11内的多个电池模块12。电池系统1可 以形成例如电动车辆的推进部件的一部分。每个电池模块12包括串联和/或 并联联接的多个电池单元从而为车辆的电机驱动提供高能量容量。也就是， 每个电池模块12通过根据所需电量互连多个单位电池单元的电极端子而形 成，以便实现高功率可再充电电池包10。此外，电池模块12可以以块设计或模块化设计来构造。为了清楚起见，并且因为这些细节对于理解本公开并 不重要，所以电池包10的电池模块12的高电压线、单个电池单元和其它高 电压部件没有在附图中示出。

电池系统1还包括电池管理系统BMS 14。根据示范性实施方式，BMS 14 是集中式的，使得单个控制器通过多条导线连接到电池模块12的电池单元 (图1示意性地示出从BMS14到电池模块12的信号线)。这里，BMS 14 组装在电池包10的壳体11内，但是也可以位于壳体11的外部。

BMS 14是诸如通过保护电池不在它们的安全操作区域之外操作、监控 它们的状态、计算二次数据、报告该数据、控制其环境、认证它和/或平衡它 而管理可再充电电池和电池模块12的任何电子系统。例如，BMS 14可以监 控如由电压(诸如电池包或电池模块的总电压、各个单元的电压)、温度(诸 如电池包或电池模块的平均温度、冷却剂入口温度、冷却剂出口温度或各个 单元的温度)、冷却剂流动(诸如流速、冷却液体压力)和电流表示的电池 状态。另外，BMS 14可以基于以上项目来计算值，诸如最小和最大单元电 压、充电状态(SOC)或放电深度(DOD)以指示电池的充电水平、健康状 态(SOH；电池的剩余容量作为原始容量的百分比的以各种方式限定的测 量)、功率状态(SOP；在给定当前功率使用、温度和其它条件的情况下在 限定的时间间隔内可用的功率量)、安全状态(SOS)、作为充电电流限制 (CCL)的最大充电电流、作为放电电流限制(DCL)的最大放电电流以及 单元的内部阻抗(以确定开路电压)。为了简化BMS 14的功能，示范性实 施方式仅示出单个温度传感器16，其测量壳体11内的温度并向BMS 14提 供测量数据。然而，其它感测的参数或计算的值也可以适于确定热失控的发 生或热失控本身。

此外，惰性气体产生单元13组装在电池包10的壳体11内。惰性气体 产生单元13配置为产生惰性气体并用惰性气体冲刷壳体11。根据示范性实 施方式，惰性气体产生单元13经由信号线连接到BMS 14。惰性气体产生单 元13可以包括烟火惰性气体产生器或者甚至由烟火惰性气体产生器组成， 其通过化学反应产生惰性气体。例如，惰性气体产生器可以从叠氮化钠的放 热分解中产生氮气作为惰性气体。

图1还示出排气组件15，其也可以由BMS 14控制。这样的排气组件 15可以包括可切换阀和过滤系统。在电池系统1的预定操作条件下，BMS 14 可以打开排气组件15的可切换阀以从壳体11的内部释放气体混合物。

BMS 14配置为检测可能导致电池包10发生热失控的异常状况，并且还 配置为当由BMS 14检测到异常状况时启动惰性气体产生单元13。下面将参 照图3的流程图的步骤S1和S2详细描述该过程。

图2示出根据本公开的第二实施方式的电池系统1。基本上，第二实施 方式类似于图1所示的第一实施方式，除了惰性气体发生单元13.2包括第一 惰性气体产生器13a和第二惰性气体产生器13b，这将在下面更详细地描述。 至于图2的电池系统的其余特征，参见以上第一实施方式的描述。

第二实施方式的惰性气体产生单元13.2的第一惰性气体产生器13a可以 是烟火惰性气体产生器，其通过化学反应产生惰性气体。例如，第一惰性气 体产生器13a可以从叠氮化钠的放热分解产生氮气作为惰性气体。当BMS 14 检测到可能导致电池包10发生热失控的异常状况时，第一惰性气体产生器 13a由BMS 14启动以产生惰性气体。

第二实施方式的惰性气体产生单元13.2的第二惰性气体产生器13b也可 以是烟火惰性气体产生器，其通过化学反应产生惰性气体。例如，第二惰性 气体产生器13b可以通过叠氮化钠的放热分解产生氮气作为惰性气体。当 BMS 14检测到电池包10的热失控时，第二惰性气体产生器13b由BMS 14 启动以产生惰性气体。因此，BMS 14还配置为检测电池包10的热失控，并 配置为当由BMS 14检测到异常状况时激活第二惰性气体产生器13b。为了最有效地对抗热失控，惰性气体的产生应当持续一些秒，例如达20秒。

图3是示出用于避免电池系统中气体燃烧的示范性过程的流程图，该电 池系统诸如是图1和图2所示的第一实施方式和第二实施方式。第一实施方 式的电池系统仅包括具有单个烟火气体产生器的惰性气体产生单元13，因此 仅进一步在下面描述的步骤S1和S2可以被执行，而第二实施方式包括具有 第一烟火气体产生器13a和第二烟火气体产生器13b的惰性气体发生单元 13.2。因此，在以下中，将仅参照图2所示的第二实施方式来解释示范性过 程。

在步骤S1中，BMS 14检测到异常状况并产生第一激活信号，该第一激 活信号被发送到惰性气体产生单元13.2。更详细地，根据图2的示范性实施 方式，温度传感器16测量壳体11中存在的气体混合物的温度。测得的温度 (在下文也称为壳体温度)是BMS 14的输入信号。根据在BMS 14的控制 器中实施的示范性子程序，壳体温度被连续监控。如果壳体温度超过给定的 温度极限，例如90℃，则发生热失控的可能性显著增加。因此，子程序为惰性气体产生单元13.2产生第一激活信号。

需要注意，壳体温度的监控只是确定可能导致热失控的异常状况的一个 示范性选项。如以上在“一般概念”部分所述，电池系统的几个其它感测参 数或计算的关键参数可以用于确定异常状况。参数的选择取决于电池系统的 设计及其工作条件，并且应当适合于每个具体的应用。

在步骤S2中，惰性气体产生单元13.2接收BMS 14的第一激活信号， 并随后激活第一惰性气体产生器13a。当第二实施方式的第一惰性气体产生 器13a是烟火气体产生器时，惰性气体的产生将仅在几毫秒内就开始，并完 全冲刷壳体11。在热失控发生前不久由电池单元排出的可燃气体可以被产生 的惰性气体置换和稀释，从而可以避免气体混合物的点燃。优选地，BMS 14 同时向排气组件15发送激活信号，用于临时打开可切换阀并确保气体混合 物从壳体11的内部安全释放。

与步骤S2同时或在步骤S2之后，电池系统1可以向车辆的驾驶员提供 维护提示，即电池包10必须在合格的维修站进行检查和维修。

在步骤S3中，如果来自步骤S2的措施不成功，则电池系统1的BMS 14 可以检测到热失控。例如，温度传感器16可以测量壳体温度的进一步增加。 在BMS 14的控制器中执行的第二子程序仍然持续监控壳体温度。如果壳体 温度超过给定(第二)温度极限，例如120℃，则认为检测到热失控。因此， 第二子程序为惰性气体产生单元13.2产生第二激活信号。

再次需要注意，壳体温度的监控仅是确定热失控的一个示范性选择。如 以上在“一般概念”部分所述，电池系统的几个其它感测到的参数或计算的 关键参数可以用于确定热失控。参数的选择取决于电池系统的设计及其工作 条件，并应当适合于每个具体的应用。

在步骤S4中，惰性气体产生单元13.2接收BMS 14的第二激活信号， 并随后激活第二惰性气体产生器13b。当第二实施方式的第二惰性气体产生 器13b是烟火气体产生器时，惰性气体的产生将仅在几毫秒内就开始并完全 冲刷壳体11。在热失控期间，可燃气体被损坏的电池单元排出并在壳体11 内燃烧。产生的惰性气体将冲刷壳体11、灭火、置换和稀释可燃气体混合物， 从而可以避免气体混合物的再次点燃。优选地，BMS 14同时向排气组件15 发送激活信号，用于临时打开可切换阀并确保气体混合物从壳体11的内部 安全释放。为了避免电池包10从外部吸入空气，这可能重新点燃壳体11中 的气体混合物(在热失控的情况下，损坏的电池单元可能仍然排出可燃气 体)，第二气体产生器13b优选地比第一气体产生器13a产生惰性气体更长 的时间，例如10秒。

与步骤S4同时或在步骤S4之后，电池系统1可以向车辆的驾驶员提供 维护提示，即电池包10必须在合格的维修站进行检查和维修。

Claims (14)

1.一种电池系统(1)，包括：

电池包(10)，包括壳体(11)和容纳在所述壳体(11)内的多个电池单元；

惰性气体产生单元(13，13.2)，配置为提供惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)；

电池管理系统(14)，配置为检测可能导致所述电池包(10)发生热失控的异常状况，并且还配置为当由所述电池管理系统(14)检测到所述异常状况时激活所述惰性气体产生单元(13，13.2)；以及

温度传感器(16)，配置为测量所述壳体(11)内的温度并向所述电池管理系统(14)提供测量数据。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述电池管理系统(14)还配置为检测热失控，并且当所述电池管理系统(14)已经检测到所述热失控时激活所述惰性气体产生单元(13.2)。

3.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中所述惰性气体产生单元(13，13.2)包括第一惰性气体产生器(13a)，所述第一惰性气体产生器(13a)配置为当检测到所述异常状况时被激活、产生所述惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)。

4.根据权利要求2所述的电池系统，其中所述惰性气体产生单元(13.2)包括第二惰性气体产生器(13b)，所述第二惰性气体产生器(13b)配置为当检测到所述热失控时被激活、产生所述惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)。

5.根据权利要求3所述的电池系统，其中所述第一惰性气体产生器(13a)是烟火惰性气体产生器。

6.根据权利要求4所述的电池系统，其中所述第二惰性气体产生器(13b)是烟火惰性气体产生器。

7.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述温度传感器(16)测量存在于所述壳体(11)中的气体混合物的温度。

8.一种电动车辆，包括根据前述权利要求中的任一项所述的电池系统。

9.一种用于避免电池系统(1)中气体燃烧的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a)提供电池系统(1)，所述电池系统(1)包括：

电池包(10)，包括壳体(11)和容纳在所述壳体(11)内的多个电池单元；

惰性气体产生单元(13，13.2)，配置为产生惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)；

电池管理系统(14)，配置为检测可能导致所述电池包(10)发生热失控的异常状况，并且还配置为当由所述电池管理系统(14)检测到所述异常状况时激活所述惰性气体产生单元(13)；以及

温度传感器(16)，配置为测量所述壳体(11)内的温度并向所述电池管理系统(14)提供测量数据，

b)通过所述电池管理系统(14)检测到所述异常状况并产生第一激活信号，通过所述电池管理系统(14)将所述第一激活信号发送到所述惰性气体产生单元(13，13.2)；以及

c)在接收到所述电池管理系统(14)的所述第一激活信号之后由所述惰性气体产生单元(13，13.2)产生所述惰性气体，并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电池管理系统(14)还配置为检测热失控，并且当所述电池管理系统(14)已经检测到所述热失控时激活所述惰性气体产生单元(13.2)，所述方法还包括以下步骤：

d)通过所述电池管理系统(14)检测到所述热失控并产生第二激活信号，通过所述电池管理系统(14)将所述第二激活信号发送到所述惰性气体产生单元(13.2)；以及

e)在接收到所述电池管理系统(14)的所述第二激活信号之后由所述惰性气体产生单元(13.2)产生所述惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述惰性气体产生单元(13，13.2)包括第一惰性气体产生器(13a)，所述第一惰性气体产生器(13a)配置为当检测到所述异常状况时被激活并产生所述惰性气体，以及

其中在步骤c)中，所述第一惰性气体产生器(13a)响应于所述电池管理系统(14)的所述第一激活信号产生所述惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述惰性气体产生单元(13.2)包括第二惰性气体产生器(13b)，所述第二惰性气体产生器(13b)配置为当检测到所述热失控时被激活并产生所述惰性气体，以及

其中在步骤e)中，所述第二惰性气体产生器(13b)响应于所述电池管理系统(14)的所述第二激活信号产生所述惰性气体并用所述惰性气体冲刷所述壳体(11)。

13.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤b)中，可能导致热失控发生的异常状况通过以下确定：(i)用于计算热失控发生的可能性的电池管理系统子程序和/或(ii)控制所述电池系统(1)的选定参数。

14.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤d)中，所述检测到热失控通过以下来确定：(i)用于计算热失控的电池管理系统子程序和/或(ii)控制所述电池系统(1)的选定参数。

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