CN115954563A - 一种集成式热失控监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式热失控监控装置，包括设于蓄电池包外壳内的电池管理系统。电池管理系统包括串联的电芯、电芯温度采样电路、电芯电压采样芯片、电池管理系统主芯片、气体传感器和蓄电池包内气体压力采样电路，用于监测电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度，当电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度有两个满足设置条件时，可以认定蓄电池包出现热失控，避免存在误报或者漏报的情况，确保监测的准确性。

Description

一种集成式热失控监控装置

技术领域

本发明属于蓄电池技术领域，具体涉及一种集成式热失控监控装置。

背景技术

智能楼宇的储能电源是保证智能楼宇在电网紧急断电情况下保持正常运行的后盾，随着锂电池的使用，储能锂电池的安全问题成为了楼宇安全的重要一环，为了准确有效地监控储能锂电池的热失控，现有的电池热失控基本上通过电芯电压、电池温度进行监控，由于监控参数不足，在有些情况下存在误报或者漏报的情况，导致鲁棒性较差。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种集成式热失控监控装置，可以监测电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度的主要参数，当电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度有两个满足设置条件时，可以认定蓄电池包出现热失控，避免存在误报或者漏报的情况，确保监测的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种集成式热失控监控装置，包括设于蓄电池包外壳内的电池管理系统。其特征在于：电池管理系统包括串联的电芯、电芯温度采样电路、电芯电压采样芯片、电池管理系统主芯片、气体传感器和蓄电池包内气体压力采样电路，用于监测电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度，当电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度有两个满足设置条件时，可以认定蓄电池包出现热失控。

电芯电压采样芯片对各个电芯的电压进行实时监控，并把所有电芯的电压发送给电池管理系统主芯片。

电芯温度采样电路连接电池管理系统主芯片，用于计算出电芯温度的变化。

气体传感器连接电池管理系统主芯片，气体传感器通过直接把气体浓度信息发送给电池管理系统主芯片，检测蓄电池包内气体浓度。

蓄电池包内气体压力采样电路连接电池管理系统主芯片，用于计算出蓄电池包内气体压力的变化。

进一步，电芯温度采样电路包括热敏电阻和分压电阻一，热敏电阻和分压电阻一串联，并连接到电池管理系统主芯片；在电芯温度发生变化时，热敏电阻阻值会发生变化，分压电阻一和热敏电阻两端的电压就会发生变化，电池管理系统主芯片通过采集到的分压变化计算出热敏电阻的阻值变化，进而计算出来电芯温度的变化。

进一步，电芯温度采样电路还包括5V供电电压一，5V供电电压一和分压电阻一连接。

进一步，蓄电池包内气体压力采样电路包括压敏电阻和分压电阻二，压敏电阻和分压电阻二串联，并连接到电池管理系统主芯片；当蓄电池包出现热失控时，电芯瞬间喷出大量气体，蓄电池包的泄压阀无法及时排出，导致蓄电池包内气体压力急剧升高，此时压敏电阻在压力变化时阻值发生变化，电池管理系统主芯片通过采集的分压变化计算出来阻值变化，进而计算出来蓄电池包内气体压力变化。

进一步，蓄电池包内气体压力采样电路还包括5V供电电压二，5V供电电压二和分压电阻二连接。

进一步，气体传感器包括5V供电电压三、传感器本体和连接到电池管理系统主芯片的采样线，可以检测一氧化碳、二氧化碳、氢气、碳氢的气体浓度。

进一步，气体传感器布置在蓄电池包外壳内的中间位置。

进一步，电芯电压采样芯片和电池管理系统主芯片之间时板内SPI通信。

进一步，电芯电压采样芯片通过差分的方法对各电芯的电压进行实时监控。

进一步，电池管理系统还包括报警系统，当认定蓄电池包出现热失控时，报警系统发出报警。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明可以监测电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度的主要参数，当电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度有两个满足设置条件时，可以认定蓄电池包出现热失控，避免存在误报或者漏报的情况，确保监测的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明集成式热失控监控装置的框图。

图中，1-电芯；2-电芯；3-电芯；4-电芯；5-热敏电阻；6-分压电阻一；7-电芯电压采样芯片；8-板内SPI通信；9-气体传感器；10-压敏电阻；11-电池管理系统主芯片；12-分压电阻二；13-温度测量电路的分压电阻；14-温度测量电路的热敏电阻。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种集成式热失控监控装置，包括设于蓄电池包外壳内的电池管理系统，需要配置密封的外壳，不能是敞开或非密封电池包外壳。电池管理系统包括串联的电芯(1,2,3,4)、电芯温度采样电路、电芯电压采样芯片7、电池管理系统主芯片11、气体传感器9和蓄电池包内气体压力采样电路，用于监测电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度，当电芯电压、电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度有两个满足设置条件时，可以认定蓄电池包出现热失控，避免存在误报或者漏报的情况，确保监测的准确性。当电芯(1,2,3,4)热失控时：电芯电压会急剧下降到0，电芯的温度会急剧升高到几百摄氏度(根据不同电芯类型温度会有所差异)，电芯(1,2,3,4)会快速释放出来大量的一氧化碳、二氧化碳、氢气、碳氢的气体，进而导致电池包内气体压力急剧升高，且对应气体浓度快速升高。

电芯电压采样芯片和电池管理系统主芯片11之间时板内SPI通信8。电芯电压采样芯片对各个电芯(1,2,3,4)的电压进行实时监控，并把所有电芯(1,2,3,4)的电压发送给电池管理系统主芯片11。本发明中，电芯电压采样芯片通过差分的方法对各电芯(1,2,3,4)的电压进行实时监控。

电芯温度采样电路连接电池管理系统主芯片11，用于计算出电芯温度的变化。电芯温度采样电路包括5V供电电压一、热敏电阻5和分压电阻一6，5V供电电压一、热敏电阻5和分压电阻一6串联，并连接到电池管理系统主芯片11，而且连接接地线。在电芯温度发生变化时，5V供电的电压稳定的情况下，热敏电阻5阻值会发生变化，分压电阻一6和热敏电阻5两端的电压就会发生变化，电池管理系统主芯片11通过采集到的分压变化计算出热敏电阻5的阻值变化，进而计算出来电芯温度的变化。电芯温度采样电路需根据电池包中串联的电芯数量确定，本发明设置了另一路电芯温度采样电路，为温度测量电路的热敏电阻14和温度测量电路的分压电阻13。

气体传感器9连接电池管理系统主芯片11，为了使用一个气体传感器9覆盖整个电池包空间，气体传感器9布置在蓄电池包外壳内的中间位置，对于体积过大的蓄电池包需根据仿真结果确定气体传感器9的数量。气体传感器9通过直接把气体浓度信息发送给电池管理系统主芯片11，检测蓄电池包内气体浓度。气体传感器9包括5V供电电压三、传感器本体和连接到电池管理系统主芯片11的采样线，而且连接接地线，可以检测一氧化碳、二氧化碳、氢气、碳氢的气体浓度。

蓄电池包内气体压力采样电路连接电池管理系统主芯片11，用于计算出蓄电池包内气体压力。蓄电池包内气体压力采样电路包括5V供电电压二、压敏电阻10和分压电阻二，5V供电电压二、压敏电阻10和分压电阻二12串联，并连接到电池管理系统主芯片11，而且连接接地线。当蓄电池包出现热失控时，电芯(1,2,3,4)瞬间喷出大量气体，蓄电池包的泄压阀无法及时排出，导致蓄电池包内气体压力急剧升高，此时压敏电阻10在压力变化时阻值发生变化，电池管理系统主芯片11通过采集的分压变化计算出来阻值变化，进而计算出来蓄电池包内气体压力变化。蓄电池包内气体压力采样电路需根据电池包中串联的电芯数量确定。

电芯(1,2,3,4)热失控时，电芯温度可能导致电芯电压采样、温度监测电路、气体监测电路、气体成分传感器出现损坏，考虑到这些场景及监测的鲁棒性，表1中热失控监测策略是只要有两种典型参数异常就认为电池出现了热失控，需要通过报警系统及时报警。

表1

本发明的监控策略，为了防止误报，如果某一个信息由于热失控事件导致采样无效值，认为不存在该特征超出限值。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种集成式热失控监控装置，包括设于蓄电池包外壳内的电池管理系统；其特征在于：所述电池管理系统包括串联的电芯、电芯温度采样电路、电芯电压采样芯片、电池管理系统主芯片、气体传感器和蓄电池包内气体压力采样电路，用于监测所述电芯电压、所述电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度，当所述电芯电压、所述电芯温度、蓄电池包内气体压力和蓄电池包内气体的浓度有两个满足设置条件时，可以认定蓄电池包出现热失控；

所述电芯电压采样芯片对各个所述电芯的电压进行实时监控，并把所有所述电芯的电压发送给所述电池管理系统主芯片；

所述电芯温度采样电路连接所述电池管理系统主芯片，用于计算出所述电芯温度的变化；

所述气体传感器连接所述电池管理系统主芯片，所述气体传感器通过直接把气体浓度信息发送给所述电池管理系统主芯片，检测蓄电池包内气体浓度；

所述蓄电池包内气体压力采样电路连接所述电池管理系统主芯片，用于计算出蓄电池包内气体压力的变化。

2.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述电芯温度采样电路包括热敏电阻和分压电阻一，所述热敏电阻和所述分压电阻一串联，并连接到所述电池管理系统主芯片；在所述电芯温度发生变化时，所述热敏电阻阻值会发生变化，所述分压电阻一和所述热敏电阻两端的电压就会发生变化，所述电池管理系统主芯片通过采集到的分压变化计算出所述热敏电阻的阻值变化，进而计算出来所述电芯温度的变化。

3.根据权利要求2所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述电芯温度采样电路还包括5V供电电压一，所述5V供电电压一和所述分压电阻一连接。

4.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述蓄电池包内气体压力采样电路包括压敏电阻和分压电阻二，所述压敏电阻和所述分压电阻二串联，并连接到所述电池管理系统主芯片；当蓄电池包出现热失控时，所述电芯瞬间喷出大量气体，蓄电池包的泄压阀无法及时排出，导致蓄电池包内气体压力急剧升高，此时所述压敏电阻在压力变化时阻值发生变化，所述电池管理系统主芯片通过采集的分压变化计算出来阻值变化，进而计算出来蓄电池包内气体压力变化。

5.根据权利要求4所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述蓄电池包内气体压力采样电路还包括5V供电电压二，所述5V供电电压二和所述分压电阻二连接。

6.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述气体传感器包括5V供电电压三、传感器本体和连接到所述电池管理系统主芯片的采样线，可以检测一氧化碳、二氧化碳、氢气、碳氢的气体浓度。

7.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述气体传感器布置在蓄电池包外壳内的中间位置。

8.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述电芯电压采样芯片和所述电池管理系统主芯片之间时板内SPI通信。

9.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述电芯电压采样芯片通过差分的方法对各电芯的电压进行实时监控。

10.根据权利要求1所述的一种集成式热失控监控装置，其特征在于：所述电池管理系统还包括报警系统，当认定蓄电池包出现热失控时，所述报警系统发出报警。

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