CN208820019U - 一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置 - Google Patents
一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，包括包覆在软包电芯模组上的模组金属外壳，软包电芯模组包括若干个并列布置的小单元，两个相邻的小单元之间设置有隔热垫，每个小单元上设置有软包电芯检测单元，软包电芯检测单元用于检测小单元的工作状态数据，并把采集到的数据传输到控制器，控制器对接收到的数据进行处理，并把处理结果传输给主控单元，主控单元进行报警；本实用新型满足结构简单、制作方便、低工艺成本、稳定性好、普适性强等优点，改善了软包电芯模组的安全设计，为电动汽车动力电池系统提供了稳定的电池管理保护系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池管理领域，具体涉及一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置。
背景技术
面对日益严重的能源危机和环境污染问题，2001年，我国启动了新能源汽车专项，明确提出纯电驱动的国家战略，并发布多项产业扶持政策，促进我国新能源汽车产业的快速发展。动力电池系统是电动汽车的核心部件，影响了整车的续驶里程、成本、使用寿命、安全性等关键指标，其性能好坏将直接影响整车性能的实现。动力电池系统包括电芯模组和电池管理系统(BMS)，电芯模组按照形态分类为：圆柱电芯模组、方形电芯模组和软包电芯模组，其中，软包电芯模组是在方形电芯模组的基础上进行简化，用铝塑膜代替方形电芯的外壳，并且省略了很多结构件，所以软包电芯的能量密度相对于方形电芯高很多，成本降低，但同时软包电芯自身的强度、刚度、安全性能方面要减弱很多，增加了成组的难度，更容易发生失效情况，相当于把电芯部分的安全性转移到模组层级，因此，如何及时准确监测软包电芯模组是否出现异常状况显得尤为重要，比如个别软包电芯出现异常情况(失效、过充等)、外部碰撞造成电芯模组大幅度移动变形、软包电芯模组内温度过高等，加强电池管理系统的保护功能，保证电动汽车具有良好的安全性能，成为该领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，解决了现有的软包电芯出现异常情况无法对其进行监测，进而影响安全故障及时得到排除，从而导致无法对电芯模组进行有效保护。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提供的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，包括包覆在软包电芯模组上的模组金属外壳，软包电芯模组包括若干个并列布置的小单元，两个相邻的小单元之间设置有隔热垫，每个小单元上设置有软包电芯监测单元，软包电芯监测单元用于检测小单元的工作状态数据，然后把采集到的数据通过通讯模块传输给控制器，其中通讯模块采用CAN总线，控制器对接收到的数据进行处理，并把处理结果传输到主控单元，主控单元进行报警。
优选地，小单元包括平行布置的第一软包电芯和第二软包电芯，第一软包电芯和第二软包电芯紧贴并放置在矩形固定框架内，矩形固定框架外包裹有一层保护外壳。
优选地，软包电芯监测单元包括多个加速度传感器，分别布置在模组金属外壳的每个内侧壁中心处。
优选地，软包电芯监测单元包括一个第一电阻式温度传感器和两个第二电阻式温度传感器，其中，第一电阻式温度传感器布置在第一软包电芯和第二软包电芯的贴面中心处；第二电阻式温度传感器布置在第一软包电芯和第二软包电芯的外侧壁上。
优选地，软包电芯监测单元包括一个第一膜片式压力传感器和两个第二膜片式压力传感器，其中，第一膜片式压力传感器设置在第一软包电芯和第二软包电芯的贴面中心处；第二膜片式压力传感器布置在第一软包电芯和第二软包电芯的外侧壁上。
优选地，主控单元为一个2051型号的单片机，控制器为两个MAX1463型号的单片机，其中一个MAX1463单片机连接第一膜片式压力传感器、第二膜片式压力传感器、第一电阻式温度传感器和第二电阻式温度传感器，另一个MAX1463单片机连接加速度传感器，两个MAX1463单片机均通过串行接口连接2051单片机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，通过设置在软包电芯模组上多种传感器监测软包电芯的工作状态，并把采集到的数据信息通过通讯模块即CAN总线传输给控制器处理，控制器将接收到的信息与预先设定的阈值进行比较，并将结果传输给主控单元处理，从而实现控制信号灯进行报警，提醒驾驶员根据报警情况对电芯模组进行检测，进而实现对电芯模组的保护作用；本实用新型具有结构简单、制作方便、低工艺成本、稳定性好、普适性强等优点，改善了软包电芯模组的安全性，为电动汽车动力电池系统提供有效的保护。
附图说明
图1是本实用新型的软包电芯模组的结构示意图；
图2是小单元的结构示意图；
图3是控制器的电路示意图；
图4是另一个控制器的电路示意图；
图5是主控单元的电路示意图；
图6是软包电芯模组电池管理系统保护装置的工作原理图；
其中，1、模组金属外壳 2、隔热垫 3、小单元 4、加速度传感器 5、保护外壳 6、第一软包电芯 7、第二软包电芯 8、矩形固定框架 9、第一电阻式温度传感器 10、第一膜片式压力传感器。
具体实施方式
本实用新型提供的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，包括模组金属外壳1、隔热垫2、小单元3、加速度传感器4、保护外壳5、第一软包电芯6、第二软包电芯7、矩形固定框架8、第一电阻式温度传感器9和第一膜片式压力传感器10，
其中，如图1所示，软包电芯模组由两个小单元3组成，模组外部有金属外壳1起基本的保护作用，两个小单元之间有隔热垫2，模组金属外壳1的内侧壁的中心处均布置有加速度传感器4，所述加速度传感器4采用焊接方式固定在内壁上。
如图2所示，小单元3包括平行布置的第一软包电芯6和第二软包电芯7，第一软包电芯6和第二软包电芯7紧贴并放置在矩形固定框架8内，矩形固定框架8外包裹有一层保护外壳5。
第一软包电芯6和第二软包电芯7之间的紧贴面处设置有一个第一电阻式温度传感器9和一个第一膜片式压力传感器10，第一软包电芯6和第二软包电芯7上的与该紧贴面对称的外侧壁均设置有一个第二电阻式温度传感器和一个第二膜片式压力传感器。
第一电阻式温度传感器9和第二电阻式温度传感器设置在软包电芯温度场的最高温度应力处；第一膜片式压力传感器10和第二膜片式压力传感器设置在软包电芯容易发生鼓包的地方。
第一电阻式温度传感器9、第二电阻式温度传感器、第一膜片式压力传感器10和第二膜片式压力传感器均采用粘接方式固定在两个软包电芯上。
本实施例所述软包电芯模组由若干小单元组成，软包电芯模组需要若干个膜片式压力传感器、电阻式温度传感器和加速度传感器4。为了简便图示选用两个小单元，总计需要4个加速度传感器，6个电阻式温度传感器，6个膜片式压力传感器。
如图3至图5所示，第一电阻式温度传感器9、第二电阻式温度传感器、第一膜片式压力传感器10、第二膜片式压力传感器和加速度传感器4均通过通讯模块连接控制器，通讯模块采用CAN总线，控制器将接收到的数据与预先设定的阈值进行比较，并将结果传输给主控单元处理，主控单元根据接收到的信息控制信号灯。
主控单元为2051型号的单片机，控制器为MAX1463型号的单片机，其中，MAX1463单片机设置有两个，其中一个MAX1463单片机连接膜片式压力传感器和电阻式温度传感器，再通过串行接口连接2051单片机；另一个MAX1463单片机连接加速度传感器，再通过串行接口连接2051单片机，其中，加速度传感器和MAX1463单片机之间设置有信号放大器。
如图6所示，软包电芯模组电池管理系统保护装置的工作流程：
对于压力检测器件膜片式压力传感器，膜片一侧感受到压力并弯曲，以得到与压力相关的变形信号，再转换成电压信号，电压信号通过通信模块传递给控制器，所述控制器判断所接收的电压信号得出软包电芯变形量达到预设变形阈值时，触发指示灯生成黄色报警信号，通过主控单元的报警器传达给驾驶员。
对于温度检测器件电阻式温度传感器，随着温度变化电阻阻值改变，以得到与温度变化相关的电压信号，电压信号通过通信模块传递给控制器，所述控制器判断所接收的电压信号得出软包电芯温度达到预设温度阈值时，触发指示灯生成红色报警信号，通过主控单元的报警器传达给驾驶员。
对于碰撞检测器件加速度传感器，当车辆受到外界突然碰撞导致模组受到冲击，可能发生挤压、短路等故障，加速度传感器将检测到的加速度信号通过通信模块传递给控制器，控制器判断所接收的加速度信号得出电芯模组碰撞冲击达到预设加速度阈值时，触发指示灯生成蓝色报警信号，通过主控单元的报警器传达给驾驶员。
通过膜片式压力传感器来监测单体软包电芯变形是否达到变形阈值导致电芯鼓包失效，以便及时根据警示信号提示更换失效电芯。
通过温度传感器来监测单体软包电芯间的温度是否达到温度阈值，避免造成热失控引发起火和爆炸的危险，以便及时根据警示信号提示切断电路，保护电池。
通过加速度传感器监测软包电芯模组受到外界突然碰撞是否达到模组所承受的冲击极限，引发模组壳体破裂和电解液泄露等危险，以便驾驶员根据警示信号提示及时切断电路，避免漏电、短路甚至起火事故的发生。
具体设置温度传感器是为了加强热管理安全，压力传感器是为了加强电化学失效(鼓包)安全，加速度传感器是为了加强机械碰撞安全。因此该装置可有效加强软包电芯模组的热管理安全、化学失效安全和机械碰撞安全。
本实用新型具有结构简单、制作方便、低工艺成本、稳定性好、普适性强等优点，改善了软包电芯模组的安全性，为电动汽车动力电池系统提供有效的保护。
Claims (6)
1.一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，其特征在于：包括包覆在软包电芯模组上的模组金属外壳(1)，软包电芯模组包括若干个并列布置的小单元(3)，两个相邻的小单元(3)之间设置有隔热垫(2)，每个小单元(3)上设置有软包电芯监测单元，软包电芯监测单元用于检测小单元的工作状态数据，并把采集到的数据通过通讯模块传输给控制器，控制器对接收到的数据进行处理，并把处理结果传输到主控单元，主控单元进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，其特征在于：小单元(3)包括平行布置的第一软包电芯(6)和第二软包电芯(7)，第一软包电芯(6)和第二软包电芯(7)紧贴并放置在矩形固定框架(8)内，矩形固定框架(8)外包裹有一层保护外壳(5)。
3.根据权利要求2所述的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，其特征在于：软包电芯监测单元包括加速度传感器(4)，模组金属外壳(1)的每个内侧壁中心处均设置加速度传感器(4)。
4.根据权利要求3所述的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，其特征在于：软包电芯监测单元包括一个第一电阻式温度传感器(9)和两个第二电阻式温度传感器，其中，第一电阻式温度传感器(9)布置在第一软包电芯(6)和第二软包电芯(7)的贴面中心处；第二电阻式温度传感器布置在第一软包电芯(6)和第二软包电芯(7)与贴面对称的外侧壁上。
5.根据权利要求4所述的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，其特征在于：软包电芯监测单元包括一个第一膜片式压力传感器(10)和两个第二膜片式压力传感器，其中，第一膜片式压力传感器(10)布置在第一软包电芯(6)和第二软包电芯(7)的贴面中心处；第二膜片式压力传感器布置在第一软包电芯(6)和第二软包电芯(7)与贴面对称的外侧壁上。
6.根据权利要求5所述的一种基于软包电芯模组电池管理系统的保护装置，其特征在于：主控单元为2051型号的单片机，控制器为MAX1463型号的单片机，其中，MAX1463单片机设置有两个，其中一个MAX1463单片机连接第一膜片式压力传感器(10)、第二膜片式压力传感器、第一电阻式温度传感器(9)和第二电阻式温度传感器；另一个MAX1463单片机连接加速度传感器，其中，加速度传感器和MAX1463单片机之间设置有信号放大器；两个MAX1463单片机均通过串行接口连接2051单片机。
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