CN212161910U - 一种电池系统以及具有该电池系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池系统以及具有该电池系统的车辆，电池系统包括壳体、处理器和至少两个电池结构，壳体上设有若干个可启闭的开口，电池结构均位于壳体内，电池结构包括电池块、采集模块、执行模块和弹出模块。本实用新型通过采集模块采集电池结构中电池块的数据，并将数据传输到处理器从而判断电池结构中的电池块是否发生热失控，继而启动执行模块对热失控的电池块降温，并启动弹出模块将非热失控的电池送出壳体的开口。本实用新型能有效防止电池结构间的热失控蔓延，极大降低电池系统火灾的可能性，弹出的电池块还可回收利用，使热失控导致的经济损失最小化。

Description

一种电池系统以及具有该电池系统的车辆

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域中的一种电池系统以及具有该电池系统的车辆。

背景技术

随着电动汽车的发展和普及，其安全问题也受到越来越多的关注。在电动汽车的使用过程中，由于受到使用状况、环境等因素的影响，动力电池包出现热失控起火的现象时有发生。动力电池包的热失控往往造成一辆或者多辆汽车起火烧损，有时甚至波及周围建筑物，造成巨大的经济损失。

大多数动力电池包热失控起火事故往往先从局部发生冒烟、起火，火势经过一段时间的酝酿后之间蔓延到其他模组，最终引起汽车整体起火。因此很有必要在电池结构热失控的初期就对其进行处理，防止热失控火灾壮大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电池系统以及具有该电池系统的车辆，其能对热失控初期的电池进行有效的处理。

根据本实用新型的第一方面实施例，提供一种电池系统，其包括壳体、处理器和至少两个电池结构，所述壳体上设有若干个可启闭的开口，所述电池结构均位于壳体内，所述电池结构包括电池块；采集模块，所述采集模块能采集用于检测电池块是否发生热失控的数据，所述采集模块与所述处理器电连接；执行模块，所述执行模块与所述处理器电连接，所述执行模块用于降低热失控的电池块的温度；弹出模块，所述弹出模块与所述处理器电连接，所述弹出模块用于将非热失控的电池块送出所述开口。

根据本实用新型第一方面实施例，进一步地，所述采集模块包括温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器，所述温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器分别电连接至所述处理器。

根据本实用新型第一方面实施例，进一步地，所述采集模块还包括电压采集器，所述电压采集器分别与所述电池块及所述处理器电连接，所述电压采集器用于采集所述电池块的电压。

根据本实用新型第一方面实施例，进一步地，所述弹出模块包括驱动装置和承托件，所述电池块通过所述承托件滑动安装在壳体内，所述驱动装置与所述承托件连接，所述驱动装置能驱动所述承托件向所述开口的方向移动。

根据本实用新型第一方面实施例，进一步地，所述驱动装置包括第一电磁件和第一磁体，所述第一电磁件固接在壳体内，所述承托件位于所述第一电磁件与所述开口之间，所述第一磁体固定在承托件靠近第一电磁件的一端，所述第一电磁件与所述处理器电连接，所述处理器能改变所述第一电磁件的磁场方向。

根据本实用新型第一方面实施例，进一步地，所述驱动装置还包括固定件，所述固定件能被所述第一磁体吸附，所述固定件固接在所述壳体内。

根据本实用新型第一方面实施例，进一步地，所述开口的内侧设有至少一个第二电磁件，所述开口外侧设有能覆盖所述开口的盖体，所述盖体内设有能被第二电磁件或壳体吸附的第二磁体，所述盖体与壳体之间还设有连接件，所述第二电磁件与所述处理器电连接，所述处理器能改变所述第二电磁件的磁场方向。

根据本实用新型的第二方面实施例，提供一种车辆，其包括上述的电池系统。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采集模块采集电池结构中电池块的数据，并将数据传输到处理器从而判断电池结构中的电池块是否发生热失控，继而启动执行模块对热失控的电池块降温，并启动弹出模块将非热失控的电池送出壳体的开口。本实用新型能有效防止电池结构间的热失控蔓延，极大降低电池系统火灾的可能性，弹出的电池块还可回收利用，使热失控导致的经济损失最小化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本实用新型中电池系统的俯视图；

图2是本实用新型中电池系统的正视图；

图3是本实用新型中电池系统热失控的处理方法的流程图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型实施例中的电池系统，其包括壳体2、处理器50和至少两个电池结构1，处理器50可位于壳体2内，本实施例中选用NTEL公司的MCS-51单片机作为处理器50。壳体2上设有若干个可启闭的开口3，电池结构1均位于壳体2内。优选地，开口3与电池结构1一一对应，以便于各电池结构1中的电池块10能分别独立弹出。实施例中，壳体2内电池结构1的数量为四个，开口3均位于壳体2的侧面。

电池结构1包括电池块10、采集模块20、执行模块30和弹出模块40。

可选地，电池块10可包括两个以上的电池模组。

采集模块20能采集用于检测电池块10是否发生热失控的数据，采集模块20与处理器50电连接，并将这些数据传输到处理器50，以供处理器50判断各电池结构1中的电池块10是否发生热失控。采集模块20包括温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器，温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器分别电连接至处理器50。优选地，温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器均通过信号采集器80电连接至处理器50，信号采集器80具有传递和存储数据的功能。以温度传感器为例说明，温度传感器可直接采集电池块10外表的温度或电池块10周边环境的温度，温度传感器以一定的时间间隔定时采集温度数据，并将该温度数据的参数通过信号采集器80传输到处理器50。处理器50将该温度参数与预设的阈值相比较，从而判断电池块10是否发生热失控。烟雾传感器与一氧化碳传感器同理，它们与温度传感器的区别仅在于烟雾传感器和一氧化碳传感器都是采集电池块10周边环境的烟雾浓度数据以及一氧化碳浓度数据，而无需与电池块10的外表直接接触。采集模块20还包括电压采集器，电压采集器分别与电池块10及处理器50电连接，电压采集器用于采集电池块10的电压。同理，电压采集器的采集电池块10的内部电压或输出电压后，将电池块10的电压数据通过信号采集器80传输到处理器50。

实施例中，采集模块20包括温度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器和电压采集器，它们分别采集电池块10的温度参数、烟雾浓度参数、一氧化碳浓度参数和电压参数，并传输到处理器50做比较判断。处理器50将四个参数分别与各自预设的阈值作数值比较，当四个参数中有两个以上的参数大于预设阈值时，处理器50即判断该电池结构1中的电池块10发生热失控。由于设置了多个传感器或采集器以共同监控电池块10的工作状况，多参数的检测能提高处理器50判断的准确度，从而能在热失控的初期即有效控制热失控电池块10的情况，提高灭火的精确度和有效性。

优选地，处理器50还可与声光预警模块70电连接。声光预警模块70包括警示灯和发声器，当处理器50判断有至少一个电池结构1的电池块10发生热失控时，声光预警模块70即启动，发出警报，提醒用户注意。

执行模块30用于降低热失控的电池块10的温度，执行模块30与处理器50电连接。可选地，执行模块30可包括冷却装置和/或灭火装置。实施例中，选用热气溶胶灭火装置作为执行模块30。热气溶胶灭火装置设置在壳体2的内顶面上，并位于电池块10的上方。处理器50使热气溶胶灭火装置开启，热气溶胶灭火装置释放呈溶胶状态的灭火气体，利用化学反应吸收环境能量，抑制热失控链式反应，达到降温灭火、防止复燃的目的。

弹出模块40用于将非热失控的电池块10送出开口3，弹出模块40与处理器50电连接。参照图2，弹出模块40包括驱动装置和承托件，电池块10通过承托件滑动安装在壳体2内，驱动装置与承托件连接，驱动装置能驱动承托件向开口3的方向移动。可选地，承托件包括托板45和两条平行设置的滑轨44，滑轨44固定在壳体2的内底面上，托板45可沿滑轨44移动，电池块10固定安装在托板45上。

作为其中一种可选的实施方式，驱动装置包括第一电磁件41和第一磁体42，第一电磁件41固接在壳体2内，承托件位于第一电磁件41与开口3之间。第一磁体42固定在承托件靠近第一电磁件41的一端，具体地，第一磁体42固定在托板45底面，第一磁体42的数量为两个，两个第一磁体42分别位于两条滑轨44的两外侧。第一电磁件41与处理器50电连接，处理器50能改变第一电磁件41的磁场方向。在所有的电池结构1均正常工作时，第一电磁件41的磁场方向与第一磁体42的磁场方向相同，从而第一磁体42被第一电磁件41吸引，托板45及托板45上的电池块10不会沿滑轨44任意移动。当有至少一个电池结构1出现热失控时，处理器50启动非热失控的电池结构1的弹出模块40，此时流经第一电磁件41的通过电流换向器改变电流方向，从而第一电磁件41的磁场方向改变，第一电磁件41的磁场方向与第一磁体42的磁场方向相反，驱使托板45及托板45上的电池块10沿滑轨44滑动并远离第一电磁件41，从而托板45与其上的电池块10通过开口3弹出壳体2外，保证了非热失控的电池块10不会被热失控的电池块10影响。另外，由于电池块10在壳体2内的固定是通过第一电磁件41与第一磁体42相互吸引实现的，因此，当需要对壳体2内的各电池块10进行维护时，使第一电磁件41断电即可轻松取出电池块10，便于对电池块10进行维护修理。

作为另一种可选的实施方式，驱动装置包括第一电磁件41、第一磁体42和固定件43。第一电磁件41和第一磁体42的位置与连接关系同上，即第一电磁件41固接在壳体2内，承托件位于第一电磁件41与开口3之间，第一磁体42固定在承托件靠近第一电磁件41的一端。而固定件43能被第一磁体42吸附，固定件43固接在壳体2内。可选地，固定件43位于第一电磁件41与承托件之间。实施例中，固定件43可以为铁件，因此其能被第一磁体42吸附。在所有的电池结构1均正常工作时，第一电磁件41处于断电的状态，第一磁体42吸附在固定件43上，从而能保证托板45与托板45上的电池不会沿滑轨44任意移动。当有至少一个电池结构1出现热失控时，处理器50启动非热失控的电池结构1的弹出模块40，此时第一电磁件41的磁场方向从无变成与第一磁体42的磁场方向相反，驱使托板45及托板45上的电池块10沿滑轨44移动并远离第一电磁件41，从而托板45及其上的电池能被送出开口3。由于一般情况下，所有电池结构1均处于正常工作状态，而在电池结构1正常工作时，第一电磁件41无需启动，因此极大地节约了能源，也减少了第一电磁件41因其产生的磁性对电池块10或其他电器元件的干扰，同时确保电池系统电量耗尽时电池结构1固定不动。

优选地，电池系统内已有的电池管理系统(BMS)控制电池结构1向整车供电的电路，在启动弹出模块40前，电池管理系统切断即将弹出的电池结构1向整车供电的回路，避免电路的突然中断对整车的其他电气零件造成破坏。另外，各电池结构1中的电池块10可分别通过快插式电插接头与向整车供电的电路电连接，以便于电池块10的脱出。

壳体2上的开口3是可启闭的，实施例中，开口3外侧设有能覆盖开口3的盖体60。为保证盖体60能紧密覆盖开口3，避免外界的杂物或灰尘进入壳体2内影响电池结构1的运行，开口3的内侧设有至少一个第二电磁件61，盖体60内设有能被第二电磁件61或壳体2吸附的第二磁体62，第二电磁件61与处理器50电连接，处理器50能改变第二电磁件61的磁场方向。

作为其中一种实施方式，当壳体2为钢铁构件等能被磁体吸附的材质。在所有电池结构1均正常工作时，第二磁体62直接吸附在壳体2上以覆盖开口3；当处理器50要启动弹出模块40时，第二电磁件61的磁场方向从无变成与第二磁体62的磁场方向相反，以使盖体60受到斥力从而打开。由于第二电磁件62仅在需要打开盖体60时才开启并具有磁性，因此极大减少了因第二电磁件62的磁性而对电池系统内的其他电气元件产生的不良影响，同时确保电池系统电量耗尽时仍能保持壳体2密闭。进一步地，当壳体2为铝构件等不能被磁体吸附的材质时，可在壳体2的内壁增设钢铁件64，用于被第二磁体62吸附。

作为另一种可选的实施方式，尤其是壳体2为铝构件等不能被磁体吸附的材质，在所有电池结构1均正常工作时，第二电磁件61的磁场方向与第二磁体62的磁场方向相同，第二电磁件61与第二磁体62相互吸引，从而盖体60紧密贴合在开口3外侧。在处理器50准备启动弹出模块40时，处理器50改变第二电磁件61的磁场方向，此时由于第二电磁件61的磁场方向与第二磁体62的磁场方向相反，盖体60在第二磁体62受到的斥力的驱动下，远离开口3，从而开口3被打开，能继续进行后续的电池块10弹出操作。第一电磁件61的强磁性能保证其与盖体60上第二磁体62的产生足够大的吸引力，从而使盖体60与壳体之间的连接紧密，保证了壳体2内的密封。

优选地，为避免盖体60弹出破坏周边的设备且难以回收，盖体60与壳体2之间设有连接件63，连接件63限制了盖体60的活动范围。作为其中一种可选的实施方式，连接件63为连接绳，连接绳一端固定在壳体2上，另一端固定在盖体60上，当盖体60脱离开口3打开时，因为有连接绳的牵引，所以盖体60不会完全脱离壳体2，避免对周围人员或设备造成损害。进一步地，连接绳还可以为具有弹性的伸缩连接绳。相应地，第二电磁件61和第二磁体62的形状可均为环形，盖体60能完全紧密覆盖在开口3上，当第二电磁件61与第二磁体62相互吸引时，盖体60与开口3之间没有间隙，壳体2内的密封性能得到有效保证。作为另一种可选的实施方式，连接件63为铰接件，盖体60的一端通过铰接件固定在壳体2上，铰接件位于开口3下方的壳体2上，从而第二电磁件61的磁场方向改变后，盖体60能完整打开且不会重新合上。相应地，第二磁体62位于盖体60远离铰接件的一端，第二电磁件61在壳体2内的位置与之相对，第二电磁件61磁场方向改变时，有利于盖体60的快速打开。

可选地，第一电磁件41和第二电磁件61均由壳体2内的电池结构1提供电源。

可选地，第一磁体42的外表面可局部包裹一定的磁屏蔽材料，避免影响电池块10和其他电器元件的正常工作。第二磁体62同理。

本实用新型实施例中的车辆，其具有如上所述的电池系统。优选地，处理器50与行车电脑(ECU)通过电缆连接，当有电池结构1出现热失控时，行车电脑能反馈到驾乘人员进行提醒。进一步地，声光预警模块70可与行车电脑电连接。

参照图3，以下实施例中，针对本电池系统在车辆上的应用，对电池系统热失控的处理方法进行展开说明，其包括以下步骤：

S10.采集模块20将电池块10的数据传输到处理器50，处理器50判断电池结构1中的电池块10是否发生热失控。

采集模块20包括温度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器和电压采集器，以温度传感器为例，温度传感器以一定的时间间隔采集本电池结构1内电池块10的温度参数，然后通过信号采集器80将温度参数传输到处理器50，处理器50将该温度参数与预设的温度阈值作数值比较。烟雾传感器、一氧化碳传感器与电压采集器的运作过程同理。处理器50能收集到温度参数、烟雾浓度参数、一氧化碳浓度参数及电压值参数合共四个参数，当四个参数中有至少两个参数大于其预设的预制时，处理器50即判断该电池结构1热失控，反之，则电池结构1处于正常状态。

S20.当有至少一个电池结构1的电池块10发生热失控时，执行步骤S30A与步骤S30B。需要理解的是，步骤S30A与步骤S30B的执行并无明确必须的次序，根据电池系统具体应用状况的不同，步骤30A与步骤30B可同时进行，也可其中一个先于另一个进行。在本实施例中，为了尽快控制电池系统的状况，降低损失，也为了减少弹出电池块10时对车辆或路况安全的影响，因此先执行步骤S30A。

S30A.处理器50启动热失控的电池结构1的执行模块30，对热失控的电池块10降温。热气溶胶灭火装置启动，向热失控的电池块10释放呈溶胶状态的热气溶胶灭火气体，以迅速降低热失控电池块10的温度。在执行模块30启动的同时，设置在行车电脑上的、与处理器50电连接的声光预警模块70启动，警报灯亮起，且发声器发出语音提醒用户有电池结构1出现热失控，继而用户可以选择相应的操作以便后续的电池块10弹出过程安全进行。

优选地，在声光预警模块70启动的同时，或至少是在执行步骤S30B前，处理器50先判断车辆是否已停止行驶。处理器50与行车电脑电连接，通过读取行车电脑的数据，从而判断车辆是否已停止行驶。因为电池块10一旦弹出，车辆随即不能移动，如果用户驾驶车辆在马路上行驶时电池块突然弹出，车辆将停止在马路上，存在较大的安全隐患，弹出的电池块10也有可能会伤及附近的行车或行人。

进一步地，在车辆停止行驶后，行车电脑显示询问电池弹出是否弹出的选项，当用户按下启动弹出的选项，或在30s内既不按下启动弹出的选项也不按下拒绝弹出的选项，才会执行步骤S30B；否则，当用户在30s内按下拒绝弹出的选项，不执行步骤S30B。当用户将车辆停在不适宜弹出电池块10的空间时，用户可选择拒绝弹出电池块10，避免弹出的电池块10造成损害。

当然，判断车辆是否已经停止行驶并通过行车电脑询问用户是否弹出电池块10，这两个步骤并不是必须的；显然，也可在执行步骤S30A的同时，处理器50直接自动执行步骤S30B，以降低热失控电池块10对非热失控电池块10的不良影响。

S30B.本实施例中的开口3被盖体60覆盖，因此在弹出电池块10前，处理器50控制打开与非热失控的电池结构1相对应的开口3。处理器50发出指令，打开与非热失控的电池结构1相对的开口3。由于各开口3与各电池结构1一一对应，因此能打开与非热失控的电池结构1相对应的开口3，同时保持与热失控电池结构1相对应的开口3关闭，防止火势蔓延，破坏其他设备。处理器50改变第二电磁件61的磁场方向，使第二电磁件61的磁场方向与第二磁体62的磁场方向相反，盖体60被打开，便于后续电池块10的弹出。

开口3打开后，优选地，通过BMS切断非热失控电池结构中电池块10向整车供电的电路，然后启动非热失控的电池结构1的弹出模块40。第一电磁件41的磁场方向与第一磁体42的磁场方向相反，从而推动托板45沿滑轨44向远离第一电磁件41的方向移动，托板45及其上的电池块10通过开口3被弹出壳体2外部。处理器50将非热失控的电池块10送出开口3，保证了非热失控的电池不会因环境温度升高或灭火装置的波及而被损坏，更杜绝了由于热失控电池结构1降温不及时而可能带来的电池结构1之间的热失控蔓延，避免了电池系统整体的燃烧或爆炸。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种电池系统，其特征在于，包括壳体(2)、处理器(50)和至少两个电池结构(1)，所述壳体(2)上设有若干个可启闭的开口(3)，所述电池结构(1)均位于壳体(2)内，所述电池结构(1)包括：

电池块(10)；

采集模块(20)，所述采集模块(20)能采集用于检测电池块(10)是否发生热失控的数据，所述采集模块(20)与所述处理器(50)电连接；

执行模块(30)，所述执行模块(30)与所述处理器(50)电连接，所述执行模块(30)用于降低热失控的电池块(10)的温度；

弹出模块(40)，所述弹出模块(40)与所述处理器(50)电连接，所述弹出模块(40)用于将非热失控的电池块(10)送出所述开口(3)。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于：所述采集模块(20)包括温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器，所述温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器分别电连接至所述处理器(50)。

3.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于：所述采集模块(20)还包括电压采集器，所述电压采集器分别与所述电池块(10)及所述处理器(50)电连接，所述电压采集器用于采集所述电池块(10)的电压。

4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于：所述弹出模块(40)包括驱动装置和承托件，所述电池块(10)通过所述承托件滑动安装在壳体(2)内，所述驱动装置与所述承托件连接，所述驱动装置能驱动所述承托件向所述开口(3)的方向移动。

5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于：所述驱动装置包括第一电磁件(41)和第一磁体(42)，所述第一电磁件(41)固接在壳体(2)内，所述承托件位于所述第一电磁件(41)与所述开口(3)之间，所述第一磁体(42)固定在承托件靠近第一电磁件(41)的一端，所述第一电磁件(41)与所述处理器(50)电连接，所述处理器(50)能改变所述第一电磁件(41)的磁场方向。

6.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于：所述驱动装置还包括固定件(43)，所述固定件(43)能被所述第一磁体(42)吸附，所述固定件(43)固接在所述壳体(2)内。

7.根据权利要求1或2或4或5或6任一项所述的电池系统，其特征在于：所述开口(3)的内侧设有至少一个第二电磁件(61)，所述开口(3)外侧设有能覆盖所述开口(3)的盖体(60)，所述盖体(60)内设有能被第二电磁件(61)或壳体(2)吸附的第二磁体(62)，所述盖体(60)与壳体(2)之间还设有连接件(63)，所述第二电磁件(61)与所述处理器(50)电连接，所述处理器(50)能改变所述第二电磁件(61)的磁场方向。

8.一种车辆，其特征在于：所述车辆具有权利要求1～7任一项所述的电池系统。

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