CN214252528U - 电池模组热失效检测装置及电池控制管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池模组热失效检测装置及电池控制管理系统，本实用新型所提供的电池模组热失效检测装置用于对多个电池模组的热失效进行检测。该检测装置包括获取模块和判定模块，获取模块的数量与电池模组数量相同，各获取模块用于获取其一电池模组实时的第一数据信息以及另一电池模组实时的第二数据信息；判定模块用于根据第一数据信息或第二数据信息，判定第一数据信息或第二数据信息对应的电池模组是否发生热失控。本实用新型的电池模组热失效检测装置，有助于降低电池模组热失控带来的风险。

Description

电池模组热失效检测装置及电池控制管理系统

技术领域

本实用新型涉及电池安全监测技术领域，特别涉及一种电池模组热失效检测装置。本实用新型还涉及一种电池控制管理系统。

背景技术

电动汽车的电池包热失控是新能源汽车最危险一种失效情况，因此，能有效检测电池包热失控，将危害降低到最低或解除危险发生是非常重要的。电池包热失控产生的真因是由于电芯内部正负极材料发生变化(比如有金属析出)，或因机械结构变化而导致电芯内部或外部短路，而使电芯生热、温度升高、电解液泄露、电解液汽化，进而导致电芯起火、爆炸。

电芯热失控前的表现存在一个变化过程，电芯热失控从产生、发展、到发生，是电芯内部的短路电阻由大到小、短路电流由小到大，温度随短路电流的增加而升高的过程；同时，电芯两端电压(电芯正极到负极之间的电压)随着短路电流增加而减小，电芯正极到负极两端的电压变化率则随着短路电流的加大、电芯储存电量的减小、以及短路电流的加大而加大。

在现有的电芯热失控检测中，主要借助电池管理系统BMS实现。当前BMS主要通过电芯的电压及温度变化，来判断电芯热失控情况。电池模组的电芯，采用数据采集模块实时检测电芯的电压及温度情况。BMS根据采集模块实时采集的电芯的电压、温度、电流及其变化规律，利用预先设定的参数，可及时在电芯热失控产生阶段探测出来。

当前设计中，同一电池模组的温度及电压通常由一块采集模块进行检测采集，若此采集模块故障失效，则该模组的电压及温度将同时无法监控，此时，若该电池模组的电芯发生热失控，由于电压及温度无法监控到，BMS无法及时获知热失控情况，不能采集必要的防控措施和上报车辆主控单元，因此，对用户的安全带来重大安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电池模组热失效检测装置，以利于降低电池模组热失控带来的风险。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种电池模组热失效检测装置，用于对多个电池模组的热失效检测，该检测装置包括：

获取模块，被设置为与所述电池模组数量相同的多个，各所述获取模块用于获取其一所述电池模组实时的第一数据信息，以及另一所述电池模组实时的第二数据信息；

判定模块，用于根据所述第一数据信息或所述第二数据信息，判定所述第一数据信息或所述第二数据信息对应的所述电池模组是否发生热失控。

进一步的，该检测装置包括阈值存储模块，以设定第一数据阈值和第二数据阈值；所述判定模块依据所述第一数据信息和所述第一数据阈值，以及所述第二数据信息和所述第二数据阈值，判定是否发生热失控。

进一步的，各所述获取模块彼此隔离的和主控单元通讯连接。

进一步的，所述主控单元为车辆MCU。

进一步的，所述第一数据信息为所述电池模组的电压数据，所述第二数据信息为所述电池模组的温度数据。

进一步的，所述获取模块包括对所述电池模组的电压进行采集的电压采集装置，以及采集所述电池模组温度的温度传感器。

进一步的，所述电压采集装置采用多通道的AFE电池前端采集芯片，所述温度传感器的信号输出端连接在所述AFE电池前端采集芯片上。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型所述的电池模组热失效检测装置，配置有和电池模组数量相当的获取模块，且同一个获取模块分别接受两个电池模组的两种信号，以使同一个电池模组的两种可反映其热失效情况的信号可以被两个获取模块同时监控，从而在某一获取模块故障失效时，其对应检测的电池模组仍有其它获取模块进行监控，有利于降低电池模组热失控带来的风险。

此外，在检测装置中配置阈值存储模块，用于存储设定的数据阈值，以便于对第一数据信息和第二数据信息数据情况的比较判断，同时，能根据需要实时调整数据阈值的大小，从而使检测装置可适应电池模组不同的运行和安全监控需要。各获取模块通过电容隔离或者变压器隔离等方式可单独与主控单元通讯，可防止某一获取模块通讯中断对其它获取模块通讯的影响，以保障检测装置的通讯可靠性。

本实用新型的另一个目的在于提出一种电池控制管理系统，该管理系统加载有本实用新型所述的电池模组热失效检测装置。相对于现有技术，本实用新型提出的电池控制管理系统具有上述的电池模组热失效检测装置所具备的技术优势，可降低电池包中电池模组热失控带来的安全隐患。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图，是用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明是用于解释本实用新型，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的电池模组热失效检测装置及其电池控制管理系统的系统构成示意图；

附图标记说明：

1、电池模组；101、第一电池模组；102、第二电池模组；2、车辆MCU；3、AFE电池前端采集芯片；301、第一AFE电池前端采集芯片；302、第二AFE电池前端采集芯片；4、温度传感器；401、第一热敏电阻；401、第二热敏电阻；5、通讯线路；6、故障线路；7、电池包总正极；8、电池包总负极。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其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；若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例一

本实施例涉及一种电池模组热失效检测装置，有利于降低电池模组热失控带来的风险。

该电池模组热失效检测装置，用于检测多个电池模组的热失效，包括获取模块和判定模块。其中获取模块被设置为与电池模组数量相同的多个，各获取模块用于获取一个电池模组实时的第一数据信息，以及另一个电池模组实时的第二数据信息。判定模块则用于根据第一数据信息或第二数据信息，判定第一数据信息或第二数据信息对应的电池模组是否发生了热失控的情况。

基于上述的设计思想，本实施例的电池模组热失效检测装置及其电池控制管理系统的一种示例性系统构成如图1所示。

在该检测装置中，采用和电池包中电池模组1数量相同的获取模块。获取模块用于检测获取电池模组1实时的第一数据信息和第二数据信息，并且，一个获取模块对应两个电池模组1，即采集一个电池模组1的第一数据信息，以及另一个电池模组1的第二数据信息。同时，检测装置中配置有判定模块，判定模块根据第一数据信息或第二数据信息的变化情况，判断第一数据信息或第二数据信息对应的电池模组1是否发生了热失控情况。

此外，为使检测装置可适应电池模组1不同的运行和安全监控需要，检测装置中还设置有阈值存储模块，阈值存储模块用于设定和存储第一数据阈值和第二数据阈值；判定模块依据第一数据信息和第一数据阈值，以及第二数据信息和第二数据阈值，判定电池模组1是否发生了热失控情况。在检测装置中配置阈值存储模块，用于存储设定的数据阈值，便于对第一数据信息和第二数据信息数据情况的比较判断，同时，能根据需要实时调整数据阈值的大小。

为了便于双重检测的技术实现，上述的第一数据信息采用电池模组1的电压数据，第二数据信息采用电池模组1的温度数据。通过电压和温度两种数据信息，判断电池模组1的热失控情况，均可获知电池模组1的热失控情况，并且，将两种冗余的数据，交叉由两个获取模块检测，有利于保障该检测装置监控性能的可靠性。

具体而言，如图1中所示，获取模块包括对电池模组1的电压进行采集的电压采集装置，以及采集电池模组1温度的温度传感器4。优选地，电压采集装置采用多通道的AFE电池前端采集芯片3，温度传感器4的信号输出端连接在AFE电池前端采集芯片3上。在现有的AFE电池前端采集芯片3中，一般集成有用于温度采集的热敏电阻；因而，上述的温度传感器4可以是AFE电池前端采集芯片3中集成的热敏电阻，当然，也可以是单独配备的温度传感元件。

采用电压采集装置和温度传感器4作为获取模块，具有技术成熟可靠的优势，便于获取模块在电池模组1中的集成配置。在本实施例中，采用AFE电池前端采集芯片3作为电压采集装置，并由其集成的热敏电阻作为温度传感器4，这与本检测装置的配置需要切合，且AFE电池前端采集芯片3具有技术成熟可靠的优势，便于实现与车辆MCU2的通讯架设，并和电池模组1的检测需求相适应。

如图中所示，电池包中设有第一电池模组101、第二电池模组102等多个电池模组1，相应地，对应每个电池模组1设置有AFE电池前端采集芯片3。在各AFE电池前端采集芯片3中，第一AFE电池前端采集芯片301和第一电池模组101对应，第二AFE电池前端采集芯片302与第二电池模组102对应，后续的各电池模组1和AFE电池前端采集芯片3也依次对应。

其中，第一AFE电池前端采集芯片301采集第一电池模组101的电压信号，同时，通过其集成的第一热敏电阻401采集第二电池模组102的温度信号；第二AFE电池前端采集芯片302采集第二电池模组102的电压信号，同时，通过其集成的第二热敏电阻402采集第一电池模组101的温度信号，后续的各个电池模组1和AFE电池前端采集芯片3也同样采用交叉检测的匹配形式。当然，上述的交叉匹配不限于相邻的电池模组1之间交叉，也可以相隔较远的两个电池模组1的电压和温度由同一个AFE电池前端采集芯片3采集。

AFE电池前端采集芯片3的工作电源可取自被检测的电池模组1，而无需消耗整车的+12V低压电。而且，当某一电池模组1故障时，非其供电的AFE电池前端采集芯片3也可以及时检测到该电池模组1的电压异常情况。

在上述的热失控判断中，一种可行的阈值参数的设定过程如下：根据电池模组1的电压变化率与电压步长之间预设的对应关系，计算电池模组1的电压阈值作为第一数据阈值；以及根据电池模组1的温度变化率与温度步长之间预设的对应关系，计算电池模组1的温度阈值作为第二数据阈值。具体地，在新能源汽车下电后、BMS(Battery ManagementSystem，电池管理系统)睡眠前，获取电池模组1的初始电压数据U以及初始温度数据T，由于电池模组1发生热失控时，至少表现为电芯电压下降或者电芯温度升高，因此，根据电池模组1出厂标定的热失控发生阶段电芯电压变化率确定电压步长ΔU、根据电池模组1出厂标定的热失控发生阶段电芯温度变化率确定温度步长ΔT，进一步确定电池模组1的电压阈值为U-ΔU，电池模组1的温度阈值为T+ΔT。之后将上述的阈值存储至阈值存储模块中，以用于比较判断电池模组1的热失控情况。例如，电池模组1出厂标定的热失控发生阶段电芯电压变化率为25％，根据预设数值对应关系可以确定电压步长ΔU为1V，电池模组1出厂标定的热失控发生阶段电芯温度变化率为1℃/s，根据预设数值对应关系可以确定温度步长ΔT为5℃，这样对于初始电压数据U＝4V以及初始温度数据T＝55℃的电池模组1来说，可以确定该电池模组1的电压阈值为3V，温度阈值为60℃。

通过上述的检测和判断，AFE电池前端采集芯片3可将各个电池模组1的热失控情况及时通讯给主控单元。在本实施例中，各个获取模块彼此隔离地和车俩或者电池包的主控单元通讯连接，主控单元为电池包BMS的车辆MCU2。

各AFE电池前端采集芯片3之间通过电容隔离或者变压器隔离后形成菊花链模式级联的通讯线路5，实现与整车控制系统的车辆MCU2(Microcontroller Unit，微控制单元)通信；每一AFE电池前端采集芯片3还通过故障线路6与车辆MCU2连接，用于传输热失控告警信号；在AFE电池前端采集芯片3与车辆MCU2的通信过程中，AFE电池前端采集芯片3被动听从车辆MCU2的指令并相应执行发射数据或者接收数据的操作，例如AFE电池前端采集芯片3接收车辆MCU2发送的阈值参数，并将阈值参数存储在AFE电池前端采集芯片3的阈值存储模块中。

采用车辆的电池管理系统BMS控制电池模组1的热失控情况，由BMS中的车辆MCU2(BMS系统主控芯片)接受获取模块的检测信号，可及时针对电池模组1的热失控情况采取相应的防控措施，降低某一电池模组1热失控带来的风险和影响。而且，各获取模块通过电容隔离或者变压器隔离等方式可单独与主控单元通讯，从而能防止某一获取模块通讯中断对其它获取模块通讯的影响，以保障检测装置的通讯可靠性。

本实施例所述的电池模组热失效检测装置，配置有和电池模组1数量相当的获取模块，且同一个获取模块分别接受两个电池模组1的两种信号，以使同一个电池模组1的两种可反映其热失效情况的信号可以被两个获取模块同时监控，从而在某一获取模块故障失效时，其对应检测的电池模组1仍有其它获取模块进行监控，有利于降低电池模组1热失控带来的风险。

实施例二

本实施例涉及一种电池控制管理系统，有利于降低动力电池包中电池模组热失控带来的风险。如图1所示，该管理系统中配置有实施例一所提供的电池模组热失效检测装置。

系统中的多组电池模组1采用串联形式，最终形成有电池包总正极7和电池包总负极8，以对外部供电。当然，对于并列形式的电池模组1，也可采用本电池控制管理系统进行电池模组1热失控的监控。系统中各个电池模组1的检测采用实施例一的电池模组热失效检测装置，其配置及与车辆主控单元的通讯均可采用实施例一所述的形式，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池模组热失效检测装置，用于对多个电池模组(1)的热失效检测，其特征在于，该检测装置包括：

获取模块，被设置为与所述电池模组(1)数量相同的多个，各所述获取模块用于获取其一所述电池模组(1)实时的第一数据信息，以及另一所述电池模组(1)实时的第二数据信息；

判定模块，用于根据所述第一数据信息或所述第二数据信息，判定所述第一数据信息或所述第二数据信息对应的所述电池模组(1)是否发生热失控。

2.根据权利要求1所述的电池模组热失效检测装置，其特征在于：该检测装置包括阈值存储模块，以设定第一数据阈值和第二数据阈值；所述判定模块依据所述第一数据信息和所述第一数据阈值，以及所述第二数据信息和所述第二数据阈值，判定是否发生热失控。

3.根据权利要求1所述的电池模组热失效检测装置，其特征在于：各所述获取模块彼此隔离的和主控单元通讯连接。

4.根据权利要求3所述的电池模组热失效检测装置，其特征在于：所述主控单元为车辆MCU(2)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模组热失效检测装置，其特征在于：所述第一数据信息为所述电池模组(1)的电压数据，所述第二数据信息为所述电池模组(1)的温度数据。

6.根据权利要求5所述的电池模组热失效检测装置，其特征在于：所述获取模块包括对所述电池模组(1)的电压进行采集的电压采集装置，以及采集所述电池模组(1)温度的温度传感器(4)。

7.根据权利要求6所述的电池模组热失效检测装置，其特征在于：所述电压采集装置采用多通道的AFE电池前端采集芯片(3)，所述温度传感器(4)的信号输出端连接在所述AFE电池前端采集芯片(3)上。

8.一种电池控制管理系统，其特征在于：该管理系统加载有如权利要求1至7中任一项所述的电池模组热失效检测装置。

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