CN112952221A - 一种动力电池热失控多级预警方法和*** - Google Patents

一种动力电池热失控多级预警方法和*** Download PDF

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杨朋朋
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张昉昀
蔡建兵
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Yudo New Energy Automobile Co Ltd
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Abstract

本发明涉及电池热失控领域，特别涉及一种动力电池热失控多级预警方法和***。所述一种动力电池热失控多级预警方法，包括步骤：在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路；采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。通过以上步骤，可准确判断出热失控，且监测点只有一个，成本低。

Description

一种动力电池热失控多级预警方法和***
技术领域
本发明涉及电池热失控领域，特别涉及一种动力电池热失控多级预警方法和***。
背景技术
申请号为CN111370784A的专利申请文件中提及了一种热失控预警方案，具体为：布置熔断导体在模组内部；设置多个熔断导体电压监控点；根据电压监控点数据变更，观察单体电压变化；当监控点数据变化且单体电压为0时，判定出现热失控。发出热失控预警。
以上技术方案存在以下缺点：
缺点1：
新增电压检测位置众多，增加采集成本巨大，且采集点引线的链接或焊接接口较多，工艺困难大，量产不可行。
缺点2：
无法对休眠情况下的热失控进行预警，遗漏大部分失效场景。
缺点3：
路径复杂，节点众多，非模块化，非热失控引发的断线维修不便。
缺点4：
仅在热失控发生之后才进行预警，预警及时性差。如果热失控未被提前预警，将导致逃生和灭火不及时，造成更大的生命财产安全。如果预警方案不能实现休眠情况下的告警，则缺失了停车起火的监控。如果等到热失控发生，才启动预警及检测方案，则造成预警延迟，阻碍了有效控制的合理时机。如果方案过于复杂且不便维修，则增加使用成本。
发明内容
为此，需要提供一种动力电池热失控多级预警方法，用以解决现有热失控预警方法采集成本高且无法无极休眠模式、无法及时预警等问题。具体技术方案如下：
一种动力电池热失控多级预警方法，包括步骤：
在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；
每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路；
采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；
判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。
进一步的，所述“采集监测点电压”前，还包括步骤：
当车辆进入休眠模式，第一预设时间后唤醒车辆，计算一致性压差增大速率和温差；
在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时。
进一步的，还包括步骤：
判断所述定时修正系数是否为零，若为零，则判定为失效风险大。
进一步的，所述“判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差”，具体还包括步骤：若为在线模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，判断是否处于充电模式或行车模式，若处于充电模式，则停止充电，若处于行车模式，则降低车速并预警停车；
若为休眠模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，唤醒BMS。
进一步的，还包括步骤：发出热失控警报用以提醒用户，同时发送对应热失控警报信息至远程监控平台，远程监控平台接收到对应信息后，启动热失控处理程序。
为解决上述技术问题，还提供了一种动力电池热失控多级预警***，具体技术方案如下：
一种动力电池热失控多级预警***，包括：电池模组、电气模块和电池管理模块；
所述电气模块分别连接所述电池模组和电池管理模块；
所述电池模组包括电芯，每一个电芯的周围都设置有熔断器；
所述电气模块用于将每一个电池模组的熔断器连接起来，形成连接电源和接地的电路；
所述电池管理模块用于：采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；
判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。
进一步的，所述电池管理模块还用于：在所述“采集监测点电压”前，
当车辆进入休眠模式，第一预设时间后唤醒车辆，计算一致性压差增大速率和温差；
在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时。
进一步的，所述电池管理模块还用于：判断所述定时修正系数是否为零，若为零，则判定为失效风险大。
进一步的，所述电池管理模块还用于：若为在线模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，判断是否处于充电模式或行车模式，若处于充电模式，则停止充电，若处于行车模式，则降低车速并预警停车；
若为休眠模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，唤醒BMS。
进一步的，所述电池管理模块还用于：发出热失控警报用以提醒用户，同时发送对应热失控警报信息至远程监控平台。
本发明的有益效果是：在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路；采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，则需要进一步判断是出现了热失控还是熔断器故障，故采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。通过以上步骤，可准确判断出热失控，且监测点只有一个，成本低。
附图说明
图1为具体实施方式所述一种动力电池热失控多级预警方法的流程图；
图2为具体实施方式所述一种动力电池热失控多级预警方法的应用模块示意图；
图3为具体实施方式所述电池模组示意图；
图4为具体实施方式所述电气模块示意图；
图5为具体实施方式所述一种动力电池热失控多级预警***的模块示意图。
附图标记说明：
500、一种动力电池热失控多级预警***，
501、电池模组，
502、电气模块，
503、电池管理模块。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图4，在本实施方式中，一种动力电池热失控多级预警方法可应用在一种动力电池热失控多级预警***上，所述一种动力电池热失控多级预警***，包括：电池模组、电气模块和电池管理模块；如图2至图4所示，在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路。其中熔断器布置在每一个电芯周围，可以第一时间监测到每一个电芯的热失控引起的高温效应。电芯在热失控发生时，单体迅速或缓慢发热；迅速发热带来快速起火，缓慢发热带来先冒烟，一段时间后起火。无论哪一种均会引发单颗电芯温度升高及单体电压骤降。因此使用熔断器监控电芯温度，当电芯温度达到设定熔断器熔点时，熔断器被熔断。电气***根据熔断器熔断的变化，使得BMS的唤醒源和唤醒电压采集单元获取到电源电压。电气模块把每一个模组的熔断器连接起来，使得熔断之前采集点表现电压接近于0，熔断之后采集点表现电压接近于电源电压。如图2至图4所示，熔断前，电压符合如下公式：
V1＝R*V0/(Rup+R)
V1：代表唤醒源接口电压，即监测点电压；R为熔断器串联电阻；Rup为电源上拉保护电阻；V0为电源电压；
熔断后，电压符合公式：V1＝V0。
具体如下：
步骤S101：在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围。
步骤S102：每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路。
步骤S103：采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同。
步骤S104：所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压？
步骤S105：采集单体压差。
步骤S106：所述单体压差是否增加预设数值？
步骤S107：判定为热失控。
上述步骤中又可细分为两种模式，一种是在线模式的热失控诊断，一种是休眠模式的热失控诊断，以下分别展开说明：
在线模式：
在本实施方式中，第一预设电压为零，第二预设电压为电源电压，若为在线模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，BMS进入热失控诊断，判断是否处于充电模式或行车模式，若处于充电模式，则停止充电，若处于行车模式，则降低车速并预警停车。
休眠模式：当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，引发唤醒信号线电压等于电源电压；由于唤醒电压由0变为电源电压，唤醒BMS；BMS唤醒后，诊断唤醒源电压；唤醒源电压大于设定值(因为唤醒有多种唤醒方式，此处诊断唤醒源电压是为了确定是由检测点电压变化引起，而非CAN唤醒等其他正常唤醒引起。)，判定熔断器熔断，进一步诊断单体压差。通过该方式覆盖休眠模式，达到全天候24h不间断监控。
实际应用中，当由于某种硬件问题，导致V1＝V0时，容易误诊断为热失控。比如：熔断器震动引发的断线、插件松动引发的断线、BMS硬件采集故障引发的采集错误等。为了规避以上情况，准确诊断出是热失控引发的熔断，本申请追加电压压差诊断方案进行规避。具体如步骤S105和步骤S106所示。
当为在线模式时，判断单体压差是否比车辆启动时增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。否则判定为熔断器故障。
熔断器故障通知远程监控后台进行进车维修，维修等待过程中，实时监控单体压差(行车模式启动跛行回家模式，充电模式停止充电)，若单体压差比停车休眠前静态压差增加预设数值，则判定为热失控，否则继续等待售后处理；
诊断为热失控故障，发出热失控警报用以提醒用户，同时发送对应热失控警报信息至远程监控平台，远程监控平台接收到对应信息后，启动热失控处理程序。
同样地，当为休眠模式时，无论是判定为热失控还是熔断器故障，处理方式与以上在线模式相同。
进一步的，在本实施方式中，还设定了热失控前兆自动化预警方案，具体如下：
所述“采集监测点电压”前，还包括步骤：
当车辆进入休眠模式，第一预设时间后唤醒车辆，计算一致性压差增大速率和温差；
在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时。以下详细说明：
正常车辆运行后，进入休眠，标记定时唤醒时间为T0，标记单体电压数组Volt1[n]及温度Temp1[m]；
T0时间后，自唤醒，标记单体电压数组Volt2[n]及温度Temp2[m]，分别与Volt1[n]、Temp1[m]做差值，得到△Volt[n]、△Temp[m]，对△Volt[n]、△Temp[m]的极大值和极小值做差，得到CellVDiff、CellTDiff，查下表获得系数y：存储新的T0及Volt1[n]、Temp1[m]为：T0*y、Volt2[n]、Temp2[m]。
Figure BDA0002928981480000081
进一步的，还包括步骤：
判断所述定时修正系数是否为零，若为零，则判定为失效风险大(修正系数为特征定义参数，系数大小对应设计的表格，表格内，定义修正系数0，对应一致性压差变化率极大，达到设定风险值)。若不为零，则重复步骤“计算一致性压差增大速率和温差；在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时”。
在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路；采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，则需要进一步判断是出现了热失控还是熔断器故障，故采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。通过以上步骤，可准确判断出热失控，且监测点只有一个，成本低。并且可监控整改电池包任何一个电芯，区域覆盖性强。
且设置有热失控前兆自动化预警功能，在热失控未发生时，可自动计算热失控预警监控周期，减小损耗。并且设计压差变化率和定时修正周期调整系数，并可根据不同类型电芯和电池包方案，进行合理性标定，覆盖范围大，方案灵活。
请参阅图2至图5，在本实施方式中，一种动力电池热失控多级预警***500的具体实施方式如下：
一种动力电池热失控多级预警***500，包括：电池模组501、电气模块502和电池管理模块503；
所述电气模块502分别连接所述电池模组501和电池管理模块503；
所述电池模组501包括电芯，每一个电芯的周围都设置有熔断器；
所述电气模块502用于将每一个电池模组501的熔断器连接起来，形成连接电源和接地的电路；
所述电池管理模块503用于：采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；
判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。
上述又可细分为两种模式，一种是在线模式的热失控诊断，一种是休眠模式的热失控诊断，以下分别展开说明：
在线模式：
在本实施方式中，第一预设电压为零，第二预设电压为电源电压，若为在线模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，BMS进入热失控诊断，判断是否处于充电模式或行车模式，若处于充电模式，则停止充电，若处于行车模式，则降低车速并预警停车。
休眠模式：当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，引发唤醒信号线电压等于电源电压；由于唤醒电压由0变为电源电压，唤醒BMS；BMS唤醒后，诊断唤醒源电压；唤醒源电压大于设定值，判定熔断器熔断，进一步诊断单体压差。通过该方式覆盖休眠模式，达到全天候24h不间断监控。
实际应用中，当由于某种硬件问题，导致V1＝V0时，容易误诊断为热失控。比如：熔断器震动引发的断线、插件松动引发的断线、BMS硬件采集故障引发的采集错误等。为了规避以上情况，准确诊断出是热失控引发的熔断，本申请追加电压压差诊断方案进行规避。具体如步骤S105和步骤S106所示。
当为在线模式时，判断单体压差是否比车辆启动时增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。否则判定为熔断器故障。
熔断器故障通知远程监控后台进行进车维修，维修等待过程中，实时监控单体压差(行车模式启动跛行回家模式，充电模式停止充电)，若单体压差比停车休眠前静态压差增加预设数值，则判定为热失控，否则继续等待售后处理；
诊断为热失控故障，发出热失控警报用以提醒用户，同时发送对应热失控警报信息至远程监控平台，远程监控平台接收到对应信息后，启动热失控处理程序。
同样地，当为休眠模式时，无论是判定为热失控还是熔断器故障，处理方式与以上在线模式相同。
进一步的，在本实施方式中，还设定了热失控前兆自动化预警方案，具体如下：所述电池管理模块503还用于：在所述“采集监测点电压”前，
当车辆进入休眠模式，第一预设时间后唤醒车辆，计算一致性压差增大速率和温差；
在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时。以下详细说明：
正常车辆运行后，进入休眠，标记定时唤醒时间为T0，标记单体电压数组Volt1[n]及温度Temp1[m]；
T0时间后，自唤醒，标记单体电压数组Volt2[n]及温度Temp2[m]，分别与Volt1[n]、Temp1[m]做差值，得到△Volt[n]、△Temp[m]，对△Volt[n]、△Temp[m]的极大值和极小值做差，得到CellVDiff、CellTDiff，查下表获得系数y：存储新的T0及Volt1[n]、Temp1[m]为：T0*y、Volt2[n]、Temp2[m]。
Figure BDA0002928981480000111
进一步的，所述电池管理模块503还用于：判断所述定时修正系数是否为零，若为零，则判定为失效风险大。若不为零，则重复步骤“计算一致性压差增大速率和温差；在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时”。
在每个电池模组501内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；每一个电池模组501的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路；采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，则需要进一步判断是出现了热失控还是熔断器故障，故采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。通过以上步骤，可准确判断出热失控，且监测点只有一个，成本低。并且可监控整改电池包任何一个电芯，区域覆盖性强。
且设置有热失控前兆自动化预警功能，在热失控未发生时，可自动计算热失控预警监控周期，减小损耗。并且设计压差变化率和定时修正周期调整系数，并可根据不同类型电芯和电池包方案，进行合理性标定，覆盖范围大，方案灵活。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池热失控多级预警方法，其特征在于，包括步骤：
在每个电池模组内设置有熔断器，所述熔断器设置于每一个电芯周围；
每一个电池模组的熔断器通过电线连接起来，形成连接电源和接地的电路；
采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；
判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池热失控多级预警方法，其特征在于，所述“采集监测点电压”前，还包括步骤：
当车辆进入休眠模式，第一预设时间后唤醒车辆，计算一致性压差增大速率和温差；
在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时。
3.根据权利要求2所述的一种动力电池热失控多级预警方法，其特征在于，还包括步骤：
判断所述定时修正系数是否为零，若为零，则判定为失效风险大。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池热失控多级预警方法，其特征在于，
所述“判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差”，具体还包括步骤：若为在线模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，判断是否处于充电模式或行车模式，若处于充电模式，则停止充电，若处于行车模式，则降低车速并预警停车；
若为休眠模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，唤醒BMS。
5.根据权利要求1所述的一种动力电池热失控多级预警方法，其特征在于，还包括步骤：发出热失控警报用以提醒用户，同时发送对应热失控警报信息至远程监控平台，远程监控平台接收到对应信息后，启动热失控处理程序。
6.一种动力电池热失控多级预警***，其特征在于，包括：电池模组、电气模块和电池管理模块；
所述电气模块分别连接所述电池模组和电池管理模块；
所述电池模组包括电芯，每一个电芯的周围都设置有熔断器；
所述电气模块用于将每一个电池模组的熔断器连接起来，形成连接电源和接地的电路；
所述电池管理模块用于：采集监测点电压，所述监测点电压在所述熔断器熔断前与熔断后不同；
判断所述监测点电压是否由第一预设电压变成第二预设电压，若是，采集单体压差，判断所述单体压差是否增加预设数值，若增加预设数值，则判定为热失控。
7.根据权利要求6所述的一种动力电池热失控多级预警***，其特征在于，
所述电池管理模块还用于：在所述“采集监测点电压”前，
当车辆进入休眠模式，第一预设时间后唤醒车辆，计算一致性压差增大速率和温差；
在预设温差范围内，根据所述一致性压差增大速率查询定时修正系数，根据所述定时修正系数修正定时唤醒时间，并判断所述一致性压差增大速率是否超过热失控预警电压，若超过，则触发热失控预警判断，若不超过，则继续执行休眠定时。
8.根据权利要求6所述的一种动力电池热失控多级预警***，其特征在于，所述电池管理模块还用于：判断所述定时修正系数是否为零，若为零，则判定为失效风险大。
9.根据权利要求6所述的一种动力电池热失控多级预警***，其特征在于，所述电池管理模块还用于：若为在线模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，判断是否处于充电模式或行车模式，若处于充电模式，则停止充电，若处于行车模式，则降低车速并预警停车；
若为休眠模式，当所述监测点电压由第一预设电压变成第二预设电压时，唤醒BMS。
10.根据权利要求6所述的一种动力电池热失控多级预警***，其特征在于，所述电池管理模块还用于：发出热失控警报用以提醒用户，同时发送对应热失控警报信息至远程监控平台。
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