CN113745768B - 动力电池***及电池热失控的控制方法 - Google Patents

动力电池***及电池热失控的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池***及电池热失控的控制方法，其中所述动力电池***包括：m个动力电池模块、高压断开模块、高压控制盒、高压连接件、低压连接件、电池管理模块；其中，所述m个动力电池模块、所述高压断开模块和所述高压控制盒通过所述高压连接件依次串行连接，形成所述动力电池***的高压回路；所述电池管理模块用于在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述高压回路切断为至少两个局部电路，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路。采用本发明，能解决现有技术中存在的电池热失控拉弧的技术问题。

Description

动力电池***及电池热失控的控制方法
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种动力电池***及电池热失控的控制方法。
背景技术
随着新能源汽车的推广和应用，锂离子动力电池应用于电动车已成为一种趋势。动力电池***的安全性问题是影响新能源汽车发展的重要技术问题之一，尤其是对电池(包)热失控事件的预防。
当电池包由于内部或外部原因发生热失控事件后，短时间内电池电芯会释放高温烟气，该烟气包括大量可导电固体颗粒，部分排除到电池包外，部分会在电池包内堆积。当高温堆积物破坏了高压回路及上盖下表面绝缘层时，会将电池模块的正负极与高压回路导电线/金属上盖形成局部短路回路。该局部短路回路瞬间释放较大能量，有拉弧及电火花等危害。
因此，如何解决动力电池***使用过程中存在的电池热失控拉弧的问题，显得尤为重要和迫切。
发明内容
本申请实施例通过提供一种动力电池***及电池热失控的控制方法，解决了现有技术中存在的电池热失控拉弧的技术问题。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供一种动力电池***，所述动力电池***包括：m个动力电池模块、高压断开模块、高压控制盒、高压连接件、低压连接件、电池管理模块；其中，所述m个动力电池模块、所述高压断开模块和所述高压控制盒通过所述高压连接件依次串行连接，形成所述动力电池***的高压回路，m为大于或等于2的正整数；
所述电池管理模块通过所述低压连接件分别与所述m个动力电池模块、所述高压断开模块及所述高压控制盒连接，所述电池管理模块用于在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述高压回路切断为至少两个局部电路，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路。
可选地，所述动力电池***还包括：传感监控模块，所述传感监控模块通过所述低压连接件与所述电池管理模块连接，用于采集所述动力电池***中的传感数据，以根据所述传感数据检测并确定所述动力电池***是否发生所述电池失控事件。
可选地，所述传感监控模块包括烟雾气压监控模块，所述烟雾气压监控模块通过所述低压连接件与所述电池管理模块连接，用于将采集的所述动力电池***内的烟雾数据和气压数据传输给所述电池管理模块。
可选地，所述传感监控模块包括m个电压温度监控模块，所述m个电压温度监控模块通过所述低压连接件依次对应与所述m个动力电池模块和所述电池管理模块连接，用于将采集的所述m个动力电池模块各自的电池电压和电池温度传输给所述电池管理模块。
可选地，所述动力电池***还包括：高压接插件和低压接插件，其中，所述高压接插件通过所述高压连接件与所述高压控制盒连接，所述低压接插件通过所述低压连接件与所述电池管理模块连接。
可选地，所述高压断开模块部署在串行连接的所述m个动力电池模块中数量一半的等分位置中间。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例提供一种电池热失控的控制方法，所述方法应用于动力电池***中，所述动力电池***包括：m个动力电池模块、高压断开模块、高压控制盒和高压连接件，其中所述方法包括：
获取所述动力电池***的传感数据，所述传感数据包括以下中的至少一项：烟雾数据、气压数据、所述m个动力电池模块各自的电池温度及所述m个动力电池模块各自的电池电压，m为大于或等于2的正整数；
对所述传感数据进行热失控检测，以检测出所述动力电池***是否发生电池热失控事件；
在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述动力电池***的高压回路切断为至少两个局部电路；
其中，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路，所述高压回路为将所述m个动力电池模块、所述高压断开模块和所述高压控制盒通过所述高压连接件依次串行连接形成的回路。
可选地，所述对所述传感数据进行热失控检测，以检测出所述动力电池***是否发生电池热失控事件包括：
判断所述传感数据是否满足预设的热失控条件；
若满足，则确定当前检测到所述动力电池***发生电池热失控事件；
其中，所述热失控条件与所述传感数据对应匹配，所述热失控条件包括以下中的至少一项：所述烟雾数据所指示的烟雾量超过第一阈值，所述气压数据所指示的气压数值超过第二阈值，所述m个动力电池模块各自的电池温度之和超过第三阈值、及所述m个动力电池模块各自的电池电压之和超过第四阈值。
可选地，所述在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件后，所述方法还包括：
根据预设的热失控预警策略，进行对应的所述动力电池***的热失控预警提示。
可选地，所述在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件后，所述方法还包括：
控制所述动力电池***的对外输出功率至预设功率；和/或，
控制所述高压断开模块断开所述动力电池***的所述高压回路，以禁止进行功率输出。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储了程序代码，当所述程序代码在动力电池***上运行时用于执行如上所述的电池热失控的控制方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请通过提供一种动力电池***包括：由m个动力电池模块、高压断开模块和高压控制盒通过高压连接件依次串行连接，形成的所述动力电池***的高压回路，电池管理模块在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述高压回路切断为至少两个局部电路，这样就减少或避免了高压回路与动力电池***中的金属部件形成内部短路的拉弧回路，即有效减少了高压回路的拉弧事件，降低热失控事件造成的安全影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1是本申请实施例提供的一种动力电池***的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的另一种动力电池***的结构示意图。
图3是本申请实施例提供的一种电池热失控的控制方法的流程示意图。
附图说明：
10-动力电池***；101-动力电池模块；102-高压断开模块；103-高压控制盒；104-高压连接件；105-低压连接件；106-电池管理模块；107-烟雾其他监控模块；108-电压温度监控模块；109-高压接插件；110-低压接插件。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种动力电池***及电池热失控的控制方法，解决了现有技术中存在的电池热失控拉弧的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：本申请提供一种动力电池***包括：m个动力电池模块、高压断开模块、高压控制盒、高压连接件、低压连接件、电池管理模块；其中，所述m个动力电池模块、所述高压断开模块和所述高压控制盒通过所述高压连接件依次串行连接，形成所述动力电池***的高压回路，m为大于或等于2的正整数；
所述电池管理模块通过所述低压连接件分别与所述m个动力电池模块、所述高压断开模块及所述高压控制盒连接，所述电池管理模块用于在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述高压回路切断为至少两个局部电路，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参见图1，是本申请实施例提供的一种动力电池***的结构示意图。如图1所示的动力电池***10包括：m个动力电池模块101、高压断开模块102、高压控制盒103、高压连接件104、低压连接件105及电池管理模块106，m为大于或等于2的正整数。其中，所述m个动力电池模块101、所述高压断开模块102和所述高压控制盒103通过所述高压连接件104依次相互串行连接，形成所述动力电池***10的高压回路。
所述电池管理模块106通过所述低压连接件105分别于所述m个动力电池模块101、所述高压断开模块102和所述高压控制盒103连接。所述电池管理模块106用于在检测到所述动力电池***10发生热失控事件时，控制所述高压断开模块102将所述高压回路切断为至少两个局部电路，每个局部电路均为所述高压回路的部分组成电路。
本申请中每个所述动力电池模块101的内部可由多个电芯串并联组成，外部由所述高压连接件104串联多个其他的所述动力电池模块101。每个所述动力电池模块101的电压和温度可对应称为所述动力电池模块101的电芯电压(或电池电压)和电芯温度(或电池温度)。
所述高压断开模块102负责在所述电池管理模块106的控制下主动断开所述高压回路，其具体为一次性使用的主动炸断电阻，也可为多次使用的主动断开接触其，或者为其他能主动断开高压回路的装置。
可选地，所述高压断开模块102的部署位置及部署个数本申请不做限定。例如，所述高压断开模块102在所述高压回路中的部署位置为部署在串行连接的m个动力电池模块101中数量一半的等分位置中间处。即部署在电池模块101串联数的一半等分位置处，或者其他串联数处，例如部署在1/3、1/4位置处等等。其断开效果能在***发生热失控事件时将高压回路切断为电压较低的多段局部电路。
其中，图示中以动力电池模块101中电池包内部排列方式为左右/上下两排排列的结构，高压断开模块102在高压回路中的接入方式优选在两排模块的中部，如图示中102的排放位置。当高压断开模块102断开为其连接点1021和1022(所述高压连接件104与所述高压断开模块102之间的连接点)两端时，m个动力电池模块101被切断为上下两段局部电路，能有效防止上下两排部分动力电池模块101通过金属部件形成动力电池***10的局部拉弧回路。
所述高压控制盒103的内部具有预充电阻和多个接触器(可理解为继电器或开关)，经过一定连接和排布能实现动力电池***10正常的充放电、高压输出上下电等功能。
所述高压连接件104具体可为用于支持高压连接的连接线，所述低压连接件105具体可为用于支持低压连接的连接线。
所述电池管理模块106(Battery Management System，BMS)，具有电池状态监控、电池传感监控、电池热失控预警、高压控制盒103内部接触器的开闭控制、高压断开模块102的控制、与车辆中其他控制器的通讯交互及其他基本模块功能等，具体在本申请下文进行详述，这里不再赘述。
在可选实施例中，请一并参见图2是本申请实施例提供的另一种动力电池***的结构示意图。如图2所示的动力电池***10还可包括传感监控模块(图未示)，所述传感监控模块通过所述低压连接件105与所述电池管理模块106连接。所述传感监控模块用于采集所述动力电池***10的传感数据，并将采集的所述传感数据传输给所述电池管理模块106。便于所述电池管理模块106根据所述传感数据检测并确定所述动力电池***10是否发生电池失控事件。
在一具体实施例中，所述传感监控模块包括烟雾气压监控模块107。所述烟雾气压监控模块107通过所述低压连接件105与所述电池管理模块106连接。所述烟雾气压监控模块107用于监测并采集所述动力电池***10内的烟雾数据和气压数据，并将采集的所述烟雾数据和所述气压数据传输给所述电池管理模块106。
可选地，所述烟雾气压监控模块107能对动力电池***10内的烟雾气压进行实时监控。当动力电池***10内发生热失控事件时，能有效监控烟雾数据及气压异常信息，通过通讯回路传递给电池管理模块106。
在又一具体实施例中，所述传感监控模块还可包括m个电压温度监控模块108。所述m个电压温度监控模块108通过所述低压连接件105分别与所述m个动力电池模块101连接。一个所述电压温度监控模块108对应一个所述动力电池模块101，用于监测并采集所述动力电池模块101的电池电压和电池温度，并将它们传输给所述电池管理模块106。
可选地，所述动力电池***10还可包括高压接插件109和低压接插件110。其中，所述高压接插件109通过所述高压连接件104与所述高压控制盒103连接，所述高压接插件109用于为所述动力电池***10提供对外的高压输出功率。所述高压控制盒103通过控制内部的接触器，进而控制是否通过所述高压接插件对外输出所述高压回路的输出功率。所述低压接插件110通过所述低压连接件105与所述电池管理模块106连接，所述低压接插件110用于伪所述动力电池***10提供对外的低压输出功率。
通过实施本申请，提供一种减少电池热失控拉弧的动力电池***，在动力电池***内发生热失控事件后，采用本申请方案能有效减少高压回路的拉弧事件，将热失控事件造成的安全影响降至最低。
基于前述图1和图2所述的实施例，请参见图3是本申请实施例提供一种电池热失控的控制方法的流程示意图。如图3所示的方法应用于如上图1和图2所述的动力电池***中，所述方法包括如下实施步骤：
S301、电池管理模块106获取动力电池***10的传感数据。所述传感数据包括以下中的至少一项：烟雾数据、气压数据、m个动力电池模块各自的电池温度和m个动力电池模块各自的电池电压，m为大于或等于2的正整数。
本申请所述烟雾数据和所述气压数据均为所述动力电池***10中的烟雾气压监控模块107采集获得的，所述电池温度和所述电池电压均为所述动力电池***10中的电压温度监控模块108采集获得的。
S302、电池管理模块106对所述传感数据进行热失控检测，以检测所述动力电池***10是否发生电池热失控事件。
本申请通过判断所述传感数据是否满足预设的热失控条件，来检测并确定所述动力电池***10当前是否发生电池热失控事件。所述热失控条件与所述传感数据一一对应，其具体可为***或用户自定义设置的，其可包括但不限于以下中的任一项或多项的组合：所述烟雾数据所指示的烟雾量超过第一阈值，所述气压数据所指示的气压数值超过第二阈值，所述m个动力电池模块各自的电池温度之和超过第三阈值、及所述m个动力电池模块各自的电池电压之和超过第四阈值。
所述第一阈值、所述第二阈值、所述第三阈值及所述第四阈值均为***自定义设置的，或者为根据用户经验设置的经验值，本申请并不做限定。
在所述传感数据满足预设的热失控条件时，则确定检测到所述动力电池***10发生电池热失控事件，继续执行步骤S303；否则确定未检测到所述动力电池***10发生电池热失控事件，结束流程。
S303、在检测到所述动力电池***10发生电池热失控事件时，电池管理模块106控制所述高压断开模块102将所述动力电池***10的高压回路切断为至少两个局部电路，这样能减少内部拉弧回路。其中，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路，所述高压回路为将所述m个动力电池模块101、所述高压断开模块102和所述高压控制盒103通过所述高压连接件104依次串行连接形成的回路。
在可选实施例中，电池管理模块106在检测到动力电池***10发生热失控事件后，还可基于预设的热失控预警策略进行对应的热失控预警提示。例如，在检测到烟雾数据超标(烟雾数据所指示的烟雾量超过第一阈值)时，则进行烟雾超标预警提示，如发送烟雾超量预警信号。又如在检测到气压数据异常(气压数据所指示的气体值超过第二阈值)时，进行气体异常预警提示，如发送气压异常信息等等。
可选地电池管理模块106还可进一步与整车车辆的控制器通讯，将所述动力电池***10的对外输出功率降低至最低的预设功率，例如0等。和/或，电池管理模块106还可选择功率降低的方式来处理，具体地电池管理模块106可控制高压控制盒103断开所述动力电池***10对外的高压回路，终止对外电能输出；例如断开高压控制盒103的内部接触器，以断开高压控制盒103和高压接插件109的连接，从而禁止/阻止高压电路的对外功率输出。
通过实施本申请，本申请通过提供一种动力电池***包括：由m个动力电池模块、高压断开模块和高压控制盒通过高压连接件依次串行连接，形成的所述动力电池***的高压回路，电池管理模块在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述高压回路切断为至少两个局部电路，这样就减少或避免了高压回路与动力电池***中的金属部件形成内部短路的拉弧回路，即有效减少了高压回路的拉弧事件，降低热失控事件造成的安全影响。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种动力电池***，其特征在于，所述动力电池***包括：m个动力电池模块、高压断开模块、高压控制盒、高压连接件、低压连接件及电池管理模块；其中，所述m个动力电池模块、所述高压断开模块和所述高压控制盒通过所述高压连接件依次串行连接，形成所述动力电池***的高压回路，m为大于或等于2的正整数；
所述电池管理模块通过所述低压连接件分别与所述m个动力电池模块、所述高压断开模块及所述高压控制盒连接，所述电池管理模块用于在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述高压回路切断为至少两个局部电路，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路；
每个所述局部电路均包含一个以上所述动力电池模块；
所述m个动力电池模块中电池包内部排列方式为左右/上下两排排列的结构，所述高压断开模块在高压回路中的接入方式在两排模块的中部；所述高压断开模块为主动炸断电阻；
所述高压控制盒的内部具有预充电阻和多个接触器，用于实现动力电池***正常的充放电、高压输出上下电功能。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述动力电池***还包括：传感监控模块，所述传感监控模块通过所述低压连接件与所述电池管理模块连接，用于采集所述动力电池***中的传感数据，以根据所述传感数据检测并确定所述动力电池***是否发生所述电池热失控事件。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述传感监控模块包括烟雾气压监控模块，所述烟雾气压监控模块通过所述低压连接件与所述电池管理模块连接，用于将采集的所述动力电池***内的烟雾数据和气压数据传输给所述电池管理模块。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述传感监控模块包括m个电压温度监控模块，所述m个电压温度监控模块通过所述低压连接件依次对应与所述m个动力电池模块和所述电池管理模块连接用于将采集的所述m个动力电池模块各自的电池电压和电池温度传输给所述电池管理模块。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述动力电池***还包括：高压接插件和低压接插件，其中，所述高压接插件通过所述高压连接件与所述高压控制盒连接，所述低压接插件通过所述低压连接件与所述电池管理模块连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的***，其特征在于，所述高压断开模块部署在串行连接的所述m个动力电池模块中数量一半的等分位置中间。
7.一种电池热失控的控制方法，其特征在于，应用于动力电池***中，所述动力电池***包括：m个动力电池模块、高压断开模块、高压控制盒和高压连接件，所述方法包括：
获取所述动力电池***的传感数据，所述传感数据包括以下中的至少一项：烟雾数据、气压数据、所述m个动力电池模块各自的电池温度及所述m个动力电池模块各自的电池电压，m为大于或等于2的正整数；
对所述传感数据进行热失控检测，以检测出所述动力电池***是否发生电池热失控事件；
在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件时，控制所述高压断开模块将所述动力电池***的高压回路切断为至少两个局部电路；
其中，每个所述局部电路为所述高压回路的部分组成电路，所述高压回路为将所述m个动力电池模块、所述高压断开模块和所述高压控制盒通过所述高压连接件依次串行连接形成的回路；
每个所述局部电路均包含一个以上所述动力电池模块；
所述m个动力电池模块中电池包内部排列方式为左右/上下两排排列的结构，所述高压断开模块在高压回路中的接入方式在两排模块的中部；所述高压断开模块为主动炸断电阻；
所述高压控制盒的内部具有预充电阻和多个接触器，用于实现动力电池***正常的充放电、高压输出上下电功能。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述传感数据进行热失控检测，以检测出所述动力电池***是否发生电池热失控事件包括：
判断所述传感数据是否满足预设的热失控条件；
若满足，则确定当前检测到所述动力电池***发生电池热失控事件；
其中，所述热失控条件与所述传感数据对应匹配，所述热失控条件包括以下中的至少一项：所述烟雾数据所指示的烟雾量超过第一阈值，所述气压数据所指示的气压数值超过第二阈值，所述m个动力电池模块各自的电池温度之和超过第三阈值、及所述m个动力电池模块各自的电池电压之和超过第四阈值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件后，所述方法还包括：
根据预设的热失控预警策略进行对应的所述动力电池***的热失控预警提示。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述在检测到所述动力电池***发生电池热失控事件后，所述方法还包括：
控制所述动力电池***的对外输出功率至预设功率；和/或，
控制所述高压控制盒断开所述动力电池***的所述高压回路，以禁止进行功率输出。
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