CN114600301B - 一种用于防止电池热失控的方法及*** - Google Patents

一种用于防止电池热失控的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于防止电池热失控的方法和***。该方法包括：检测或预测电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险；以及响应于检测到或预测到所述电池包的至少一个电池单元或电池模块存在热失控风险，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能或电能传递给所述电池包或另一电池包。

Description

一种用于防止电池热失控的方法及***
技术领域
本发明涉及电池安全技术领域，尤其涉及一种用于防止电池热失控的方法及***。
背景技术
如今，电池(例如锂离子电池)的能量密度越来越高，例如电动汽车或电动自行车中的锂离子电池(例如当前用于电动汽车或电动自行车的动力锂离子电池)，用于手机，笔记本电脑，便携式设备，能量存储站，移动电源，电动机器人等的锂离子电池。然而，不可控的热失控成为一个具有挑战性的问题。需要有效的方法(预测热失控，或耗散能量并降低其损坏的严重程度)来解决电池安全性(尤其是热失控)问题。
尽管已经提出了用于准确预测和防止电池热失控的各种方法来预测电池热失控，但是在预测之后，几乎没有提供解决危险电池的解决方案。一些常见的提高电池安全性的方法包括改善电池化学性能，优化电池/模块组设计，更好的冷却，使用大数据/人工智能/物理模型准确预测内部短路(热失控)以及更先进的控制和BMS(电池管理***)等。但是到目前为止，防止电池热失控非常具有挑战性，因此需要有效的方法。
发明内容
以下呈现简化的本发明概述，以提供对本发明的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛说明。它并不旨在确定本发明的关键或重要元素。以下概述仅以简化形式呈现本发明的一些概念，作为以下具体描述的序言。
根据本发明实施例的一个方面，本发明提供了一种用于防止电池热失控的方法，包括：检测或预测电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险；以及响应于检测到或预测到所述电池包的至少一个电池单元或电池模块存在热失控风险，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能或电能传递给所述电池包或另一电池包。
在本发明至少一个示例性实施例中，检测或预测电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险包括：收集所述电池包中每个电池单元或电池模块的信息；根据收集到的信息，检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险。
在本发明至少一个示例性实施例中，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能或电能传递到所述电池包或另一电池包包括以下至少之一：第一传递模式，其通过用于所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包；第二传递模式，其通过附接到所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包；第三传递模式，其通过将至少一个电池单元或电池模块的电池能量放电和回收，以借助至少一个升压型DC/DC转换器为所述电池包或另一电池包充电，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递至所述电池包或另一电池包。
在本发明至少一个示例性实施例中，在第一传递模式中，至少一个电池单元或电池模块与以下至少一个元件连接，该至少一个以下元件连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接：加热装置，冷却液泵，牵引电机，逆变器，充电器。
在本发明至少一个示例性实施例中，所述加热装置包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器；或者，通过以低于预设效率阈值的效率运行而用作发热装置的牵引电动机和逆变器。
在本发明至少一个示例性实施例中，在连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接的至少一个元件需要高于所述至少一个电池单元或电池模块的电压的情况下，所述至少一个电池单元或电池模块通过至少一个升压型DC/DC转换器与所述至少一个元件连接，所述升压型DC/DC转换器将所述至少一个电池单元或电池模块的电压增加到所述至少一个元件所需的电压。
在本发明至少一个示例性实施例中，在第二传递模式中，所述至少一个电池单元或电池模块与附接至所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件连接。
在本发明至少一个示例性实施例中，所述加热元件包括电阻加热器，电阻加热元件中的至少之一。
在本发明至少一个示例性实施例中，在第三传递模式中，所述至少一个电池单元或电池模块通过至少一个升压型DC/DC转换器连接到整个电池包，或另一电池包，或所述电池包中的一组电池单元或电池模块，或另一电池包中的一组电池单元或电池模块。
在本发明至少一个示例性实施例中，在所述电池包或另一电池包位于温度低于温度阈值的环境中的情况下，采用第一传递模式或第二传递模式；和/或，在没有热管理提供给所述电池包或另一电池包的情况下，采用第三传递模式。
根据本发明实施例的另一个方面，本发明提供了一种用于防止电池热失控的***，包括：电池包，其具有多个电池单元或电池模块；开关或成对开关，其与所述电池包的各个电池单元或电池模块连接，并且用于在接收到激活指令之后控制所述电池包的各个电池单元或电池模块到保护电路连接，检测和预测元件，其被配置为检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险，并且响应于检测到或预测到所述电池包的至少一个电池单元或电池模块存在热失控风险，发送激活指令给与所述至少一个电池单元或电池模块相对应的每个开关或每对开关；保护电路当与所述至少一个电池单元或电池模块连接时，将所述至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能或电能传递给所述电池包或另一电池包。
在本发明至少一个示例性实施例中，检测和预测元件被配置为以以下方式检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险：收集所述电池包中每个电池单元或电池模块的信息；根据收集到的信息，检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险。
在本发明至少一个示例性实施例中，所述保护电路当与所述至少一个电池单元或电池模块连接时，在以下至少一种模式中，将所述至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能或电能传递给所述电池包或另一电池包：第一传递模式，其通过用于所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包；第二传递模式，其通过附接到所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包；第三传递模式，其通过将至少一个电池单元或电池模块的电池能量放电和回收，以借助至少一个升压型DC/DC转换器为所述电池包或另一电池包充电，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递至所述电池包或另一电池包。
在本发明至少一个示例性实施例中，在第一传递模式中，保护电路包括以下至少一个元件，所述至少一个以下元件连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接：加热装置，冷却液泵，牵引电机，逆变器，充电器。
在本发明至少一个示例性实施例中，所述加热装置包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器；或者，通过以低于预设效率阈值的效率运行而用作发热装置的牵引电动机和逆变器。
在本发明至少一个示例性实施例中，在连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接的至少一个元件需要高于所述至少一个电池单元或电池模块的电压的情况下，所述至少一个电池单元或电池模块通过至少一个升压型DC/DC转换器与所述至少一个元件连接，所述升压型DC/DC转换器将所述至少一个电池单元或电池模块的电压增加到所述至少一个元件所需的电压。
在本发明至少一个示例性实施例中，在第二传递模式中，所述保护电路包括附接至所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件。
在本发明至少一个示例性实施例中，所述加热元件包括电阻加热器，电阻加热元件中的至少之一。
在本发明至少一个示例性实施例中，在第三传递模式中，所述保护电路包括至少一个升压型DC/DC转换器，所述至少一个电池单元或电池模块通过所述至少一个升压型DC/DC转换器连接到整个电池包，或另一电池包，或所述电池包中的一组电池单元或电池模块，或另一电池包中的一组电池单元或电池模块。
在本发明至少一个示例性实施例中，在所述电池包或另一电池包位于温度低于温度阈值的环境中的情况下，采用第一传递模式或第二传递模式；和/或，在没有热管理提供给所述电池包或另一电池包的情况下，采用第三传递模式。
在本发明至少一个示例性实施例中，所述检测和预测元件与电池包的电池管理***(BMS)连接或位于所述电池包的电池管理***(BMS)中。
附图说明
这里描述的附图用于提供对本发明的更深入的理解，并构成本发明的一部分。示意性的实施例及其描述用于解释本发明，而不意图对本发明构成不适当的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的一种用于防止电池热失控的方法的流程图；
图2示出了根据本发明实施例的一种用于防止电池热失控的***的结构示意图；
图3(a)和3(b)示出了实施方法一的发明构思的示意图，其示出了如何控制和消散多个电池单元之一的能量以加热电池包；
图4示出了用于方法一的发明构思的可能的控制算法的示例性流程图，其中包括控制高风险电池的电能以加热电池包；
图5(a)至5(d)是实施方法二的发明构思的示意图，其示出了如何控制和消散多个电池单元之一的能量以加热电池包；
图6示出了用于方法二的思想的可能的控制算法的示例性流程图，其中包括控制并消散高风险电池的电能以加热电池包；
图7(a)和7(b)是实施方法三的发明构思的示意图，其示出了如何控制和消散多个电池单元之一的能量以对电池包或另一个电池包进行充电；
图8示出了用于方法三的发明构思的可能的控制算法的示例性流程图，其中包括控制高风险电池的电能并对电池包充电。
具体实施方式
当前，电池热失控被认为是解决电动汽车最重要的安全问题，甚至比续航里程，电池成本和充电时间更为重要。
鉴于此问题，本发明实施例提出了在预测该电池单元有热失控风险之后防止电池单元的热失控发生的解决方案。这个想法是控制和分散单个危险电池(或危险模块)的能量到整个动力电池包(或其他电池包，或电池包中的一组电池单元/模块，或其他电池包中的一组电池单元/模块)，使用现有的电池和电池热管理***(冷却液回路，冷却液泵，冷却板，电池加热器等)。电池单元一旦断电，热失控和传播到相邻电池单元的机会就会大大降低。问题电池单元或模块的能量可以作为热能(通过电池冷却液环路或侧壁加热元件)或电能(通过充电电路)传递到电池包或其他电池包。电池包的热质量通常是单个电池单元或模块的热质量的数倍(通常是10-100倍)，因此，动力电池包自然是在热失控发生之前吸收电池单元能量的大散热器。除电池包外，整个热管理***(冷却液和电动机/变频器/齿轮箱)，甚至车身也可以作为散热器的一部分。同样，作为电能存储装置的电池包可用于存储在预测电池热失控之后从问题电池释放的电能。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚和完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明实施例的一部分，而不是所有实施例。在本发明实施例的基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
需要指出的是，本发明的说明书和权利要求以及附图中的术语“第一”、“第二”等旨在区分类似的对象，并且不需要描述特定的顺序或优先顺序。应当理解的是，可以在适当的条件下交换以这种方式使用的数据，以便这里描述的本公开的实施例可以以除了此处附图示出或描述的顺序之外的顺序来实现。另外，术语“包括”、“包含”及其变体旨在涵盖非排他性的内容。例如，包含一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于那些明确列出的步骤或单元，并且可以包括没有清楚地显示的这些过程、方法、产品或设备的其他固有步骤或单元。
根据本发明的实施例，提供了一种用于防止电池热失控的方法。该方法可以应用于任何类型的锂离子电池，例如用于手机，笔记本电脑，便携式设备，能量存储站，移动电源，电动汽车，电动自行车，电动机器人等的电池。图1示出了本发明实施例用于防止电池热失控的方法的流程图。如图1所示，该用于防止电池热失控的方法包括以下步骤S102和S104。
在步骤S102中，电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险被检测或预测。
在本发明的至少一个示例性实施方式中，可以通过以下方式实施步骤S102：收集电池包的每个电池单元或电池模块的信息；根据收集到的信息，检测或预测电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险。
在实际情况下，电池热失控可能是由于机械滥用，电滥用或热滥用造成的。统计数据显示，超过90％的电池热失控是由于电池单元内的内部短路引起的，这种短路可能会在整个电池寿命期间发生。在本发明的至少一个示例性实施例中，为了有效地识别和解决电池热失控问题，步骤S102可以包括以下操作中的至少一项。
在操作S102-1中，至少一个电池单元或电池模块内部的内部短路被检测到。大多数(>90％)机械，电气和热滥用会导致内部短路，进而导致热失控。因此，如果在检测到或预测到内部短路时能够去除电池单元或电池模块中的能量，则应该能够防止接下来发生电池热失控。可以有各种手段来检测或预测电池单元或电池模块内部的内部短路。在本发明的至少一个示例性实施例中，检测或预测至少一个电池单元或电池模块内部的内部短路的操作可以包括：计算电池包的每个电池单元的实时信息，其中，实时信息包括以下至少之一：电压和时间的偏导数，实时内部电阻，实时内部阻抗的相位；根据实时信息，确定电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险。可能还有其他检测或预测电池单元或电池模块内部短路的方法，本发明实施例中的用于防止电池热失控的方法对检测或预测内部短路的具体方法没有限制。
在操作S102-2中，在至少一个电池单元或电池模块的阳极上的不需要的锂镀层被检测到。电池单元或电池模块阳极上不必要的锂电镀有时会引起内部短路，然后引起热失控，或者导致温度快速升高然后发生热失控。因此，如果在检测到或预测到电池单元阳极上不需要的锂镀层时能够去除电池单元或电池模块中的能量，那么应该可以防止接下来发生电池热失控。可以有多种方法在至少一个电池单元或电池模块的阳极上检测或预测不需要的锂镀层。
在操作S102-3中，在至少一个电池单元或电池模块中的预设时间段内的预设温度升高量被检测到。该操作是为了检测或预测电池单元或电池模块中相对较快的温度升高，这也是导致电池热失控的因素。因此，如果在至少一个电池单元或电池模块中检测到或预测到预定时间段内的预设温度升高量时可以去除电池单元或电池模块中的能量，则应该能够防止接下来发生电池热失控。可以有多种手段来检测或预测在至少一个电池单元或电池模块中温度的快速升高。在本发明的至少一个示例性实施例中，检测或预测温度快速升高的操作可以包括：在至少一个电池单元或电池模块中的预设时间段内检测预设量的温度升高，在此可以通过实验或模拟获得预设量和预设时间段的具体值，从而使异常的温度升高可以被有效且正确地检测或预测到。
在步骤S104中，响应于检测到或预测到在电池包的至少一个电池单元或电池模块存在热失控风险，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能或电能传递至该电池包或另一个电池包。
在实际实施中，至少一个电池单元或电池模块的电池能量可以在以下至少一种模式下作为热能或电能被传递到电池包或另一电池包。
(1)第一传递模式是通过用于电池包或另一电池包的电池冷却液回路，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到电池包或另一电池包。
在第一传递模式中，至少一个电池单元或电池模块可以与以下至少一个元件连接，该至少一个元件连接到该电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接：加热装置(可以包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器，冷却液泵(用于驱动冷却液在电池冷却液回路中流动，以便使交换可以通过连接在电池冷却液回路中或与之连接的元件进行)，牵引电机，逆变器(牵引电机和逆变器可以通过低于预设效率阈值的效率运行(例如，零转矩导致零效率)作为发热装置)，充电器。
在本发明的至少一个示例性实施例中，在连接到该电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接的至少一个元件需要高于该至少一个电池单元或电池模块的电压的情况下，例如，如果采用HV加热器作为加热装置，则该至少一个电池单元或电池模块可以通过至少一个升压DC/DC转换器与该至少一个元件连接，该升压DC/DC转换器将该至少一个电池单元或电池模块的电压增加到该至少一个元件所需的电压。
(2)第二传递模式是通过附接在电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的侧壁上的加热元件，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到电池包或另一电池包。
在第二传递模式中，至少一个电池单元或电池模块可以与附接在电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的侧壁上的加热元件(其可以包括电阻加热器，电阻加热元件中的至少之一)连接，从而至少一个电池单元或电池模块的能量可以被传递来加热电池包或另一电池包的电池单元或电池模块周围。
(3)第三传递模式是通过将至少一个电池单元或电池模块的电池能量进行放电和回收，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递至电池包或另一电池包，以借助至少一个升压型DC/DC转换器为电池包或另一电池包充电。
在第三传递模式中，至少一个电池单元或电池模块可以通过至少一个升压型DC/DC转换器连接到整个电池包，或另一电池包，或电池包中的一组电池单元或电池模块，或另一电池包中的一组电池单元或电池模块。
在这三种传递模式中，由于第一传递模式和第二传递模式具有将危险电池单元或电池模块的能量转换成热量的效果，因此这两种传递模式更适用于电池包或另一电池包为位于温度低于温度阈值(可根据实际要求设置)的环境中。对于电池包或另一电池包位于温度高于温度阈值的环境中的情况，或者不对电池包或另一电池包提供热管理的情况，则可以采用第三传递模式。
通过上述实施例中的解决方案，危险电池单元或电池模块内部的电池热失控可以被有效防止。
要注意的是，为了简单说明起见，该方法的每个前述实施例被描述为一系列动作组合。但是本领域技术人员应该知道，本发明不限于所描述的动作的顺序，这是因为根据本发明，一些步骤可以以其他顺序执行或者同时执行。此外，本领域技术人员还应该知道，说明书中所描述的所有实施例都是优选实施例，所涉及的动作和模块可能不是必需的。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于防止电池热失控的***。该用于防止电池热失控的***可以应用于带有锂离子电池的任何终端或设备或车辆，例如手机，笔记本电脑，便携式设备，储能站，移动电源，电动汽车，电动自行车，电动机器人等。图2示出了根据本发明实施例的用于防止电池热失控的***的结构示意图。如图2所示，该用于防止电池热失控的***包括：
电池包20，其具有多个电池单元或电池模块200；
开关或成对开关22(在图2中，示出了一对开关22与每个电池单元或电池模块200连接的情况，本领域技术人员应该理解，开关22与每个电池单元或电池模块200连接的情况是可以想到的)与电池包20的各个电池单元或电池模块200连接，并且用于在接收到激活指令之后控制电池包20的各个电池单元或电池模块200到保护电路26的连接，其中每个开关或每对开关22在初始状态切断与该开关或该对开关22相对应的电池单元或电池模块200到保护电路26的连接，并响应于接收到激活指令，接通与该开关或该对开关22相对应的电池单元或电池模块200到保护电路26的连接；
检测和预测元件24(可以与电池组20的电池管理***(BMS)连接或位于电池管理***(BMS)中)，其被配置为检测或预测电池包20的每个电池单元或电池模块200是否存在热失控风险，并且响应于检测到或预测到电池包20的至少一个电池单元或电池模块200存在热失控风险，发送激活指令给与至少一个电池单元或电池模块200相对应的每个开关或每对开关22；保护电路26当与所述至少一个电池单元或电池模块200连接时，将所述至少一个电池单元或电池模块200的电池能量作为热能或电能传递给所述电池包20或另一电池包20。
在本发明的至少一个示例性实施例中，检测和预测组件24可以被配置为以以下方式检测或预测电池包20的每个电池单元或电池模块200是否存在热失控风险：收集电池包20的每个电池单元或电池模块200的信息；基于收集的信息，检测或预测电池包20的每个电池单元或电池模块200是否存在热失控风险。
在实际实施中，保护电路26当与所述至少一个电池单元或电池模块200连接时，可以在以下至少一种模式中，将所述至少一个电池单元或电池模块200的电池能量作为热能或电能传递给所述电池包20或另一电池包20。
(1)第一传递模式是通过用于电池包20或另一电池包20的电池冷却液回路，将至少一个电池单元或电池模块200的电池能量作为热能传递到电池包20或另一电池包20。
在第一传递模式中，保护电路26包括以下至少一个元件，该至少一个元件连接到电池包20或另一电池包20的电池冷却液回路或与之连接：加热装置(可以包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器，冷却液泵(用于驱动冷却液在电池冷却液回路中流动，以便使交换可以通过连接在电池冷却液回路中或与之连接的元件进行)，牵引电机，逆变器(牵引电机和逆变器可以通过低于预设效率阈值的效率运行(例如，零转矩导致零效率)作为发热装置)，充电器。
在本发明的至少一个示例性实施例中，加热装置包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器；或者通过低于预设效率阈值的效率运行作为发热装置的牵引电机和逆变器。
在本发明的至少一个示例性实施例中，在连接到该电池包20或另一电池包20的电池冷却液回路中或与之连接的至少一个元件需要高于该至少一个电池单元或电池模块200的电压的情况下，例如，如果采用HV加热器作为加热装置，则该至少一个电池单元或电池模块200可以通过至少一个升压型DC/DC转换器与该至少一个元件连接，该升压型DC/DC转换器将该至少一个电池单元或电池模块200的电压增加到该至少一个元件所需的电压。
(2)第二传递模式是通过附接在电池包20或另一电池包20的电池单元或电池模块200的侧壁上的加热元件，将至少一个电池单元或电池模块200的电池能量作为热能传递到电池包20或另一电池包20。
在第二传递模式中，保护电路26包括附接在电池包20或另一电池包20的电池单元或电池模块200的侧壁上的加热元件(其可以包括电阻加热器，电阻加热元件中的至少之一)。
(3)第三传递模式是通过将至少一个电池单元或电池模块200的电池能量进行放电和回收，将至少一个电池单元或电池模块200的电池能量作为电能传递至电池包20或另一电池包20，以借助至少一个升压型DC/DC转换器为电池包20或另一电池包20充电。
在第三传递模式中，保护电路26包括至少一个升压型DC/DC转换器，至少一个电池单元或电池模块200可以通过该至少一个升压型DC/DC转换器连接到整个电池包20，或另一电池包20，或电池包20中的一组电池单元或电池模块200，或另一电池包20中的一组电池单元或电池模块200。
在这三种传递模式中，由于第一传递模式和第二传递模式具有将危险电池单元或电池模块200的能量转换成热量的效果，因此这两种传递模式更适用于电池包20或另一电池包20位于温度低于温度阈值(可根据实际要求设置)的环境中的情形。对于电池包20或另一电池包20位于温度高于温度阈值的环境中的情况，或者不对电池包20或另一电池包20提供热管理的情况，则可以采用第三传递模式。
通过上述实施例中的解决方案，危险电池单元或电池模块200内部的电池热失控可以被有效防止。
被描述为单独部分的模块或组件在物理上可以是分开的，也可以不是。显示为模块的部分可以是物理模块，也可以不是物理模块，也就是说，它可以放置在一个位置或分布在多个网络模块上。可以根据实际需要选择部分或全部模块或元件来实现本发明技术方案的目的。
此外，本发明实施例中的所有功能模块或元件可以集成在一处理模块中；或者这些模块或元件分别且物理地存在；或者两个或两个以上的模块或元件集成在一个模块中。集成模块可以以硬件或软件功能模块的形式实现。
根据本发明的又一个实施例，参考附图描述了用于防止电池热失控的详细解决方案。
有三种方法被提出来控制和消散单个问题电池单元的能量：
在方法一中，单个危险电池单元的能量通过现有的电池冷却液回路，冷却液泵，冷却板等作为热量传递给整个电池包；
在方法二中，单个危险电池单元的能量通过电阻加热元件作为热量传递给整个电池包；
在方法三中，单个危险电池单元的能量被放电并回收，以借助DC/DC转换器为电池包或另一电池包充电。
方法一
图3(a)和3(b)示出了实施方法一的发明构思的示意图，其示出了多个电池单元之一的能量如何被控制和消散以加热电池包。图3(a)和3(b)示出的电路(例如，每个电池单元连接到一个或两个开关)与原始的电池电气连接无关。图3(a)和3(b)仅示出实现的一个示例，并且可以存在许多其他类似的变化。
如图3(a)和3(b)所示，在方法一中，电池冷却液回路被用于电池热管理的常规目的。通常电阻加热器或PTC加热器被用来加热冷却液回路中的冷却液，以在寒冷天气中对电池包进行预处理。当检测到某个电池单元的潜在热失控警告时，该电池单元立即与电阻加热器或PTC加热器连接。
如果电池单元电压不能与现有的电池加热器(例如高压加热器)一起工作，则可以使用DC-DC转换器将电池单元电压增加到适当的值，以将电池单元能量耗散到电池加热器。也可以添加一个低压冷却液加热器(其电压与电池单元电压相匹配)，这样，无需使用DC-DC转换器就可以将电池单元能量直接泄出到该特定的冷却液加热器上。在大多数情况下，冷却液泵可以很容易地由车辆上的12V DC低压电池供电。
如果使用原始的HV加热器，则可能需要DC-DC转换器才能将电池单元电压提高到所需的高电平。如果使用低压加热器，则不需要DC-DC转换器。
图4示出了用于方法一的发明构思的可能的控制算法的示例性流程图，其中，高风险电池的电能被控制以加热电池包。该算法只是控制算法的一个示例。可能有其他各种算法。
在操作S402中，收集每个电池的信息。
在操作S404中，使用算法来计算与电池热失控检测有关的关键信息。
在操作S406中，确定和预测电池单元是否处于危险中。
在操作S408中，将风险通知给用户和相关个人或实体。
在操作S410中，将保护电路接合到有危险的电池上(连接加热器，DC/DC转换器，冷却剂泵等)。
在操作S412中，通过现有的电池冷却液回路，利用来自电池单元的电能加热电池包。
在操作S414中，危险电池的存储电能最终被耗尽。
在某些车辆的热管理设计中，动力电池包的冷却液回路也可以与牵引电动机，逆变器，DC/DC转换器，充电器或其他组件串联连接。例如，在GAC AION S，AION LX车型中，电池冷却回路和电动机/逆变器可通过串联或并联方式连接。在这种情况下，除动力电池包外，其他元件也可以用作散热器，这可以进一步增加散热器的总热质量(吸热能力)。
方法二
图5(a)至5(d)是实施方法二的发明构思的示意图，其示出了多个电池单元之一的能量如何被控制和消散以加热电池包。图5(a)至5(d)(例如，每个电池单元连接到一个或两个开关)与原始的电池电气连接无关。
如图5(a)至5(d)所示，在方法二中，没有冷却液回路用于电池热管理的常规目的(例如，制冷剂回路用于电池热管理)。而是将一些电阻加热器或加热元件附接到电池侧壁，以在寒冷天气中对电池包进行预处理。当检测到电池单元潜在的热失控警告时，该电池单元立即与电阻加热器或加热元件连接。
图6示出了用于方法二的发明构思的可能的控制算法的示例性流程图，其中，高风险电池的电能被控制和消散以加热电池包。该算法只是控制算法的一个示例。可能有其他各种算法。
在操作S602中，收集每个电池的信息。
在操作S604中，计算与电池热失控检测有关的关键信息。
在操作S606中，确定和预测热失控(TR)是否发生在任何一个电池单元上。
在操作S608中，将风险通知给用户和相关个人或实体。
在操作S610中，外部加热元件连接到具有TR警告的电池。
在操作S612中，利用来自具有TR警告的电池的电能来加热电池包。
在操作S614中，问题电池的存储电能通过加热元件被完全耗尽。
方法三
图7(a)和7(b)是实施方法三的发明构思的示意图，其示出了多个电池单元之一的能量如何被控制和消散以加热电池包或另一电池包。图7(a)和7(b)(例如，每个电池单元包含两个开关)与原始的电池电气连接无关，原始的电池电气连接可以串联或并联以产生所需电压。
如图7(a)和7(b)所示，在方法三中，电池***没有热管理。这可能是由于空间不足或其他原因所致。在这种情况下，其中一个电池单元仍然可能发生热失控。在这种情况下，检测到一电池单元的热失控风险后，问题电池单元的能量被控制为整个电池包或一组电池单元(例如，动力电池包中的其他电池单元/模块)充电后。如果需要，可以提供几个DC/DC转换器以将电压增加到所需的水平。要充电的电池可以是同一电池包的其他电池单元或其他模块，也可以是其他电池模块/组。请注意，当所有电池单元均已100％充满电时，此方法将不起作用，这非常少见。附图所示只是实现的一个示例，可能还有许多其他变化。
图8示出了用于方法三的发明构思的可能的控制算法的示例性流程图，其中，高风险电池的电能被控制以对电池包进行充电。以下只是控制算法的一个示例。该算法只是控制算法的一个示例。可能有其他各种算法。
在操作S802中，收集每个电池的信息。
在操作S804中，计算与电池热失控检测有关的关键信息。
在操作S806中，确定和预测热失控(TR)是否发生在任何一个电池单元上。
在操作S808中，将风险通知给用户和相关个人或实体。
在操作S810中，将保护电路连接到具有热失控风险的电池。保护电路将低压直流电转换为高压直流电。
在操作S812中，利用来自具有TR警告的电池的电能对一组电池充电。
在操作S814中，危险电池的存储电能通过充电电路被完全耗尽。
进一步讨论
在某些情况下，电池冷却液回路没有指定的电阻加热器(例如，大多数EV中使用的PTC加热器，带状加热器，薄膜加热器)。例如，在特斯拉Model 3中，为了在寒冷的天气中加热电池加热器，驱动单元(逆变器+电动机+齿轮箱)有意以低效率运行，例如零转矩(零效率)或低转矩(低效率)，而电动机/逆变器的废热则用于通过冷却液回路加热电池包。在这种情况下，可能有两种方法可以将有问题的电池能量耗散到电池包中：
(1)使用电动机/逆变器作为发热装置，可以将危险电池单元的能量直接耗散到电动机/逆变器。***将以原始的费热模式运行。不需要PTC加热器。电池单元将所有电能泄出到驱动单元，驱动单元可以通过现有的电池冷却液回路将热量传递到电池包。实际上，驱动单元具有很大的热质量，除电池包外还可以用作吸热介质。可能需要直流转换器。
(2)可以添加一个附接的电池加热器，电池可单元以通过该加热器在不运行电动机的情况下加热冷却液回路。这就像没有废热模式的普通车辆一样。
本申请所提及的发明构思可以应用于防止电池单元的各种故障，包括但不限于由于内部短路，锂树突生长或其他机构引起的热失控。
应当注意，在本发明的以上实施例中，问题电池单元可以替代为一问题模块，并且上面的能量耗散概念将仍然适用。
除了EV电池外，该概念还可应用于其他应用领域的其他类型的锂离子电池，例如手机，笔记本电脑，便携式设备，储能站，移动电源，电动汽车，电动自行车，电动机器人等。
所提出的方法包含硬件(DC/DC转换器，加热器，开关等)和控制算法。硬件将安装在电动汽车(或其他相关装置)上。
综上所述，本发明实施例的解决方案使用现有电池和电池热管理***(冷却液回路，冷却液泵，冷却板，电池加热器等)，或通过用危险电池单元/模块的电能为电池包或另一电池包充电，来控制和耗散单个危险电池单元/模块(或多个危险电池单元/模块)的能量到整个动力电池包(或另一电池包)。一旦电池单元/模块断电，热失控和蔓延到相邻电池的机会就会大大降低。
以上仅是本发明的示例性实施方式；应当指出的是，在不背离本发明原理的前提下，本领域普通技术人员也可以做出许多改进和补充，这些改进和补充应属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种用于防止电池热失控的方法，其特征在于，包括：
检测或预测电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险；以及
响应于检测到或预测到所述电池包的至少一个电池单元或电池模块存在热失控风险，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递给所述电池包或另一电池包；
将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包包括以下至少之一：
第一传递模式，其通过用于所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包；
第二传递模式，其通过附接到所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测或预测电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险包括：
收集所述电池包中每个电池单元或电池模块的信息；
根据收集到的信息，检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递到所述电池包或另一电池包，具体是：
第三传递模式，其通过将至少一个电池单元或电池模块的电池能量放电和回收，以借助至少一个升压型DC/DC转换器为所述电池包或另一电池包充电，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递至所述电池包或另一电池包。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一传递模式中，至少一个电池单元或电池模块与以下至少一个元件连接，该至少一个以下元件连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接：加热装置，冷却液泵，牵引电机，逆变器，充电器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热装置包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器；或者，通过以低于预设效率阈值的效率运行而用作发热装置的牵引电动机和逆变器。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接的至少一个元件需要高于所述至少一个电池单元或电池模块的电压的情况下，所述至少一个电池单元或电池模块通过至少一个升压型DC/DC转换器与所述至少一个元件连接，所述升压型DC/DC转换器将所述至少一个电池单元或电池模块的电压增加到所述至少一个元件所需的电压。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二传递模式中，所述至少一个电池单元或电池模块与附接至所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加热元件包括电阻加热器，电阻加热元件中的至少之一。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在第三传递模式中，所述至少一个电池单元或电池模块通过至少一个升压型DC/DC转换器连接到整个电池包，或另一电池包，或所述电池包中的一组电池单元或电池模块，或另一电池包中的一组电池单元或电池模块。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述电池包或另一电池包位于温度低于温度阈值的环境中的情况下，采用第一传递模式或第二传递模式；和/或，
在没有热管理提供给所述电池包或另一电池包的情况下，采用第三传递模式。
11.一种用于防止电池热失控的***，包括：
电池包，其具有多个电池单元或电池模块；
开关或成对开关，其与所述电池包的各个电池单元或电池模块连接，并且用于在接收到激活指令之后控制所述电池包的各个电池单元或电池模块到保护电路连接，
检测和预测元件，其被配置为检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险，并且响应于检测到或预测到所述电池包的至少一个电池单元或电池模块存在热失控风险，发送激活指令给与所述至少一个电池单元或电池模块相对应的每个开关或每对开关；
保护电路当与所述至少一个电池单元或电池模块连接时，将所述至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递给所述电池包或另一电池包；
所述保护电路当与所述至少一个电池单元或电池模块连接时，在以下至少一种模式中，将所述至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递给所述电池包或另一电池包：
第一传递模式，其通过用于所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包；
第二传递模式，其通过附接到所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为热能传递到所述电池包或另一电池包。
12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，检测和预测元件被配置为以以下方式检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险：
收集所述电池包中每个电池单元或电池模块的信息；
根据收集到的信息，检测或预测所述电池包的每个电池单元或电池模块是否存在热失控风险。
13.根据权利要求11所述的***，其特征在于，所述保护电路当与所述至少一个电池单元或电池模块连接时，在以下模式中，将所述至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递给所述电池包或另一电池包：
第三传递模式，其通过将至少一个电池单元或电池模块的电池能量放电和回收，以借助至少一个升压型DC/DC转换器为所述电池包或另一电池包充电，将至少一个电池单元或电池模块的电池能量作为电能传递至所述电池包或另一电池包。
14.根据权利要求11所述的***，其特征在于，在第一传递模式中，保护电路包括以下至少一个元件，所述至少一个以下元件连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接：加热装置，冷却液泵，牵引电机，逆变器，充电器。
15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述加热装置包括以下至少之一：电阻加热器，正温度系数(PTC)加热器，高压(HV)加热器；或者，
通过以低于预设效率阈值的效率运行而用作发热装置的牵引电动机和逆变器。
16.根据权利要求14所述的***，其特征在于，在连接到所述电池包或另一电池包的电池冷却液回路中或与之连接的至少一个元件需要高于所述至少一个电池单元或电池模块的电压的情况下，所述至少一个电池单元或电池模块通过至少一个升压型DC/DC转换器与所述至少一个元件连接，所述升压型DC/DC转换器将所述至少一个电池单元或电池模块的电压增加到所述至少一个元件所需的电压。
17.根据权利要求11所述的***，其特征在于，在第二传递模式中，所述保护电路包括附接至所述电池包或另一电池包的电池单元或电池模块的电池侧壁上的加热元件。
18.根据权利要求17所述的***，其特征在于，所述加热元件包括电阻加热器，电阻加热元件中的至少之一。
19.根据权利要求13所述的***，其特征在于，在第三传递模式中，所述保护电路包括至少一个升压型DC/DC转换器，所述至少一个电池单元或电池模块通过所述至少一个升压型DC/DC转换器连接到整个电池包，或另一电池包，或所述电池包中的一组电池单元或电池模块，或另一电池包中的一组电池单元或电池模块。
20.根据权利要求19所述的***，其特征在于，在所述电池包或另一电池包位于温度低于温度阈值的环境中的情况下，采用第一传递模式或第二传递模式；和/或，
在没有热管理提供给所述电池包或另一电池包的情况下，采用第三传递模式。
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