一种动力电池安全系统及其监控方法

1.本发明涉及动力电池热管理技术领域，特别涉及一种动力电池安全系统及其监控方法。


背景技术：

2.现如今，随着科技的进步以及生产力的快速发展，汽车已经在人们的日常生活中得到普及，并且成为了人们出行必不可少的交通工具之一，极大的方便了人们的生活。
3.其中，新能源汽车作为中国战略性新兴产业之一，其产业规模和技术水平均得到了快速的发展。目前的新能源汽车主要采用三元锂离子电池或者磷酸铁锂电池作为动力能源来给驱动电机供电，然而，在电池充放电的过程中可能会出现外部短路或者内部短路等异常，当电池出现异常时，电池会急剧放热，从而会造成电池的热失控，甚至起火、爆炸，并引发火灾，最终造成安全事故。
4.因此，针对现有技术的不足，亟需一种能够有效延迟动力电池热失控起火的安全系统。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种动力电池安全系统及其监控方法，以有效的延迟动力电池热失控起火的时间。
6.本发明实施例第一方面提出了一种动力电池安全系统，应用在bms中，所述系统包括：动力电池包，所述动力电池包包括动力电池包箱体以及设于所述动力电池包箱体内部的若干电池模组；若干液冷板，若干所述液冷板分别对应设于若干所述电池模组的底部，若干所述液冷板之间通过第一管路连通，所述第一管路的表面设有压电陶瓷雾化片，所述第一管路内流通有冷却介质，所述压电陶瓷雾化片与所述第一管路连通；其中，当所述bms检测到所述动力电池包发生热失控时，所述bms控制所述压电陶瓷雾化片产生高频振动，以将所述第一管路中的冷却介质雾化，并通过所述压电陶瓷雾化片将雾化后的冷却介质喷射至所述动力电池包箱体内部的所述电池模组上，以使雾化过后的冷却介质吸收所述电池模组的热量。
7.本发明的有益效果是：通过将若干液冷板对应设置在若干电池模组的底部，进一步的，将若干液冷板之间通过第一管路进行连通，与此同时，在第一管路的表面设置压电陶瓷雾化片，且该压电陶瓷雾化片与第一管路连通。使用时，当bms检测到动力电池包发生热失控时，该bms会控制上述压电陶瓷雾化片产生高频振动，以对应将第一管路中流通的冷却介质进行雾化处理，并能够通过该压电陶瓷雾化片将雾化后的冷却介质喷射至电池模组的表面，从而能够有效的使冷却介质吸收电池模组的热量，进而能够有效的延迟动力电池热失控起火的时间，对应增加了乘客逃生的时间，适用于大范围的推广与使用。
8.优选的，所述动力电池包内还设有副水箱，所述副水箱通过第二管路与所述第一管路连通，所述副水箱用于存储所述冷却介质。
9.优选的，所述系统还包括冷媒水泵，所述冷媒水泵的一端与若干所述液冷板连通，另一端与所述副水箱连通。
10.优选的，所述系统还包括主水箱以及电子阀门，所述电子阀门的一端与所述主水箱连通，另一端与若干所述液冷板以及所述副水箱连通。
11.优选的，所述压电陶瓷雾化片包括不锈钢基底以及设于所述不锈钢基底表面的环形压电陶瓷片，所述环形压电陶瓷片的中部开设有通孔，所述不锈钢基底上开设有锥形喷射口，所述锥形喷射口与所述通孔相对设置。
12.优选的，所述动力电池包箱体的外侧设有泄压阀，所述泄压阀与所述动力电池包箱体的内部连通，所述泄压阀用于排放雾化过后的冷却介质。
13.本发明实施例第二方面提出了一种应用于上述的动力电池安全系统的监控方法，所述监控方法包括以下步骤：接收传感器实时采集到的检测信号，所述传感器设于所述动力电池包箱体内，所述检测信号包括温度信号、电压信号、气压信号、烟雾信号以及气体信号；判断所述检测信号对应的检测值是否大于预设阈值；若是，则确定所述动力电池包发生热失控，并发送故障信息至远程监控平台。
14.其中，上述监控方法中，所述传感器包括电压传感器、温度传感器、气压传感器、烟雾传感器、气体传感器、位置传感器。
15.其中，上述监控方法中，所述气体传感器包括一氧化碳传感器和氢气传感器。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.图1为本发明第一实施例提供的动力电池安全系统的结构框图；图2为本发明第一实施例提供的动力电池安全系统中的压电陶瓷雾化片的剖视图；图3为本发明第一实施例提供的动力电池安全系统中的泄压阀的结构示意图。
18.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
20.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.请参阅图1至图3，所示为本发明第一实施例提供的动力电池安全系统，本实施例提供的能够有效的使冷却介质吸收电池模组的热量，从而能够有效的延迟动力电池热失控起火的时间，对应增加了乘客逃生的时间，适用于大范围的推广与使用。
23.具体的，本实施例提供的动力电池安全系统应用在bms中，该系统包括：动力电池包，所述动力电池包包括动力电池包箱体以及设于所述动力电池包箱体内部的若干电池模组；若干液冷板10，若干液冷板10分别对应设于若干所述电池模组的底部，若干液冷板10之间通过第一管路连通，所述第一管路的表面设有压电陶瓷雾化片20，所述第一管路内流通有冷却介质，压电陶瓷雾化片20与所述第一管路连通；其中，当所述bms检测到所述动力电池包发生热失控时，所述bms控制压电陶瓷雾化片20产生高频振动，以将所述第一管路中的冷却介质雾化，并通过压电陶瓷雾化片20将雾化后的冷却介质喷射至所述动力电池包箱体内部的所述电池模组上，以使雾化过后的冷却介质吸收所述电池模组的热量。
24.其中，如图1至图3所示，需要说明的是，本实施例提供的动力电池安全系统具体应用在新能源电动汽车的bms（电池管理系统）中，可以理解的是，bms是新能源电动汽车的重要组成部分之一，用于管理汽车内部的动力电池包。具体的，本实施例提供的动力电池包主要包括动力电池包箱体（图未示）、设于该动力电池包箱体内部的若干电池模组（图未示）、以及设置在若干电池模组底部的若干液冷板10，其中，液冷板10用于实时给电池模组散热。
25.具体的，在本实施例中，需要指出的是，为了便于电池模组的散热，相邻两个液冷板10之间通过第一管路（图未示）连通在一起，从而能够使冷却介质在各个液冷板10之间流通，以给电池模组进行散热。另外，在本实施例中，如图2所示，需要指出的是，在上述第一管路的表面安装有压电陶瓷雾化片20，优选的，在本实施例中，如图2所示，该压电陶瓷雾化片20包括不锈钢基底21以及设于不锈钢基底21表面的环形压电陶瓷片22，其中，在环形压电陶瓷片22的中部开设有通孔221，对应的，在不锈钢基底21上开设有锥形喷射口211，实施时，锥形喷射口211与通孔221相对设置。在本实施例中，通过在不锈钢基底21上开设有锥形喷射口211，该锥形喷射口211由若干个锥孔群组成，使用时，能够通过该锥形喷射口211将雾化后的冷却介质穿过通孔221并喷射至各个电池模组上，从而能够使雾化后的冷却介质吸收电池模组表面的热量。
26.另外，在本实施例中，如图1所示，还需要说明的是，在上述动力电池包内还设有副水箱60，实施时，该副水箱60通过第二管路（图未示）与上述第一管路连通，使用时，副水箱60用于存储上述冷却介质，具体的，当上述若干个液冷板10之间的冷却介质不足时，可将副水箱60中存储的冷却介质通过上述第二管路传输至上述第一管路中，以完成冷却介质的补充。
27.进一步的，在本实施例中，如图1所示，还需要说明的是，为了进一步提升该动力电池安全系统的散热效果，上述动力电池安全系统还包括冷媒水泵40以及电子阀门50，实施时，冷媒水泵40的一端与若干液冷板10连通，另一端与副水箱60连通。在具体实施时，如图1
所示，显而易见的，电子阀门50的一端与主水箱30连通，另一端与若干液冷板10以及副水箱60连通，当上述动力电池包未发生热失控时，由于冷媒水泵40与若干液冷板10连通，从而能够使冷媒水泵40将冷却介质导入至若干液冷板10的内部，进而能够使液冷板10对电池模组进行散热；当上述动力电池包发生热失控时，上述bms控制电子阀门50打开阀芯，并使主水箱30中的冷却介质流入至若干液冷板10的内部。
28.另外，在本实施例中，如图3所示，还需要说明的是，对应的，在上述动力电池包箱体的外侧设有泄压阀70，该泄压阀70与该动力电池包箱体的内部连通，使用时，泄压阀70用于排放雾化过后的冷却介质。具体的，通过在动力电池包箱体的外侧设置泄压阀70，从而能够及时的排出已经雾化、并且已经吸收热量的冷却介质，进而一方面维持了动力电池包箱体内部的气压处于一定值，另一方面又通过雾化的冷却介质在电池模组的表面吸收了大量的热量，有效的延迟了动力电池起火的时间。
29.使用时，通过将若干液冷板10对应设置在若干电池模组的底部，进一步的，将若干液冷板10之间通过第一管路进行连通，与此同时，在第一管路的表面设置压电陶瓷雾化片20，且该压电陶瓷雾化片20与第一管路连通。使用时，当bms检测到动力电池包发生热失控时，该bms会控制上述压电陶瓷雾化片20产生高频振动，以对应将第一管路中流通的冷却介质进行雾化处理，并能够通过该压电陶瓷雾化片20将雾化后的冷却介质喷射至电池模组的表面，从而能够有效的使冷却介质吸收电池模组的热量，进而能够有效的延迟动力电池热失控起火的时间，对应增加了乘客逃生的时间，适用于大范围的推广与使用。
30.需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本技术的可实施性，但这并不代表本技术的动力电池安全系统只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本技术的动力电池安全系统实施起来，都可以被纳入本技术的可行实施方案。
31.另外，本发明第二实施例提供了一种应用于上述第一实施例提供的动力电池安全系统的监控方法，该监控方法包括以下步骤：步骤s10，接收传感器实时采集到的检测信号，所述传感器设于所述动力电池包箱体内，所述检测信号包括温度信号、电压信号、气压信号、烟雾信号以及气体信号；步骤s20，判断所述检测信号对应的检测值是否大于预设阈值；步骤s30，若判断到所述检测信号对应的检测值大于预设阈值，则确定所述动力电池包发生热失控，并发送故障信息至远程监控平台。
32.优选的，在本实施例中，需要说明的是，上述传感器包括电压传感器、温度传感器、气压传感器、烟雾传感器、气体传感器、位置传感器。进一步的，在本实施例中，上述气体传感器包括一氧化碳传感器和氢气传感器。另外，还包括位置传感器，该位置传感器安装在上述副水箱60内，用于实时检测副水箱60中的冷却介质的液面高度。
33.其中，在本实施例中，需要说明的是，具体的，该监测方法具体分为：电压检测电压信号是电池管理系统（bms）工作的基础信号，当动力电池发生热失控时，内热源使得电池模组温度迅速上升，当电池隔膜温度超过110 ℃时开始收缩、穿孔，造成电芯内短路从而无法保持电压，出现电芯电压迅速下降的情况。因此，根据电压值变化或电压变化率可判断电池热失控的发生。例如，检测到某个电池模组的电压值小于一定值（2v）并持续一定时间（2s）。
34.温度检测电池热失控作为典型的热失效故障，最直接的量化判断依据就是温度信号。当电池发生热失控时，内热源使得电池温度迅速上升，超出正常工作范围。因此，根据温度值变化可判断电池热失控的发生。例如，温度值超过一定值，或者温升过快。
35.气压检测正常工作的电池包内气压应与外界大气压力一致，为101kpa。当模组电池发生热失控释放大量高温气体后，电池包内气压快速上升，一般会到120kpa以上，因此，根据气压值变化可判断电池热失控的发生。
36.烟雾检测电池热失控时发生剧烈的燃烧和爆炸，释放出大量的固体和液体颗粒，其中以由电池极片（正极活性材料和负极石墨）产生的碳粉末为主。电池热失控时烟气颗粒的平均直径为5μm，颗粒物中包含多种有机成分和无机成分，可在电池包内形成稳定的气溶胶。烟雾随气流扩散到电池包传感器位置，触发烟雾报警可实现热失控检测功能。
37.特征气体检测在电池热失控前的热滥用阶段，电芯的内部会发生剧烈反应而产生气体，某些占比较高的气体也可作为特征气体用于热失控检测，如一氧化碳、氢气等。
38.温度和电压检测可低成本地满足大多数检测需求。但是存在一定的概率误报、漏报，因此通过检测电池与电池包内的各项信号并根据这些信号综合判断，可以大大降低误报、漏报的概率。例如，将压力信号耦合到电压温度检测方案，可在有效降低误报概率的同时提升检测速度；将烟雾传感器与电压温度组合，可在有效降低误报概率的同时降低漏报概率。
39.综上所述，本发明上述实施例当中的动力电池安全系统及其监控方法能够有效的使冷却介质吸收电池模组的热量，从而能够有效的延迟动力电池热失控起火的时间，对应增加了乘客逃生的时间，适用于大范围的推广与使用。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。