一种用于锂电池热失控的防控系统、方法及存储介质与流程

1.本发明涉及电动汽车安全驾驶技术领域，具体涉及一种用于锂电池热失控的防控系统、方法及存储介质。


背景技术：

2.近期，越来越多的电动车锂电池热失控引发火灾爆炸的案例暴露出来，锂电池自燃起火已非个例，随着新能源车占比越来越多，其中电池安全性不足的弱点也暴露了出来。内短路是电动汽车锂离子电池最为严重的安全事故，内短路一旦发生，短路点瞬间产生极大的电流，导致局部温度急剧升高，引起隔膜收缩，正负极材料热分解，从而产生更多的热力，进而引发热失控，造成电池自燃甚至爆炸，引发严重后果。
3.在现有技术中，无法做到实时监测蓄电池舱的温度，准确识别火情，进行自动灭火，存在安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是如何做到实时监测蓄电池舱的温度，准确识别火情并进行自动灭火。
5.为解决上述问题，本发明提供一种用于锂电池热失控的防控系统，应用于电动车辆，包括数据监测装置、温度变送装置、自动灭火装置和自动预警系统，所述数据监测装置、所述温度变送装置和所述自动灭火装置设置在蓄电池舱内，所述蓄电池舱内部设有蓄电池，所述蓄电池舱表面设有通风孔，所述通风口用于排放所述蓄电池所产生的气体，所述蓄电池的安装位置设有相应的安装件，所述蓄电池与所述安装件连接处设有固定件，所述固定件用于与所述安装件相连接，所述安装件适于在通电后通过磁力吸引并安装所述蓄电池，所述自动预警系统分别与所述温度变送装置及所述自动灭火装置连接；
6.所述数据监测装置用于采集检测所述蓄电池舱内的温度，并将对应的温度变量发送到所述温度变送装置；
7.所述温度变送装置用于将所述温度变量转换为标准化输出信号后发送到所述自动预警系统；
8.所述自动预警系统用于根据所述标准化输出信号判断是否开启预警状态，以及在预警状态下发出自动启动信号，以控制所述自动灭火装置对所述蓄电池舱进行灭火；所述自动预警系统还用于在所述灭火装置启动预设时间后，判断是否仍存在火情，若是，则控制所述安装件断电，以此控制所述蓄电池与所述蓄电池舱分离。
9.优选地，所述数据监测装置包括测温元件，所述测温元件包括热电偶和热电阻，所述测温元件用于对所述蓄电池舱内的温度进行实时检测。
10.优选地，所述温度变送装置包括变送器，所述变送器用于输出标准化输出信号，其中，所述标准化输出信号为电流信号或电压信号的热失控预警信号。
11.优选地，所述锂电池热失控的防控系统，还包括保护模块，所述保护模块用于对所
述锂电池进行热失控保护。
12.优选地，所述自动预警系统包括蜂鸣器和显示器，所述蜂鸣器和所述显示器分别用于在接收到所述热失控预警信号后，进行蜂鸣预警和显示预警。
13.优选地，所述自动预警系统还包括控制模块，所述控制模块包括启动按钮，所述启动按钮用于在接收到启动信号后，控制所述保护模块对所述锂电池进行热失控保护。
14.优选地，所述自动灭火装置为全氟己酮灭火装置，所述全氟己酮灭火装置包括灭火剂储瓶、感温释放组件、固定支架、检漏装置、报警装置和启动装置。
15.优选地，所述数据监测装置、所述温度变送装置、所述自动灭火装置和所述自动预警系统均采用集成化设计。
16.本发明所述的锂电池热失控的防控系统，通过数据监测装置检测蓄电池舱的温度，温度变送装置将温度变量转换为标准化输出信号后发送到自动预警系统，自动预警系统根据标准化输出信号判断是否开启预警状态，并在预警状态下发出自动启动信号，控制自动灭火装置进行灭火；自动预警系统还用于在自动灭火装置启动预设时间后判断是否仍存在火情，若存在火情，则控制安装件断电，以此控制蓄电池与蓄电池舱分离；实现了实时监测蓄电池舱的温度，准确识别火情，进行自动灭火，降低安全隐患。
17.本发明还提供一种用于锂电池热失控的防控方法，包括：检测蓄电池舱温度；判断所述蓄电池舱温度是否达到预设温度阈值；若所述蓄电池舱温度大于或等于所述预设温度阈值，则开启预警状态；在所述预警状态下，控制自动灭火装置进行灭火；自动灭火装置启动预设时间后，判断是否仍存在火情；若是，则控制所述安装件断电，以此控制所述蓄电池与所述蓄电池舱分离；其中，所述蓄电池设置在所述蓄电池舱内部，所述蓄电池的安装位置设有相应的安装件，所述安装件适于在通电后通过磁力吸引并安装所述蓄电池。
18.本发明所述的用于锂电池热失控的防控方法与上述用于锂电池热失控的防控系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
19.本发明还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有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现上述任一项所述的用于锂电池热失控的防控方法。
20.本发明所述的计算机可读存储介质与所述用于锂电池热失控的防控方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
21.图1为本发明实施例所述的锂电池热失控的防控系统连接框图；
22.图2为本发明实施例所述的锂电池热失控的防控方法流程图。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
24.如图1所示，本发明实施例提供一种用于锂电池热失控的防控系统，应用于电动车辆，具体包括：数据监测装置、温度变送装置、自动灭火装置和自动预警系统，所述数据监测装置、所述温度变送装置和所述自动灭火装置设置在蓄电池舱内，所述蓄电池舱内部设有
蓄电池，所述蓄电池舱表面设有通风孔，所述通风口用于排放所述蓄电池所产生的气体，所述蓄电池的安装位置设有相应的安装件，所述蓄电池与所述安装件连接处设有固定件，所述固定件用于与所述安装件相连接，所述安装件适于在通电后通过磁力吸引并安装所述蓄电池，所述自动预警系统分别与所述温度变送装置及所述自动灭火装置连接，所述自动预警系统分别与所述温度变送装置及所述自动灭火装置连接。
25.所述数据监测装置用于采集检测所述蓄电池舱内的温度，并将对应的温度变量发送到所述温度变送装置；所述温度变送装置用于将所述温度变量转换为标准化输出信号后发送到所述自动预警系统；所述自动预警系统用于根据所述标准化输出信号判断是否开启预警状态，以及在预警状态下发出自动启动信号，以控制所述自动灭火装置对所述蓄电池舱进行灭火；所述自动预警系统还用于在所述灭火装置启动预设时间后，判断是否仍存在火情，若是，则控制所述安装件断电，以此控制所述蓄电池与所述蓄电池舱分离
。
26.当汽车锂电池出现内部短路时，短路点瞬间产生极大的电流，导致蓄电池舱内部温度急剧升高，进而引发热失控，自动预警系统将监测的温度与预设的温度上行阈值进行比对后，确认开启预警状态，发送声光告警，并可以在中控台进行弹窗提示，以提醒驾驶员及时点击手动启动开关来进行灭火，当手动启动失败时，可以通过自动控制自动灭火装置进行灭火；其中，当监测的温度未超出阈值，此时中控台的温度值标示为绿色安全数值，车辆将继续正常行驶。
27.其中，自动预警系统包括硬件和软件两方面，硬件部分可以包括a/d转换器，将接收到的模拟信号转换为数字信号，再通过无线(蓝牙或无线网卡)信号与车辆中控系统进行通讯；软件部分可以对监测的温度与预设的温度上行阈值进行比对，并进行后续预警操作。
28.其中，蓄电池舱内设有电池槽，数据监测装置设置在电池槽上对蓄电池仓的温度进行实时检测，温度检测精度更高，效果更好；温度变送装置与数据监测装置相连接将标准化输出信号发送到自动预警系统，整体防控系统响应迅速。
29.其中，蓄电池舱表面设有通风孔，以防止电池产生的气体聚集在蓄电池舱内，蓄电池舱内在蓄电池的安装位置设置相应的安装件，蓄电池与安装件连接处设有固定件，安装件通电后会具有磁力，通过磁力吸引并安装蓄电池；在预警状态持续一段时间，且蓄电池舱内的火仍不能被自动灭火装置扑灭时，可以通过断开安装件所在供电回路，使其失去磁力，从而使得着火的蓄电池与电动车脱离，进而提高安全性。例如在车身设置磁力柱，在蓄电池上设置磁力块，安装蓄电池时，将蓄电池带有磁力块的一侧朝向安装位置，通过磁力柱和磁力块之间的磁力吸引，使得蓄电池的安装位置能够精准确定，不需要花费太多精力在对准上面，因而可以实现蓄电池的快速安装。而在拆卸或者主动分离时，只需要通过车电分离开关即可一键实现蓄电池与车身的分离。
30.其中，自动预警系统可以采用集成在电子控制单元(ecu)的形式，即通过数据监测装置进行温度检测，在ecu内根据内部预先编写好的控制程序，进行相应的决策和处理，并通过其输出接口输出控制信号给自动灭火装置；自动预警系统也可以采用模块化外接的形式，即在原始电动车架构的基础上进行模块化更新。
31.其中，各装置、系统之间的信号传输方式可以采用数据通信，数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种，并行通信是指利用多条数据传输线将一个资料的各位同时传送。串行通信是指利用一条传输线将资料一位位地顺序传送。在本实施例中，作为优
选，选择并行通信方式，它的特点是传输速度快，适用于短距离通信，要求通讯速率较高的应用场合。
32.在本实施例中，通过数据监测装置检测蓄电池舱的温度，温度变送装置将温度变量转换为标准化输出信号后发送到自动预警系统，自动预警系统根据标准化输出信号判断是否开启预警状态，并在预警状态下发出自动启动信号，控制自动灭火装置进行灭火。实现了实时监测蓄电池舱的温度，准确识别火情，进行自动灭火，降低安全隐患。
33.优选地，所述数据监测装置包括测温元件，所述测温元件包括热电偶和热电阻，所述测温元件用于对所述蓄电池舱内的温度进行实时检测。
34.具体地，热电偶通常由热电极，绝缘材料、保护管和接线盒等主要部分组成。常用的热电偶结构形式有普通型热电偶，铠装热电偶和薄膜热电偶等。其中，普通型热电偶主要用于测量管道和设备内介质的温度，根据测温范围和环境气氛不同，选择的热电偶和保护管也不同。其安装时连接形式有螺纹连接和法兰连接两种；铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属管三者组合加工而成的坚实组合体；薄膜热电偶是由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶，它的测量端既小又薄，热容量很小，可用于小面积上的温度及瞬变的表面温度测量；在本实施例中，作为优选，使用铠装热电偶，它具有动态响应快，测量端热容量小，强度高、挠性好等优点。
35.制造热敏电阻的材料大多数是各种金属的氧化物，如氧化铜、氧化铁、氧化铝、氧化锰、氧化钴、氧化镍及氧化铼等。将上述各种氧化物按一定成型，然后在一定温度下煅烧，使其成为坚固致密的整体，最后浇上金属粉末，并焊上引线就成了热敏电阻。改变这些混合物的成分及温范围、阻值及温度系数。热敏电阻可制成各种形状，如珠状、圆柱状、片状等。
36.在本实施例中，测温元件对蓄电池舱温度进行实时检测，可及时发现蓄电池舱内温度过高的情况，进行预警灭火。
37.优选地，所述温度变送装置包括变送器，所述变送器用于输出标准化输出信号，其中，所述标准化输出信号为电流信号或电压信号的热失控预警信号。
38.具体地，常见的变送器主要有压力变送器、温度变送器以及电流变送器等。标准化输出信号主要为4ma～20ma(或0v～5v/0-10v)的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制，除rwb型温度变送器为三线制外。从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、v/i转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20ma电流信号0-5v/0-10v电压信号。
39.其中，数据监测装置和温度变送装置可以集成为一体化智能温度变送器，通过热电偶或热电阻传感器将被测温度转换成电信号，再将该信号送入变送器的输入网络，该网络包含调零和热电偶补偿等相关电路。经调零后的信号输入到运算放大器进行信号放大，放大的信号一路经v/i转换器计算处理后以4-20ma直流电流输出；另一路经a/d转换器处理后到仪表显示。
40.其中，变送器的线性化电路有两种，且均采用反馈方式。对于热电阻传感器，采用正反馈方式校正，对于热电偶传感器，采用多段折线逼近法进行校正。
41.其中，一体化智能温度变送器有两种显示方式：lcd显示的温度变送器用两线制方式输出，led显示的温度变送器用三线制方式输出；支持pt50，pt100，pt500，pt1000四种热
电阻和e，j，b，k，n，r，s，t八种热电偶；同时支持测量毫伏信号和电阻信号；隔离电压dc1000v；其供电电压为直流10v～32v,输出信号4-20ma叠加hart协议数字通信，hart通信不影响4-20ma模拟输出；内部采用pt100测量环境温度，以用于热电偶冷端补偿，冷端补偿精度：0.5℃，阻尼：0-32秒可调，数据刷新率：4次/s，稳定性：
±
0.2％/年，工作温度环境：-40℃～ 85℃，外形尺寸：￠44mm，安装孔间距：33mm，抗机械振动：10～60hz，0.21mm正弦波，抗射频干扰：iec61000-4-3，20v/m，80～1000mhz。
42.在本实施例中，变送器输出标准化输出信号增强了抗干扰能力，变送成4-20ma后方便信号处理，便于调试。
43.优选地，所述用于锂电池热失控的防控系统，还包括保护模块，所述保护模块用于对所述锂电池进行热失控保护。
44.具体地，保护模块与自动预警系统相连接，保护模块内设冷却设备，当锂电池温度过高时，冷却设备对锂电池进行降温，对其进行热失控保护。
45.在本实施例中，保护模块进行热失控保护从而保证锂电池的使用安全。
46.优选地，所述自动预警系统包括蜂鸣器和显示器，所述蜂鸣器和所述显示器分别用于在接收到所述热失控预警信号后，进行蜂鸣预警和显示预警。
47.具体地，显示器和蜂鸣器在接收到热失控预警信号后进行显示预警以提示操作人员锂电池发生热失控故障。例如，在锂电池应用于电动车辆时，可以直接在电动车辆的仪表盘上显示并进行声音提示预警。在其他实施例中，预警模块还可以包括灯光预警设备等，以进行灯光预警。
48.在本实施例中，通过显示器和蜂鸣器进行预警，可以及时提醒操作人员锂电池发生热失控故障，以便于下一步的补救措施。
49.优选地，所述自动预警系统还包括控制模块，所述控制模块包括启动按钮，所述启动按钮用于在接收到启动信号后，控制所述保护模块对所述锂电池进行热失控保护。
50.具体地，当预警单元热失控预警后，操作人员可以通过操作启动按钮使得启动按钮接收到启动信号，从而控制保护模块进行对锂电池进行热失控保护。例如，保护模块包括通过冷却设备，以对锂电池进行降温。
51.在本实施例中，当热失控发生时，直接向防护区喷射灭火剂，灭火剂无管路损失、无复燃，灭火速度更快、效率更高；控制模块可以有效进行锂电池的失控预警，并且可以通过控制模块控制保护模块进行热失控保护从而保证锂电池的使用安全。
52.优选地，所述自动灭火装置为全氟己酮灭火装置，所述全氟己酮灭火装置包括灭火剂储瓶、感温释放组件、固定支架、检漏装置、报警装置和启动装置。
53.具体地，全氟己酮灭火装置的探测部分采用烟雾火灾探测器和温度火灾探测器，输出两个独立的不同信号，有效降低了误触发概率，全氟己酮灭火装置可自动启动，当探测器被触发时，设备自动报警；当两个探测器同时被触发时，灭火装置在延时0～30s后自动启动，其中，延时时间可调整。
54.在本实施例中，使用全氟己酮灭火装置，设计环保，全氟己酮灭火装置材料清洁、绿色环保，对人体健康危害小，是理想的自动灭火装置，由锂电池全氟己酮自动灭火装置对起火部位进行喷灭，可直接安装在新能源汽车电池舱中，安装方便，维护成本低，可实现智能探测预警与自动快速控制火势的功能，最大程度保护防护空间，减少事故发生率，实现了
新能源车辆的消防安全保障。
55.优选地，所述数据监测装置、所述温度变送装置、所述自动灭火装置和所述自动预警系统均采用集成化设计。
56.具体地，温度变送装置、全氟己酮自动灭火装置等可直接安装于蓄电池舱内。
57.在本实施例中，集成化程度高，模块化设计不仅可以减少占用空间，也可以节约成本，便于安装和维护。
58.如图2所示，本发明另一实施例还提供一种用于锂电池热失控的防控方法，包括如下步骤：检测蓄电池舱温度；判断所述蓄电池舱温度是否达到预设温度阈值；若所述蓄电池舱温度大于或等于所述预设温度阈值，则开启预警状态；在所述预警状态下，控制自动灭火装置进行灭火；自动灭火装置启动预设时间后，判断是否仍存在火情；若是，则控制所述安装件断电，以此控制所述蓄电池与所述蓄电池舱分离；其中，所述蓄电池设置在所述蓄电池舱内部，所述蓄电池的安装位置设有相应的安装件，所述安装件适于在通电后通过磁力吸引并安装所述蓄电池。
59.本发明另一实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上用于锂电池热失控的防控方法。
60.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。