一种具有热失控保护功能的动力电池系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有热失控保护功能的动力电池系统，包括至少一个串联的电池模块构成的电池组，该电池组的单体电池通过导电连接件连接，一个或至少两个设定位置处的导电连接件上设有对应的温控器；电池组与至少一个继电器串接，对应的一个温控器的触点或至少两个温控器的触点串联后与任意一个继电器的线圈串联连接。本实用新型具有热失控保护功能的动力电池系统包括若干个电池模块采用串并联方式构成的电池组，温控器与动力电池系统主回路中的继电器配合使用，温控器的触点控制继电器的线圈。通过控制线圈的供电电压进而控制动力电池系统的连接与分断，实现动力电池系统温度对运行状态的控制。
【专利说明】一种具有热失控保护功能的动力电池系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于动力电池领域，具体涉及一种具有热失控保护功能的动力电池系统。
【背景技术】
[0002]随着化石能源的日渐枯竭及环保要求的日益提高，电动汽车及混合动力汽车技术需求日益增长，电动/混动大巴及私家车等新能源汽车如今已经不再陌生。作为新能源汽车领域中的核心部件，电池技术是直接关乎上述新能源汽车是否能够推广应用的一项重大关键技术。
[0003]截止目前为止，逐步出现了磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等众多新型高能量密度电池。上述新型动力电池在应用中要求具有能量密度高、放电倍率高、耐高低温环境、能承受多次冲击放电、循环寿命长等诸多技术特点。
[0004]其中，动力电池系统的安全性能尤为重要。纵观国内外众多型号的新能源汽车，均出现过多次燃烧爆炸等事故，动力电池系统的燃烧爆炸作为技术问题均为电池系统热失控。导致热失控的原因众多，包括单体电池内部短路、外部短路、挤压、刺穿、环境温度等原因。热失控事故的发生已经成为制约行业发展的一个重大技术瓶颈。
[0005]现有的热失控方案主要为通过电池管理系统(BMS)对动力电池组进行温度监控，其主要工作原理为通过负温度系数电阻(NTC)感知电池组内各点温度，经处理之后判断电池组温度是否到达临界值。若温度达到临界值，电池管理系统通过通信系统驱动电池组系统中的继电器/继电器切断电池组主回路，停止电池组运行。
[0006]经过实际应用证明，通过电池管理系统对动力电池组进行温度监控，存在如下弊端:(I)独立性不足:通过电池管理系统对动力电池组进行温度监控，需要保证电池管理系统可靠运行，确保电池管理系统电源、通信、采集、程序均正常运行。实际事故分析标明，热失控事故初期电池管理系统均不能正常工作，致使电池管理系统无法及时对热失控事故进行有效处理，进而导致热失控事故扩大；(2)实时性不足:电池管理系统在动力电池组运行过程中进行温度监控，统计分析热失控事故，部分热失控事故发生在电池组停止运行期间，主要原因为受到外界环境影响引起的外部短路、挤压、刺穿。此时，电池管理系统处于停机状态，无法对电池组系统即将发生的热失控进行有限监控，引起事故扩大。
[0007]综合上述分析，对动力电池系统的热失控保护应满足独立性、可靠性、实时性等技术要求，确保热失控保护系统能够独立、实时、可靠对动力电池系统进行监控和保护。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是提供一种具有热失控保护功能的动力电池系统，解决目前采用电池管理系统(BMS)进行温度监控中出现的独立性、实时性、可靠性较差的问题。
[0009]为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种具有热失控保护功能的动力电池系统，包括至少一个串联的电池模块构成的电池组，该电池组的单体电池通过导电连接件连接，一个或至少两个设定位置处的导电连接件上设有对应的温控器；所述电池组与至少一个继电器串接，对应的一个温控器的触点或至少两个温控器的触点串联后与任意一个继电器的线圈串联连接。
[0010]所述导电连接件为绝缘铜排。
[0011 ] 所述温控器为双金属恒温器。
[0012]所述继电器线圈上连接有指示灯。
[0013]该动力电池系统内串联有至少一个带有熔断器的隔离开关。
[0014]本发明具有热失控保护功能的动力电池系统包括若干个电池模块采用串并联方式构成的电池组，该电池组的单体电池通过导电连接件连接，在设定位置处的导电连接件上设置对应的温控器，温控器与动力电池系统主回路中的继电器配合使用，温控器的触点控制继电器的线圈。通过控制线圈的供电电压进而控制动力电池系统的连接与分断，实现动力电池系统温度对运行状态的控制。
[0015]温控器采用双金属恒温器，用于检测动力电池系统多点温度，其中任一点温度达到开口温度后，双金属恒温器触点动作；动力电池系统内安装多个双金属恒温器，各金属恒温器采用串联连接，增强温控系统的灵敏性。双金属恒温器为机械式感温元件，无需供电电源，独立性强、全天24小时处于工作状态。
[0016]受温控器控制保护的动力电池系统相应状态可通过本地灯光、HMI进行相关指示。
[0017]各单体电池之间的连接使用绝缘漆处理的裸铜排。采用绝缘裸铜排可提高动力电池系统的散热性能，同时由于铜排表面无可燃物质，可有效阻断潜在的热失控传播路线。
[0018]动力电池系统中连接含有熔断器的隔离开关，通过隔离开关降低系统维护过程中的人员触电危险。此外，动力电池系统内串联若干个快速熔断器，进一步降低因局部外短路引起热失控的风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型动力电池系统第一实施例结构图；
[0020]图2为动力电池系统第二实施例结构图；
[0021]图3为继电器控制电路第一实施例结构图；
[0022]图4为继电器控制电路第二实施例结构图；
[0023]图5为继电器控制电路第三实施例结构图；
[0024]图6为继电器控制电路第四实施例结构图；
[0025]图7为动力电池系统第三实施例结构图；
[0026]图8为动力电池系统第四实施例结构图；
[0027]图9为动力电池系统第五实施例结构图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
[0029]如图1所示为本实用新型具有热失控保护功能的动力电池系统第一实施例结构图，它是一个最小结构的动力电池系统，由图可知，该系统包括串联的电池模块构成的电池组，该电池组的单体电池通过导电连接件连接，一个或至少两个设定位置处的导电连接件上设有对应的温控器；该电池组与继电器Ki (至少一个)串接，对应的一个温控器的触点或至少两个温控器的触点串联后与任意一个继电器的线圈串联连接。
[0030]本实施例的温控器采用双金属恒温器，分为常闭型与常开型，分别在温度上升达到临界值后分断或闭合触点，发出信号。双金属恒温器开口温度(临界值)范围为700C _150°C，精度±3°C。动力电池系统内安装多个双金属恒温器，各金属恒温器采用串联连接，增强温控系统的灵敏性。即动力电池系统内任何一点温度达到开口温度(临界值)，相应的触点进行分断或闭合，输出信号。双金属恒温器为机械式感温元件，无需供电电源，独立性强、全天24小时处于工作状态。
[0031]本实施例的导电连接件采用绝缘铜排进行电路连接，通过对动力电池系统中若干绝缘铜排(宜均匀取位置)表面安装双金属恒温器检测铜排温度。铜排与电池前后级动力电池连接，因此双金属恒温器实际上检测前后级动力电池模块。绝缘铜排是使用绝缘漆处理的裸铜排。采用绝缘裸铜排可提高动力电池系统的散热性能，同时由于铜排表面无可燃物质，可有效阻断潜在的热失控传播路线。继电器采用TE公司的EV200系列，额定电压900V，额定电流500A，上述型号可满足动力电池系统柔性连接使用。
[0032]动力电池系统采用分级柔性连接方式，使用继电器对动力电池系统进行分级连接。柔性连接将高达数百伏的高压直流系统分割为低于60VDC的安全电压电池模块，通过控制继电器实现对电池模块的连接，输出规定的电压及功率。
[0033]该动力电池系统内需要串接熔断器，熔断器可实现对动力电池系统的整组与逐级短路及过载保护，可将短路及过载的保护范围从动力电池系统整体扩展至动力电池模块的子系统，保护范围进一步扩大，有效降低了因局部外短路引起热失控的风险；除此之外，还需要串接隔离开关作为手动维护开关使用，将高压直流系统分断为若干低压直流电池模块子系统。综合考虑，本实施例采用含有熔断器的隔离开关F1、F2实现上述熔断及分级功能。动力电池1旲块子系统设计最闻运行电压不闻于60VDC,为安全电压范围，可进一步提闻系统维护过程中的人员安全。
[0034]另外，双金属恒温温度保护动力电池系统相应状态可通过本地灯光、HMI进行相关指示，或者通过远程通信系统将相关状态信息上传至远方监控中心。
[0035]如图2所示，本实例的电池组采用36支单体电池，由三个电池模块串联构成，每个电池模块由12支单体电池串联，且相邻电池模块之间分别连接有一个继电器K2和K3，当然，也可以在该串联电池组的两端的主回路再分别串接一个继电器Kl和K4，每个电池模块的任意一个导电连接件上设置一个对应的双金属恒温器。
[0036]如图3所示为本实用新型继电器控制回路第一种实施例的结构图，，本实例设计在单体电池G6-G7、G18-G19、G24-G25之间的绝缘铜排上分别安装双金属恒温器(最好是均匀选取安装位置)S1、S2、S3，三个温控器均匀分布在动力电池系统内；S1、S2、S3的常闭触点串联在继电器Kl?K4的线圈控制回路中，Kl?K4的线圈相互并联，通过在继电器线圈两端并联闪烁指示灯Hl指示线圈的电压状态，并可通过转接中间继电器将电池组状态本地/远程指示。通过控制温控器常闭触点的分断与开启，间接控制继电器线圈电压的通断，进而控制动力电池系统的分级闭合与分断，实现动力电池系统温度对运行状态的控制。上述保护过程为双金属恒温器检测动力电池系统多点温度，由于各双金属恒温器的触点串联连接，只要其中任一点温度达到开口温度(临界温度)后，对应的双金属恒温器触点动作，常闭触点分断，直流控制回路开路，最后实现对动力电池系统多级电池模块子系统的开断控制。
[0037]如图4所示为本实用新型继电器控制回路第二种实施例的结构图，同样是在每个电池模块的任意一个导电连接件上设置一个对应的双金属恒温器，本实施例在单体电池G7-G8、G14-G15、G16-G17、G28-G29的绝缘铜排上分别安装双金属恒温器(最好是均匀选取安装位置)S1、S2、S3、S4，四个双金属恒温器均匀分布在动力电池系统内；S1、S2、S3、S4的常闭触点分别对应串接在继电器Kl?K4的四个线圈控制支路中，任意一个测量点温度达到开口温度(临界温度)后，对应的双金属恒温器触点动作，常闭触点分断，直流控制回路开路，最后实现对动力电池系统多级电池模块子系统的开断控制。上述过程最终控制流程如下:动力电池组系统温度(绝缘铜排温度)一双金属恒温器触点一继电器线圈一继电器常开触点一电池组运行状态。
[0038]另外，如图5和图6所示为图3和图4的变形结构，图5的结构是图3和图4实施例的结合，即在各继电器线圈的支路上分别串接一个对应的双金属恒温器触点，同时在控制回路的干路上也串接一个双金属恒温器S5的触点，S5安装于设定位置处的绝缘铜排上(例如G34-G35);图6中，通过在Kl?K4每个继电器线圈两端分别并联对应并联指示灯Hl?H4来指示对应继电器线圈的电压状态。
[0039]另外，为了对继电器控制回路进行保护，本实施例在控制回路的主电路上串接熔断器F3进行短路及过载保护。
[0040]如图7?图9所不为本实用新型动力系统主电路以图1为基础的其他变形结构的实施例，这几种实施例进采用三组电池模块并联构成的电池组系统。
[0041]如图7所示，在主电路的干路上设置一个继电器K4(也可以设置多个)，每个并联支路上不设置继电器，在任意位置处的绝缘铜排上设置一个或多个双金属恒温器，继电器控制电路可以采用图3?图6的任意一种，采用Κ4控制整个并联电池动力系统的开断。
[0042]如图8所示，在每个并联支路上分别设置一个继电器Kl?Κ3，在对应的每个电池模块的任意位置处设置一个或多个双金属恒温器，继电器控制电路可以采用图3?图6的任意一种，该并联结构的动力电池系统。在采用图4结构的控制回路时，其原理是每个电池模块均可以独立控制，一个电池模块温度的变化所引起主电路的开断不影响其他的电池模块。
[0043]如图9所示是图7和图8两种实施例的组合结构，不仅在主电路的干路上设置一个继电器Κ4 (也可以设置多个)，并且在每个并联支路上分别设置一个继电器Kl?Κ3，该结构同样可以采用图3?图6的任意一种，该并联结构的动力电池系统。
[0044]以上实施例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，本实用新型电池模块的组合形式多种多样，其控制回路中双金属恒温器与继电器线圈的连接方式也多种多样，在此不一一列举，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，对本实用新型进行变形修改或者等同替换，在【具体实施方式】及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有热失控保护功能的动力电池系统，其特征在于:包括至少一个串联的电池模块构成的电池组，该电池组的单体电池通过导电连接件连接，一个或至少两个设定位置处的导电连接件上设有对应的温控器；所述电池组与至少一个继电器串接，对应的一个温控器的触点或至少两个温控器的触点串联后与任意一个继电器的线圈串联连接。
2.根据权利要求1所述的具有热失控保护功能的动力电池系统，其特征在于:所述导电连接件为绝缘铜排。
3.根据权利要求1所述的具有热失控保护功能的动力电池系统，其特征在于:所述温控器为双金属恒温器。
4.根据权利要求1所述的具有热失控保护功能的动力电池系统，其特征在于:所述继电器线圈上连接有指示灯。
5.根据权利要求1?4任意一项所述的具有热失控保护功能的动力电池系统，其特征在于:该动力电池系统内串联有至少一个带有熔断器的隔离开关。
【文档编号】H01M10/48GK203800141SQ201420208003
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】朱建锦, 谢秋, 赵艳艳 申请人:中航锂电（洛阳）有限公司