一种动力电池热失控保护方法、装置及系统与流程

本发明涉及车辆安全领域，更具体地说，涉及一种动力电池热失控保护方法、装置及系统。

背景技术：

动力电池的安全性对新能源汽车有着至关重要的影响，其中对动力电池热失控的控制已经成为新能源汽车的一个重大技术要点。现有控制动力电池热失控方案，主要为通过bms(batterymanagementsystem，电池管理系统)对动力电池进行温度监控，主要工作原理为通过温度传感器采集动力电池组内各点温度，经处理之后判断动力电池组的温度是否到达临界值，若温度达到临界值，bms通过通信系统驱动动力电池组中的继电器，切断动力电池组的主回路，停止动力电池组运行。

经过实际应用证明，通过bms对动力电池组进行温度监控来预防热失控的发生，存在如下弊端：

(1)独立性不足：通过bms对动力电池组进行温度监控，需要保证bms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bms均不能正常工作，致使bms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：bms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动力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；

(3)可靠性不足：bms通过动力电池的温度参数监测，来判断热失控的发生与否。经实际应用证明，动力电池热失控表现显性因素不仅包括温度异常，还包括气体、烟雾浓度等显性因素，因此，仅依靠温度参数来判断热失控，使得检测结果可靠性较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种动力电池热失控保护方法、装置及系统，欲通过动力电池组停止运行时的热失控状况的监控，避免由于收到外界环境影响引起的外部短路、积压、刺穿等发生在动力电池组停止运行期间的热失控事故。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种动力电池热失控保护方法，包括：

检测车辆是否处于下电状态，若是，则发送检测信号至热失控探测单元，所述热失控探测单元用于检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度；

获取所述热失控探测单元检测的数据；

根据所述热失控探测单元检测的数据，判断所述动力电池组是否发生热失控故障，若是，则发送断开控制信号至所述动力电池组的动力输出回路，以切断所述动力电池组的动力输出，以及发送触发信号至灭火装置，以控制所述灭火装置对所述动力电池组实施灭火。

一种动力电池热失控保护装置，包括：

检测控制单元，用于检测车辆是否处于下电状态，若是，则发送检测信号至热失控探测单元，所述热失控探测单元用于检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度；

数据获取单元，用于获取所述热失控探测单元检测的数据；

故障监控单元，用于根据所述热失控探测单元检测的数据，判断所述动力电池组是否发生热失控故障，若是，则发送断开控制信号至所述动力电池组的动力输出回路，以切断所述动力电池组的动力输出，以及发送触发信号至灭火装置，以控制所述灭火装置对所述动力电池组实施灭火。

一种动力电池热失控保护系统，包括：热失控探测单元、热失控管理系统、灭火装置、电子开关和车载蓄电池；

所述热失控探测单元，用于检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度；

所述电子开关串联在所述动力电池组的动力输出回路；

所述车载蓄电池，用于为所述热失控探测单元以及所述热失控管理系统供电；

所述热失控管理系统，用于检测车辆是否处于下电状态，若是，则发送检测信号至所述热失控探测单元；获取所述热失控探测单元检测的数据；根据所述热失控探测单元检测的数据，判断所述动力电池组是否发生热失控故障，若是，则发送断开控制信号至所述电子开关，以切断所述动力电池组的动力输出，以及发送触发信号至灭火装置，以控制所述灭火装置对所述动力电池组实施灭火。

可选的，所述热失控探测单元包括：

气体传感器，用于检测动力电池组发生热失控时散发出的气体浓度；

烟雾传感器，用于检测电池包内的烟雾浓度，所述电池包为密闭空间，且所述电池包内包括n个动力电池组，所述n为正整数；

第一温度传感器和第二温度传感器，均用于检测电池包内的温度。

可选的，所述热失控管理系统，还用于在检测到车辆处于下电状态后，检测车辆是否处于充电状态；若车辆处于充电状态，则发送第一关闭信号至所述热失控探测单元，以关闭所述热失控探测单元中的一个传感器；若车辆处于非充电状态时，发送第二关闭信号至所述热失控探测单元，以关闭所述热失控探测单元中的两个传感器。

可选的，所述热失控管理系统，还用于在检测到车辆断电后，检测所述车载蓄电池的电量是否低于预设第一电量阈值，若是，则发送间断控制信号至所述热失控探测单元，以使所述热失控探测单元中的一个处于工作状态的传感器进行间断性工作。

可选的，所述热失控管理系统，还用于在所述车载蓄电池的电量低于预设第一电量阈值时，控制自身进入休眠状态。

可选的，所述动力电池热失控保护系统，还包括：

与所述热失控管理系统连接的人机交互模块，用于输出所述动力电池组的故障信息。

可选的，所述热失控管理系统，还用于在所述灭火装置启动后，向所述人机交互模块发送灭火装置启动信息；

所述人机交互模块，还用于在接收到所述灭火装置启动信息时，进行显示。

可选的，所述热失控管理系统，还用于在所述车辆处于上电状态时，发送正常检测信号至热失控探测单元，以使所述热失控探测单元中的所有传感器均处于工作状态。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的动力电池热失控保护方法，实时检测车辆是否处于下电状态，在车辆处于下电状态时，控制热失控探测单元进行工作，以检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度；然后根据热失控探测单元检测的数据，判断动力电池组是否发生热失控故障，若是，则切断动力电池组的动力输出，以及控制灭火装置对动力电池组实施灭火。这样通过动力电池组停止运行时的热失控状况的监控，避免由于收到外界环境影响引起的外部短路、积压、刺穿等发生在动力电池组停止运行期间的热失控事故。

进一步的，在动力电池组的动力输出回路串联电子开关，由热失控管理系统进行控制，可以在动力电池组的动力输出回路的主继电器发生粘连故障时，确保切断动力电池组的动力输出。

又进一步的，在车辆处于上电状态时，也控制热失控探测单元进行工作并通过热失控管理系统对动力电池组进行热失控检测，进而可以在bms不能正常工作时，及时切断动力电池组的动力输出，避免热失控事故的扩大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种动力电池热失控保护系统的布置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种动力电池热失控保护系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种动力电池热失控保护系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的热失控管理系统各个模式之间转换的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种动力电池热失控保护方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种动力电池热失控保护装置的逻辑示意图。

具体实施方式

为解决bms在整车下电时无法对动力电池组进行监控来预防热失控发生的问题。本发明通过设置热失控管理系统，在整车下电时对动力电池组进行监控，进而在动力电池组发生热失控使及时切断动力电池组的动力输出以及进行通过灭火装置对动力电池组实施灭火，以避免热失控事故的扩大；进一步的，通过在动力电池组的动力输出回路串联电子开关，由热失控管理系统进行控制，可以在动力电池组的动力输出回路的主继电器发生粘连故障时，确保切断动力电池组的动力输出；以及通过热失控管理系统在车辆上电状态时，也对动力电池组进行热失控检测，进而可以在bms不能正常工作时，及时切断动力电池组的动力输出，进一步保障了人员与车辆的安全。

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种动力电池热失控保护系统，参见图1和图2，该动力电池热失控保护系统包括：热失控探测单元4、热失控管理系统7、灭火装置21、电子开关22和车载蓄电池14。

热失控探测单元4，用于检测动力电池组2的温度、气体浓度和/烟雾浓度。热失控探测单元4包括但不限于：气体传感器、烟雾传感器、第一温度传感器和第二温度传感器。通过对气体浓度、烟雾浓度和温度等多种热失控显性因素进行检测，提高了热失控的检测精度，有效预防了热失控事故的扩大以及保障了人员与车辆的安全。根据需要在电池包1内布置多个热失控探测单元4，如图1所示，可以将各个热失控探测单元4分别安装在电池包1内的不同的检测点并分别与热失控管理系统7连接，以在发生热失控时尽快检测到。

气体传感器，用于检测动力电池组2发生热失控时散发出的气体浓度。电池包1是一个密闭空间，满足ip67防护。动力电池组2发生热失控时，会散发出来特殊气体，气体传感器该特殊气体的浓度，以供热失控管理系统7判断是否发生了热失控。其稳态值需要通过大量的实车采集数据确定。气体传感器采用半导体式传感器，由加热部件和探测部分组成，其探测部件的诊断方式为短路和开路两种情况。

烟雾传感器，用于检测电池包1内的烟雾浓度，电池包1为密闭空间，且电池包1内包括n个动力电池组2，n为正整数。烟雾浓度一般使用以下三种单位衡量。(1)体积浓度：体积浓度是用每立方米的大气中含有污染物的体积数(立方厘米或ml/m³)来表示，常用的表示方法是ppm；(2)质量-体积浓度：用每立方米大气中污染物的质量数来表示的浓度叫质量-体积浓度，单位是毫克/立方米或克/立方米；(3)光学浓度：指的是遮蔽度、减光率或光学浓度，单位为％/m或％obs/m，意思是指在单位米的距离下光被烟雾颗粒所遮蔽的程度的百分比，当有烟雾存在时，光线的前进会受烟雾遮蔽，烟雾浓度越高，光线衰减的越厉害，反之在很干净的空气中，光线则几乎没有衰减。

本实施例采用的烟雾传感器为离子式烟雾传感器，以光学浓度进行衡量。烟雾传感器输出信号为0/1。烟雾传感器的烟雾浓度设定阈值为多次试验取得的经验值。普通香烟的光学浓度大约在3～6％/m，在动力电池组2热失控时产生的烟雾要大于普通香烟浓度，单体电池热失控发生后，烟雾浓度一般大于15％/m。为实现烟雾的灵敏探测，烟雾传感器的烟雾探测浓度设定在2％/m。

第一温度传感器和第二温度传感器，均用于检测电池包1内的温度。在本实施例中两个温度传感器均为ntc(negativetemperaturecoefficient，负温度系数)温度传感器。两个温度传感器均工作时，若两个温度传感器的工作状态均正常，则选择两个温度传感器中检测值较大的温度传感器的检测结果输出至热失控管理系统4；两个温度传感器均工作时，若两个温度传感器的工作状态有一个异常，则选择工作状态为正常的温度传感器检测结果输出至热失控管理系统4；若两个温度传感器的工作状态均异常，则输出传感器异常信号至热失控管理系统4。

车载蓄电池14，用于为热失控探测单元4以及热失控管理系统7供电。参见图3所示，还可以设置dc/dc转换器，连接在动力电池组2与车载蓄电池14之间，用于在动力电池组2工作，以及车载蓄电池14的电量低于预设第二电量阈值时，利用动力电池组2为车载蓄电池14充电。

热失控管理系统7，用于在车辆处于下电状态时，开启热失控探测单元4，并在根据热失控探测单元4检测的数据判断动力电池组2发生了热失控故障时，切断动力电池组2的动力输出以及启动灭火装置21对动力电池组2进行灭火。

本实施例提供的动力电池热失控保护系统，在车辆处于下电状态时，实时监控车辆的动力电池组2的热失控故障；现有的bms监控系统，在车辆处于上电状态时，实时监控车辆的动力电池组2的热失控故障；两者结合实现了动力电池组2的全周期监控。现有的bms监控系统，包括bms6、cmu(cellmonitorunit，电池监控单元)3，温度传感器。图1中还示出了，电池包内的连接线束5、msd(manualservicedisconnect，手动维修开关)8、高压充电接口9、主正继电器10、bdu(batterydisconnectunit，电池切断单元)11、电子开关22、主负继电器12和高压放电接口13。

本实施例提供的动力电池热失控保护系统，包括：热失控探测单元4、热失控管理系统7和车载蓄电池14。热失控探测单元4包括多个，采用分布式方式，在电池包1内部多处位置放置热失控探测单元4，多点同时监控。热失控探测单元4中集成温度、气体、烟雾等多种传感器，实现对电池热失控多种状况的探测。热失控探测单元4反馈检测到的数据至热失控管理系统7；热失控管理系统7对当前的检测数据进行分析处理，以判断动力电池组2是否出现热失控，并在发生热失控时，切断动力电池的动力输出，即断开电子开关22以及启动灭火装置21对动力电池组2实施灭火。这样通过动力电池组停止运行时的热失控状况的监控，避免由于收到外界环境影响引起的外部短路、积压、刺穿等发生在动力电池组停止运行期间的热失控事故。

电子开关22具体的可以为继电器，将继电器的常闭触点串联在动力电池组的动力输出回路，在动力电池组2出现热失控故障时，热失控管理系统7向继电器的线圈发送电信号，继电器的线圈得电，继电器的常闭触点断开，实现了切断动力电池的动力输出。在动力电池组的动力输出回路串联电子开关22，由热失控管理系统7进行控制，可以在动力电池组的动力输出回路的主继电器(10，12)发生粘连故障时，确保切断动力电池组的动力输出。

进一步的，动力电池热失控保护系统还可以包括与热失控管理系统7连接的人机交互模块，用于输出动力电池组2的故障信息。具体的，热失控管理系统7将热失控过程中的潜伏阶段、可见烟阶段、高温阶段实时通过人机交互模块反馈到用户。人机交互模块可以为车载显示器或仪表盘等。热失控管理系统7，还用于在灭火装置21启动后，向人机交互模块发送灭火装置启动信息；人机交互模块，还用于在接收到灭火装置启动信息时，进行显示。

进一步的，热失控管理系统7还用于在车辆处于上电状态时，发送正常检测信号至热失控探测单元4，以使热失控探测单元4中的所有传感器均处于工作状态。这样在车辆处于上电状态时，热失控管理系统7与bms6共同监控热失控故障，进而可以在bms6不能正常工作时，通过热失控管理系统7及时切断动力电池组2的主回路，进一步保障了人员与车辆的安全。

可选的，热失控管理系统7，还用于在检测到车辆处于下电状态后，检测车辆是否处于充电状态，以及检测车载蓄电池14的电量是否低于预设第一电量阈值；在车辆处于下电且充电状态时，发送第一关闭信号至热失控探测单元4，以关闭热失控探测单元4中的一个传感器；在车辆处于下电且非充电状态时，发送第二关闭信号至热失控探测单元4，以关闭热失控探测单元4中的两个传感器。

热失控管理系统7，还用于在车载蓄电池14的电量低于预设第一电量阈值时，发送间断控制信号，以使热失控探测单元4中的一个处于工作状态的传感器进行间断性工作。

热失控管理系统7，还用于在车载蓄电池14的电量低于预设第一电量阈值时，控制自身进入休眠状态。

bms在整车下电状态时，无法对动力电池组2进行监控来预防热失控的发生，本实施例提供的动力电池热失控保护系统能够在整车处于下电状态时，进入低功耗模式。动力电池热失控保护系统进入低功耗模式通过电源识别线判断。热失控管理系统7能够通过电源识别线来判断当前车辆所处的状态。在本实施例中电源识别线也为bms的电源线。当车辆钥匙处于acc、on档时，车辆处于上电状态，电源识别线的电压为高电平；当车辆钥匙处于off档时，车辆处于下电状态，电源识别线的电压为低电平。

当车辆钥匙处于off档时，且车辆处于充电状态时，充电枪连接该电源识别线，此时电源识别线依然为高电平。但热失控管理系统7在此时不发送can(controllerareanetwork，控制器局域网络)数据至车辆can总线，以避免唤醒整车can。热失控管理系统7在检测到电源识别线处于高电平时，需要接收整车控制器每秒定时发送的校时报文，如果在规定时间(可以设置为4s)内未接收到该报文，则确定车辆处于下电且充电状态。

车辆钥匙处于on档，即电源开关处于on状态时，动力电池热失控保护系统进入正常模式；正常模式时，热失控探测单元4的所有传感器正常工作，且热失控管理系统7的can正常通信。

动力电池热失控保护系统的低功耗模式，具体包括一级休眠模式、二级休眠模式和深度休眠模式。在一级休眠模式，热失控管理系统7关闭can通信，且关闭第二温度传感器；仅由烟雾传感器、气体传感器和第一温度传感器工作。在二级休眠模式，热失控管理系统7关闭can通信，且关闭第二温度传感器和气体传感器，仅由烟雾传感器和第一温度传感器工作。在深度休眠模式，热失控管理系统7关闭can通信、第二温度传感器和气体传感器，并且热失控管理系统7进入stop(休眠)模式，以及烟雾传感器的进入间断工作模式，即每个循环过程中工作一段时间然后停止工作一段时间，功耗较低，不会造成车载蓄电池14亏电情况的发生。

在检测到电源识别线为高电平，且规定时间未收到整车控制器的校时报文时，则进入休眠状态；具体进入几级休眠需要根据情况而定，若车辆处于充电状态时则进入一级休眠模式，若车辆处于非充电状态且车载蓄电池高于预设电量阈值时则进入二级休眠模式，若车辆处于非充电状态且车载蓄电池低于预设电量阈值时进入深度休眠模式。图4示出了各个模式之间的转换图。

热失控管理系统7包括气体浓度趋势模块、复合判断模块、定温判断模块与温升模块等四个模块。气体浓度趋势判断模块根据气体传感器采集的数据，分析气体浓度是否具有上升趋势；复合判断模块根据气体传感器、烟雾传感器和温度传感器等三种传感器采集的数据，进行综合判断得到预警等级；定温判断模块根据温度传感器采集的数据，分析温度级别；温升模块根据温度传感器采集的数据，分析温度是否具有上升趋势；热失控管理系统7根据复合判断模块的判断结果，输出主继电器的控制状态与人机交互模块的预警状态。人机交互模块还实时输出气体浓度趋势模块、定温判断模块与温升模块的分析结果。

以下为复合判断模块根据三类传感器的输出结果进行复合判断的举例说明：

在本实施例中温度传感器阀值设置为60℃、65℃、70℃、75℃。温度60℃以下时，温度级别为0；温度处于[60℃，65℃)区间时，温度级别为1；温度处于[65℃，70℃)区间时，温度级别为2；温度处于[70℃，75℃)区间时，温度级别为3；温度大于等于75℃时，温度级别为4。

气体浓度级别的设定同温度级别设定类似，不再赘述。预警级别0代表的是正常情况，无报警措施。预警级别1、2、3、4代表的是出现报警故障，电子开关22断开，人机交互装置输出故障报警。

本实施例提供了一种动力电池热失控保护方法，参见图5，该方法包括步骤：

s11：检测车辆是否处于下电状态，若是，则执行步骤s12；

s12：发送检测信号至热失控探测单元4；

热失控探测单元4接收到该检测信号后，开始检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度。

s13：获取热失控探测单元4检测的数据；

s14：根据热失控探测单元4检测的数据，判断动力电池组2是否发生热失控故障，若是，则执行步骤s15；

s15：发送断开控制信号至动力电池组的动力输出回路，以切断动力电池组的动力输出，以及发送触发信号至灭火装置，以控制灭火装置对动力电池组实施灭火。

本实施例提供的一种动力电池热失控保护方法，实时检测车辆是否处于下电状态，在车辆处于下电状态时，控制热失控探测单元进行工作，以检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度；然后根据热失控探测单元检测的数据，判断动力电池组是否发生热失控故障，若是，则切断动力电池组的动力输出，以及控制灭火装置对动力电池组实施灭火。这样通过动力电池组停止运行时的热失控状况的监控，避免由于收到外界环境影响引起的外部短路、积压、刺穿等发生在动力电池组停止运行期间的热失控事故。

本实施例还提供一种动力电池热失控保护装置，参见图6，该装置包括：检测控制单元11、数据获取单元12和故障监控单元13。

检测控制单元11，用于检测车辆是否处于下电状态，若是，则发送检测信号至热失控探测单元4，热失控探测单元4用于检测动力电池组的温度、气体浓度和/烟雾浓度；

数据获取单元12，用于获取热失控探测单元4检测的数据；

故障监控单元13，用于根据热失控探测单元4检测的数据，判断动力电池组2是否发生热失控故障，若是，则发送断开控制信号至所述动力电池组的动力输出回路，以切断所述动力电池组的动力输出，以及发送触发信号至灭火装置，以控制所述灭火装置对所述动力电池组实施灭火。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。