一种管道连通型电源系统及其安全管理方法与流程

本申请涉及电池能源的技术领域，尤其涉及一种管道连通型电源系统及其安全管理方法。

背景技术：

动力型锂离子电池是一种目前较为常用的新高能电池，因其能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已成为电动汽车的主要动力电源。目前的新能源汽车的动力电池包在设计上，主要是将单体电芯成组连接在一起组成电池包，配合bms(batterymanagementsystem，电池管理系统)对各个单体电芯的电压、温度进行监控。

然而，现有技术中的电池包能量密集，且其主要由易燃材料组成，一旦出现短路、过充等情况，单体电芯就容易发生热失控，而且因现有动力电池包的安全管理方法存在不足，无法及时对发生热失控的单体电芯进行有效隔离，单个单体电芯的热失控容易扩散到其他的单体电芯，最终导致整个电池包着火。再者，单体电芯内部出现的短路、过充等情况导致热失控乃至爆炸、火势蔓延的过程时间极短，所以大多数最后只能眼看着整个电池包着火，导致汽车烧毁，甚至连乘车人员足够的逃生时间都没有。可见，这种传统的动力电池包设计模式存在很大的弊端且安全管理方法存在较高的潜在风险。

因此，如何针对上述问题对电池包的设计方式及管理方法进行改进，已成为本领域技术人员的重要研究课题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种管道连通型电源系统，以及一种管道连通型电源系统的安全管理方法，以解决现有电池包因设计方式和管理方法存在不足，从而导致电池包存在安全隐患的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种管道连通型电源系统，包括电池包、管道连通控制装置；

所述管道连通控制装置包括外接管道，以及连通于所述外接管道的阻燃液罐；所述外接管道中设有阻燃电磁阀；

所述电池包包括若干个单体电芯；所述外接管道远离所述阻燃液罐的一端设有若干个用于对接所述单体电芯的分支管；所述阻燃液罐可通过所述外接管道，向各所述分支管输送阻燃剂或冷却剂；

各所述分支管中均设有支流电磁阀。

可选的，所述外接管道包括外接主管道，以及连通所述外接主管道与所述阻燃液罐的阻燃管道，所述阻燃电磁阀设置于所述阻燃管道中；

所述单体电芯包括电芯壳体；所述电芯壳体开设有管道通孔，所述管道通孔密封安装有连通电池内部的电池管道，所述电池管道设有电芯阀门；

所述电芯阀门处于关闭状态时，单体电芯的内部为独立环境；所述电芯阀门处于打开状态时，单体电芯的内部与外部连通，可通过所述电池管道对单体电芯补充电解液、检测单体电芯的内部气压，以及将单体电芯内部的气体排放到单体电芯的外部；当所述电池管道与所述分支管连接后，所述电芯阀门保持常开状态。

可选的，一所述分支管分别对应连接一所述单体电芯的电池管道；

所述外接管道还分别连通有压力传感器以及排气管道，所述排气管道设有排气电磁阀。

可选的，所述外接管道还连通有补液管道，所述补液管道设有补液电磁阀，且所述补液管道远离所述外接管道的一端连接有电解液补充装置。

可选的，所述阻燃管道、所述补液管道、所述排气管道和压力传感器连接所述外接管道的先后顺序不限。

可选的，所述电池包还包括电池状态监测模块；所述电池状态监测模块包括若干个布设于所述单体电芯上的状态采集模块，以及电连接于所述状态采集模块的温度监测模块以及电压监测模块；所述电池状态监测模块电连接于所述管道连通控制装置。

可选的，各所述分支管的管口分别近贴地设置在各所述单体电芯的外侧，所述阻燃液罐通过各所述分支管将阻燃剂或冷却剂逐一输送到各所述单体电芯的外侧四周。

可选的，所述电芯阀门为电磁阀或其他种类阀门。

可选的，所述单体电芯还包括设置于所述电池管道中的扣式接口，所述电池管道通过所述扣式接口密封连接所述分支管。

相应的，本发明还提供了一种管道连通型电源系统的安全管理方法，应用于上述的电源系统，包括：

获取电池包中各单体电芯的实时状态，所述实时状态包括单体电芯的温度、电压；

判断各单体电芯的温度、电压是否超过预设的监控阈值；若是，则标记超过预设的监控阈值的单体电芯处于热失控状态；

打开处于热失控状态的单体电芯所对接的的分支管中的支流电磁阀，并关闭其余分支管中的支流电磁阀；

打开阻燃电磁阀，向处于热失控状态的单体电芯输送阻燃剂或冷却剂，防止热失控往其他单体电芯扩散。

可选的，所述“获取电池包中各个单体电芯的实时状态，所述实时状态包括温度、电压”之前，还包括：

获取电池包各单体电芯的内部气压；

判断内部气压是否超过预设压力阈值，若是，则打开各支流电磁阀以及排气电磁阀，将单体电芯内部的气体排放到电池包外。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种管道连通型电源系统及其安全管理方法，该电源系统的电池包的各个单体电芯对应有分支管，电池状态监测模块一旦监测到某个单体电芯出现异常热现象或电压异常情况，可实时快速响应，在不干扰其他单体电芯的前提下，管道连通控制装置就会单独打开与该单体电芯对应的分流电磁阀，并随即打开阻燃电磁阀，将阻燃液罐中的阻燃液或冷却液通过外接管道的分流管单独输送给该单体电芯，从而对发生异常单体电芯进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种管道连通型电源系统的结构示意图；

图2为一种单体电芯的结构示意图；

图3为另一种管道连通型电源系统的结构示意图；

图4为一种管道连通型电源系统的安全管理方法的流程图。

图示说明：

10、电池包；110、单体电芯；111、电池管道；112、电芯阀门；121、状态采集模块；122、温度监测模块；123、电压监测模块；

211、外接管道；212、分支管；213、支流电磁阀；221、阻燃液罐；222、阻燃电磁阀；223、阻燃管道；231、压力传感器；232、排气管道；233、排气电磁阀；241、补液管道；242、电解液补充装置；243、补液电磁阀。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

请参阅图1和图2，图1为一种管道连通型电源系统的结构示意图，图2为一种单体电芯的结构示意图，该电源系统包括：

一种管道连通型电源系统，包括电池包10、管道连通控制装置；

管道连通控制装置包括外接管道211，以及连通于外接管道211的阻燃液罐221；外接管道211中设有阻燃电磁阀222；其中，该阻燃液罐221内可用于存放液氮、水、水溶液、或其他阻燃液体或冷却液；

所述电池包10包括若干个单体电芯110；所述外接管道211远离所述阻燃液罐221的一端设有若干个用于对接所述单体电芯110的分支管212；所述阻燃液罐221可通过所述外接管道211，向各所述分支管212输送阻燃剂或冷却剂；

各所述分支管212中均设有支流电磁阀213；阻燃液罐221通过外接管道211的分支管212单独向每个单体电芯110输送阻燃剂或冷却剂。

而且，电池包10还包括电池状态监测模块；电池状态监测模块包括若干个布设于单体电芯110上的状态采集模块121，以及电连接于状态采集模块121的温度监测模块122以及电压监测模块123；电池状态监测模块电连接于管道连通控制装置。具体的，状态采集模块121用于采集单体电芯110当前的温度和电压状态，而温度监测模块122和电源监测模块可对每个单体电芯110当前的温度和电压进行监测；

在具体的实施过程中，电池包10的各个单体电芯110对应有分支管212，电池状态监测模块一旦监测到某个单体电芯110出现异常热现象或电压异常情况，可实时快速响应，在不干扰其他单体电芯110的前提下，管道连通控制装置就会单独打开与该单体电芯110对应的分流电磁阀，并随即打开阻燃电磁阀222，将阻燃液罐221中的阻燃液或冷却液通过外接管道211的分流管单独输送给该单体电芯110，从而对发生异常单体电芯110进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯110扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包10甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包10的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

其中，如图2所示，单体电芯110括电芯壳体；电芯壳体开设有管道通孔，管道通孔密封安装有连通电池内部的电池管道111，电池管道111设有电芯阀门112；其中，管道通孔可以方形孔也可以是圆孔，具体可根据实际情况而定；电池管道111和管道通孔之间设有一些用于密封电池的结构，具体可以是密封圈、扣式接口或粘胶等；在本实施例中，采用扣式接口作为密封电池的构件，具体的，单体电芯110还包括设置于电池管道111中的扣式接口，电池管道111通过所述扣式接口密封连接分支管212，管道接通时扣式接口将单体电芯110与外接连通，管道脱离时扣式接口自动断开，使单体电芯110的内部形成独立空间；

而且，该电芯阀门112可根据实际需求选用人工开关的机械阀，亦可以采用电动控制的电磁阀，而本实施例中，电芯阀门112为电磁阀；

电芯阀门112处于关闭状态时，单体电芯110的内部为独立环境；电芯阀门112处于打开状态时，单体电芯110的内部与外部连通，可通过电池管道111对单体电芯110补充电解液、检测单体电芯110的内部气压，以及将单体电芯110内部的气体排放到单体电芯110的外部；当电池管道111与分支管212连接后，电芯阀门112保持常开状态。

单体电芯110设置一个可将电池内部与外部进行连通的电池管道111，而且该电池管道111设有电芯阀门112，可根据实际情况开启或关闭该电池管道111，一般情况下，该电芯阀门112为关闭状态，使电池内部构成一个封闭环境，电池可正常充放电；当电芯阀门112打开时，电池即可通过电池管道111往外排出气体或更换、补充电解液时；该单体电芯110结构简单，也便于管理，符合新能源安全性的发展需求。

需要特别说明的是，本实施例不应被限制于此，本管道连通型电源系统还包括：

进一步的，如图1所示，外接管道211包括外接主管道，以及连通于外接主管道与阻燃液罐221之间的阻燃管道223，阻燃电磁阀222设置于阻燃管道223中；

而且，一分支管212分别对应连接一单体电芯110的电池管道111；

需要说明的是，在实际的运作中，一旦电源系统中某个单体电芯110出现异常热现象或电压异常情况，可实时快速检测并响应，在不干扰其他单体电芯110的前提下，管道连通控制装置就会单独打开与该单体电芯110对应的分流电磁阀，并随即打开阻燃电磁阀222，将阻燃液罐221中的阻燃液或冷却液通过外接管道211的分流管单独输送到该单体电芯110的内部，从而在电池内部对电池进行阻燃或者冷却降温，进而对发生异常单体电芯110进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯110扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包10甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包10的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

进一步的，外接管道211还分别连通有压力传感器231以及排气管道232，排气管道设有排气电磁阀。

在实际的运作中，管道连通控制装置开启支流电磁阀213，并通过压力传感器231检测各单体电芯的内部气压值；一旦该气压值达到所设预设阈值时，管道连通控制装置就会开启排气电磁阀,使个单体电芯110的内部与排气管道232连通，及时排出电池内部产生的气体，防止电芯壳体变形或炸裂，同时也助于维持电池内部构造部件极片间的松紧度，保持电池性能；再者，通过上述的设计方式，可以免去传统单体电芯中的短路保护装置(ssd)和防爆阀，优化装配流程，提高生产效率。

进一步的，外接管道211还连通有补液管道241，补液管道241设有补液电磁阀243，且补液管道241远离外接管道211的一端连接有电解液补充装置242。

具体的，外接管道211也可以用于更换或补充电解质；在电池使用到一定时长后，电池内的电解液会损耗或老化，此时，即可依次打开支流电磁阀213、补液电磁阀243，通过电解液跟换装置对单体电芯110内的电解液进行更换或者补充，从而提高电池包10的使用寿命，达到环保节能的目的。

需要说明的是，阻燃管道221、补液管道241、排气管道232和压力传感器231连接外接管道211的先后顺序不限，其不影响具体的功能实现；

可见，本实施例中公开了一种管道连通型电源系统，该电源系统的电池包10的各个单体电芯110均对应有分支管212，一旦监测到某个单体电芯110出现异常热现象或电压异常情况，可实时快速检测并响应，在不干扰其他单体电芯110的前提下，管道连通控制装置就会单独打开与该单体电芯110对应的分流电磁阀，并随即打开阻燃电磁阀222，将阻燃液罐221中的阻燃液或冷却液通过外接管道211的分流管单独输送给该单体电芯110，从而对发生异常单体电芯110进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯110扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包10甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包10的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上作出优化，使本电源系统可适用于封闭型电池包10，请参阅图3，该图示为另一种管道连通型电源系统的结构示意图，该电源系统具体包括：

电池包10、外接管道211，以及连通于外接管道211的阻燃液罐221；外接管道211与阻燃液罐221之间设有阻燃电磁阀222；其中，该阻燃液罐221内可用于存放液氮、水、水溶液、或其他阻燃液体或冷却液；

电池包10包括若干个单体电芯110；外接管道211远离阻燃液罐221的一端设有若干个与单体电芯110对应的分支管212；

各分支管212均设有支流电磁阀213，且各分支管212独立控制；

而且，电池包10还包括电池状态监测模块；电池状态监测模块包括若干个布设于单体电芯110上的状态采集模块121，以及电连接于状态采集模块121的温度监测模块122以及电压监测模块123；电池状态监测模块电连接于管道连通控制装置。具体的，状态采集模块121用于采集单体电芯110当前的温度和电压状态，而温度监测模块122和电源监测模块可对每个单体电芯110当前的温度和电压进行监测；

具体的，各分支管212的管口分别近贴地设置在各单体电芯110的外侧，阻燃液罐221通过各分支管212将阻燃剂或冷却剂逐一输送到各单体电芯110的外侧四周。

在具体的实施过程中，电池包10的各个单体电芯110对应有分支管212，电池状态监测模块一旦监测到某个单体电芯110出现异常热现象或电压异常情况，可实时快速检测并响应，在不干扰其他单体电芯110的前提下，管道连通控制装置就会单独打开与该单体电芯110对应的分流电磁阀，并随即打开阻燃电磁阀222，将阻燃液罐221中的阻燃液或冷却液通过外接管道211的分流管单独输送到该单体电芯110的四周，使将该单体电芯110与其他单体电芯110进行隔离并阻燃、冷却，从而对发生异常单体电芯110进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯110扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包10甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包10的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

实施例三

相应的，本发明还提供了一种管道连通型电源系统的安全管理方法，适用于实施例一或实施例二中所提及的电源系统，请参阅图4，该图示为一种管道连通型电源系统的安全管理方法的流程图，该方法具体包括以下步骤：

s1：获取电池包中各单体电芯的实时状态，所述实时状态包括单体电芯的温度、电压；

具体的，电池包还包括电池状态监测模块；电池状态监测模块包括若干个布设于单体电芯上的状态采集模块，通过电池状态监测模块的状态采集模块获取电池包中各个单体电芯的实时状态；

s2：判断各单体电芯的温度、电压是否超过预设的监控阈值；若是，则标记超过预设的监控阈值的单体电芯处于热失控状态；

具体的，电池状态监测模块包括电连接于状态采集模块的温度监测模块以及电压监测模块，温度监测模块和电源监测模块可对每个单体电芯当前的温度和电压进行监测，并判断每个单体电芯的温度、电压是否超过预设的监控阈值；

s3：打开处于热失控状态的单体电芯所对接的的分支管中的支流电磁阀，并关闭其余分支管中的支流电磁阀；

具体的，电源系统在打开处于热失控状态的单体电芯所对应的支流电磁阀的同时，关闭其余的支流电磁阀，可防止其他正常的单体电芯受到干扰，影响电池的功能发挥；

s4：打开阻燃电磁阀，向处于热失控状态的单体电芯输送阻燃剂或冷却剂，防止热失控往其他单体电芯扩散；

具体的，电源系统打开阻燃电磁阀，将阻燃液罐中的阻燃液或冷却液通过外接管道的分流管单独输送给该单体电芯，从而对发生异常单体电芯进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

可见，本发明提供的一种管道连通型电源系统的安全管理方法，当某个单体电芯发生异常热现象或电压异常时，可实时快速检测并响应，在不干扰其他单体电芯的前提下，将阻燃液罐中的阻燃液或冷却液通过外接管道的分流管单独输送给该单体电芯，从而对发生异常单体电芯进行快速遏制，阻止热失控向其他单体电芯扩散，避免其进一步蔓延烧毁整个电池包甚至烧毁车辆，有效地提高了电池包的安全性，保护驾驶员或乘客的人身安全和财产。

针对实施例一中所提及电源系统，本实施例还包括，步骤s1“获取电池包中各个单体电芯的实时状态，实时状态包括温度、电压”之前，还包括：

s01：获取电池包各单体电芯的内部气压；

具体的，外接管道还连通有压力传感器，管道连通控制装置开启支流电磁阀，并通过压力传感器检测各单体电芯的内部气压值；

s02：判断内部气压是否超过预设压力阈值，若是，则打开各支流电磁阀以及排气电磁阀，将单体电芯内部的气体排放到电池包外；

具体的，管道连通控制装置根据压力传感器反馈的压力值判断内部气压是否超过预设压力阈值；一旦该气压值达到所设预设阈值时，管道连通控制装置就会开启排气电磁阀,使个单体电芯的内部与排气管道连通，及时排出电池内部产生的气体，防止电芯壳体变形或炸裂，同时也助于维持电池内部构造部件极片间的松紧度，保持电池性能。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。