一种动力电池失效快速监测报警装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种动力电池失效快速监测报警装置及方法，用于动力电池组中串并联的各电池单体热失效监测报警，该报警装置包括若干热敏电阻、两条热敏电阻采样线、直流电源和数据采集板，各热敏电阻分别直接或间接设置在串并联的各电池单体上且各热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥，数据采集板基于惠斯通电桥原理采集第一热敏电阻采样线传输的第一电压信号且采集第二热敏电阻采样线传输的第二电压信号，计算第一电压信号和第二电压信号之间的电势差，将电势差与电压阈值进行比较判断并在大于电压阈值时输出报警信号。该报警装置结构简单精巧、成本较低，灵敏度高，实现了动力电池组温度的实时监测，提高了动力电池组热管理的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种动力电池失效快速监测报警装置及方法。
技术介绍
锂离子电池具有比能量高、循环寿命长等优点，其广泛运用于便携消费电子产品中，近年来，随着节能减排压力加大，锂离子电池逐步在电动汽车领域得到了越来越广泛的运用。现有技术中虽然已经可以实现单个锂离子电池的可靠性的较大提高，其失效概率约为百万分之一的数量级，但是在电池汽车应用中，锂离子电池通常需要通过串并联实现大规模成组(即构成电池模组)，成组的电池模组之间的相互影响容易造成电池失效进而引发电池安全事故。再加上电动汽车工况复杂，并且当前电动汽车的电池管理的可靠性较差，故而不能针对电池的各种失效做到全面保护，锂离子电池失效通常会引起灾难性事故，致使当前电动汽车的安全事故频发，严重影响了电动汽车的使用和推广。锂离子电池失效主要是指电池因老化而失效或者因热失控而失效。电池因老化而失效是指当电池开始工作后电池容量不断衰减，内阻增加造成电池功率能力下降，进而导致失效；通常老化失效是可以预知的，即可以通过电池充放电及车辆使用里程等表征。电池热失控是指电池在温度超过某临界值后电池隔膜熔化，电池内部剧烈化学反应，造成快速放热甚至爆炸的反应，热失控失效会引起严重事故，因此是电池失效预测及防护的重点。目前的现有技术不能完全避免电池热失控，故针对电池热失控的防护主要关注于提高电池单体的热稳定性，即在电池单体间设置阻燃隔热材料或者在电池模组间设置阻燃材料，防止电池单体热失控或者局部电池热失控造成整个动力电池组热失控。这种被动防护必不可少，但是电池管理通常需要及时预测电池热失控，当前的电池管理系统大多基于温度来预测电池热失控，动力电池组系统中通常包括几千节电池单体，如果实现每节电池单体温度监控，则需要几千个温度传感器，导致安装困难、成本高等问题，因此至今的现有技术中很少能够实现动力电池单体每一节电池的温度的全部监控，即不能实现全部电池单体热失控的监控；并且在电池热失控即将发生时，电池表面温度与内部温度可能有较大差别，现有设置温度传感器的测量方式敏感性较低，故而测量及预测严重滞后，极易造成较大的经济损失和安全损害。
技术实现思路
本专利技术针对现有的动力电池组系统热管理针对电池热失控的监控存在的无法实现全部电池单体热失控的监控，并且采用温度传感器的测量方式敏感性较低，测量及预测严重滞后等问题，提供一种动力电池失效快速监测报警装置，采用在串并联的各电池单体上分别设置热敏电阻，并且各热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥的结构，结合数据采集板利用惠斯通电桥测量端电势差与电压阈值进行比较判断是否输出报警信号。该监测报警装置结构简单、成本较低，灵敏度高、实用性高，实现了动力电池组中各串并联电池单体表面温度的实时监测，提高了动力电池组热管理的安全性和可靠性。本专利技术还涉及一种动力电池失效快速监测报警方法。本专利技术的技术方案如下：一种动力电池失效快速监测报警装置，用于动力电池组中串并联的各电池单体热失效监测报警，其特征在于，包括若干热敏电阻、两条热敏电阻采样线、直流电源和数据采集板，各热敏电阻分别直接或间接设置在串并联的各电池单体上且各热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的第一顶点连接直流电源，所述惠斯通电桥的第二顶点通过第一热敏电阻采样线与数据采集板相连接，所述惠斯通电桥的第三顶点接地，所述惠斯通电桥的第四顶点通过第二热敏电阻采样线与数据采集板相连接；所述数据采集板基于惠斯通电桥原理采集第一热敏电阻采样线传输的第一电压信号且采集第二热敏电阻采样线传输的第二电压信号，计算所述第一电压信号和第二电压信号之间的电势差，将所述电势差与电压阈值进行比较判断并在大于电压阈值时输出报警信号。所述惠斯通电桥的四个桥臂上分别设置的依次串联的热敏电阻个数均相同。当各热敏电阻间接设置在电池单体上时，所述监测报警装置还包括导热片，所述导热片设置在两个以上电池单体形成的电池模组上并通过所述导热片使得电池模组上的电池单体工作温度具有一致性，所述热敏电阻设置在导热片上。所述导热片为铜片，所述热敏电阻设置在铜片的中间位置处。所述电压阈值为-0.5～+0.5V。所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。所述直流电源电压值为5V；和/或，所述监测报警装置还包括温度传感器和温度采样线，所述温度传感器设置于任意一个所述电池单体上且所述温度传感器通过温度采样线与数据采集板相连接；和/或，所述监测报警装置还包括电压采样线，任意两个相邻的所述电池单体之间通过电压采样线与数据采集板相连接。一种动力电池失效快速监测报警方法，用于动力电池组中串并联的各电池单体热失效监
测报警，其特征在于，直接或间接在串并联的各电池单体上分别设置热敏电阻，将各所述热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥，将所述惠斯通电桥的第一顶点连接直流电源，将所述惠斯通电桥的第二顶点通过第一热敏电阻采样线与数据采集板相连接，将所述惠斯通电桥的第三顶点接地，将所述惠斯通电桥的第四顶点通过第二热敏电阻采样线与数据采集板相连接；然后由所述数据采集板基于惠斯通电桥原理采集第一热敏电阻采样线传输的第一电压信号且采集第二热敏电阻采样线传输的第二电压信号，计算所述第一电压信号和第二电压信号之间的电势差，再将所述电势差与电压阈值进行比较判断并在大于电压阈值时输出报警信号。形成的所述惠斯通电桥的四个桥臂上分别设置的依次串联的热敏电阻个数均相同；和/或，当间接在串并联的各电池单体上分别设置热敏电阻时，是在两个以上电池单体形成的电池模组上设置导热片并通过所述导热片使得电池模组上的电池单体工作温度具有一致性，将热敏电阻设置在导热片上。在任意一个所述电池单体上设置温度传感器且将所述温度传感器通过温度采样线与数据采集板相连接；和/或，将任意两个相邻的所述电池单体之间通过电压采样线与数据采集板相连接。本专利技术的技术效果如下：本专利技术涉及的一种动力电池失效快速监测报警装置，用于动力电池组中的各电池单体热失效监测报警，采用在串并联的各电池单体上分别设置热敏电阻，并且各热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥的结构，结合数据采集板利用惠斯通电桥测量端(即惠斯通电桥的第二顶点和第四顶点之间)电势差与电压阈值进行比较判断是否输出报警信号。该监测报警装置结构简单精巧、布线简单、成本较低，采用热敏电阻灵敏度高、实用性高，巧妙地利用惠斯通电桥测量端电势差间接反应/体现电池单体表面的温度变化，可以针对动力电池组内所有电池单体的热失控进行预警，克服了当前电池热管理不能监测所有电池单体温度以及热失控预警反应较慢的问题，实现了动力电池组中各串并联电池单体表面温度的实时监测以及失效预测，并且提高了检测精度和预警速度，提高了动力电池组热管理的安全性和可靠性。各热敏电阻可分别直接设置在串并联的各电池单体上，即在各电池单体表面均布置热敏电阻；又或者，各热敏电阻分别间接设置在串并联的各电池单体上，此时借助导热片，针对两个以上电池单体形成的电池模组，在电池模组上设置导热片使得电池模组上的电池单体工作温度具有一致性，热敏电阻设置在导热片上实现与电池模组以及电池模组上的电池单体间接连接，导热片能较好的传热，这样不仅有利于电池模组上的电池单体工作温度一致性，而且有利于单个热敏电阻测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力电池失效快速监测报警装置，用于动力电池组中串并联的各电池单体热失效监测报警，其特征在于，包括若干热敏电阻、两条热敏电阻采样线、直流电源和数据采集板，各热敏电阻分别直接或间接设置在串并联的各电池单体上且各热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的第一顶点连接直流电源，所述惠斯通电桥的第二顶点通过第一热敏电阻采样线与数据采集板相连接，所述惠斯通电桥的第三顶点接地，所述惠斯通电桥的第四顶点通过第二热敏电阻采样线与数据采集板相连接；所述数据采集板基于惠斯通电桥原理采集第一热敏电阻采样线传输的第一电压信号且采集第二热敏电阻采样线传输的第二电压信号，计算所述第一电压信号和第二电压信号之间的电势差，将所述电势差与电压阈值进行比较判断并在大于电压阈值时输出报警信号。

【技术特征摘要】
1.一种动力电池失效快速监测报警装置，用于动力电池组中串并联的各电池单体热失效监测报警，其特征在于，包括若干热敏电阻、两条热敏电阻采样线、直流电源和数据采集板，各热敏电阻分别直接或间接设置在串并联的各电池单体上且各热敏电阻依次串联连接整体形成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的第一顶点连接直流电源，所述惠斯通电桥的第二顶点通过第一热敏电阻采样线与数据采集板相连接，所述惠斯通电桥的第三顶点接地，所述惠斯通电桥的第四顶点通过第二热敏电阻采样线与数据采集板相连接；所述数据采集板基于惠斯通电桥原理采集第一热敏电阻采样线传输的第一电压信号且采集第二热敏电阻采样线传输的第二电压信号，计算所述第一电压信号和第二电压信号之间的电势差，将所述电势差与电压阈值进行比较判断并在大于电压阈值时输出报警信号。2.根据权利要求1所述的动力电池失效快速监测报警装置，其特征在于，所述惠斯通电桥的四个桥臂上分别设置的依次串联的热敏电阻个数均相同。3.根据权利要求1或2所述的动力电池失效快速监测报警装置，其特征在于，当各热敏电阻间接设置在电池单体上时，所述监测报警装置还包括导热片，所述导热片设置在两个以上电池单体形成的电池模组上并通过所述导热片使得电池模组上的电池单体工作温度具有一致性，所述热敏电阻设置在导热片上。4.根据权利要求3所述的动力电池失效快速监测报警装置，其特征在于，所述导热片为铜片，所述热敏电阻设置在铜片的中间位置处。5.根据权利要求2所述的动力电池失效快速监测报警装置，其特征在于，所述电压阈值为-0.5～+0.5V。6.根据权利要求3所述的动力电池失效快速监测报警装置，其特征在于，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。7.根据权利要求3所述的动力电池失效快速监测报警装置，其特征在于，所述直流电源电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云鹏，杨世春，孙康风，徐健，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11