一种具有安全管理的电池管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有安全管理的电池管理系统。所述具有安全管理的电池管理系统通过电压传感器、温度传感器、可燃气体传感器、火焰传感器和烟雾传感器判断电池的安全状态，一旦发生热失控，可根据热失控的情况选择灭火策略，即当电池箱的温度超过温度阈值、温度变化速率过快、电池箱的电压超过电压阈值、电压变化速率过快以及可燃气体浓度超过阈值时，主控单元可命令灭火装置喷射气体灭火介质，并对电池进行降温；当电池箱内出现明火或烟雾浓度超过阈值时，主控单元可命令灭火装置喷射固体灭火介质。

A battery management system with security management

The invention relates to a battery management system with security management. The safety management of the battery management system through the voltage sensor, temperature sensor, gas sensor, smoke sensor and flame sensor to judge the safety state of the battery, in case of thermal runaway, can choose the fire extinguishing strategy according to thermal runaway, when the battery box temperature exceeds the threshold temperature, the temperature change rate is too fast, voltage battery box exceeds the threshold voltage, the voltage change rate is too fast and the combustible gas concentration exceeds the threshold, the main control unit can command injection gas fire extinguishing device for cooling medium, and the battery; when the battery box fire or smoke concentration exceeds the threshold, the main control unit can command the fire extinguishing device of solid injection extinguishing medium.

【技术实现步骤摘要】
一种具有安全管理的电池管理系统
本专利技术涉及一种具有安全管理的电池管理系统，具体涉及动力电池组的信息采集及安全管理。
技术介绍
随着能源危机与环境污染等问题的日益突出，新能源交通得到国家政策的大力扶持，电动汽车的发展如火如荼。我国已成为全球最大的新能源汽车生产国和第一大市场。随着电动汽车的增多，其安全问题逐渐暴露，着火事件时有发生，电动汽车的电池安全管理功能越来越受到重视。公交运输部2015年已下发文件，明确动力电池箱要具有灭火功能。具有安全管理的电池管理系统市场前景广阔。电池发生安全事故，与电池内部构成物质和电池使用方式直接相关。电池在使用过程中方式不当，如过充电、过放电、外部和内部短路、挤压、碰撞和高温等可能会导致电池内部化学物质发生反应，使电池内部生成大量的热造成电池热失控。热失控过程是温度由低到高的渐变过程，分为启动、加速、失控3个阶段，当内部温度在电池滥用情况下急剧上升时，各反应同时进行，在短时间内产生大量的热，若不有效制止，最终将导致电池的着火或爆炸，造成严重的安全事故。目前，电动客车所用电池管理系统具有基本的安全管理功能，如过压保护、欠压保护、过流保护等，缺乏直接对电池状态的监控。灭火功能通过附加的灭火装置实现，灭火装置和电池管理系统分别由不同的厂商独立设计。灭火装置布局上与电池箱相对独立，对车辆有一定的改造，并存在部分功能重叠，安装复杂，灭火方式属于舱外灭火，无法进行早期预警和电池包内灭火，发现时机仅限于已经起火并已在电池包外产生烟雾或火焰等燃烧特征，其效果只能延缓火势，增加逃离时间，对电池灭火作用有限。中国专利CN203556075U提出了一种电动汽车电池恒温箱自动灭火装置。通过在电池仓内安装温度、烟雾、压力传感器，检测车载电池的火灾信号和电池箱内的压力信号，实现自动灭火功能。该专利检测的是电池仓的温度、烟雾和压力，检测时机为热失控发生以后。灭火方式通过电动真空泵将电池箱空气抽尽，使箱内达到真空实现。对电池箱结构需要完全密封，结构复杂，经济成本较高。中国专利CN202366355U提出了一种用于电动汽车上的电池箱自动灭火装置。由电池箱、储液罐、传感器(温度和烟雾)、控制器和管道构成。每个电池箱内安装温度和烟雾传感器，灭火剂存储在储液罐内，通过管道连通到各个电池箱。当检测到火情时通过管道喷射灭火剂。该专利通过检测电池箱内温度和烟雾启动灭火，检测时机为电池发生热失控以后。灭火介质为泡沫灭火剂和水的混合液，需要布置管道，结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的：本专利技术的目的在于提供一种具有安全管理策略和执行控制功能的电池管理系统，有利于动力电池安全状态的检测和干预控制，大力提升电动汽车动力电池的安全性。根据本专利技术，提供一种具有安全管理的电池管理系统，其特征在于，包括：主控单元、电流传感器和一个或更多个电池箱；每个电池箱包括：电池包；电压传感器，被配置为检测电池包的电压值；温度传感器，被配置为检测电池箱的温度；可燃气体传感器，被配置为检测电池箱内的可燃气体浓度；散热装置，被配置为对电池包进行热管理；灭火装置，被配置为当电池发生热失控时对电池包喷射灭火介质；采集单元，采集电压传感器检测到的电池包的电压值、温度传感器检测到的电池包的温度以及可燃气体传感器检测到的可燃气体浓度，并发送至所述主控单元；电流传感器，被配置为检测所有电池箱的总电流值，并将所述总电流值发送至所述主控单元；其中，所述主控单元被配置为接收采集单元发送的电池包的电压、电池包的温度、可燃气体浓度以及电池箱的总电流值，实时监测电池荷电状态，并实时监测电池箱的热状态，当电池发生热失控时，执行向所述散热装置发出热管理命令以控制所述散热装置对电池包进行热管理，以及向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射灭火介质中的至少一个操作。根据本专利技术的一个实施例，可燃气体传感器检测的可燃气体浓度包括一氧化碳浓度、甲烷浓度和氢气浓度中的至少一种。根据本专利技术的一个实施例，所述灭火装置是多脉冲灭火装置，包括多个灭火器，其中，一部分灭火器包含气体灭火介质，另一部分灭火器包含固体灭火介质。根据本专利技术的一个实施例，所述电池箱还包括火焰传感器，被配置为检测电池箱内的明火。根据本专利技术的一个实施例，所述电池箱还包括烟雾传感器，被配置为检测电池箱内的烟雾浓度。根据本专利技术的一个实施例，当温度传感器检测到所述电池箱的温度超过温度阈值时或者温度变化速率超过温度变化速率阈值时，所述主控单元执行向所述散热装置发出热管理命令以控制所述散热装置对电池包进行热管理，以及向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射气体灭火介质中的至少一个操作。根据本专利技术的一个实施例，当电压传感器检测到所述电池箱的电压超过电压阈值时或者电压变化速率超过温度变化速率阈值时，所述主控单元执行向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射气体灭火介质操作。根据本专利技术的一个实施例，当可燃气体传感器检测到所述电池箱内的可燃气体浓度超过可燃气体浓度阈值时，所述主控单元执行向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射气体灭火介质操作。根据本专利技术的一个实施例，其特征在于，当烟雾传感器检测到电池箱内的烟雾浓度超过烟雾浓度阈值时或者当火焰传感器检测到电池箱内的明火时，所述主控单元执行向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射固体灭火介质操作。根据本专利技术的一个实施例，所述主控单元还被配置为根据电池荷电状态来通过充电机对电池箱充电或通过电动机来对电池箱放电。本专利技术的有益效果：采用电池电压、温度、气体成分等多参数综合判断策略，准确监测电池热状态，发现时机早，准确率高，误判率低。能够快速准确预测电池的温度发展趋势，进行早期预警。实时采集电池箱体内多种可燃气体成分，通过可燃气体成分分析判定电池热失控发展的状态和趋势。根据电池安全状态等级输出散热和灭火控制联动信号或报警提示信号，对电池安全状态进行干预控制。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的具有安全管理的电池管理系统的示意框图。图2是根据本专利技术的实施例的具有安全管理的电池管理系统的传感器的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：在本专利技术的示例性实施例中，通过采集电池相关可测量的参数(电流、电压、温度、气体成分等)，通过安全管理策略进行电池安全状态评估，根据评估结果，触发安全控制设备，同时进行通信报警。灭火时机较早，可在热失控初期进行控制，实现舱内灭火，灭火效果好。图1是根据本专利技术的实施例的具有安全管理的电池管理系统的示意框图。如图1所示，具有安全管理的电池管理系统包括主控单元以及n个电池箱，主控单元和n个动力电池箱之间通过CAN总线1(CANBUS1)连接。此外，主控单元和整车控制器之间通过CAN总线2(CANBUS2)连接，以与整车控制器进行通信。主控单元还可和强电控制单元通信，以根据电池荷电状态控制充电机/电动机对n个电池箱进行充电/放电操作。在实施例中，每个电池箱包括采集单元(采集单元1-采集单元n)、电池包(电池包1-电池包n)、灭火装置(即灭火装置1-灭火装置n)、和散热装置(散热装置1-散热装置n)。在示例中，每个电池箱还包括检测电池包的电压值的电压传感器、检测电池箱的温度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有安全管理的电池管理系统，其特征在于，包括：主控单元、电流传感器和一个或更多个电池箱；每个电池箱包括：电池包；电压传感器，被配置为检测电池包的电压值；温度传感器，被配置为检测电池箱的温度；可燃气体传感器，被配置为检测电池箱内的可燃气体浓度；散热装置，被配置为对电池包进行热管理；灭火装置，被配置为当电池发生热失控时对电池包喷射灭火介质；采集单元，采集电压传感器检测到的电池包的电压值、温度传感器检测到的电池包的温度以及可燃气体传感器检测到的可燃气体浓度，并发送至所述主控单元；电流传感器，被配置为检测所有电池箱的总电流值，并将所述总电流值发送至所述主控单元；其中，所述主控单元被配置为接收采集单元发送的电池包的电压、电池包的温度、可燃气体浓度以及电池箱的总电流值，实时监测电池荷电状态，并实时监测电池箱的热状态，当电池发生热失控时，执行向所述散热装置发出热管理命令以控制所述散热装置对电池包进行热管理，以及向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射灭火介质中的至少一个操作。

【技术特征摘要】
1.一种具有安全管理的电池管理系统，其特征在于，包括：主控单元、电流传感器和一个或更多个电池箱；每个电池箱包括：电池包；电压传感器，被配置为检测电池包的电压值；温度传感器，被配置为检测电池箱的温度；可燃气体传感器，被配置为检测电池箱内的可燃气体浓度；散热装置，被配置为对电池包进行热管理；灭火装置，被配置为当电池发生热失控时对电池包喷射灭火介质；采集单元，采集电压传感器检测到的电池包的电压值、温度传感器检测到的电池包的温度以及可燃气体传感器检测到的可燃气体浓度，并发送至所述主控单元；电流传感器，被配置为检测所有电池箱的总电流值，并将所述总电流值发送至所述主控单元；其中，所述主控单元被配置为接收采集单元发送的电池包的电压、电池包的温度、可燃气体浓度以及电池箱的总电流值，实时监测电池荷电状态，并实时监测电池箱的热状态，当电池发生热失控时，执行向所述散热装置发出热管理命令以控制所述散热装置对电池包进行热管理，以及向所述灭火装置发出灭火命令以控制所述灭火装置对电池包喷射灭火介质中的至少一个操作。2.根据权利要求1所述的具有安全管理的电池管理系统，其特征在于，可燃气体传感器检测的可燃气体浓度包括一氧化碳浓度、甲烷浓度和氢气浓度中的至少一种。3.根据权利要求1所述的具有安全管理的电池管理系统，其特征在于，所述灭火装置是多脉冲灭火装置，包括多个灭火器，其中，一部分灭火器包含气体灭火介质，另一部分灭火器包含固体灭火介质。4.根据权利要求3所述的具有安全管理的电池管理系统，其特征在于，所述电池箱还包括火焰传感器，被配置为检测电池箱内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开春，李建明，杨斌，郑再平，蒋建文，周海平，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11