一种电池系统、系统架构及监控方法技术方案

本发明专利技术提供了一种电池系统监控方法，包括：用温度检测作为电池异常的第一判据；设定单体电池的充电及放电时温度报警阈值；计算单体电池温度随时间的上升率并设定阈值；根据气候对设定的温度报警阈值及单体电池温度的上升率阈值做实时修正；对异常发热的单体电池的分布做定位及统计判断，确定电池包已经进入热失控，警告人员尽快离开车厢。本发明专利技术所述的一种电池系统、系统架构及监控方法，可以避免：模块里有一节将要损坏的单体过热，目前广泛应用的电压检测迟迟不能发现，导致电池损坏甚至电池包起火的事故。相信，有很多电池起火是由于损坏的单体没有及时发现导致的，所以，尽管检测大量单体的温度造成系统造价上升，电池包的安全性大大提高。安全性大大提高。安全性大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种电池系统、系统架构及监控方法


[0001]本专利技术属于电池
，尤其是涉及一种电池系统、系统架构及监控方法。

技术介绍

[0002]在现有的电池工业以及电动汽车中，大量使用电池模块，其由小容量的单体(cell)电池并联而成，这样做的原因有很多，其中之一是成本考虑。这些小容量单体并联以达到电池系统所需要的容量，再由模块串联达到所需要的电压，如图1所示。这就是现有大多数电动汽车里面的电池包的连线方式。
[0003]由于单体电池在过度充满以及过度放空时，都会发热，造成电池包损坏甚至起火，因此在一般使用时，对每一节单体的电压都要监控。当单体电压升到某一设定值或者降到某一设定值的时候，监控电路通知计算机，警告司机采取措施，避免安全事故，如图2所示。在这张图中，假定所用的单体电池是大容量的，所以它们不需要使用并联模块。请注意在单体串联电路里，各单体电压是可以自由升降变化的。这样的架构使用电压监控完全没有问题。
[0004]对于使用小容量单体并联而成的电池模块，电压监控方法与图2相同，这在图1中已经表明。这就是现有大多数电动汽车电池包的现状。本专利下面指出这里存在的安全隐患。
[0005]图3是图1的电池系统中的一个并联模块，由5节单体电池并联而成。在一个新电池包中，每一个单体的性能都基本相同，它们在充放电时，充满以及放空时的电压都基本相同，单体电池能够做到几乎同时充满或者同时放空。但是，随着长期使用，电池老化，一段时间以后，这5节单体电池在充满以及放空时往往不会是同时的，不可避免地有的先(充满或放空)有的后。如果把图3的模块拆开，单独量每一节单体的电压就会发现，它们的电压是不同的。
[0006]但是，不拆开图3的模块，这种电压的差别是量不出来的，这是电路的欧姆定律所决定的。由于单体电池的内阻以及导线的电阻都很小，整个模块的电压永远是剩余电量(放电时)或未充满空间(充电时)最大的那一节单体决定的。这种现象称之为电压钳制。即由于并联，每一节单体的电压是不能自由变化的，都被钳制到容量最大的那一节单体的电压。
[0007]因此，对于图1的测量电路，量出的电压永远是每个模块中剩余容量/空间最大的那一节单体的电压，这样的监控不能及时发现模块里那些容量减小、存在隐患的单体电池。
[0008]假定模块中有一节单体电池A，它的容量受损减少了，在充电时它很快就充满了。而其他单体还没有充满，因此量得的模块电压不会继续上升到假如把A单独放进图2的单体电池串里那样。于是模块继续充电，A开始发热。如果到模块里所有的单体都充满时，A的发热没有触发报警或者事故，这件事就过去了，没有被发现。如果运气不好，在所有的单体都充满前，A的发热触发了警报甚至造成了起火，事故就发生了。
[0009]假定模块中有一节单体电池B，它的容量受损减少了，在放电时它很快就放空了。而其他单体还在放电，因此量得的模块电压不会继续下降到假如把B单独放进图2的单体电
池串里那样。于是模块继续放电，B开始发热。如果到模块里所有的单体都放空时，B的发热没有触发报警或者事故，这件事就过去了，没有被发现。如果运气不好，在所有的单体都放空前，B的发热触发了警报甚至造成了起火，事故就发生了。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种电池系统、系统架构及监控方法，以解决电压钳制现象；要想测量每一个并联单体的电压是不可能的，除非在每一个单体支路上串联一个电阻，这又是不可能做到的，因为充放电电流很大，这样做是荒谬的；同样，要测量每一个单体支路的电流也是不现实的。
[0011]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0012]一方面，提供一种电池系统监控方法，利用采集的温度信号为电池系统监控报警的第一判断依据。
[0013]将系统安全状态报警设成三个等级(1)某单体电池温度越过阈值。这种情况可以不一定是故障如靠近大热源。(2)某单体电池温度上升率超过阈值。这种情况可能导致起火，但是断开电路可能解除报警。(3)热失控：上面第二种情况的单体电池数目超过一个规定的值并且位置连成一片，此时切断电路不能解除报警，电池包将自行燃烧，人员必须马上撤离。
[0014]具体包括以下步骤：
[0015]S1、设定单体电池的充电及放电时温度报警阈值；
[0016]S2、计算单体电池温度随时间的上升率并设定阈值；
[0017]S3、根据气候对设定的温度报警阈值及单体电池温度的上升率阈值做实时修正；
[0018]S4、对超过温度报警阈值的单体电池的分布做定位及统计判断，超过温度报警阈值的单体电池判定为温度异常，进一步判断温度上升率是否超过设定阈值，若超过则确定电池包已经进入将要起火状态，再进一步从将要起火的电池的分布密集程度，判定电池包已经进入热失控状态，警告人员尽快离开车厢。
[0019]进一步的，步骤S2中计算单体电池温度随时间的上升率具体过程包括：
[0020]从t＝0时刻开始记录温度，每隔1秒记录一次；
[0021]计算t＝t0时刻与t＝0时刻的温度差，除以t0，即得到温度上升率，单位为度/秒。
[0022]进一步的，对超过温度报警阈值的单体电池的分布做定位及统计判断，过程包括以下内容：
[0023]在有几个电池温度超过温度报警阈值时，将两个发生异常的相邻电池A和B的距离置为0，如果B和C相邻，而C也发生异常，则将A和C的距离也置为0；
[0024]一个单体电池有26个相邻电池，结构定义为：在一个正方形上有一个3x 3的点阵，其中处于正当中的单体标注为A；将3片正方形点阵垂直叠起来成为一个立方体，则其中第二层点阵的A即为当下讨论的单体电池；因此，一个单体电池有26(＝3x3x3
‑
1)个相邻电池。
[0025]当电池系统有N个电池发生温度异常时，监控每一个电池与余下N
‑
1个电池中每一个电池的距离，当任何电池的相邻电池(包括上面A
‑
B
‑
C定义的0距离电池)里距离为0的电池数超过预先设定个数，宣布电池系统将要热失控。
[0026]在一方面，提供一种电池系统架构，适用于上述所述的一种电池系统监控方法，包
括多个串联的电池模块；
[0027]每个电池模块包括多个相互并联的单体电池；
[0028]每个单体电池分别对应一个温度监控传感器，温度监控传感器用于监控单体电池的温度。
[0029]进一步的，包括一个以上多路复用器，每个温度监控传感器的输出端连接多路复用器，用于对温度监控传感器获取的温度信号进行切换。
[0030]进一步的，多路复用器输出端连接有模数转换器，模数转换器的输出端连接微处理器，模数转换器把温度监控传感器获取的温度信号转换成数字信号。
[0031]在一方面，提供一种电池系统，该电池系统的架构采用上述任一所述的一种电池系统架构。
[0032]相对于现有技术，本专利技术所述的一种电池系统、系统架构及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池系统监控方法，其特征在于，利用采集的温度信号为电池系统监控报警的第一判断依据，温度信号超过设定的阈值则认为系统安全异常；具体包括以下步骤：S1、设定单体电池的充电及放电温度报警阈值；S2、计算单体电池温度随时间的上升率并设定阈值；S3、根据气候对设定的温度报警阈值及单体电池温度的上升率阈值做实时修正；S4、对超过温度报警阈值的单体电池的分布做定位及统计判断，超过温度报警阈值的单体电池判定为温度异常，进一步判断温度上升率是否超过设定阈值，若超过则确定电池包已经进入将要起火状态，再进一步从将要起火的电池的分布密集程度，判定电池包已经进入热失控状态，警告人员尽快离开车厢。2.根据权利要求1所述的一种电池系统监控方法，其特征在于：步骤S2中计算单体电池温度随时间的上升率具体过程包括：从t＝0时刻开始记录温度，每隔1秒记录一次；计算t＝t0时刻与t＝0时刻的温度差，除以t0，t0是一个需要日后确定的时间，即得到温度上升率，单位为度/秒，设置温度上升率阈值的同时设定一个观察时长T，在T时间段里，温度上升率都超过阈值，系统才报警。3.根据权利要求2所述的一种电池系统监控方法，其特征在于：对超过温度报警阈值的单体电池的分布做定位及统计判断，过程包括以下内容：在有几个电池温度超过温度报警阈值时，将两个发生异常的相邻电池A和B的距离置为0，如果B和C相邻，而C也发生异常，则将A和C的距离也置为0；一个单体电池有26个相邻电池，结构定义为：在一个正方形上有一个3x 3的点阵，其中处于正当中的单体标注为A；将3片正方形的点阵垂直叠成为一个立方体，则其中第二层点阵的A为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊毅，唐兴宇，
申请(专利权)人：奕顺龙能源科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：