一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，包括至少一個串聯(lián)的電池模塊構(gòu)成的電池組，該電池組的單體電池通過導(dǎo)電連接件連接，一個或至少兩個設(shè)定位置處的導(dǎo)電連接件上設(shè)有對應(yīng)的溫控器；電池組與至少一個繼電器串接，對應(yīng)的一個溫控器的觸點或至少兩個溫控器的觸點串聯(lián)后與任意一個繼電器的線圈串聯(lián)連接。本實用新型具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)包括若干個電池模塊采用串并聯(lián)方式構(gòu)成的電池組，溫控器與動力電池系統(tǒng)主回路中的繼電器配合使用，溫控器的觸點控制繼電器的線圈。通過控制線圈的供電電壓進而控制動力電池系統(tǒng)的連接與分斷，實現(xiàn)動力電池系統(tǒng)溫度對運行狀態(tài)的控制。
【專利說明】一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于動力電池領(lǐng)域，具體涉及一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源的日漸枯竭及環(huán)保要求的日益提高，電動汽車及混合動力汽車技術(shù)需求日益增長，電動/混動大巴及私家車等新能源汽車如今已經(jīng)不再陌生。作為新能源汽車領(lǐng)域中的核心部件，電池技術(shù)是直接關(guān)乎上述新能源汽車是否能夠推廣應(yīng)用的一項重大關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]截止目前為止，逐步出現(xiàn)了磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等眾多新型高能量密度電池。上述新型動力電池在應(yīng)用中要求具有能量密度高、放電倍率高、耐高低溫環(huán)境、能承受多次沖擊放電、循環(huán)壽命長等諸多技術(shù)特點。
[0004]其中，動力電池系統(tǒng)的安全性能尤為重要?？v觀國內(nèi)外眾多型號的新能源汽車，均出現(xiàn)過多次燃燒爆炸等事故，動力電池系統(tǒng)的燃燒爆炸作為技術(shù)問題均為電池系統(tǒng)熱失控。導(dǎo)致熱失控的原因眾多，包括單體電池內(nèi)部短路、外部短路、擠壓、刺穿、環(huán)境溫度等原因。熱失控事故的發(fā)生已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的一個重大技術(shù)瓶頸。
[0005]現(xiàn)有的熱失控方案主要為通過電池管理系統(tǒng)(BMS)對動力電池組進行溫度監(jiān)控，其主要工作原理為通過負溫度系數(shù)電阻(NTC)感知電池組內(nèi)各點溫度，經(jīng)處理之后判斷電池組溫度是否到達臨界值。若溫度達到臨界值，電池管理系統(tǒng)通過通信系統(tǒng)驅(qū)動電池組系統(tǒng)中的繼電器/繼電器切斷電池組主回路，停止電池組運行。
[0006]經(jīng)過實際應(yīng)用證明，通過電池管理系統(tǒng)對動力電池組進行溫度監(jiān)控，存在如下弊端:(I)獨立性不足:通過電池管理系統(tǒng)對動力電池組進行溫度監(jiān)控，需要保證電池管理系統(tǒng)可靠運行，確保電池管理系統(tǒng)電源、通信、采集、程序均正常運行。實際事故分析標(biāo)明，熱失控事故初期電池管理系統(tǒng)均不能正常工作，致使電池管理系統(tǒng)無法及時對熱失控事故進行有效處理，進而導(dǎo)致熱失控事故擴大；(2)實時性不足:電池管理系統(tǒng)在動力電池組運行過程中進行溫度監(jiān)控，統(tǒng)計分析熱失控事故，部分熱失控事故發(fā)生在電池組停止運行期間，主要原因為受到外界環(huán)境影響引起的外部短路、擠壓、刺穿。此時，電池管理系統(tǒng)處于停機狀態(tài)，無法對電池組系統(tǒng)即將發(fā)生的熱失控進行有限監(jiān)控，引起事故擴大。
[0007]綜合上述分析，對動力電池系統(tǒng)的熱失控保護應(yīng)滿足獨立性、可靠性、實時性等技術(shù)要求，確保熱失控保護系統(tǒng)能夠獨立、實時、可靠對動力電池系統(tǒng)進行監(jiān)控和保護。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的是提供一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，解決目前采用電池管理系統(tǒng)(BMS)進行溫度監(jiān)控中出現(xiàn)的獨立性、實時性、可靠性較差的問題。
[0009]為了實現(xiàn)以上目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，包括至少一個串聯(lián)的電池模塊構(gòu)成的電池組，該電池組的單體電池通過導(dǎo)電連接件連接，一個或至少兩個設(shè)定位置處的導(dǎo)電連接件上設(shè)有對應(yīng)的溫控器；所述電池組與至少一個繼電器串接，對應(yīng)的一個溫控器的觸點或至少兩個溫控器的觸點串聯(lián)后與任意一個繼電器的線圈串聯(lián)連接。
[0010]所述導(dǎo)電連接件為絕緣銅排。
[0011 ] 所述溫控器為雙金屬恒溫器。
[0012]所述繼電器線圈上連接有指示燈。
[0013]該動力電池系統(tǒng)內(nèi)串聯(lián)有至少一個帶有熔斷器的隔離開關(guān)。
[0014]本發(fā)明具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)包括若干個電池模塊采用串并聯(lián)方式構(gòu)成的電池組，該電池組的單體電池通過導(dǎo)電連接件連接，在設(shè)定位置處的導(dǎo)電連接件上設(shè)置對應(yīng)的溫控器，溫控器與動力電池系統(tǒng)主回路中的繼電器配合使用，溫控器的觸點控制繼電器的線圈。通過控制線圈的供電電壓進而控制動力電池系統(tǒng)的連接與分斷，實現(xiàn)動力電池系統(tǒng)溫度對運行狀態(tài)的控制。
[0015]溫控器采用雙金屬恒溫器，用于檢測動力電池系統(tǒng)多點溫度，其中任一點溫度達到開口溫度后，雙金屬恒溫器觸點動作；動力電池系統(tǒng)內(nèi)安裝多個雙金屬恒溫器，各金屬恒溫器采用串聯(lián)連接，增強溫控系統(tǒng)的靈敏性。雙金屬恒溫器為機械式感溫元件，無需供電電源，獨立性強、全天24小時處于工作狀態(tài)。
[0016]受溫控器控制保護的動力電池系統(tǒng)相應(yīng)狀態(tài)可通過本地?zé)艄狻MI進行相關(guān)指示。
[0017]各單體電池之間的連接使用絕緣漆處理的裸銅排。采用絕緣裸銅排可提高動力電池系統(tǒng)的散熱性能，同時由于銅排表面無可燃物質(zhì)，可有效阻斷潛在的熱失控傳播路線。
[0018]動力電池系統(tǒng)中連接含有熔斷器的隔離開關(guān)，通過隔離開關(guān)降低系統(tǒng)維護過程中的人員觸電危險。此外，動力電池系統(tǒng)內(nèi)串聯(lián)若干個快速熔斷器，進一步降低因局部外短路引起熱失控的風(fēng)險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型動力電池系統(tǒng)第一實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2為動力電池系統(tǒng)第二實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖3為繼電器控制電路第一實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4為繼電器控制電路第二實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖5為繼電器控制電路第三實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖6為繼電器控制電路第四實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖7為動力電池系統(tǒng)第三實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖8為動力電池系統(tǒng)第四實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖9為動力電池系統(tǒng)第五實施例結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及具體的實施例對本實用新型進行進一步介紹。
[0029]如圖1所示為本實用新型具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)第一實施例結(jié)構(gòu)圖，它是一個最小結(jié)構(gòu)的動力電池系統(tǒng)，由圖可知，該系統(tǒng)包括串聯(lián)的電池模塊構(gòu)成的電池組，該電池組的單體電池通過導(dǎo)電連接件連接，一個或至少兩個設(shè)定位置處的導(dǎo)電連接件上設(shè)有對應(yīng)的溫控器；該電池組與繼電器Ki (至少一個)串接，對應(yīng)的一個溫控器的觸點或至少兩個溫控器的觸點串聯(lián)后與任意一個繼電器的線圈串聯(lián)連接。
[0030]本實施例的溫控器采用雙金屬恒溫器，分為常閉型與常開型，分別在溫度上升達到臨界值后分斷或閉合觸點，發(fā)出信號。雙金屬恒溫器開口溫度(臨界值)范圍為700C _150°C，精度±3°C。動力電池系統(tǒng)內(nèi)安裝多個雙金屬恒溫器，各金屬恒溫器采用串聯(lián)連接，增強溫控系統(tǒng)的靈敏性。即動力電池系統(tǒng)內(nèi)任何一點溫度達到開口溫度(臨界值)，相應(yīng)的觸點進行分斷或閉合，輸出信號。雙金屬恒溫器為機械式感溫元件，無需供電電源，獨立性強、全天24小時處于工作狀態(tài)。
[0031]本實施例的導(dǎo)電連接件采用絕緣銅排進行電路連接，通過對動力電池系統(tǒng)中若干絕緣銅排(宜均勻取位置)表面安裝雙金屬恒溫器檢測銅排溫度。銅排與電池前后級動力電池連接，因此雙金屬恒溫器實際上檢測前后級動力電池模塊。絕緣銅排是使用絕緣漆處理的裸銅排。采用絕緣裸銅排可提高動力電池系統(tǒng)的散熱性能，同時由于銅排表面無可燃物質(zhì)，可有效阻斷潛在的熱失控傳播路線。繼電器采用TE公司的EV200系列，額定電壓900V，額定電流500A，上述型號可滿足動力電池系統(tǒng)柔性連接使用。
[0032]動力電池系統(tǒng)采用分級柔性連接方式，使用繼電器對動力電池系統(tǒng)進行分級連接。柔性連接將高達數(shù)百伏的高壓直流系統(tǒng)分割為低于60VDC的安全電壓電池模塊，通過控制繼電器實現(xiàn)對電池模塊的連接，輸出規(guī)定的電壓及功率。
[0033]該動力電池系統(tǒng)內(nèi)需要串接熔斷器，熔斷器可實現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)的整組與逐級短路及過載保護，可將短路及過載的保護范圍從動力電池系統(tǒng)整體擴展至動力電池模塊的子系統(tǒng)，保護范圍進一步擴大，有效降低了因局部外短路引起熱失控的風(fēng)險；除此之外，還需要串接隔離開關(guān)作為手動維護開關(guān)使用，將高壓直流系統(tǒng)分斷為若干低壓直流電池模塊子系統(tǒng)。綜合考慮，本實施例采用含有熔斷器的隔離開關(guān)F1、F2實現(xiàn)上述熔斷及分級功能。動力電池1旲塊子系統(tǒng)設(shè)計最聞運行電壓不聞于60VDC,為安全電壓范圍，可進一步提聞系統(tǒng)維護過程中的人員安全。
[0034]另外，雙金屬恒溫溫度保護動力電池系統(tǒng)相應(yīng)狀態(tài)可通過本地?zé)艄狻MI進行相關(guān)指示，或者通過遠程通信系統(tǒng)將相關(guān)狀態(tài)信息上傳至遠方監(jiān)控中心。
[0035]如圖2所示，本實例的電池組采用36支單體電池，由三個電池模塊串聯(lián)構(gòu)成，每個電池模塊由12支單體電池串聯(lián)，且相鄰電池模塊之間分別連接有一個繼電器K2和K3，當(dāng)然，也可以在該串聯(lián)電池組的兩端的主回路再分別串接一個繼電器Kl和K4，每個電池模塊的任意一個導(dǎo)電連接件上設(shè)置一個對應(yīng)的雙金屬恒溫器。
[0036]如圖3所示為本實用新型繼電器控制回路第一種實施例的結(jié)構(gòu)圖，，本實例設(shè)計在單體電池G6-G7、G18-G19、G24-G25之間的絕緣銅排上分別安裝雙金屬恒溫器(最好是均勻選取安裝位置)S1、S2、S3，三個溫控器均勻分布在動力電池系統(tǒng)內(nèi)；S1、S2、S3的常閉觸點串聯(lián)在繼電器Kl?K4的線圈控制回路中，Kl?K4的線圈相互并聯(lián)，通過在繼電器線圈兩端并聯(lián)閃爍指示燈Hl指示線圈的電壓狀態(tài)，并可通過轉(zhuǎn)接中間繼電器將電池組狀態(tài)本地/遠程指示。通過控制溫控器常閉觸點的分斷與開啟，間接控制繼電器線圈電壓的通斷，進而控制動力電池系統(tǒng)的分級閉合與分斷，實現(xiàn)動力電池系統(tǒng)溫度對運行狀態(tài)的控制。上述保護過程為雙金屬恒溫器檢測動力電池系統(tǒng)多點溫度，由于各雙金屬恒溫器的觸點串聯(lián)連接，只要其中任一點溫度達到開口溫度(臨界溫度)后，對應(yīng)的雙金屬恒溫器觸點動作，常閉觸點分斷，直流控制回路開路，最后實現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)多級電池模塊子系統(tǒng)的開斷控制。
[0037]如圖4所示為本實用新型繼電器控制回路第二種實施例的結(jié)構(gòu)圖，同樣是在每個電池模塊的任意一個導(dǎo)電連接件上設(shè)置一個對應(yīng)的雙金屬恒溫器，本實施例在單體電池G7-G8、G14-G15、G16-G17、G28-G29的絕緣銅排上分別安裝雙金屬恒溫器(最好是均勻選取安裝位置)S1、S2、S3、S4，四個雙金屬恒溫器均勻分布在動力電池系統(tǒng)內(nèi)；S1、S2、S3、S4的常閉觸點分別對應(yīng)串接在繼電器Kl?K4的四個線圈控制支路中，任意一個測量點溫度達到開口溫度(臨界溫度)后，對應(yīng)的雙金屬恒溫器觸點動作，常閉觸點分斷，直流控制回路開路，最后實現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)多級電池模塊子系統(tǒng)的開斷控制。上述過程最終控制流程如下:動力電池組系統(tǒng)溫度(絕緣銅排溫度)一雙金屬恒溫器觸點一繼電器線圈一繼電器常開觸點一電池組運行狀態(tài)。
[0038]另外，如圖5和圖6所示為圖3和圖4的變形結(jié)構(gòu)，圖5的結(jié)構(gòu)是圖3和圖4實施例的結(jié)合，即在各繼電器線圈的支路上分別串接一個對應(yīng)的雙金屬恒溫器觸點，同時在控制回路的干路上也串接一個雙金屬恒溫器S5的觸點，S5安裝于設(shè)定位置處的絕緣銅排上(例如G34-G35);圖6中，通過在Kl?K4每個繼電器線圈兩端分別并聯(lián)對應(yīng)并聯(lián)指示燈Hl?H4來指示對應(yīng)繼電器線圈的電壓狀態(tài)。
[0039]另外，為了對繼電器控制回路進行保護，本實施例在控制回路的主電路上串接熔斷器F3進行短路及過載保護。
[0040]如圖7?圖9所不為本實用新型動力系統(tǒng)主電路以圖1為基礎(chǔ)的其他變形結(jié)構(gòu)的實施例，這幾種實施例進采用三組電池模塊并聯(lián)構(gòu)成的電池組系統(tǒng)。
[0041]如圖7所示，在主電路的干路上設(shè)置一個繼電器K4(也可以設(shè)置多個)，每個并聯(lián)支路上不設(shè)置繼電器，在任意位置處的絕緣銅排上設(shè)置一個或多個雙金屬恒溫器，繼電器控制電路可以采用圖3?圖6的任意一種，采用Κ4控制整個并聯(lián)電池動力系統(tǒng)的開斷。
[0042]如圖8所示，在每個并聯(lián)支路上分別設(shè)置一個繼電器Kl?Κ3，在對應(yīng)的每個電池模塊的任意位置處設(shè)置一個或多個雙金屬恒溫器，繼電器控制電路可以采用圖3?圖6的任意一種，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動力電池系統(tǒng)。在采用圖4結(jié)構(gòu)的控制回路時，其原理是每個電池模塊均可以獨立控制，一個電池模塊溫度的變化所引起主電路的開斷不影響其他的電池模塊。
[0043]如圖9所示是圖7和圖8兩種實施例的組合結(jié)構(gòu)，不僅在主電路的干路上設(shè)置一個繼電器Κ4 (也可以設(shè)置多個)，并且在每個并聯(lián)支路上分別設(shè)置一個繼電器Kl?Κ3，該結(jié)構(gòu)同樣可以采用圖3?圖6的任意一種，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動力電池系統(tǒng)。
[0044]以上實施例僅用于幫助理解本實用新型的核心思想，不能以此限制本實用新型，本實用新型電池模塊的組合形式多種多樣，其控制回路中雙金屬恒溫器與繼電器線圈的連接方式也多種多樣，在此不一一列舉，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，凡是依據(jù)本實用新型的思想，對本實用新型進行變形修改或者等同替換，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上所做的任何改動，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，其特征在于:包括至少一個串聯(lián)的電池模塊構(gòu)成的電池組，該電池組的單體電池通過導(dǎo)電連接件連接，一個或至少兩個設(shè)定位置處的導(dǎo)電連接件上設(shè)有對應(yīng)的溫控器；所述電池組與至少一個繼電器串接，對應(yīng)的一個溫控器的觸點或至少兩個溫控器的觸點串聯(lián)后與任意一個繼電器的線圈串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，其特征在于:所述導(dǎo)電連接件為絕緣銅排。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，其特征在于:所述溫控器為雙金屬恒溫器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，其特征在于:所述繼電器線圈上連接有指示燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任意一項所述的具有熱失控保護功能的動力電池系統(tǒng)，其特征在于:該動力電池系統(tǒng)內(nèi)串聯(lián)有至少一個帶有熔斷器的隔離開關(guān)。
【文檔編號】H01M10/48GK203800141SQ201420208003
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】朱建錦, 謝秋, 趙艷艷 申請人:中航鋰電（洛陽）有限公司