一种电池热失控检测系统的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型涉及新能源汽车电池安全监控技术领域，尤其涉及一种电池热失控检测系统。其包括智能仪表、后台监控中心及设置于电池箱内部的热失控探测器，其特征在于，所述热失控探测器包括数据采集装置和主控装置；所述数据采集装置用于采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数并传送给所述主控装置；所述主控装置包括CPU核心处理模块、通讯传输模块、执行装置控制模块；本实用新型还涉及一种电池热失控检测方法，包括判断火焰值是否大于等于预先设定的火焰阈值；对温度、气体及烟雾参数进行数据过滤处理，提取特征值；将上述参数综合处理，决定启动灭火装置灭火或给出预警信号。有益效果是：使检测系统能准确把握灭火时机，能使隐患及时处置。
【专利说明】
-种电池热失控检测系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及新能源汽车电池安全监控技术领域，尤其设及一种电池热失控检 测系统。
【背景技术】
[0002] 电动汽车的安全事故主要来自电池热失控导致的燃烧或爆炸，电池作为电动汽车 的储能单元，其能量如果通过燃烧或爆炸释放，威力及其巨大，极易造成人员伤亡。电池热 失控导致燃烧或爆炸的原因是某只电忍热失控形成的热量无法有效散发，聚集在一起形成 高溫环境导致相邻电忍产生连锁热失控，继而热量持续累积，导致燃烧或爆炸。若在热失控 早期热量被有效散发或引导，则电池的热失控可W避免，运在相关研究与试验中可W证明。 问题在于，电池储能太多，目前尚无一种材料或者技术能够短时间内将如此多的热量吸收 掉或者散发出去。灭火药剂的应用是目前应用较多的一种技术手段，其目的在于避免明火 导致的热量快速扩散而引发的快速燃烧或爆炸，使得整个电池包的燃烧暂缓发生，为乘员 争取逃生时间。发展电池早期预警的检测技术W提供人员的反应时间，避免因单体电池失 效而传递给其他电池造成更大的遭难是极其关键的。因此，需要一个经济、实用、有效的检 测系统能够在早期检测出电池处于热失控并且在必要的时候对电池进行热失控抑制或火 灾控制，且需要极低的误报率和误动作率W避免引起不必要的恐慌和损失。
[0003] 在现有技术的系统中，一般的有W下两种方式来实现预警。
[0004] -是热失控通过电池部分电极和溫度传感器之间的接触来检测(几十到几百支单 体电忍组成的一个电池包中，一般设置不超过8只溫度传感器）。其缺点在于即若只有一只 单体电池发生热失控时，也必须将溫度传感器安排在所有单体电池的电池位置来检测。否 贝1J，如果溫度传感器仅安排在一个或几个电极处，远离溫度传感器的单体电池发生的热失 控只有在下面情况下才能被检测出来：即有大量的足W抵达溫度传感器的热量散发出来。 但当远离故障单体电池的溫度传感器检测到溫度变化时，此时故障的单体电池已经可能损 坏，甚至已经波及到周边单体电池，有可能已经形成了不可挽回的损失。因为在故障电池热 失控的热量作用下，与热故障电池相邻的单体电池已达到或超过导致其引发热失控的外界 溫度条件，即热失控连锁反应已经形成，甚至可能造成极为迅猛的火灾。现有已知的系统通 过部署尽量多的溫度传感器来解决运些问题，然而运会导致系统成本极为昂贵，安装更加 复杂，且由于极为繁杂的线束，运又降低电池组的可靠性和安全性。
[0005] 二是通过不与电忍接触的烟雾或/和溫度传感器来检测热失控。在传感器数值大 于某个阔值时，启动灭火装置，或通过一定算法判断出现热失控燃烧的时间区间。其缺点在 于不能准确判断热失控的后期阶段，即不能检测到热失控导致燃烧发生的可能性，也不能 预知导致燃烧的准确时刻，从而不能为灭火剂的喷射提供准确的依据。
[0006] 综上所述，现有电池热失控检测主要通过W下方式实现:利用溫度、单体电压变化 或/和烟雾传感器检测，通过设定阔值或算法分析确定预警级别并启动冷却或灭火装置。其 缺点：1、通过数据分析只能判定热失控导致燃烧的大致时间范围，不能确定明火出现的准 确时刻，错失启动冷却/灭火装置的最佳时机;2、如果为了争取时机而选择超前处置，则可 能形成误处理，如错误启动消防装置，导致整个电池箱受损，使整个电池箱因为启动灭火装 置而需要更换处置。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种能确认明火发生时间的电池热失 控检测系统。
[0008] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电池热失控检测系统，包括 智能仪表、后台监控中屯、及设置于电池箱内部的热失控探测器，其特征在于，所述热失控探 测器包括数据采集装置和主控装置；
[0009] 所述数据采集装置用于采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数并传 送给所述主控装置;所述数据采集装置包括烟雾浓度传感器、气体浓度传感器、溫度传感器 W及火焰传感器；
[0010] 所述火焰传感器用于检测电池箱内出现明火的准确时刻，为后期热失控的抑制手 段提供动作依据；
[0011] 所述主控装置包括CPU核屯、处理模块、通讯传输模块、执行装置控制模块；
[0012] 所述CPU核屯、处理模块，用于接收数据采集装置传输的当前热失控参数，并对所述 当前热失控参数进行分析处理W判断是否出现热失控和监测热失控过程。
[0013] 所述主控装置还用于当所述CPU核屯、处理模块判断出当前区域出现热失控时，向 后台监控中屯、发送热失控报警信息。
[0014] 本实用新型的有益效果是:在检测电池的溫度值、气体浓度值及烟雾浓度值等热 失控参数信息的基础上，融合火焰传感器检测火焰光信息，有利于准确判断热失控的发展 阶段，特别是热失控后期阶段，即检测热失控导致燃烧的准确时刻，为后期热失控的抑制手 段提供动作依据，提高热失控检测的准确率。既不延误时机，又不因为过早启动灭火装置而 造成损失。
[0015] 在上述技术方案的基础上，本实用新型还可W做如下改进。
[0016] 进一步，所述通讯传输模块为Zigbee无线传输模块、GPRS(General Packet Radio Service)通讯模块、CAN(Contrc)Iler Area化twork)接口模块或因特网接口模块；
[0017] 通讯传输模块用于传输自身健康状态、热失控信息、动作信息，并用于接收外部命 令；
[0018] 采用上述进一步方案的有益效果是，便于将电池箱中的热失控信号传输到汽车整 车控制器VCU(Vehicle Control Unit)或电池管理系统BMS(Battery Management System)。
[0019] 进一步，所述执行装置控制模块，用于接收CPU核屯、处理模块信号，并向动作执行 装置发出电压、电流和/或频率控制信号，用于启动动作执行装置。
[0020] 采用上述进一步方案的有益效果是，用于及时的给执行装置发送启动信号。
[0021 ]进一步，所述动作执行装置，包括灭火装置和/或冷却装置；
[0022]所述灭火装置用于接收所述主控装置发送的处理信号，并根据信号适启动灭火装 置；
[0023] 所述冷却装置用于接收所述主控装置发送的处理信号，用于控制电池环境溫度。
[0024] 采用上述进一步方案的有益效果是，可W不同预警等级采取相应的处理措施。
[0025] 进一步，所述后台监控中屯、包括计算机监控系统、汽车整车控制器VCU及电池管理 系统BMS;所述后台监控中屯、用于接收主控装置的信号，检测主控装置的工作状态、报警信 号和动作信号，用于对所述智能仪表发出状态信息和报警信号;所述智能仪表用于接收主 控装置的信息或后台监控中屯、的信号，发出声和/或光的警示信号；
[0026] 采用上述进一步方案的有益效果是，便于形成整车的电池管理系统。
【附图说明】
[0027] 图1为本实用新型的一种电池热失控检测系统结构示意图；
[0028] 图2本实用新型的一种电池热失控检测方法流程框图；
[0029] 图3为本实用新型预警系统的曲线示意图；
[0030] 图4~图8为本实用新型热失控探测器在不同电池箱组合中安置位置结构示意图；
[0031] 在图1到图8中，1、热失控探测器；11、数据采集装置；12、主控装置;2、动作执行装 置;3、智能仪表;4、后台监控中屯、;5、电池管理系统；19、无线;20、电池箱。
【具体实施方式】
[0032] W下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0033] 如图1到图3所示，一种电池热失控检测系统，包括智能仪表3、后台监控中屯、4及设 置于电池箱20内部的热失控探测器1，所述热失控探测器1包括数据采集装置11和主控装置 12；
[0034] 所述数据采集装置11用于采集电池箱20内部的各个检测节点的当前热失控参数 并传送给所述主控装置12;所述数据采集装置11包括烟雾浓度传感器、具有气敏纳米颗粒 结构的气体传感器、溫度传感器W及火焰传感器；
[0035] 所述火焰传感器用于检测电池箱内出现明火的准确时刻，为后期热失控的抑制手 段提供动作依据；
[0036] 所述主控装置11包括CPU核屯、处理模块121、通讯传输模块122、执行装置控制模块 123；
[0037] 所述CPU核屯、处理模块121，用于接收数据采集装置11传输的当前热失控参数，并 对所述当前热失控参数进行分析处理W判断是否出现热失控和监测热失控过程。
[0038] 所述主控装置12还用于当所述CPU核屯、处理模块121判断出当前区域出现热失控 时，向后台监控中屯、5发送热失控报警信息。
[0039] 所述通讯传输模块121为Zigbee无线传输模块、GPRS通讯模块、CAN接口模块或因 特网接口模块;通讯传输模块121用于传输自身健康状态、热失控信息、动作信息，并用于接 收外部命令；
[0040] 所述执行装置控制模块123,用于接收CPU核屯、处理模块121信号，并向动作执行装 置2发出电压、电流和/或频率控制信号，用于启动动作执行装置2。
[0041 ]所述动作执行装置2，包括灭火装置和/或冷却装置；
[0042] 所述灭火装置用于接收所述主控装置发送的处理信号，并根据信号适启动灭火装 置；
[0043] 所述冷却装置用于接收所述主控装置发送的处理信号，用于控制电池环境溫度。
[0044] 所述热失控探测器还具有一路联动设备电源开关。当探测到电池热失控发生时， 会启动此电源开关，启动联动装置，如电池热管理系统，W给电池降溫。
[0045] 所述后台监控中屯、5包括计算机监控系统、汽车整车控制器VCU及电池管理系统 BMS;所述后台监控中屯、5用于接收主控装置12的信号，检测主控装置12的工作状态、报警信 号和动作信号，用于对所述智能仪表3发出状态信息和报警信号;所述智能仪表3用于接收 主控装置12的信息或后台监控中屯、5的信号，发出声和/或光的警示信号；
[0046] 如图4-8所示，为本实用新型热失控探测器1在不同电池箱20组合中安置位置结构 示意图；
[0047] 图4为一个电池箱的情况，所述热失控探测器安装在电池箱20内，并通过智能仪表 显示检测状态；
[0048] 图5为两个W上电池箱的情况，电池箱中分别设置热失控探测器1，并集中到智能 仪表3处理；
[0049] 图6为另一种方式，将热失控探测器及电池管理系统均设置在电池箱20中，热失控 探测器通过电池管理系统5给智能仪表传输信号；
[0050] 图7为多个电池箱中分别设置热失控探测器及电池管理系统，并集中到智能仪表 处理的情况；
[0051] 图8为多个电池箱中分别设置热失控探测器，并通过热失控探测器中的通讯传输 模块Wzigbee通信方式1則尋检测参数传输到电池管理系统及智能仪表的情况。
[0052] 采用上述电池热失控检测系统，其具体控检测方法如下：
[0053] (1)、数据采集装置11将实时采集到的各个检测节点的当前热失控参数传输给CPU 核屯、处理模块121;所述参数包括溫度值、气体浓度值、烟雾浓度值及火焰参数;并同时进行 如下第(2)和第(3)步：
[0054] (2)、判断火焰值是否大于等于预先设定的火焰阔值;是则执行第(6)步，否则循环 执行第(1)步；
[0055] (3)、CPU核屯、处理模块121对溫度、气体及烟雾参数进行数据过滤处理，提取特征 值；
[0056] (4)、判断特征值是否大于等于预先设定的相应阔值;是则执行第(5)步，否则循环 执行第(1)步；
[0057] (5)、当超过阔值时，再判断是否为环境因素影响；是则执行第(6)步；如果该参数 是环境因素影响则循环执行第(1)步；
[005引（6)、将溫度值、烟雾浓度值、气体浓度值的特征值或/和火焰参数综合处理，确定 预警级别：当预警级别达到需要给出预警信号的需要时，给出预警信号，并循环执行第（1) 步，同时采取降溫措施;若预警级别达到启动灭火装置的需要，给出预警信号的同时启动灭 火装置灭火，并循环执行第(1)步，同时采取降溫措施。
[0059]所述第(6)步将溫度值、烟雾浓度值、气体浓度值的特征值或/和火焰参数综合处 理，处理步骤如下：
[0060] (I)根据检测到各个当前热失控参数建立溫度、烟雾浓度及气体浓度随时间得变 化曲线；
[0061] (2)当所述溫度、烟雾浓度及气体浓度均出现急速增大时确定一个时间段At作为 高危预警段；
[0062] (3)在上述高危预警段，如果检测到火焰传感器数据出现明火，则立即启动灭火装 置;如果无明火信号则显示相应参数高危警示。
[0063] 下面对各个步骤进行进一步的说明：
[0064] 在上述第（1)步中，设置于电池箱或电池包附近各个检测节点的热失控探测器中 的数据采集装置实时采集各个检测节点的当前热失控参数，比如当前溫度值、当前气体浓 度值、当前烟雾浓度值W及当前火焰信号等参数，其中，检测的气体主要为CO,也包括02、 C02、C2H2、CH4等气体。本实用新型之所W检测电池的当前溫度值、当前气体浓度值、当前烟 雾浓度值W及火焰信息，主要是因为运些参数能够表征电池的热失控情况。当电池的溫度 过高或者气体浓度过高或者烟雾浓度过高时，电池有可能出现热失控。当电池箱内的光谱 和频率值在火焰光的特有频带范围内时，说明电池热失控已导致燃烧。
[0065] 数据采集装置采集了电池附近的各个检测节点的当前溫度值、当前气体浓度值、 当前烟雾浓度值W及火焰信息后，将其传输给主控装置中的CPU核屯、处理模块，由CPU核屯、 处理模块对其进行分析处理。
[0066] 根据火焰光对应的光谱和频率范围进行检测。若当前环境中有明火出现，火焰传 感器会检测出来并上传给CPU核屯、处理模块。
[0067] 在上述第（2)步中，CPU核屯、处理模块根据各个检测节点火焰传感器采集到的数 据，判断是否有明火出现，若有明火出现则执行第(6)步，否则循环执行第(1)步；
[0068] 在上述第(3)步中，CPU核屯、处理模块对接收到的各个检测节点的当前溫度值、烟 雾浓度值、气体浓度值进行数据过滤处理，提取本次采样数据的特征值；
[0069] 在上述第(4)步中、将提取的特征值与对应的预设阔值进行比较，若所述特征值超 出预设阔值，则执行第(5)步;若所述特征值未超出预设阔值，则循环执行第(1)步；
[0070] 即若特征值超出对应的预设阔值，则表明电池可能发生了热失控，因此再判断是 否为环境因素影响所致。所述环境因素比如车辆在特定高溫环境，或行驶在又烟雾的区域 AfrAfr 寸寸O
[0071] 另外，若连续检测的N个当前溫度值均超过溫度阔值，则判定电池出现热失控的可 能性很大，执行第(6)步，同时确定明火出现的确切时间，启动动作执行装置对热失控区域 进行热失控控制处理，其中，通常N的取值为2~20,对应一段时间，也就是说在一段时间内， 检测的电池的溫度值均超过高溫阔值，则表示电池极有可能出现热失控，通过当前的光谱 和频率信号进一步分析是否发生热失控及启动动作执行装置进行热失控的最佳时间。
[0072] 在上述第(5)步中、判断是否为环境因素影响，若为环境因素影响，则循环执行第 (1)步;若不为环境因素影响，则执行第(6)步；
[0073] 具体的，利用当前所有节点的特征提取值，建立横向实时数据队列;若实时队列中 有一个或一个W上数据未超出所述预设阔值，则判定当前本地数据为非环境因素影响;若 横向实时数据队列数据均超出所述预设阔值，则判定为环境因素影响；利用复合趋势算法 进行所述特征值的趋势判断，若在预定时间内各特征值为上升趋势变化，则判定为非环境 因素影响;若中间时间至尾段为下降趋势变化，判定为环境因素影响。
[0074] 另外，本方法对溫度、气体浓度及烟雾浓度分别设定预定数量级别的预警阔值，将 提取的特征值与对应级别的预警阔值进行比较，当超过对应级别的预警阔值且经过步骤S4 判断出不为环境因素影响时，按相应的级别分别发出预警及启动动作执行装置指令。更进 一步的说，分别根据当前检测节点的当前溫度值对应的预警级别、当前气体浓度值对应的 预警级别W及当前烟雾浓度值对应的预警级别，总结出当前检测节点对应的预警级别，执 行第(6)步。
[0075] 在上述第(6)步中、将上述分析得出的预警级别同火焰传感器的检测结果作对比， 消除误报警，按相应预警级别报警并确定启动动作执行装置的最佳时间，对热失控区域进 行热失控控制处理。
[0076] 确定启动执行装置的最佳时间判断原理如下：
[0077] 如图3所示，表示溫度、烟雾浓度及CO浓度随时间得变化曲线：
[0078] 其中，0-tl段为各项参数指标正常时间段，系统不警示不报警；
[0079] tl-t2段为溫度、气体、烟雾值出现异常，有可能电池已出现热失控时间段，其中在 t2点附近(见图3中At时间段)为高危预警段，即通过溫度、气体、烟雾数据提取特征值，经 过分析判断是即将出现明火的时间段；
[0080] 在该时间段采取如何处置措施依据溫度、气体、烟雾数据则难于明确界定，也是权 衡处置后果难于决断的时间段。运时需要火焰传感器提供信号，即准确的抓住时间点，果断 处置。
[0081] 具体的参见表1;
[0082]
[0083] 表1特征值、火焰信号及判定结果对应关系表
[0084] 表1中，在烟雾、气体、溫度特征值栏，"r代表已经进入上述高危预警段，"0"在高 位预警段前；
[0085] 在火焰信号栏，"r代表又火焰信号，"0"代表无火焰信号；
[0086] 在最终判定结果栏，"r代表按照相应预警级别启动动作执行装置，"0"代表不启 动执行装置，但可W发出预警。
[0087] 若由烟雾、溫度、气体等数据提取的特征值分析电池出现热失控（即为"n，而火 焰传感器未检测到明火（即为"〇")，则判定为不启动动作执行装置（即为"〇")，避免烟雾等 数据分析错误造成的误报警；
[0088] 若由烟雾、溫度等数据提取的特征值分析电池状态正常，火焰传感器检测到火焰 光信号，判定为不启动动作执行装置，W排除由于热福射、电磁干扰、机械振动等干扰因素 造成的火焰传感器假报警；因为在出现明火之前总有溫度等参数的积累变化，因此必然伴 随着运些参数异常。
[0089] 若由烟雾、溫度等数据提取的特征值分析电池出现热失控，且火焰传感器探测到 明火信号，则按相应预警级别启动动作执行装置，由火焰探测数据判断明火出现的准确时 亥IJ，启动动作执行装置对热失控进行处理。
[0090] 上述任何参数特征值出现T'时，系统将给出异常提示信号。
[0091] W上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用W限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种电池热失控检测系统，包括智能仪表、后台监控中心及设置于电池箱内部的热 失控探测器，其特征在于，所述热失控探测器包括数据采集装置和主控装置； 所述数据采集装置用于采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数并传送给 所述主控装置;所述数据采集装置包括烟雾浓度传感器、气体浓度传感器、温度传感器以及 火焰传感器； 所述火焰传感器用于检测电池箱内出现明火的准确时刻，为后期热失控的抑制手段提 供动作依据； 所述主控装置包括CPU核心处理模块、通讯传输模块、执行装置控制模块； 所述CHJ核心处理模块，用于接收数据采集装置传输的当前热失控参数，并对所述当前 热失控参数进行分析处理以判断是否出现热失控和监测热失控过程。2. 根据权利要求1所述的电池热失控检测系统，其特征在于，所述通讯传输模块为 Zigbee无线传输模块、GPRS通讯模块、CAN接口模块或因特网接口模块。3. 根据权利要求1所述的电池热失控检测系统，其特征在于，所述执行装置控制模块， 用于接收CHJ核心处理模块信号，并向动作执行装置发出电压、电流和/或频率控制信号，用 于启动动作执行装置。4. 根据权利要求3所述的电池热失控检测系统，其特征在于，所述动作执行装置，包括 灭火装置和/或冷却装置； 所述灭火装置用于接收所述主控装置发送的处理信号，并根据信号适启动灭火装置； 所述冷却装置用于接收所述主控装置发送的处理信号，用于控制电池环境温度。5. 根据权利要求1所述的电池热失控检测系统，其特征在于，所述后台监控中心包括计 算机监控系统、汽车整车控制器VCU及电池管理系统BMS;所述后台监控中心用于接收主控 装置的信号，检测主控装置的工作状态、报警信号和动作信号，用于对所述智能仪表发出状 态信息和报警信号;所述智能仪表用于接收主控装置的信息或后台监控中心的信号，发出 声和/或光的警示信号。
【文档编号】H01M10/637GK205680751SQ201620484988
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月25日 公开号201620484988.8, CN 201620484988, CN 205680751 U, CN 205680751U, CN-U-205680751, CN201620484988, CN201620484988.8, CN205680751 U, CN205680751U
【发明人】张立磊
【申请人】烟台创为新能源科技有限公司