电池包热失控无源检测防护系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及电池包热控制领域，具体是涉及电池包热失控无源检测防护系统及方法。


背景技术：

[0002]
近年来，储能系统对能量的贮存技术提出更高能量密度的要求，伴随着对能量贮存装置的能量密度越来越高，它面临的安全问题也越来越严峻，当前已经严重限制了高能量密度电池集成贮存装置在终端的使用。
[0003]
能量贮存装置的安全问题主要是由于电池的热失控产生的。电池内部因为异常产热反应，导致电池内部温度持续升高，继而引发更多产热副反应，导致电池起火甚至爆炸，从而严重威胁使用者的生命财产安全。
[0004]
为了改善这一问题，现有技术中采用各种有源传感器和软件策略来提高电池的使用安全特性，但是有源传感器在电池包内异常状况下存在失效、时间迟滞以及不可靠的问题，最终无法可靠有效的保证电池安全，而且系统复杂，电池包内接线繁杂，甚至由于采样线束布局不合理、控制线束设计不合理、装配不合理等问题引发电池包安全隐患。为了规避有源传感器和线控输出在电池包内的不利因素，本发明利用无源温感传感器和可靠的机械开关让电池包在高温状况下有效进行冷却，在热失控下有效发出告警。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供电池包热失控无源检测防护系统及方法。
[0006]
第一方面，本发明提供一种电池包热失控无源检测防护系统，包括检测回路单元和冷却回路单元，所述检测回路单元包括用于检测电池包状态的检测主电路，以及与所述检测主电路电连接的第一温控开关；所述冷却回路单元，包括用于降低电池包内温度的冷却主电路，以及与所述冷却主电路电连接的第二温控开关；
[0007]
当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，所述第一温控开关闭合、以导通所述检测主电路，所述检测主电路执行对电池包的检测指令；
[0008]
当电池包内的实时温度高于冷却温度阈值时，所述第二温控开关闭合、以导通所述冷却主电路，所述冷却主电路执行对电池包的冷却防护指令；
[0009]
其中，所述冷却温度阈值低于所述检测温度阈值。
[0010]
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一温控开关包括磁性连接的第一开关和第一磁铁，所述第一开关与所述检测主电路配合，所述第一磁铁选用居里温度与检测温度阈值相同的材料制成；
[0011]
当所述温度检测传感器检测到电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，所述第一磁铁的磁性消失，所述第一磁铁与第一开关的磁性连接失效，所述第一开关闭合、以导通所述检测主电路；
[0012]
当电池包内温度低于检测温度阈值时，所述第一磁铁的磁性为铁磁性，所述第一磁铁磁性吸附所述第一开关，所述第一开关打开、以断开所述检测主电路。
[0013]
根据第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第二温控开关包括磁性连接的第二开关和第二磁铁，所述第一开关与所述冷却主电路配合，所述第二磁铁选用居里温度与检测温度阈值相同的材料制成；
[0014]
当电池包内温度高于检测温度阈值时，所述第二磁铁的磁性消失，所述第二磁铁与所述第二开关的磁性连接失效，所述第二开关闭合、以导通所述冷却主电路；
[0015]
当电池包内温度低于检测温度阈值时，所述第二磁铁的磁性为铁磁性，所述第二磁铁磁性吸附所述第二开关，所述第二开关打开、以断开所述冷却主电路。
[0016]
根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一开关的启闭端和所述第一磁铁之间连接有第一弹簧，所述第二开关的启闭端和所述第二磁铁之间连接有第二弹簧。
[0017]
根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一磁铁采用mn-zn材质的材料制成。
[0018]
根据第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，还包括：
[0019]
告警回路单元，包括告警主电路，以及与所述告警主电路电连接的第三温控开关；当电池包内的实时温度高于告警温度阈值时，所述第三温控开关闭合、以导通所述告警主电路，所述告警主电路执行告警指令，所述告警温度阈值小于冷却温度阈值。
[0020]
根据第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第三温控开关包括磁性连接的第三开关和第三磁铁，所述第三开关与所述告警主电路配合，所述第三磁铁选用居里温度与告警温度阈值相同的材料制成；
[0021]
当电池包内的实时温度高于告警温度阈值时，所述第三磁铁的磁性消失，所述第三磁铁与所述第三开关的磁性连接失效，所述第三开关闭合、以导通所述告警主电路，所述告警主电路执行对告警指令。
[0022]
当电池包内的实时温度低于告警温度阈值时，所述第三磁铁的磁性为铁磁性，所述第三磁铁磁性吸附所述第三开关，所述第三开关打开、以断开所述告警主电路。
[0023]
根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，还包括：
[0024]
加热回路单元，包括加热主电路，以及与所述加热主电路电连接的第四温控开关；
[0025]
当电池包内的实时温度低于加热温度阈值时，所述第四温控开关闭合、以导通所述加热主电路，所述加热主电路执行对电池包的加热指令。
[0026]
根据第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述第四温控开关包括磁性连接的第四开关和第四磁铁，所述第四开关与所述加热主电路配合，所述第四磁铁选用居里温度与加热温度阈值相同的材料制成；
[0027]
当电池包内实时温度低于所述加热温度阈值时，所述第四磁铁的磁性为铁磁性，所述第四磁铁磁性吸附第四开关闭合、以导通所述加热主电路，所述加热主电路执行对电池包的加热指令。
[0028]
根据第一方面，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述第四开关的启闭端和所述第四磁铁之间连接有第四弹簧；
[0029]
当电池包内实时温度低于第四磁铁的居里温度时，所述第四磁铁为铁磁性，所述
第四磁铁通过所述第四弹簧磁性吸附所述第四开关，所述第死开关闭合、以导通所述加热主电路，所述加热主电路执行对电池包的加热指令。
[0030]
第二方面，本发明提供一种方法，包括如下步骤：
[0031]
在检测回路单元中设置与检测主电路电连接的第一热控开关，在冷却回路单元中设置与冷却主电路电连接的第二热控开关；
[0032]
当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，触发检测主电路执行对电池包的检测指令；
[0033]
当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，触发冷却主电路执行对电池包的冷却防护指令。
[0034]
与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0035]
本发明提供的电池包热失控无源检测防护系统及方法，通过在检测回路单元中设置第一温控开关，在冷却回路单元中设置第二温控开关，当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，所述第一温控开关闭合、以导通所述检测主电路；当电池包内的实时温度高于冷却温度阈值时，所述第二温控开关闭合、以导通所述冷却主电路，从而实现对动力电池热失控的无源检测，使用合适的居里温度磁性材料进行无源检测，集检测和控制功能为一体，热失控检测时效性强，执行热失效和冷却防护的指令操作无时间迟滞，对电池包热失控形成有效可靠的防护作用。
附图说明
[0036]
图1是本发明提供的电池包热失控无源检测防护系统的功能模块框图；
[0037]
图2是本发明提供的冷却回路单元的第一热控开关处于开启状态的电路示意图；
[0038]
图3是本发明提供的冷却回路单元的第一热控开关处于关闭状态的电路示意图；
[0039]
图4是本发明提供的告警回路单元的第一热控开关处于开启状态的电路示意图；
[0040]
图5是本发明提供的告警回路单元的第一热控开关处于关闭状态的电路示意图；
[0041]
图6是本发明提供的加热回路单元的第四热控开关处于开启状态的电路示意图；
[0042]
图7是本发明提供的加热回路单元的第四热控开关处于关闭状态的电路示意图；
[0043]
图8是本发明提供的电池包热失控无源检测防护方法的方法流程图。
[0044]
图中：1、检测回路单元；11、检测主电路；12、第一温控开关；2、冷却回路单元；21、冷却主电路；22、第二温控开关；221、第二磁铁；222、第二开关；3、告警回路单元；31、告警主电路；32、第三温控开关；321、第三磁铁；322、第三开关；4、加热回路单元；41、加热主电路；42、第四温控开关；421、第四磁铁；422、第四开关。
具体实施方式
[0045]
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
[0046]
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发
明作进一步详细说明。
[0047]
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
[0048]
请参考图1，本发明提供电池包热失控无源检测防护系统，包括检测回路单元1和冷却回路单元2，所述检测回路单元1包括用于检测电池包状态的检测主电路11，以及与所述检测主电路11电连接的第一温控开关12；所述冷却回路单元2包括用于降低电池包内温度的冷却主电路21，以及与所述冷却主电路21电连接的第二温控开关22。
[0049]
当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，所述第一温控开关12闭合、以导通所述检测主电路11，所述检测主电路11执行对电池包的检测指令，在电池高于检测温度阈值时，触发电池灭火器、整车断高压等动作；
[0050]
当电池包内的实时温度高于冷却温度阈值时，所述第二温控开关22闭合、以导通所述冷却主电路21，所述冷却主电路21执行对电池包的冷却防护指令；
[0051]
其中，所述冷却温度阈值低于所述检测温度阈值。
[0052]
本发明提供的电池包热失控无源检测防护系统及方法，通过在检测回路单元1中设置第一温控开关12，在冷却回路单元2中设置第二温控开关22，实现对动力电池热失控的无源检测，热失控检测时效性强，执行热失效和冷却防护的指令操作无时间迟滞，对电池包热失控形成有效可靠的防护作用。
[0053]
在一较佳实施例中，所述第一温控开关12包括磁性连接的第一开关和第一磁铁，所述第一开关与所述检测主电路11配合，所述第一磁铁选用居里温度与检测温度阈值相同的材料制成；
[0054]
当所述温度检测传感器检测到电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，所述第一磁铁的磁性消失，所述第一磁铁与第一开关的磁性连接失效，所述第一开关闭合、以导通所述检测主电路11；
[0055]
当电池包内温度低于检测温度阈值时，所述第一磁铁的磁性为铁磁性，所述第一磁铁磁性吸附所述第一开关，所述第一开关打开、以断开所述检测主电路11。本发明通过使用合适的居里温度磁性材料进行无源检测，集检测和控制功能为一体，检测时效性更强，执行热失效和冷却防护的指令操作无时间迟滞，对电池包热失控形成有效可靠的防护作用。
[0056]
在一较佳实施例中，请参考图2-3，所述第二温控开关22包括磁性连接的第二开关222和第二磁铁221，所述第一开关与所述冷却主电路21配合，所述第二磁铁221选用居里温度与检测温度阈值相同的材料制成；
[0057]
当电池包内温度高于检测温度阈值时，所述第二磁铁221的磁性消失，所述第二磁铁221与所述第二开关222的磁性连接失效，所述第二开关222闭合、以导通所述冷却主电路21；
[0058]
当电池包内温度低于检测温度阈值时，所述第二磁铁221的磁性为铁磁性，所述第二磁铁221磁性吸附所述第二开关222，所述第二开关222打开、以断开所述冷却主电路21。
[0059]
在一较佳实施例中，所述第一开关的启闭端和所述第一磁铁之间连接有第一弹簧，所述第二开关222的启闭端和所述第二磁铁221之间连接有第二弹簧。
[0060]
在一较佳实施例中，所述第一磁铁采用mn-zn材质的材料制成。
[0061]
在一较佳实施例中，还包括：
[0062]
告警回路单元3，包括告警主电路31，以及与所述告警主电路31电连接的第三温控开关32；
[0063]
当电池包内的实时温度高于告警温度阈值时，所述第三温控开关32闭合、以导通所述告警主电路31，所述告警主电路31执行告警指令，用于在电池包进入热失控状态时，发出警示信号，所述警示信号可以实现为喇叭或指示灯,所述告警温度阈值小于冷却温度阈值。
[0064]
在一较佳实施例中，请参考图4-5，所述第三温控开关32包括磁性连接的第三开关322和第三磁铁321，所述第三开关322与所述告警主电路31配合，所述第三磁铁321选用居里温度与告警温度阈值相同的材料制成；
[0065]
当电池包内的实时温度高于告警温度阈值时，所述第三磁铁321的磁性消失，所述第三磁铁321与所述第三开关322的磁性连接失效，所述第三开关322闭合、以导通所述告警主电路31，所述告警主电路31执行对告警指令。
[0066]
在一具体实施例中，所述第三磁铁321采用钕铁硼材质的材料制成，钕铁硼材料的居里温度312℃。
[0067]
当电池包内的实时温度低于告警温度阈值时，所述第三磁铁321的磁性为铁磁性，所述第三磁铁321磁性吸附所述第三开关322，所述第三开关322打开、以断开所述告警主电路31。
[0068]
在一较佳实施例中，还包括：
[0069]
加热回路单元4，包括加热主电路41，以及与所述加热主电路41电连接的第四温控开关42；
[0070]
当电池包内的实时温度低于加热温度阈值时，所述第四温控开关42闭合、以导通所述加热主电路41，所述加热主电路41执行对电池包的加热指令。
[0071]
在一较佳实施例中，请参考图6-7，所述第四温控开关42包括磁性连接的第四开关422和第四磁铁421，所述第四开关422与所述加热主电路41配合，所述第四磁铁421选用居里温度与加热温度阈值相同的材料制成；
[0072]
当电池包内实时温度低于所述加热温度阈值时，所述第四磁铁421的磁性为铁磁性，所述第四磁铁421磁性吸附第四开关422闭合、以导通所述加热主电路41，所述加热主电路41执行对电池包的加热指令。
[0073]
在本发明的一具体实施例中，所述第四磁铁421采用fe
2
p,其居里温度为215k。在本发明变换的实施例中，还可采用其他材料制成，该材料的居里温度为-5℃。
[0074]
在一较佳实施例中，所述第四开关422的启闭端和所述第四磁铁421之间连接有第四弹簧，所述第四弹簧的端部靠近所述第四开关422的启闭口；
[0075]
当电池包内实时温度低于第四磁铁421的居里温度时，所述第四磁铁421为铁磁性，所述第四磁铁421通过所述第四弹簧磁性吸附所述第四开关422，所述第死开关闭合、以导通所述加热主电路41，所述加热主电路41执行对电池包的加热指令。
[0076]
如上所述，根据本发明，利用材料在居里温度发生铁磁\顺磁转变的特点，控制开关的开启或关闭，以实现控制电路的
[0077]
请参考图8，本发明提供一种方法，包括如下步骤：
[0078]
在检测回路单元1中设置与检测主电路11电连接的第一热控开关，在冷却回路单元2中设置与冷却主电路21电连接的第二热控开关；
[0079]
当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，触发检测主电路11执行对电池包的检测指令；
[0080]
当电池包内的实时温度高于检测温度阈值时，触发冷却主电路21执行对电池包的冷却防护指令；其中，冷却温度阈值高于检测温度阈值。
[0081]
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
[0082]
本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0083]
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
[0084]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
[0085]
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(例如声音播放功能、图像播放功能等)；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0086]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的
计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实时的计算机程序产品的形式。
[0087]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0088]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0089]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0090]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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