一种热失控分级报警的电池系统及分级报警方法

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种热失控分级报警的电池系统及分级报警方法。

背景技术

电池热失控是指蓄电池在恒压充电时电流和电池温度发生一种积累性的增强作用并逐步损坏。普通铅酸电池由于在正负极板间充满了液体无间隙，所以在充电过程中正极产生的氧气不能到达负极从而负极未去极化较易产生氢气随同氧气逸出电池。而对于阀控式铅酸电池来说，充电时内部产生的氧气流向负极，氧气在负极板处使活性物质海绵状铅氧化，并有效地补充了电解而失去的水。

在实际电池发生热失控的过程中包括可自行紧急应对的热失控初期、应紧急逃离的热失控危险期等。而目前电池发生热失控时，电池报警形式单一，即电池处于正常状态的不报警以及电池触发热失控状态下的报警状态，使得人员并不能对电池的热失控状态做出直观地判定。

发明内容

为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本发明提供一种热失控分级报警的电池系统及分级报警方法，解决现有电池报警单一而导致人员不能对电池的热失控状态做出直观地判定的问题。

本发明为解决其问题所采用的技术方案是：

一种热失控分级报警的电池系统，包括：

电池箱，所述电池箱内设置有电池体；

分级报警系统，所述分级报警系统设置在所述电池箱的内部，用于监测所述电池体的工作状态并能够在所述电池体处于热失控状态时，依据所述电池体的热失控程度形成不同级别预警信号。

因此，本方案巧妙利用热失控过程中电池体所产生的电压值、温度值及压力值的变化实现对电池体的使用状态做出快速判断并形成不同级别预警信号，从而实现将将虚拟的电压值、温度值及压力值转换成更加直观的分级预警信号，使得人员能够更加精准地判断电池体的实时状态及危险程度，有利于人员依据实际的情况做出更加合理地措施，从而有效避免电池系统出现误判的问题。

进一步地，所述分级报警系统还包括设置在所述泄压腔上的第一温度传感器，用于监测所述泄压腔内部的温度，或/与，设置在所述电池体上的第二温度传感器，用于监测所述电池体的实时温度。

进一步地，所述分级报警系统还包括用于监测所述电池体电压值的电压传感器。

进一步地，所述分级报警系统还包括报警器，用于形成不同级别预警信号。

本发明还公开一种分级报警方法，基于上述的热失控分级报警的电池系统，所述分级报警系统的压力传感器将监测所述电池箱内部的压力值形成压力信号，并判断所述压力信号是否满足压力热失控条件；

所述分级报警系统的第一温度传感器将监测所述电池箱内部的温度值或/与所述分级报警系统的第二温度传感器将监测所述电池体的温度值形成温度信号，并判断所述温度信号是否满足温度热失控条件；

所述分级报警系统的电压传感器将监测所述电池体的电压值形成电压信号，并判断所述电压信号是否满足电压热失控条件；

在满足任一所述压力热失控条件、所述温度热失控条件或所述电压热失控条件的情况下，判定所述电池系统发生热失控，并形成初级预警信号；

在满足任意两个所述压力热失控条件、所述温度热失控条件或所述电压热失控条件的情况下，判定所述电池系统发生热失控，并形成中级预警信号；

在所述压力热失控条件、所述温度热失控条件及所述电压热失控条件均满足热失控条件的情况下，判定所述电池系统发生热失控，并形成高级预警信号。

本发明还公开了一种分级报警方法，基于所述热失控分级报警的电池系统，该分级报警方法包括如下步骤：

所述分级报警系统的压力传感器将监测所述电池箱内部的压力值形成压力信号，并判断所述压力信号是否满足压力热失控条件；

所述分级报警系统的第一温度传感器将监测所述电池箱内部的温度值或/与所述分级报警系统的第二温度传感器将监测所述电池体的温度值形成温度信号，并判断所述温度信号是否满足温度热失控条件；

所述分级报警系统的电压传感器将监测所述电池体的电压值形成电压信号，并判断所述电压信号是否满足电压热失控条件；

在满足任一所述压力热失控条件、所述温度热失控条件或所述电压热失控条件的情况下，判定所述电池系统发生热失控，并形成初级预警信号；

在满足任意两个所述压力热失控条件、所述温度热失控条件或所述电压热失控条件的情况下，判定所述电池系统发生热失控，并形成中级预警信号；

在所述压力热失控条件、所述温度热失控条件及所述电压热失控条件均满足热失控条件的情况下，判定所述电池系统发生热失控，并形成高级预警信号。

进一步地，所述压力信号的压力值在设定时间段内均大于设定压力值时，则判断所述压力信号满足所述压力热失控条件，否则所述压力信号不满足所述压力热失控条件。

进一步地，所述温度信号的温度值在设定时间段内均大于设定温度值时，则所述温度信号满足所述温度热失控条件，否则所述温度信号不满足所述温度热失控条件。

进一步地，所述电压信号的电压值在设定时间段内均小于设定电压值时，则所述电压信号满足所述电压热失控条件，否则所述电压信号不满足所述电压热失控条件。

综上所述，本发明提供的一种热失控分级报警的电池系统及分级报警方法，具有如下技术效果：

通过在电池箱内设置分级报警系统，并巧妙利用电池体在热失控过程中电压值、温度值及压力值发生变化的规律，从而实现电池系统在热失控状态能够输出不同级别预警信号的效果，从而解决现有电池报警单一而导致人员不能对电池的热失控状态做出直观地判定的问题。

附，图说明

图1为本发明第一实施例的整体结构示意图；

图2为本发明中的电池箱的剖面结构示意图；

图3为本发明第一实施例的泄压路径示意图；

图4为本发明第二实施例的分级报警流程图。

图标：11-电池箱，111-泄压腔，12-分级报警系统，121-第一温度传感器，122-压力传感器，13-防爆阀，14-电池体。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。

第一实施例

具体请根据图1示出的一种热失控分级报警的电池系统的整体结构示意图，本发明公开了一种热失控分级报警的电池系统，包括：

电池箱11，电池箱11内设置有电池体14，此处所指的电池体14可以为电池单体，也可以为电池模组；

分级报警系统12，分级报警系统12设置在电池箱11的内部，用于监测电池体14的工作状态并能够在电池体14处于热失控状态时，依据电池体14的热失控程度形成不同级别预警信号。

在本实施例中，电池体14的工作状态即为正常充放电状态，此状态下，电池体14的电压值、温度值及电池体14所在电池箱11内的压力值保持动态恒定，相反的，电池体14处于热失控状态时，电池体14的电压值、温度值及电池体14所在电池箱11内的压力值均会相续发生变化，可参照下述的电池热失控原理，但仅作为示例，并不局限于该示例：

电池体14在受到外部机械触发的状态下，如电池体14受到挤压或者针刺等，电池体14的内部发生短路，此时，电池体14由正常充放电状态转化为热失控状态，首先电池体14的电流比较大，电解液的氢氧过电位降低，即为电压值率先发生突变，其次为电解液在电流激增下的温度逐步攀升，即为温度值逐步上升，而温度升高和电流的增大互相促进，形成高温高压气体，而高温高压气体的生成的速率远大于安全阀排气速度，使得电池箱11内的压力值随之快速增加。

因此，本方案巧妙利用电池体14发生热失控的原理，仅利用热失控过程中电池体14所产生的电压值、温度值及压力值的变化对电池体14的使用状态做出快速判断，更重要的，利用电压值、温度值及压力值的变化情况形成不同级别预警信号以更加主观、直接地警示人员。即电压值、温度值及压力值任意一项发生变化后，分级报警系统12仅输出为初级预警信号，提醒人员此时的电池体14出现部分异常，人员可根据实际的情况进行检查并做出对应的措施。电压值、温度值及压力值任意两项发生变化后，此时分级报警系统12输出中级预警信号，警示人员此时的电池体14进入危险状态，依次类推，当电压值、温度值及压力值均发生变化后，分级报警系统12输出高级预警信号，警示人员此时电池体14进入紧急状态，人员应当迅速远离电池体14，避免出现生命安全的问题。

综合上述可知，根据形成不同的预警信号输出，将虚拟的电压值、温度值及压力值转换成更加直观的分级预警信号，使得人员能够更加精准地判断电池体14的实时状态及危险程度，有利于人员依据实际的情况做出更加合理地措施，从而有效避免电池系统出现误判的问题。

优选的，具体请结合图1以及图2示出的一种热失控分级报警的电池系统中电池箱11的剖面结构示意图，电池箱11内部设置有泄压腔111，每一电池体14均能够与泄压腔111导通，用于电池体14处于热失控状态均能将气体输入泄压腔111；分级报警系统12包括设置在泄压腔111上的压力传感器122，通过压力传感器122感应检测泄压腔111的压力，形成相应的压力信号，则当电池体14发生热失控时，产生高温高压气体输入到泄压腔111内部，使得泄压腔111内部的气压增大，此时，压力传感器122检测增大气压值后快速形成压力信号并将压力信号快速传递至电池管理系统进行比对评估，达到实时监控电池体14的使用状态并进行及时反馈的目的。

意想不到的，由于泄压腔111的空间远小于电池箱11的空间，当电池体14发生热失控的初期时，所产生的高温高压的气体相对较少，而高温高压的气体集中到泄压腔111时，能够有效避免高温高压的气体在电池箱11内进行扩散，而能够沿着泄压腔111进行有序的引导、排出。更重要的在于，高温高压的气体集中到泄压腔111的内部，使得压力传感器122能够及时、快速地检测到压力值的变化，不仅提高分级报警系统12的检测精准度，还能够保证分级报警系统12发出预警信号，为人员争取更多的宝贵时间，以便于人员做出更准备的反应。

进一步的，具体根据图1所示，电池箱11上设置有至少一个与泄压腔111相导通的防爆阀13，使得引导在泄压腔111内的高温高压气体能够通过防爆阀13排出到电池箱11的外部，达到平衡电池箱11内部气压的目的。

优选的，具体结合图1以及图3示出的一种热失控分级报警的电池系统泄压路径示意图，泄压腔111环设在电池箱11的内部周侧，使得任意电池体14发生热失控时，能够第一时间将高温高压的气体输入泄压腔111。不仅有效降低了高温高压的气体对其他电池体14造成波及、损坏。更重要的，使得电池体14在热失控所产生的高温高压的气体能够更快地引导到泄压腔111内，从而实现快速疏导出电池箱11外部的目的。

进一步的，高温高压的气体进入到泄压腔111的内部，也使得泄压腔111内的温度上升，因此，具体根据图1所示，分级报警系统12还包括设置在液压腔上的第一温度传感器121，从而通过第一温度传感器121对泄压腔111内的流动气体温度进行感应，并形成温度信号传递至电池管理系统，进行比对评估，达到实时监控电池体14的使用状态并进行及时反馈的目的。

意想不到的，第一温度传感器121配合压力传感器122，不仅使得电池管理系统能够将第一温度传感器121监测的温度信号与压力传感器122监测的压力信号结合进行综合评估，而且能够有效实现分级报警系统12的分级报警目的，从而有效保证分级报警的精准度。

第一温度传感器121将监测到泄压腔111内的温度值并形成温度信号传递至分级报警系统12，分级报警系统12评估该温度信号中的温度值在逐渐上升并超过设定的温度值，则发出初级预警信号以提示人员，此时，电池体14处于过充或过放电的发热状态，人员应当在短时间内执行断电动作，以避免电池体14持续发热或继续升温的风险。当压力传感器122监测泄压腔111内的压力值并形成压力信号传递至分级报警系统12，分级报警系统12评估该压力信号在逐渐上升，也超过设定的压力值时，分级报警系统12升级为中级预警信号，警示人员此时的电池体14进入危险状态。

应当说明的，上述第一温度传感器121与压力传感器122配合监测电池体14处于过充或过放电的状态并发出的分级预警信号为示例，并不局限于该示例。

还应补充的，除上述在设置在液压腔上的第一温度传感器121，还可以在电池体14上设置第二温度传感器，第二温度传感器直接监测电池体14的温度值。其中，分级报警系统12可单独配置第一温度传感器121或第二温度传感器，但作为最优选的，第一温度传感器121与第二温度传感器组合使用。

意想不到的，第一温度传感器121与第二温度传感器结合使用，一方面，能够更加及时地监测到电池体14的实时动态，并且，当电池体14发生热失控时，能够更加快速的定位至发生热失控的电池体14上，方便人员后续做出具有针对性的应急措施，另一方面，更加有效避免分级报警系统12做出误判的风险，做出误判的风险，即分级报警系统12可综合考虑第一温度传感器121与第二温度传感器分别发出的温度信号进行评估判断电池体14的使用状态。

更进一步的，分级报警系统12还包括用于监测电池体14电压值的电压传感器。具体为，优选每一电池单体配置一电压传感器，还可以为每一电池模组配置一个电压传感器，根据电池的整机结构设计或设计需求，进行调整设定位置。电压传感器将监测到电池体14的电压值后发送至电池管理系统，进行比对评估。

此时，更进一步提高了分级报警系统12的精准度，也即，更进一步避免分级报警系统12错报误报的问题，如电池体14长期处于长期使用或长期充电的状态，分级报警系统12由第二温度传感器将监测到电池体14的温度信号可能将评估后发出初级预警信号，而分级报警系统12由电压传感器监测到电池体14的电压值处于动态稳定的状态，并且未超过电压的设定值，从而避免分级报警系统12直接发出紧急逃离的警告的问题。

除上述分级报警系统12通过电压信号实现更加综合性的评估，且实现对电池体14各方面进行完整监测的效果外，更重要的，分级报警系统12的报警级别更加细化，人员的评判更加精准，直观，也即当电池体14处于热失控状态时，分级报警系统12能够依据接收到压力信号、温度信号及电压信号后精准发出高级预警信号，警示人员此时电池体14进入紧急状态，人员应当迅速远离电池体14，避免出现生命安全的问题，同时，由于具有更充足的反应时间，也能够有效地将资产损失降到最低的程度。

为实现上述的初级预警信号、中级预警信号及高级预警信号的分级预警效果，分级报警系统12还包括报警器，用于形成不同级别预警信号。具体为，上述的第一温度传感器121、第二温度传感器、压力传感器122及电压传感器均与报警器电连接，也即由报警器接收到不同级别的预警指令后，报警器根据接收到的预警指令做出对应的信号，此处信号可以为光信号，如初级预警信号为黄色预警信号，中级预警信号为橙色预警信号，高级预警信号为红色预警信号。此处信号还可以为声音信号，则随着级别的升高，声音信号的分贝及声音频率可随着增大，或者，此处信号还可以为文字图像信号，也即将初级预警信号、中级预警信号及高级预警信号通过文字或图像进行显示。应当注意的，初级预警信号、中级预警信号及高级预警信号可以是声音信号、光信号及文字图像信号的任意两者进行组合，或者为声音信号、光信号及文字图像信号一起组合使用。

第二实施例

基于第一实施例所公开的热失控分级报警的电池系统，发明人还公开了一种分级报警方法，具体结合图1至图4所示，其包括如下步骤：

分级报警系统12的压力传感器122将监测电池箱11内部的压力值形成压力信号，并判断压力信号是否满足压力热失控条件；

分级报警系统12的第一温度传感器121将监测电池箱11内部的温度值或/与分级报警系统12的第二温度传感器将监测电池体14的温度值形成温度信号，并判断温度信号是否满足温度热失控条件；

分级报警系统12的电压传感器将监测电池体14的电压值形成电压信号，并判断电压信号是否满足电压热失控条件；

在满足任一压力热失控条件、温度热失控条件或电压热失控条件的情况下，判定电池系统发生热失控，并形成初级预警信号；

在满足任意两个压力热失控条件、温度热失控条件或电压热失控条件的情况下，判定电池系统发生热失控，并形成中级预警信号；

在压力热失控条件、温度热失控条件及电压热失控条件均满足热失控条件的情况下，判定电池系统发生热失控，并形成高级预警信号。

具体的，压力信号的压力值在设定时间段内均大于设定压力值时，则判断压力信号满足压力热失控条件，否则压力信号不满足压力热失控条件。假定该压力热失控条件的设定压力值为4KPa，设定时间为0.5s，则分级报警系统12将压力传感器122实测电池箱11内的压力值与设定压力值4KPa比对，当压力信号中实测的压力值大于设定压力值4KPa，且在0.5s内发生，则判定压力信号满足压力热失控条件，即为电池系统发生热失控。否则，压力信号不满足压力热失控条件。

同理的，温度信号的温度值在设定时间段内均大于设定温度值时，则温度信号是否满足温度热失控条件，否则温度信号不满足温度热失控条件。假定该温度热失控条件的设定温度值为65℃，设定时间为3s，则分级报警系统12将第一温度传感器121或第二温度传感器实测的温度值与设定温度值65℃比对，当温度信号中实测的温度值大于设定温度值65℃，并持续超过3s，则判定温度信号满足温度热失控条件，即为电池系统发生热失控。否则，压力信号不满足压力热失控条件。

应当说明的，上述的设定压力值、设定温度值及设定时间均可根据电池系统所应用的环境或电池设计的需求等因素进行调整更变，并不局限于上述的数值，此外，上述的温度值还可以为温升，如设定温度值为1℃/s，设定时间为1s，则分级报警系统12将第一温度传感器121或第二温度传感器实测的温度值与设定温度值比对后，温度信号中实测的温度值在1s内大于设定温度值1℃/s，则判定温度信号满足温度热失控条件。

此外，电压信号的电压值在设定时间段内均小于设定电压值时，则电压信号满足电压热失控条件，否则电压信号不满足电压热失控条件。应当注意，电压传感器所安装的位置不同(电池体14的正极或负极)或所监测的对象(电池单体或电池模组或电池箱)不同，其设定电压值将发生改变。以下作其中一示例说明，但不局限于该示例，假定电压传感器监测对象为电池单体，设定电压值为1.5V，设定时间为3s，则分级报警系统12将电压传感器实测电池箱11内的电压值与设定电压值1.5V比对，当电压信号中实测的压力值小于设定电压值1.5V，并持续超过3s，则判定电压信号满足电压热失控条件，即为电池系统发生热失控。否则，电压信号不满足压力热失控条件。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。