一种电池包安全防护氧气浓度控制方法、系统和车辆

技术领域

本发明属于新能源车辆动力电池安全防护领域，具体涉及一种电池包安全防护氧气浓度控制方法、系统和车辆。

背景技术

随着锂离子电池在新能源汽车的大规模应用，其安全问题日益凸显。目前应用在新能源汽车中的电池包的内环境通常为空气环境，由于空气中含有大量的氧气，当电池包出现安全问题时，空气中的氧气会加剧电池包着火、爆炸的风险。

针对上述风险，目前新能源汽车通常利用电池包的安全预警系统进行防护。安全预警系统主要通过电池包内部设置温感和烟感传感器，来监控电池系统的运行情况，电池包外安装七氟丙烷、气溶胶等气体灭火装置，电池包发生热失控时进行灭火。在申请公开号为CN109316687B的中国发明专利申请文件中公开了一种电池系统的灭火方法及电池系统。该申请的电池系统包括电池管理系统BMS、电池模组、气体传感器和灭火装置。BMS接收气体传感器采集的易燃易爆气体的浓度值，根据该浓度值确定风险等级，当风险等级超过第一风险告警值时，启动灭火装置，通过灭火装置向电池模组喷射灭火气体。

在现有技术中常常是在热失控后进行灭火处理，然而一旦发生热失控时的异常信号反馈不及时，就会导致灭火装置不能及时进行灭火处理，从而导致电池包热失控后的着火或爆炸，因此，在现有技术中缺少有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸的防护方法。

发明内容

本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制方法、系统和车辆，用以解决现有技术中缺少有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸的防护方法的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制方法，其包括当车辆处于行车或充电状态时，根据电池包中的氧气浓度判断是否需要置换，若需要置换，则对电池包内进行气体置换，以使电池包内的氧气浓度满足要求，若不需要置换，则基于电池包内的压力判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境；当车辆处于静置状态时，则基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，以使电池包内的压力为微正压环境。

上述技术方案的有益效果为：在车辆处于行车或充电状态下，若电池包内的气体的氧气浓度或压力不满足要求，则向电池包内的输入氧气浓度符合要求的气体，在车辆处于静置状态下，基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，从而控制电池包内的气体的氧气浓度满足要求或处于微正压环境，不管车辆处于何种状态，能够使车辆电池包内氧气浓度满足设定要求，进而有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸。

进一步地，为了更加准确地使电池包内的气体的氧气浓度满足要求，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制方法，包括若需要置换，则根据车辆需求置换次数进行置换，所述车辆需求置换次数与车辆前一次静置时长有关。

进一步地，为了更加准确地使电池包内的气体的氧气浓度满足要求，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制方法，包括所述车辆需求置换次数等于车辆前一次行车或充电状态时的未完成的置换次数与由前一次静置时长确定的置换次数的和。

进一步地，为了更加准确地使电池包内的气体处于微正压环境，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制方法，包括基于电池包内的压力判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境的步骤包括：实时确定电池包内压力是否小于第一压力值，若所述电池包内压力不小于所述第一压力值，则不进行充气，若所述电池包内压力小于所述第一压力值，则向所述电池包内充气直至所述电池包内压力等于第二压力值，以使所述电池包内处于微正压环境，所述第一压力值小于所述第二压力值。

进一步地，为了更加准确地使静置状态下的车辆的电池包内的气体处于微正压环境，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制方法，包括基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，以使电池包内的压力为微正压环境的步骤包括：判断车辆唤醒的时间是否大于充电后的时长阈值，若是，则对电池包进行充气，直至电池包内的压力为微正压环境，若不是，则电池包进行一次充气。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制系统，其包括整车空压机，用于提供压缩空气；氮气制造模块，用于接收所述整车空压机输出的压缩空气并生成氧气浓度满足目标浓度的目标气体，将所述目标气体输送到储气筒和/或电池包中；储气筒，用于接收并存储所述目标气体；传感器模块，设置于所述电池包中，并用于检测所述电池包内的气体的氧气浓度和压力，以生成氧气浓度信号和压力信号；控制器，用于判断车辆状态并接收所述氧气浓度信号和所述压力信号，若车辆状态为行车或充电状态，则基于所述氧气浓度信号判断是否需要置换，若需要置换，则控制所述氮气制造模块向所述电池包内进行气体置换，以使所述电池包内的氧气浓度满足要求，若不需要置换，则基于所述压力信号判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境；当车辆处于静置状态时，则基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，以使电池包内的压力为微正压环境。

进一步地，为了更加准确地使电池包内的气体的氧气浓度满足要求，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制系统，包括若需要置换，则根据车辆需求置换次数进行置换，所述车辆需求置换次数等于车辆前一次行车或充电状态时的未完成的置换次数与由前一次静置时长确定的置换次数的和。

进一步地，为了更加准确地使静置状态下的车辆的电池包内的气体处于微正压环境，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制系统，包括基于所述压力信号判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境的步骤包括：所述控制器基于所述压力信号实时确定所述电池包内压力是否小于第一压力值，若否，则不进行充气，若是，则向所述电池包内充气直至所述电池包内压力等于第二压力值，以使所述电池包内处于微正压环境，所述第一压力值小于所述第二压力值。

进一步地，为了准确地获得满足氧气浓度满足目标浓度的气体，本发明提供了一种电池包安全防护氧气浓度控制系统，还包括限流阀，所述限流阀用于连接所述氮气制造模块和所述储气筒，所述限流阀对所述氮气制造模块输出的气体进行流量限制。

本发明还提供一种车辆，包括电池包，所述车辆还包括上述所述的电池包安全防护氧气浓度控制系统。

附图说明

图1是本发明的电池包安全防护氧气浓度控制方法的流程图；

图2是本发明的电池包安全防护氧气浓度控制系统的原理框图一；

图3是本发明的电池包安全防护氧气浓度控制系统的原理框图二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

电池包安全防护氧气浓度控制方法实施例：

本实施例提供一种电池包安全防护氧气浓度控制方法。电池包安全防护氧气浓度控制方法可以简称为氧气浓度控制方法。根据本实施例的氧气浓度控制方法能够有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸。

图1是本发明的电池包安全防护氧气浓度控制方法的流程图。

在本实施例中，氧气浓度控制方法包括确定车辆状态。车辆状态包括行车状态、充电状态和静置状态。当车辆处于行车或充电状态时，根据电池包中的氧气浓度判断是否需要置换，若需要置换，则对电池包内进行气体置换，以使电池包内的氧气浓度满足要求，若不需要置换，则基于电池包内的压力判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境。

具体地，如图1所示，判断电池包中的氧气浓度是否满足要求，若不满足要求，则需要对电池包内进行气体置换。若需要置换，则根据车辆需求置换次数进行置换。其中，车辆需求置换次数与车辆前一次静置时长有关。车辆前一次静置时长即车辆在当前行车或充电状态之前的静置时长。另外，还需要确认车辆前一次行车或充电状态时的未完成的置换次数。未完成的置换次数是指前一次行车或充电状态时需求总置换次数与进入静置状态前已完成的置换次数的差值。车辆需求置换次数等于车辆前一次行车或充电状态时的未完成的置换次数与由前一次静置时长确定的置换次数的和。由前一次静置时长确定的置换次数例如为前一次静置时长的两倍。车辆需求置换次数满足N1＝N-N0+Q*2。其中N1表示车辆需求置换次数。N表示前一次行车或充电状态时需求总置换次数。N为非负数。N1≤N。N1取整数，其中若计算获得的N1是小数时，采用向上取整的方式获得相应的整数。N0表示进入静置状态前已完成的置换次数。Q表示静置时长，单位是小时。其中，置换是指向车辆的电池包内充入符合氧气浓度要求的气体，并将不合格的气体从电池包排出。在执行N1次气体置换后，能够使得换电池包内的气体环境的氧气浓度满足目标浓度。由此，能够更加准确地使电池包内的气体的氧气浓度满足要求。

在本实施例中，如图1所示，若不需要置换，则车辆进入微正压充气模式。在微正压充气模式下，基于电池包内的压力判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境。具体地，实时确定电池包内压力是否小于第一压力值，若电池包内压力不小于第一压力值，则不进行充气。若电池包内压力小于第一压力值，则向电池包内充气直至电池包内压力等于第二压力值。第一压力值小于第二压力值。在这种情况下，能够更加准确地控制电池包内处于微正压环境，由此，能够保证外界环境中的氧气无法进入电池包，从而使得在行车或充电的过程中能够维持低氧浓度的空气环境。本实施例中的微正压环境是指气体中的氧气浓度满足目标浓度且气体的压力位于第一压力值和第二压力值的闭区间内。第一压力值可以根据压力传感器的精度确定，第一压力值在考虑压力传感器精度的基础上保证电池包内压力为微正压。例如，压力传感器的精度为±0.2kPa，则第一压力值大于压力传感器的精度的绝对值，且保有余量，以能够保证电箱压力为微正压。当压力传感器的精度为±0.2kPa时，第一压力值可以为0.3kPa。第二压力值为处于微正压环境下电池包内压力值与外界环境的压力值的最大压差值。第二压力值可以根据电池包的长期耐压可靠性确定，电池包能够长期处于第二压力值下，且电池包的可靠性和密封性均不受影响。例如，微正压环境为0.3kPa至0.7kPa，第一压力值为0.3kPa，第二压力值为0.7kPa，当电池包内压力低于0.3kPa时开始充气，直至压力高于0.7kPa时停止充气。在本实施例中，电池包内压力可以通过设置在电池包内的压力传感器进行实时检测。微正压充气状态下向电池包内充的气体的氧气浓度满足目标浓度。目标浓度低于电池包发生自燃时所需的最小氧气浓度。

在本实施例中，如图1所示，若车辆不是行车或充电状态(即车辆处于静置状态)，则车辆进入静置唤醒充气模式。静置唤醒充气模式是指对处于静置状态下的车辆进行唤醒上电以及唤醒上电后进行充气。利用静置唤醒充气模式，从而控制电池包内的压力为微正压环境。在静置唤醒充气模式下，基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，以使电池包内的压力为微正压环境。具体地，判断车辆唤醒的时间是否大于充电后的时长阈值，若是，则对电池包进行正常模式充气，直至电池包内的压力为微正压环境，若不是，则电池包进行一次正常模式充气。时长阈值例如可以是2小时。一次正常模式充气例如可以是指进行一次预设时间段的充气。在本实施例中，进入静置唤醒充气模式后，车辆会定时进行唤醒上电。由此，能够更加准确地使静置状态下的车辆的电池包内的气体处于微正压环境。

在本实施例中，若车辆唤醒的时间大于充电后的时长阈值，说明车辆的静置时间较长，在这种情况下，环境中的氧气会通过电池包的密封界面和透气阀进入电池包，这时进入正常模式充气。在正常模式充气下，先利用储气筒中的气体对电池包内进行置换，若储气筒中的气体不够，则等待车辆由静置状态转换为行车或充电状态时，然后继续对电池包内的气体进行置换，直至电池包内的气体环境的氧气浓度满足目标浓度。置换的次数和静置的时间正相关。例如，车辆静置A小时，需要置换a次，利用储气筒中的气体对电池包进行充气了a1次，a1＜a，则车辆由静置状态转换为行车或充电状态时，继续对电池包内进行a-a1次的置换。另外，若车辆又进行静置B小时，需要置换b次，则置换次数累计为a-a1+b次。累计置换次数上限值为P次。由于车辆在不同的环境温度工况下，不同的电池温度状态下浓度及压力的变化会有差异，P及由于静置产生的置换次数取各工况下的最大值，从而确保各种工况均满足电池包内氧气浓度符合目标浓度。

在本实施例中，若车辆是下线的新车，由于新车下线，电池包内初始气体环境状态为空气环境，则需要对电池包内的空气环境进行初始的置换，向电池包内充入氧气浓度符合要求的气体，电池包内的不合格的气体置换出来，经过C次置换，C为在不同的环境工况下测试的结果，以保证氧气浓度满足目标要求。电池包内的氧气浓度可以通过设置在电池包内的氧浓度传感器进行实时检测。

在本实施例中，在置换完成后，还需要维持电池包内的气体环境，通过向电池包内充入氧气浓度满足目标浓度的气体，以控制电池包内为正压环境，从而使得外界空气中的氧气无法进入电池包。电池包内的压力通过电池包内布置的压力传感器进行检测。

基于本实施例的氧气浓度控制方法，通过电池包安全防护氧气浓度控制方法，在车辆处于行车或充电状态下，若电池包内的气体的氧气浓度或压力不满足要求，则向电池包内的输入氧气浓度符合要求的气体，在车辆处于静置状态下，基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，从而控制电池包内的气体的氧气浓度满足要求或处于微正压环境，不管车辆处于何种状态，能够使车辆电池包内氧气浓度满足设定要求，进而有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸。

电池包安全防护氧气浓度控制系统实施例：

本实施例公开一种电池包安全防护氧气浓度控制系统。电池包安全防护氧气浓度控制系统可以简称为氧气浓度控制系统。基于本实施例的氧气浓度控制系统能够控制电池包内氧气浓度，有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸。通过本实施例的氧气浓度控制系统，能够实现本发明的方法实施例中介绍的一种电池包安全防护氧气浓度控制方法。

图2是本发明的电池包安全防护氧气浓度控制系统的原理框图一。图3是本发明的电池包安全防护氧气浓度控制系统的原理框图二。在本实施例中，如图2所示，电池包安全防护氧气浓度控制系统10可以包括整车空压机11、氮气制造模块12、储气筒13、传感器模块14和控制器15。整车空压机11可以用于提供压缩空气。压缩空气可以是具有预设压力的空气。氮气制造模块12可以用于接收整车空压机11输出的压缩空气并生产氧气浓度满足目标浓度的目标气体，将目标气体输送到储气筒13和/或电池包20。目标浓度低于电池包20发生自燃时所需的最小氧气浓度。不同类型的车辆的对应的目标浓度可以不同。预设压力大于或等于设定工作压力。在氮气制造模块12中可以对接收的空气进行分离处理。氮气制造模块12可以在设定工作压力下对接收的空气进行分离处理以生成氧气浓度满足目标浓度的目标气体。储气筒13可以接收并存储目标气体。传感器模块14可以设置于电池包20中，并用于检测电池包20内的气体的氧气浓度和压力，以生成氧气浓度信号和压力信号。

在一些实施例中，氮气制造模块12的出口阀可以对输出的气体进行流量限制，或者储气筒13的入口阀可以对接收的气体进行流量限制。由此，能够更加准确地获得满足氧气浓度满足目标浓度的气体。

在本实施例中，电池包20可以包括进气阀和透气阀。进气阀可以接收来自氮气制造模块12或储气筒13中的目标气体。透气阀可以用于排出气体。

在本实施例中，控制器15可以用于判断车辆状态并接收氧气浓度信号和压力信号。若车辆状态为行车或充电状态，则基于氧气浓度信号判断是否需要置换，若需要置换，则控制氮气制造模块12向电池包20内进行气体置换，以使电池包内的氧气浓度满足要求。在进行气体置换时，根据车辆需求置换次数进行置换，车辆需求置换次数等于车辆前一次行车或充电状态时的未完成的置换次数与由前一次静置时长确定的置换次数的和。例如车辆需求置换次数等于车辆前一次行车或充电状态时的未完成的置换次数与前一次静置时长的两倍的和。置换是指向电池包20内充入符合浓度要求的气体，并将不合格的气体从电池包20的透气阀流出。若不需要置换，则基于压力信号判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境。若需要充气控制器15控制储气筒13向电池包20内进行充气。具体地，控制器15可以基于压力信号判断是否需要充气，以使电池包内维持微正压环境具体是指：控制器15基于压力信号实时确定电池包内压力是否小于第一压力值，若否，则不进行充气，若是，则向电池包内充气直至电池包内压力等于第二压力值，以使电池包内处于微正压环境，第一压力值小于第二压力值。当车辆处于静置状态时，则基于车辆唤醒时的时间，对电池包进行充气，以使电池包内的压力为微正压环境。具体判断的方法已经在上述方法实施例中进行详细介绍，对于本领域技术人员，可以根据该氧气浓度控制方法了解控制器15的判断方式，此处不再赘述。

在本实施例中，若控制器15确认车辆是下线的新车，则进行初始的置换。具体可以参照方法实施例中相应的介绍，此处不再赘述。

在本实施例中，若控制器15确认车辆完成置换后，还需要维持电池包20内的气体环境，以控制电池包20内为正压环境。具体可以参照方法实施例中相应的介绍，此处不再赘述。

在本实施例中，氧气浓度控制系统10还可以包括限流阀16。限流阀16用于连接氮气制造模块12和储气筒13。限流阀16对氮气制造模块12输出的气体进行流量限制。由此，能够更加准确地获得满足氧气浓度满足目标浓度的气体。

在本实施例中，氮气制造模块12和限流阀16可以组成氮气分离设备。氮气分离设备在设定工作压力和设定流量下能够生产氧气浓度满足目标浓度的气体。例如，采用在设定工作压力为7bar，分离能力为3L/min的氮气分离设备，则整车空压机11提供的空气的预设压力大于或等于7bar。氮气制造模块12在7bar下对接收的空气进行分离处理。限流阀16在7bar下把流量控制在3L/min以内保证获得氧气浓度满足目标浓度的目标气体。

在本实施例中，在静置的过程中，车辆可以进行24小时唤醒，并利用储气筒13存储的气体对电池包20进行充气。

基于本实施例的氧气浓度控制系统10，通过过滤空气中氧气生成氧气浓度满足要求的气体，在行车、充电及车辆静置状态下，通过判断向电池包充入满足要求的气体，使得电池包20内的氧气浓度在要求的范围内，从而控制电池包20内氧气浓度，有效地防止电池包20热失控后的着火或爆炸。

车辆实施例：

本实施例还提供一种车辆，车辆可以包括本发明的系统实施例中的电池包安全防护氧气浓度控制系统10和电池包20。由此，能够控制电池包20内氧气浓度，有效地防止电池包热失控后的着火或爆炸。本实施例中的车辆包括但不限于运输类汽车，例如轿车、客车、货车等。