本發(fā)明涉及動(dòng)力客車動(dòng)力電池?zé)崾Э胤雷o(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)車輛作為一種節(jié)能環(huán)保的交通工具，在本世紀(jì)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于電動(dòng)車輛所采用的動(dòng)力部分的驅(qū)動(dòng)電壓大部分都在36vdc以上，有的高達(dá)500vdc，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全電壓的級(jí)別，因此，電動(dòng)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)需要對(duì)動(dòng)力電池的功率和能量的要求也異常苛刻。

而動(dòng)力電池發(fā)生熱失控是一個(gè)漸進(jìn)過程，隨著電芯的使用年限增加，內(nèi)部鋰金屬枝晶逐漸生長(zhǎng)，增大電芯內(nèi)短路的程度，電芯使用不當(dāng)，如過充、過放、外短路情況下，發(fā)熱現(xiàn)象將更加明顯。特別是個(gè)別電芯因?yàn)樯a(chǎn)工藝問題，電芯存在瑕疵，如電芯生產(chǎn)時(shí)，極片吸水、電解液不合格、粉塵不達(dá)標(biāo)、極片不平整等現(xiàn)象，電芯使用前期可能不會(huì)出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，但是電芯的使用壽命后期，內(nèi)部鋰金屬枝晶更容易生長(zhǎng)，充放電過程中，電芯發(fā)熱現(xiàn)象更加強(qiáng)烈，更容易出現(xiàn)電解液汽化，電芯腫脹現(xiàn)象。當(dāng)電芯無充放電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，隨著電流減小，電芯自發(fā)熱現(xiàn)象減弱，電解液汽化減弱，電芯腫脹現(xiàn)象將消失或減弱。但是此時(shí)電芯安全系數(shù)很低，在大電流充放電時(shí)，電解液汽化加劇，電芯外殼被撐破、電芯熱失控風(fēng)險(xiǎn)將急劇增大。當(dāng)個(gè)別電芯發(fā)生熱失控時(shí)，將引燃附近電芯，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)電池箱燃燒、爆炸，對(duì)乘客的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。

由于電芯安裝在電池箱里面，用戶無法直接觀察電芯外觀變化，電芯未發(fā)生熱失控前，電芯電壓不會(huì)發(fā)生急劇降低，電池控制管理系統(tǒng)也無法檢測(cè)到。因此，本發(fā)明提出一種方案，用于預(yù)防電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控的方案。

在cn201510808168-一種防爆鋰電池箱中，該專利只指出采用了形變探測(cè)器，而沒有具體到使用何種方式進(jìn)行探測(cè)和適用該探測(cè)方式的對(duì)象。而本方案主要適用于鋁殼包裝的電芯，在電芯外殼表面貼電阻應(yīng)變片，當(dāng)電芯發(fā)生腫脹現(xiàn)象時(shí)，電芯外殼將被撐大，電阻應(yīng)變片隨之變形，電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，bms根據(jù)采集模塊采集到的阻值，判斷電芯是否發(fā)生脹氣，經(jīng)過多次重復(fù)采集，提醒乘客個(gè)別電芯已經(jīng)有失效風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而通知整車廠更換電芯，或者對(duì)電池進(jìn)行報(bào)廢，以保證乘客、整車的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述無法達(dá)到熱失控的提前預(yù)警技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種判定效果好、可提前預(yù)警的一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)機(jī)器控制方法：

一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)，包括待測(cè)電芯組、電阻應(yīng)變片組、電源、電池系統(tǒng)采集模塊、整車儀表和車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；所述待測(cè)電芯組包括若干個(gè)待測(cè)電芯，所述電阻應(yīng)變片組包括若干個(gè)電阻應(yīng)變片，每一電阻應(yīng)變片固定在每一待測(cè)電芯的電芯外殼，所述電阻應(yīng)變片根據(jù)所述電芯外殼的形變值對(duì)應(yīng)改變自身電阻值；所述電池系統(tǒng)采集模塊包括電阻采集模塊；所述電阻采集模塊通過硬線采集電阻應(yīng)變片阻值；所述電阻采集模塊將檢測(cè)后的應(yīng)變片阻值通過整車can通信網(wǎng)絡(luò)傳遞給整車儀表；所述整車儀表根據(jù)應(yīng)變片阻值顯示對(duì)應(yīng)信息，并發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警及指令。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述電阻應(yīng)變片包括柔性基底和電阻應(yīng)變傳感單元；所述電阻應(yīng)變傳感單元包括第一電極、第二電極和電阻應(yīng)變傳感層；所述電阻應(yīng)變片與所述電阻采集模塊之間通過第一電極和第二電極連接；所述電阻應(yīng)變傳感層根據(jù)其形變量的大小改變改變自身的電阻值。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)所述電阻應(yīng)變傳感層的電阻超過第一閾值或第二閾值時(shí)；所述整車儀表顯示對(duì)應(yīng)閾值范圍的故障信息，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警及指令，其中，所述第二閾值大于所述第一閾值。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述整車儀表通過整車can通信網(wǎng)絡(luò)與所述車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相連接用于通知相關(guān)企業(yè)對(duì)問題車輛進(jìn)行維修。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述電源與所述電池系統(tǒng)采集模塊相連接，其電壓值為12v或24v。

一種根據(jù)上述任意一項(xiàng)所述的一種動(dòng)力電池?zé)崾Э卦缙谔綔y(cè)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

s1，所述電阻采集模塊實(shí)時(shí)采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值，并對(duì)所采集到的電阻應(yīng)變片的阻值進(jìn)行解析；

s2，當(dāng)至少一個(gè)電阻應(yīng)變片的阻值超過第一閾值或第二閾值并持續(xù)預(yù)定時(shí)間時(shí)，所述整車儀表顯示對(duì)應(yīng)閾值范圍的故障信息，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警及指令，其中，所述第二閾值大于所述第一閾值。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，在上述步驟s1中，所述電阻采集模塊實(shí)時(shí)采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值的步驟包括：所述電池系統(tǒng)采集模塊以0.1秒/次～10秒/次的頻率采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，在上述步驟s2中，所述當(dāng)至少一個(gè)電阻應(yīng)變片的阻值超過第一閾值或第二閾值并持續(xù)一預(yù)定時(shí)間時(shí)，所述整車儀表顯示對(duì)應(yīng)閾值范圍的故障信息，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警及指令的步驟包括：當(dāng)所述至少一個(gè)電阻應(yīng)變片的阻值超過第一閾值并小于第二閾值時(shí)并持續(xù)一預(yù)定時(shí)間，所述整車儀表發(fā)出電芯輕微鼓脹報(bào)警，并發(fā)出降低行車功率指令。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，在上述步驟s2中，所述當(dāng)至少一個(gè)電阻應(yīng)變片的阻值超過第二閾值并持續(xù)一預(yù)定時(shí)間時(shí)，所述整車儀表顯示對(duì)應(yīng)閾值范圍的故障信息，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警及指令的步驟包括：當(dāng)所述至少一個(gè)電阻應(yīng)變片的阻值超過第二閾值時(shí)并持續(xù)預(yù)定時(shí)間，所述整車儀表發(fā)出熱失控前期報(bào)警，并發(fā)出切斷高壓輸出及停車檢查指令。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述預(yù)定時(shí)間的范圍為5s～15s。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)及其控制方法，在正常使用情況下，電芯發(fā)生熱失控前期，存在多個(gè)周期性的電芯鼓脹現(xiàn)象，采用電阻應(yīng)變片測(cè)量鼓脹現(xiàn)象，可以提前告知乘客，該電芯有失效風(fēng)險(xiǎn)。

2、本發(fā)明一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)及其控制方法，在極端使用情況下，如過充、過放、短路，在電芯電壓急降前，電芯已經(jīng)大幅鼓脹，該方案可提前告知乘客，該電芯即將發(fā)生熱失控，并且通過電池控制管理系統(tǒng)，提前斷高壓，阻止或者減緩熱失控的發(fā)生。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)及其控制方法的系統(tǒng)示意圖；

附圖2是本發(fā)明一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)及其控制方法的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。“相連通”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

請(qǐng)參考圖1，實(shí)施例中，一種用于動(dòng)力客車動(dòng)力電池的熱失控早期探測(cè)系統(tǒng)，包括待測(cè)電芯組10、電阻應(yīng)變片組20、電源30、電池系統(tǒng)采集模塊40、整車儀表50和車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)60；所述待測(cè)電芯組10包括若干個(gè)待測(cè)電芯11，所述電阻應(yīng)變片組20包括若干個(gè)電阻應(yīng)變片21，每一電阻應(yīng)變片21固定在每一待測(cè)電芯11的電芯外殼，所述電阻應(yīng)變片21根據(jù)所述電芯外殼的形變值對(duì)應(yīng)改變自身電阻值；所述電池系統(tǒng)采集模塊40包括電阻采集模塊41，所述電池系統(tǒng)采集模塊40還進(jìn)一步包括電芯溫度采集模塊、電壓采集模塊等其他采集模塊；所述電阻采集模塊41通過硬線采集電阻應(yīng)變片21阻值；所述電阻采集模塊41將檢測(cè)后的應(yīng)變片阻值通過整車can通信網(wǎng)絡(luò)傳遞給整車儀表50；所述整車儀表50根據(jù)應(yīng)變片阻值顯示對(duì)應(yīng)信息，并發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警及指令。采用這樣的系統(tǒng)可以有效通過電阻采集模塊41和電阻應(yīng)變片21對(duì)待測(cè)電芯采取實(shí)時(shí)的監(jiān)控，有效提前預(yù)警熱失控現(xiàn)象的發(fā)生。

請(qǐng)參考圖1，實(shí)施例中，所述電阻應(yīng)變片21包括柔性基底和電阻應(yīng)變傳感單元；所述電阻應(yīng)變傳感單元包括第一電極、第二電極和電阻應(yīng)變傳感層；所述電阻應(yīng)變片與所述電阻采集模塊之間通過第一電極和第二電極連接；所述電阻應(yīng)變傳感層根據(jù)其形變量的大小改變改變自身的電阻值。具體地，定義所述待測(cè)電芯表面的原始長(zhǎng)度即電阻應(yīng)變傳感單元表面的原始長(zhǎng)度為l1，定義所述待測(cè)電芯表面鼓脹后的長(zhǎng)度即電阻應(yīng)變傳感單元表面鼓脹后的長(zhǎng)度為l2，定義所述待測(cè)電芯表面的形變值即電阻應(yīng)變傳感單元表面的形變值為△l,其中△l＝l2-l1；所述電阻應(yīng)變傳感層根據(jù)△l的大小改變對(duì)應(yīng)的電阻應(yīng)變片電阻值，具體地，按國(guó)標(biāo)規(guī)定，一般電阻應(yīng)變片阻值r為60、120、200、350、500、1000ω。所述應(yīng)變片電阻變化值計(jì)算公式：△r/r＝kε

其中，

r：應(yīng)變片原電阻值ω(歐姆)

δr：伸長(zhǎng)或壓縮所引起的電阻變化ω(歐姆)

k：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)(常量，由應(yīng)變片的生產(chǎn)廠家提供)

ε：應(yīng)變，一般應(yīng)變片量程為2萬個(gè)微應(yīng)變以內(nèi)，ε＝△l/l(l為電芯貼應(yīng)變片表面的長(zhǎng)度)

則綜上，可通過上述參數(shù)計(jì)算出最終的電阻變化值δr。當(dāng)所述電阻應(yīng)變傳感層的電阻超過第一閾值或第二閾值時(shí)；所述整車儀表50顯示對(duì)應(yīng)閾值范圍的故障信息，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警及指令，其中，所述第二閾值大于所述第一閾值。通過上述計(jì)算方法和控制方法可精確計(jì)算出電阻變化值從而根據(jù)電阻變化值發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警和指令。

請(qǐng)參考圖1，所述整車儀表50通過整車can通信網(wǎng)絡(luò)與所述車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)60相連接用于通知相關(guān)企業(yè)對(duì)問題車輛進(jìn)行維修；所述電源30與所述電池系統(tǒng)采集模塊40相連接，其電壓值為12v或24v，其中，電壓值12v針對(duì)小型動(dòng)力客車，電壓值24v針對(duì)大型動(dòng)力客車。

請(qǐng)參考圖2，實(shí)施例中，一種根據(jù)上述任意一項(xiàng)所述的一種動(dòng)力電池?zé)崾Э卦缙谔綔y(cè)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟，

s1，所述電阻采集模塊實(shí)時(shí)采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值，并對(duì)所采集到的電阻應(yīng)變片的阻值進(jìn)行解析；

s2，當(dāng)至少一個(gè)電阻應(yīng)變片的阻值超過第一閾值或第二閾值并持續(xù)預(yù)定時(shí)間時(shí)，所述整車儀表顯示對(duì)應(yīng)閾值范圍的故障信息，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警及指令，其中，所述第二閾值大于所述第一閾值。

請(qǐng)參考圖2，實(shí)施例中，在上述步驟s1中，所述電池系統(tǒng)采集模塊以0.1秒/次～10秒/次的頻率采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值，優(yōu)選的，以5秒/次的頻率采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值；所述整車儀表50最終每次采集到的電阻應(yīng)變片阻值等于所述電阻采集模塊連續(xù)若干次采集到的被測(cè)電阻應(yīng)變片阻值的平均值，定義該采集次數(shù)為a，其中a的范圍為1～10次，優(yōu)選的，該次數(shù)為5次。具體地，若以5秒/次的頻率采集各個(gè)電芯外殼上的電阻應(yīng)變片的阻值和采集次數(shù)為5次為例，則每5秒為一次測(cè)試單位，每25秒為一次判斷單位，當(dāng)連續(xù)五次采集到的被測(cè)電阻應(yīng)變片21阻值的平均值超過第一閾值或第二閾值時(shí)，所述整車儀表50根據(jù)應(yīng)變片阻值顯示對(duì)應(yīng)信息，并發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警及指令。

請(qǐng)參考圖2，實(shí)施例中，在上述步驟s2中，當(dāng)所述至少一個(gè)電阻應(yīng)變片21的阻值超過第一閾值并小于第二閾值時(shí)并持續(xù)一預(yù)定時(shí)間，所述整車儀表50發(fā)出電芯輕微鼓脹報(bào)警，并發(fā)出降低行車功率指令。當(dāng)所述至少一個(gè)電阻應(yīng)變片21的阻值超過第二閾值時(shí)并持續(xù)預(yù)定時(shí)間，所述整車儀表50發(fā)出熱失控前期報(bào)警，并發(fā)出切斷高壓輸出及停車檢查指令。所述預(yù)定時(shí)間的范圍為5s～15s，優(yōu)選的，預(yù)定時(shí)間為10s。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。