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CN107810574B - 电池膨胀感测系统和方法 - Google Patents

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CN107810574B CN201680036163.2A CN201680036163A CN107810574B CN 107810574 B CN107810574 B CN 107810574B CN 201680036163 A CN201680036163 A CN 201680036163A CN 107810574 B CN107810574 B CN 107810574B
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Abstract

本发明包括：多个检测单元，所述多个检测单元分别被设置在电池组的一个或多个电池模块处，以检测从相应的电池模块的电池单元排放出来的气体；控制单元，所述控制单元选择相应的检测单元的检测值之中最大的检测值，根据选择的检测值的大小来确定选择的检测值的级别，并且基于相对应的级别来控制外围设备的操作；以及开关单元，所述开关单元被设置在所述电池组和外部电源的连接路径中，并且根据所述控制单元的信号执行接通和断开操作。

Description

电池膨胀感测系统和方法
技术领域
本申请要求2015年9月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0129551号的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式并入在本文中。
本发明涉及一种检测电池的膨胀的系统和方法，并且具体涉及如下的检测电池的膨胀的系统和方法：其中，检测单元被分散在电池模块的内部以检测从电池单元分支出来的气体，根据检测值的大小将级别给予到超过阈值的值之中的最大检测值，并且基于相对应的级别来控制电池电路的操作、车辆的操作速度等，从而防止由于电池单元的膨胀现象而导致的事故。
背景技术
电池具有根据产品组容易应用的特性、优异的保存性、高能量密度等。进一步地，电池由于不会根据能量的使用而生成副产物、以及由于能够减少对化石燃料的使用的优点作为用于改进环境友好特性和能量效率的能量源而受到关注。
因此，电池被普遍地应用于便携式装置、电动车辆(EV)、和能量存储系统(ESS)等，并且用作各个行业的基础，同时还为日常生活提供便利。
然而，根据使用环境，电池可能被异常驱动，例如，当电池被过度充电或者电池的寿命耗尽时，可能由于在电池内部生成的电气和化学作用而导致电池的膨胀现象等。
电池的膨胀现象可能导致事故发生，诸如着火和爆炸，以及电池的寿命缩短和电池的容量减少，使得需要通过仔细的监测和适当的控制来稳定地使用电池。
因此，已经进行了与检测电池的膨胀现象和保护电池有关的各种研究和开发，并且例如，已经公开了一种技术，该技术用于通过使用压力测量装置来检测电池单元根据膨胀的体积变化并且通过检测阻断电流。
然而，仅当电池单元的膨胀显着进行时才会生成电池单元的物理体积膨胀，使得无法在早期检测到电池单元的膨胀现象并且对电池单元的膨胀现象做出响应，并且即使阻断了电流，但由于膨胀的显着进行而因此存在较大的着火风险。
作为另一示例，还存在通过电池单元的由于膨胀现象的膨胀力使元件(诸如，母线和抽头)断裂来阻断电流的技术。
然而，该技术在早期对电池的膨胀现象做出反应并不容易，并且在一些元件的断裂期间可生成的火花可能作为着火源，从而引起着火的另一原因。
发明内容
[技术问题]
本发明被设想为解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种检测电池的膨胀的系统和方法，该系统和方法实时检测从电池单元分支出来的气体并且确定检测值的级别，并且基于相对应的级别来控制对电池模块的供电、当前充电量等，从而解决由于电池单元的膨胀现象而可引发的电池的功能问题。
进一步地，本发明的目的是提供一种检测电池的膨胀的系统和方法，该系统和方法根据检测值的级别来适当地控制车辆的操作速度，以及控制电池电路的操作，从而防止事故发生，诸如电池和车辆的爆炸和着火，并且确保车辆上的乘客的安全。
本发明的另一目的是提供一种检测电池的膨胀的系统和方法，该系统和方法在电池单元处于异常环境时控制诸如空冷型风扇和水冷型冷却阀的外围设备的操作停止，从而防止由于对外围设备的不必要的驱动而引起的功率消耗。
[技术解决方案]
根据本发明的示例性实施例，一种用于检测电池的膨胀的系统包括：多个检测单元，该多个检测单元分别被设置在电池组的一个或多个电池模块处，并且检测从电池模块的电池单元分支出来的气体；控制单元，该控制单元选择相应的检测单元的检测值之中的最大检测值，根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别，并且基于相对应的级别来控制外围设备的操作；以及开关单元，该开关单元被设置在电池组和外部电源的连接路径中，并且根据控制单元的信号被接通和断开。
检测单元可以被分散在电池模块内部的上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、和后侧处。
检测单元中的每个检测单元可以包括一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、和甲烷检测传感器。
检测值可以被形成为包括一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的值的一个集合。
控制单元可以将检测单元中的每个检测单元的检测值与预定阈值进行比较，选择超过阈值的检测值之中的最大检测值，并且根据选择的检测值的大小来确定选择的检测值的级别。
可以根据膨胀风险的程度来将所选择的检测值的级别确定为第一级别、第二级别、和第三级别中的一个级别。
当将所选择的检测值的级别确定为第一级别、第二级别、和第三级别中的一个级别时，控制单元可以向车辆的电子控制单元(ECU)发送基于相对应的级别的车辆速度控制信号。
当将所选择的检测值的级别确定为第三级别时，控制单元可以在经过预定时间之后向开关单元发送断开操作信号。
当将所选择的检测值的级别确定为第三级别时，控制单元可以向在车辆中预先安装的显示装置发送预定警报信号。
当将所选择的检测值的级别确定为第二级别时，控制单元可以控制从外部电源流入到电池组中的充电电流的量。
根据本发明的另一示例性实施例，一种检测电池的膨胀的方法包括：通过在电池组的一个或多个电池模块处设置的多个检测单元分别检测从电池模块的电池单元分支出来的气体；通过控制单元选择相应的检测单元的检测值之中的最大检测值，根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别，并且基于相对应的级别来控制外围设备的操作；以及通过在电池组和外部电源的连接路径中设置的开关单元根据控制单元的信号来接通和断开。
检测单元可以被分散在电池模块内部的上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、和后侧处。
检测单元中的每个检测单元可以包括一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、和甲烷检测传感器。
检测值可以被形成为包括一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的值的一个集合。
控制可以包括：通过控制单元将检测单元中的每个检测单元的检测值与预定阈值进行比较，选择超过阈值的检测值之中的最大检测值，并且根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别。
可以根据膨胀风险的程度来将所选择的检测值的级别确定为第一级别、第二级别、和第三级别中的一个级别。
控制可以包括：当将所选择的检测值的级别确定为第一级别、第二级别、和第三级别中的一个级别时，向车辆的电子控制单元(ECU)发送基于相对应的级别的车辆速度控制信号。
控制可以进一步包括：当将所选择的检测值的级别确定为第三级别时，在经过预定时间之后向开关单元发送断开操作信号。
控制可以进一步包括：当将所选择的检测值的级别确定为第三级别时，向在车辆中预先安装的显示装置发送预定警报信号。
控制可以进一步包括：当将所选择的检测值的级别确定为第二级别时，控制从外部电源流入到电池组中的充电电流的量。
[有益效果]
根据本发明的一个方面，实时检测从电池单元分支出来的气体，并且根据检测到的检测值的大小来确定级别，并且基于相对应的级别来控制电池电路的操作，从而减少可由于膨胀现象引发的事故危险，并且在不简单地停止电池的操作的同时提高电池的操作的效率。
在这种情况下，检测分支出来的气体的多个检测单元分别被分散在电池模块的内部，使得能够提高对气体的检测的敏感度，并且仅部分地替换其中多个电池模块之中引发膨胀现象发生的相对应的电池模块，从而促进维护和修理的便利性并且降低成本。
进一步地，通过根据检测值的级别将电池作为驱动能量来控制操作的车辆的速度，从而防止由于超速操作而可引发的事故发生，并且在电池单元的膨胀被引发时确保车辆上的乘客的安全。
进一步地，当膨胀现象被引发时，停止对电池组的供电，并且停止诸如空冷型风扇和水冷型冷却阀的外围设备的操作，从而防止由于对外围设备的不必要的驱动而引起的功率消耗。
附图说明
图1是示意性地图示了可向其应用根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的系统和方法的电动车辆的示意图。
图2是示意性地图示了根据本发明的示例性实施例的用于检测电池的膨胀的系统的电路图的示意图。
图3是示意性地图示了根据本发明的示例性实施例的在电池模块的内部设置用于检测电池的膨胀的系统的检测单元的情况的示意图。
图4是示意性地图示了根据本发明的示例性实施例的在用于检测电池的膨胀的系统的控制单元中执行的算法的示意图。
图5是图示了根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明。在本文中，将省略重复的描述和对可能使本发明的主旨不必要地模糊的众所周知的功能和配置的详细描述。提供本发明的示例性实施例以向本领域的技术人员更全面地解释本发明。因此，附图中的元件的形状、大小等可能被夸大以便更清楚地进行解释。
贯穿本说明书，除非明确地做出相反描述，否则词语“包括(include)/包含(comprise)”以及诸如“包括(includes)/包含(comprises)”或者“包括(including)/包含(comprising)”的变型意旨进一步包括其它构成元件，不排除其它构成元件。
另外，本说明书中描述的术语“...单元”意旨用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或者软件组件及其组合来实施。
图1是示意性地图示了可向其应用根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的系统和方法的电动车辆1的示意图。
然而，除了电动车辆1之外，根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的系统和方法还可应用于电池向其应用的各个技术领域。
参照图1，电动车辆1可以包括：电池10、电池管理系统(BMS)20、电子控制单元(ECU)30、逆变器40、和电动机50。
电池10是向电动机50提供驱动力并且驱动电动车辆1的电能源，并且可以由逆变器40根据电动机50和/或内燃机(未图示)的驱动来对其进行充电或者放电。
BMS 20可以估计电池10的状态并且通过使用有关该状态的信息来控制电池10的充电/放电电流，并且进一步控制接触器的断开/闭合操作。
ECU 30是控制电动车辆1的状态的电子控制设备，并且例如，可以基于有关加速器、制动、速度等的信息来确定转矩的等级，并且控制电动机的输出以与转矩信息相对应。
逆变器40可以基于ECU 30的控制信号来对电池10进行充电或者放电，并且电动机50可以基于电池10的电能和从ECU 30发送的控制信息来驱动电动车辆1。
如上所述，在电动车辆1中，电池10是提供驱动力的核心元件，并且当电池10处于异常状态时，可能导致电动车辆1出现故障以及各种事故。
例如，当电池10处于诸如过度充电和短路等环境中，或者电池10的寿命完全耗尽时，气体由于电气和化学反应而在电池10的内部生成以增加电池10的内部压力，并且这可能导致电池10的可能引起诸如爆炸和着火的事故的膨胀现象。
因此，根据情况监测电池10的状态并且适当地保护电池10对于稳定地操作电池10是重要的事项，并且是防止由于电池10的异常驱动导致的各种事故发生以及确保乘客的安全的前提，以及在下文中，将参照图2至图5描述根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的系统和方法。
图2是示意性地图示了根据本发明的示例性实施例的用于检测电池的膨胀的系统100的电路图的示意图。
参照图2，根据本发明的示例性实施例的用于检测电池的膨胀的系统100可以包括：多个检测单元120、控制单元130、和开关单元140。
然而，在图2中图示的用于检测电池的膨胀的系统100是示例性实施例，并且其构成元件不限于在图2中图示的示例性实施例，并且应当注意的是，根据需要可以添加、改变、或者去除一些构成元件。
进一步地，下面描述的电池是包括一个或多个电池组110的概念，并且应当注意的是，电池组110中的每个还包括一个或多个电池模块111，并且类似地，电池模块111中的每个包括一个或多个电池单元112。
首先，当膨胀现象在一个或多个电池单元112之中的预定电池单元112中被引发时，检测单元120可以检测分支出来的气体。
在这种情况下，可以使多个检测单元120分散在如在图3中图示的电池模块111内部的上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、和后侧，并且使多个检测单元120被分散以防止可在设置单个检测单元120时生成的检测错误，并且同时提高对气体的检测的敏感度。
典型地，当膨胀现象在电池单元中被引发时，所分支出来的气体的主要成分是一氧化碳、二氧化碳、甲烷等，因此，检测单元120中的每个可以基于所分支出来的气体的主要成分而包括一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、和甲烷检测传感器。
因此，可以将由检测单元120分别测得的检测值形成为包括一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的值的一个集合，并且可以将检测值的每个集合提供给将在下面通过电气或者通信路线描述的控制单元130。
该控制单元130可以从检测单元120接收检测值，特别是包括一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的检测值的集合，并且选择特定检测值集合，以及确定检测值的级别。进一步地，控制单元130还可以基于所选择的检测值的级别来控制外围设备的操作。
在这种情况下，可以基于电池单元112的膨胀风险的程度利用按照差别范围设置的多个级别中的一个级别来确定所选择的检测值的级别，并且例如，多个级别可以包括其中膨胀的程度为警报级别的第一级别、其中电池单元112的膨胀的程度为危险级别的第二级别、和其中膨胀程度为严重级别的第三级别。
控制单元130可以利用BMS 20(见图1)本身来实施，或者可以在被包括在BMS中时实施，并且可以在控制单元130中设置用于执行控制单元130的操作的算法。
将参照图4更详细地描述控制单元130的操作的执行。
图4是示意性地图示了在控制单元中执行的算法的示意图。
回顾算法的各个操作，首先，控制单元可以从各个检测单元接收检测值(S410)，并且将所接收到的检测值与预定阈值进行比较。
此处，阈值是针对膨胀现象在电池单元中被引发时分支出来的气体的量的阈值，并且可以由包括一氧化碳阈值、二氧化碳阈值、和甲烷阈值的集合形成，并且可以由用户设置。
即，在比较操作中，将一氧化碳检测值与一氧化碳阈值进行比较，将二氧化碳检测值与二氧化碳阈值进行比较，并且类似地，将甲烷检测值与甲烷阈值进行比较，并且只有在一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷阈值全部超过相对应的阈值时，才可以确定检测值(集合)超过阈值(集合)(S420)。
当超过阈值的检测值的数量为2或者更大时，选择多个检测值之中的最大检测值(S430)，并且在本文中，大小可以是指一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的平均值。
继续，可以基于按照差别范围预先确定的第一级别、第二级别、和第三级别来确定所选择的检测值的级别(S440)。即，当所选择的检测值的大小被包括在警报范围内时，可以将所选择的检测值的级别确定为第一级别，当所选择的检测值的大小被包括在危险范围内时，可以将所选择的检测值的级别确定为第二级别，以及当所选择的检测值的大小被包括在严重范围内时，可以将所选择的检测值的级别确定为第三级别。
当将所选择的检测值的级别确定为第一级别(S450)时，控制单元可以向车辆的ECU发送与该第一级别相对应的车辆速度(例如，80km或者更少)控制信号(S451)。
在这种情况下，可以通过使用控制器局域网(CAN)通信来发送信号，但是本发明不限于此，并且可以应用通信的各种方案，诸如，ZigBee通信、WiFi、射频(RF)通信、和蓝牙低能量(BLE)通信。
甚至在将所选择的检测值的级别确定为第二级别(S460)时，控制单元可以向车辆的ECU发送与第二级别相对应的车辆速度(例如，50km或者更少)控制信号(S461)。
进一步地，还可以通过控制在电池组和外部电源的连接路径中设置的可变电阻器(未图示)来控制从外部电源流入到电池组中的充电电流的量。该配置可以旨在防止电池组过度充电并且使从电池单元分支出来的气体的量最小化。
最后，当将所选择的检测值的级别确定为第三级别(S470)时，控制单元可以类似地向车辆的ECU发送与第三级别相对应的车辆速度(例如，10km或者更少)控制信号(S471)，并且可以向显示装置(诸如，车辆的导航装置和监视器)发送警报信号(S473)。
在这种情况下，警报可以是音频可视化形成的(诸如，预定警报声音和警报消息)，并且可以使车辆的乘客能够识别引发电池单元的膨胀的现象。
特别地，当将所选择的检测值的级别确定为第三级别时，在经过预定时间之后，控制单元可以向在电池组和外部电源的连接路径中设置的开关单元140(见图1)发送断开操作信号。
在本文中，开关单元可以由场效应晶体管和继电器中的一个或多个形成，并且形成开关单元的接触器的种类不受限制，但可以是各种接触器。
进一步地，预定时间是确保最小车辆操作的概念，并且可以是例如，行进大约10km所花费的时间，并且在电动车辆的情况下，突然阻断电池组与外部电源之间的连接可能导致事故，使得该配置可以考虑到这种情况。
进一步地，控制单元可以将断开操作信号发送至开关单元，并且同时控制外围设备(诸如，空冷型风扇和水冷型冷却阀)的操作停止，使得能够根据外围设备的不必要的驱动来防止功率消耗。
如上所述，控制单元130可以通过预定算法来确定超过阈值的检测值中的最大检测值的级别，并且基于相对应级别来控制电池电路的操作和外围设备的操作。
图5是图示了根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的方法的流程图。
当根据本发明的示例性实施例的检测电池的膨胀的方法开始时，分散在电池模块的内部的多个检测单元中的每个检测单元检测从电池单元分支出来的气体，并且向控制单元提供检测的结果(S510)。
控制单元将检测值中的每个检测值与阈值进行比较，并且确定是否存在超过阈值的检测值(S520)。当超过该阈值的检测值的数量为2或者更多时，控制单元选择最大检测值，并且根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别(S530)。
然后，控制单元基于所选择的检测值的级别来控制车辆的操作速度，控制流入到电池组中的充电电流的量，控制电池电路的操作(诸如，控制开关单元的断开操作)，并且控制外围设备的操作(S540)。
在前述内容中，已经说明和描述了本发明的具体示例性实施例，但对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明的技术精神不受附图和所描述的内容的限制，并且在不脱离本发明的精神的情况下，可以按照各种形式进行修改，并且在不脱离本发明的精神的情况下，这些修改被认为属于本发明的权利要求书。

Claims (12)

1.一种用于检测电池的膨胀的系统，所述系统包括：
多个检测单元，所述多个检测单元分别被设置在电池组的一个或多个电池模块处，并且检测从所述电池模块的电池单元分支出来的气体；
控制单元，所述控制单元选择相应的检测单元的检测值之中的最大检测值，根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别，并且基于相对应的级别来控制外围设备的操作；以及
开关单元，所述开关单元被设置在所述电池组和外部电源的连接路径中，并且根据所述控制单元的信号被接通和断开，
其中，所述控制单元将所述检测单元中的每个检测单元的所述检测值与预定阈值进行比较，选择超过所述阈值的所述检测值之中的最大检测值，并且根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别，
其中，根据膨胀风险的程度来将所选择的检测值的所述级别确定为第一级别、第二级别、和第三级别中的一个级别，并且
其中，当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第一级别、所述第二级别、和所述第三级别中的一个级别时，所述控制单元向车辆的电子控制单元(ECU)发送基于相对应的级别的车辆速度控制信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测单元被分散在所述电池模块内部的上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、和后侧处。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测单元中的每个检测单元包括一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、和甲烷检测传感器，以及
所述检测值被形成为包括一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的值的一个集合。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第三级别时，所述控制单元在经过预定时间之后向所述开关单元发送断开操作信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第三级别时，所述控制单元向在车辆中预先安装的显示装置发送预定警报信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第二级别时，所述控制单元控制从所述外部电源流入到所述电池组中的充电电流的量。
7.一种检测电池的膨胀的方法，所述方法包括：
通过在电池组的一个或多个电池模块处设置的多个检测单元分别检测从所述电池模块的电池单元分支出来的气体；
通过控制单元选择相应的检测单元的检测值之中的最大检测值，根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别，并且基于相对应的级别来控制外围设备的操作；以及
通过在所述电池组和外部电源的连接路径中设置的开关单元根据所述控制单元的信号来接通和断开，
其中，所述控制包括：通过所述控制单元将所述检测单元中的每个检测单元的所述检测值与预定阈值进行比较，选择超过所述阈值的所述检测值之中的最大检测值，并且根据所选择的检测值的大小来确定所选择的检测值的级别，
其中，根据膨胀风险的程度来将所选择的检测值的所述级别确定为第一级别、第二级别、和第三级别中的一个级别，
其中，所述控制包括：当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第一级别、所述第二级别、和所述第三级别中的一个级别时，向车辆的电子控制单元(ECU)发送基于相对应的级别的车辆速度控制信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述检测单元被分散在所述电池模块内部的上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、和后侧处。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述检测单元中的每个检测单元包括一氧化碳检测传感器、二氧化碳检测传感器、和甲烷检测传感器，以及
所述检测值被形成为包括一氧化碳检测值、二氧化碳检测值、和甲烷检测值的值的一个集合。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制进一步包括：当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第三级别时，在经过预定时间之后向所述开关单元发送断开操作信号。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制进一步包括：当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第三级别时，向在车辆中预先安装的显示装置发送预定警报信号。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制进一步包括：当将所选择的检测值的所述级别确定为所述第二级别时，控制从所述外部电源流入到所述电池组中的充电电流的量。
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