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CN114355202A - 用于检测电动车辆电池的热失控的装置 - Google Patents

用于检测电动车辆电池的热失控的装置 Download PDF

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CN114355202A
CN114355202A CN202110771087.2A CN202110771087A CN114355202A CN 114355202 A CN114355202 A CN 114355202A CN 202110771087 A CN202110771087 A CN 202110771087A CN 114355202 A CN114355202 A CN 114355202A
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battery
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circuit board
electric vehicle
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CN202110771087.2A
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姜显昌
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Corp
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Abstract

本发明提供一种用于检测电动车辆电池的热失控的装置，所述装置可以包括电池模块与印刷电路板，电池模块包括多个电池单元，每个电池单元具有软包主体以及设置在软包主体的端部处的一对电极引线；印刷电路板安装有气体传感器，所述气体传感器用于感测从多个电池单元排出的气体量。

Description

用于检测电动车辆电池的热失控的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月14日提出的韩国专利申请号为10-2020-0132379的优先权和权益，其全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于检测电动车辆电池的热失控的装置。
背景技术
本节中的陈述仅提供涉及本发明的背景信息，并不会构成现有技术。
电动车辆是使用由电池提供的电能驱动的电动机的车辆。
由于这样的电动车辆利用多个能够充电和放电的二次电池形成为单个电池组的电池作为主要电源，因此其具有无排放且噪声非常小的优点。
此外，混合动力车辆是使用两种或更多种动力源(例如，由燃料驱动的内燃机和由电池驱动的电动机)来驱动的车辆。
在如上所述的利用电能的车辆中，由于电池的性能直接影响车辆的性能，因此需要电池管理系统以通过测量每个电池单元的电压以及所有电池的电流和电压来有效地管理每个电池单元的充电和放电，并通过确定每个电池单元是否退化来确保电池单元的最佳性能。
近年来，锂离子电池在这种电动车辆中的使用在增加。锂离子电池是一种可充电电池，并且具有多层结构，该多层结构包括：通过各种混合氧化物或橄榄石活化的正极、通过特定碳活化的负极以及浸入有机电解质中的隔膜。
在其正常的工作状态下，在充电期间电能转换为化学能并存储，并且在放电期间所存储的化学能转换为电能。具体地，在充电期间，正极中的锂被电离以逐层向负极移动。在放电期间，离子移动到正极以恢复成它们的原始化合物。
在这种锂离子电池中，在过电压、过电流或过热的极端情况下，可能会发生称为自发热的状态。由于自发热，锂离子电池可能会进入热失控状态。自发热是指由于电池单元内部的电化学结构而导致电池单元内部温度上升的状态。
当电池模块内部发生热失控时，可能会导致非常极端和严重的损坏。当发生热失控时，可能会产生很少量的氧气，并且内部温度可能会上升至800摄氏度以上。
当发生这种情况时，可能会在车辆内部发生火灾，可能会产生过多的气体，或者可能会损坏容纳锂离子电池单元的壳体。特别地，当发生火灾时，可能会对车辆中的驾驶员造成非常严重的伤害。
公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本发明背景技术的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供一种用于检测电动车辆电池的热失控的装置，其可以检测电动车辆电池的热失控并且警告车辆的乘员其危险。
根据本发明的示例性形式的用于检测电动车辆电池的热失控的装置可以包括电池模块与印刷电路板，所述电池模块包括多个电池单元，所述多个电池单元中的每个电池单元为软包型，并且包括软包主体以及分别设置在所述软包主体的第一端和第二端处的一对电极引线；所述印刷电路板安装有至少一个气体传感器，所述至少一个气体传感器用于感测从所述多个电池单元中的每个电池单元排出的气体量。
安装有气体传感器的所述印刷电路板可以安装在包括所述多个电池单元的电池单元组件的端部。
安装在所述印刷电路板上的气体传感器可以邻近软包主体与电极引线之间而安装。
根据本发明的示例性形式的装置可以进一步包括控制器与警告部件，所述控制器基于通过所述印刷电路板传输的感测到的电池单元的气体量来确定所述多个电池单元中的每个电池单元的热失控；当在电池单元中发生热失控时，所述警告部件通过警报通知乘员。
根据本发明的另一种示例性形式的用于检测电动车辆电池的热失控的装置可以包括电池模块与印刷电路板，所述电池模块包括多个棱柱型的电池单元，多个棱柱型的电池单元具有棱柱主体以及设置在所述棱柱主体的上部的排气部分；所述印刷电路板安装有气体传感器，所述气体传感器用于感测从电池单元排出的气体量。
安装有气体传感器的印刷电路板可以安装在包括所述多个电池单元的电池单元组件的端部。
安装在所述印刷电路板上的所述气体传感器可以布置为邻近设置在所述棱柱主体上的所述排气部分。
根据本发明的另一种示例性形式的装置可以进一步包括控制器与警告部件，所述控制器基于通过所述印刷电路板传输的电池单元的气体量来确定所述电池单元是否处于热失控的情况；当在电池单元中发生热失控时，所述警告部件通过警报通知乘员。
根据如上所述的本发明的形式的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，通过传感器板的气体传感器检测从电池单元排出的气体量，并预测电池单元的热失控，可以提供有关车辆乘员是否会发生危险的信息。
通过本文提供的说明，其它应用领域将变得明显。应当理解，本说明书和具体实施例仅是旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的保护范围。
附图说明
为了可以很好地理解本发明，现在参考所附附图，以给出的示例的方式来描述其各种形式，在这些附图中：
图1示出了根据本发明的示例性形式的用于检测热失控的装置的框图；
图2示出了根据本发明的示例性形式的电池模块的分解立体图；
图3示出了根据本发明的示例性形式的电池单元和印刷电路板之间的关系；
图4示出了根据本发明的另一种示例性形式的电池模块的分解立体图；
图5示出了根据本发明的另一种示例性形式的电池单元的立体图；以及
图6和图7示出了根据本发明的一些形式的传感信号的曲线图。
本文描述的附图仅用于说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
附图标记说明
1：电池模块
10：电池单元
11：软包主体
12：电极引线
15：棱柱主体
16：电极
17：排气部分
20：印刷电路板
30：外壳
31：左盖
32：右盖
33：前盖
34：后盖
35：上盖
36：下盖
50：传感器板
51：气体传感器
60：电池管理系统
70：控制器
80：警告部件。
具体实施方式
下面的说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在整个说明书和附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
下文将参考所附附图对本发明进行更为全面的描述，在这些附图中显示了本发明的示例性形式。本领域技术人员将意识到，可以对所描述的形式进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本申请的精神或范围。
为了清楚地描述本发明，与描述不相关的部件将被省略，并且在整个说明书中，相同或者类似的组成元件采用相同的附图标记进行表示。
此外，由于附图中所示的每个配置的尺寸和厚度是为了描述方便而任意示出的，因此本发明不一定限于附图中所示的配置，并且为了清楚地示出几个部件和区域，显示了放大的厚度。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的一些示例性形式的用于检测电动车辆电池的热失控的装置。
图1示出了根据本发明的示例性形式的用于检测热失控的装置的框图。图2示出了根据本发明的另一种形式的电池模块的分解立体图。以及图3示出了根据本发明的示例性形式的电池单元和印刷电路板之间的关系。
如图1所示，用于检测电动车辆电池的热失控的装置可以包括电池模块1、控制器70以及警告部件80。
参考图2，电池模块1可以包括设置在外壳30中的多个电池单元10和印刷电路板(PCB)20。
外壳30可以包括左盖31、右盖32、上盖35、下盖36、前盖33以及后盖34。左盖31、右盖32、上盖35、下盖36、前盖33以及后盖34组合以形成外壳30，外壳30设置为包围多个电池单元10的外周，印刷电路板20设置在外壳30与多个电池单元10之间。
在本发明的示例性形式中，电池单元10是一种软包电池(pouch cell)类型，包括软包主体11以及设置在软包主体11两端的电极引线。
软包主体11容纳电极组件(未示出)，并且包括多层软包膜，所述多层软包膜包括第一树脂层、金属层以及第二树脂层。电极引线12电连接到电极组件和印刷电路板20。
由于软包主体11在电极引线12被拉出到外部的状态下与电极引线12热密封，因此在电极引线12所通过的区域中，密封性能变差。因此，软包主体11与电极引线12之间可以涂有密封剂。
多个电池单元10沿左右方向堆叠，并且多个电池单元10并联和/或串联连接。印刷电路板20设置在沿左右方向堆叠的多个电池单元10的两端。
在本发明的示例性形式中，将沿左右方向堆叠的多个电池单元10称为电池单元组件。
用于感测从软包型电池单元10排出的气体量的气体传感器51安装在印刷电路板20中。在本发明的示例性形式中，气体传感器51可以安装在设置于电池单元组件两端的印刷电路板20上，如果需要，气体传感器51也可以安装在单独的传感器板50上。传感器板50与印刷电路板20一起设置在电池单元组件的两端，并且传感器板50和印刷电路板20彼此电连接。
气体传感器51感测从电池单元10排出的气体量，并且通过气体传感器51感测到的气体量被传输到与印刷电路板20电连接的电池管理系统60。
如上所述，在软包型的电池单元10的情况下，由于软包主体11和电极引线12之间的结合力相对较小，软包主体11内部产生的气体通过软包主体11和电极引线12之间排出。在一种形式中，安装在印刷电路板20上的气体传感器51邻近软包主体11与电极引线12之间安装。
设置在电池单元组件两端的印刷电路板20检测每个电池单元10的电压和温度，以将它们传输到电池管理系统(BMS)60。
电池管理系统60通过印刷电路板20接收由各种类型的传感器(例如，温度传感器、电压传感器等)检测到的电池信息，以确定多个电池模块1的状况，并管理每个电池模块1以保持在最佳状态。
特别地，电池管理系统60测量电池的剩余电量，将电池的电量状态(SOC)保持在适当的水平，并且测量和管理电池的温度。
图4示出了根据本发明的另一种示例性形式的电池模块的分解立体图。图5示出了根据本发明的另一种示例性形式的电池单元的立体图。
参考图4，电池模块1可以包括容纳在外壳30中的多个电池单元10与印刷电路板20。
类似于参考图2描述的形式，外壳30可以包括左盖31、右盖32、上盖35、下盖36、前盖33以及后盖34。左盖31、右盖32、上盖35、下盖36、前盖33以及后盖34组合以形成外壳30，外壳30设置为包围多个电池单元10的外周，印刷电路板20设置在外壳30与多个电池单元10之间。
在本发明的另一种示例性形式中，电池单元10为棱柱型(prismatic type)电池单元，在棱柱主体15的上部形成有排气部分17和一对电极16。
当电池单元10反复充电和放电时，电池单元中会产生排出气体。当排出气体的量超过预定量时，电池单元10中的排出气体通过排气部分17排出到外部。
多个电池单元10沿左右方向堆叠，并且多个电池单元10并联和/或串联连接。印刷电路板20设置在沿左右方向堆叠的多个电池单元10的两端。
用于感测从棱柱型电池单元10排出的气体量的气体传感器51安装在印刷电路板20中。在本发明的另一种示例性形式中，气体传感器51可以安装在设置于电池单元组件两端的印刷电路板20上，如果需要，气体传感器51也可以安装在单独的传感器板50上。传感器板50与印刷电路板20一起设置在电池单元组件的上端，并且传感器板50和印刷电路板20彼此电连接。
气体传感器51感测从电池单元10排出的气体量，并且通过气体传感器51感测到的气体量被传输到与印刷电路板20电连接的电池管理系统60。
如上所述，在棱柱型的电池单元10的情况下，电池单元10中产生的排出气体通过排气部分17排出到外部。因此，安装在印刷电路板20上的气体传感器51邻近排气部分17安装。
设置在电池单元组件上部的印刷电路板20检测每个电池单元10的电压和温度，以将它们传输到电池管理系统(BMS)60。
电池管理系统60通过印刷电路板20接收由各种类型的传感器(例如，温度传感器、电压传感器等)检测到的电池信息，以确定多个电池模块1的状况，并管理每个电池模块1以保持在最佳状态。
特别地，电池管理系统60测量电池的剩余电量，将电池的电量状态(SOC)保持在适当的水平，并且测量和管理电池的温度。
同时，控制器70可以通过电池管理系统60从印刷电路板20传输的电池单元10的气体量来确定电池单元10是否热失控。
为此，控制器70可以设置为由预定程序执行的至少一个处理器，并且预定程序被配置为执行根据本发明的形式的检测电池单元10的热失控的方法的各个步骤。
当电池单元10正常工作时，传感器板50的气体传感器51感测到的传感信号(例如电阻值)在一定范围内变化(见图6)。
然而，当电池单元10中发生热失控时，气体传感器51感测到的传感信号(例如电阻值)随着从电池单元10内部排出的排出气体量增加而迅速增加(见图7)。由此，控制器70可以确定在电池单元10中发生热失控。
当在电池单元10中发生热失控时，控制器70可以通过警告部件80向车辆乘员发出警报。警告部件80可以通过设置在车辆中的中央仪表盘或扬声器来实现。
在电池单元10中发生热失控，导致在电池单元100中排出气体过多，从而可能发生火灾。由于电池起火导致车辆内的一连串火灾，对于车辆中的乘员来说可能发生非常危险的情况。
因此，当通过气体传感器51检测到从电池单元10排出的排出气体并且预测在电池单元10中将发生热失控时，控制器70通过警告部件80将情况通知给车辆的乘员，从而可以保护乘员免受电池单元10的热失控和由此导致的车辆发生火灾。
随着参考目前被视为是实际的示例性的形式描述本发明，应理解的是，本发明并不限于所公开的形式，相反的，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改和等效的布置形式。

Claims (8)

1.一种用于检测电动车辆电池的热失控的装置，所述装置包括：
电池模块，其包括多个电池单元，所述多个电池单元中的每个电池单元为软包型，并且配置为包括软包主体以及分别设置在所述软包主体的第一端和第二端处的一对电极引线；以及
印刷电路板，其安装有至少一个气体传感器，所述至少一个气体传感器配置为感测从所述多个电池单元中的每个电池单元排出的气体量。
2.根据权利要求1所述的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，其中：
所述印刷电路板安装在包括所述多个电池单元的电池单元组件的端部。
3.根据权利要求2所述的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，其中：
安装在所述印刷电路板上的所述至少一个气体传感器邻近所述软包主体与所述一对电极引线中的一个电极引线之间而安装。
4.根据权利要求1所述的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，进一步包括：
控制器，其配置为基于通过印刷电路板传输的感测到的气体量来确定所述多个电池单元中的每个电池单元的热失控；以及
警告部件，其配置为通知电动车辆的乘员所述多个电池单元的热失控。
5.一种用于检测电动车辆电池的热失控的装置，所述装置包括：
电池模块，其包括多个电池单元，所述多个电池单元中的每个电池单元为棱柱型，并且配置为包括棱柱主体以及设置在所述棱柱主体的上部的排气部分；以及
印刷电路板，其安装有至少一个气体传感器，所述至少一个气体传感器配置为感测从所述多个电池单元中的每个电池单元排出的气体量。
6.根据权利要求5所述的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，其中：
所述印刷电路板安装在包括所述多个电池单元的电池单元组件的端部。
7.根据权利要求6所述的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，其中：
安装在所述印刷电路板上的所述至少一个气体传感器布置为邻近设置在所述棱柱主体上的所述排气部分。
8.根据权利要求5所述的用于检测电动车辆电池的热失控的装置，进一步包括：
控制器，其配置为基于通过所述印刷电路板传输的感测到的每个电池单元的气体量来确定所述多个电池单元的热失控；以及
警告部件，其配置为通知电动车辆的乘员所述多个电池单元的热失控。
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