一种热失控探测装置及电池簇的预警系统的制作方法

本申请涉及电池安全在线监测，具体涉及一种热失控探测装置及电池簇的预警系统。

背景技术：

1、对锂离子电池储能电站进行有效安全监控的紧迫度显得尤为突出。

2、具体地，储能电站包含若干电池簇，每个电池簇包含若干电池pack单元，每个电池pack单元包含若干电芯。为了保证储能电站内的电池pack单元内部能够进行高效的电化学反应，电芯以及电池pack单元均采用密封设计。目前整个锂离子电池密封等级可达ip65-67。

3、相关技术中，监测热失控的探测装置设置在电池簇内，每个电池簇对应设置一个探测装置。现有的探测装置主要采用烟雾报警的方式，监测热失控风险；探测装置体积普遍较大。

4、但是，在实际应用过程中，电池pack单元被严格密封，探测装置只能在电池pack单元热失控阶段进行报警，即只能在电池pack单元的pack泄压阀开启后才能检测到电池pack单元的热失控风险；但是从电池pack单元热失控导致pack泄压阀开启，到发生起火或爆炸事故的时间非常短暂，因此留给消防抢险的处理时间有限，如果处理不当，电池很容易发生热失控蔓延甚至引发爆炸等大型安全事故。其次，探测装置体积较大，即便想要安装到电池pack单元内，也没有足够空间进行安装。此外，现有的探测装置通过烟雾报警的方式监测热失控，即便探测装置能够安装到电池pack单元内，电芯故障阶段相对于电池pack单元故障阶段的烟雾更小，现有的探测装置无法准确探测到电芯故障阶段的热失控波动。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种热失控探测装置及电池簇的预警系统，安装在电池pack单元内，集成多种预警方式，能够在电芯热失控阶段进行精准预警。

2、为达到以上目的，采取的技术方案是：一种热失控探测装置，所述热失控探测装置安装于电池pack单元内；所述热失控探测装置包含互相盖合的壳体和盖体，所述壳体和盖体均设置半光腔体，两个半光腔体在盖合后形成光腔体；

3、所述光腔体将外壳内部空间划分为声音探测区、压力探测区和粒子探测区；

4、所述声音探测区设置用于监测电池pack单元的电芯泄压阀开启过程声响的声音传感器；

5、所述压力探测区设置用于监测电池pack单元内气压的压力传感器；

6、所述粒子探测区设置用于监测电池pack单元内的电芯发生热失控时产生的纳米粒子浓度变化的激光发射器和光接收传感器。

7、在上述技术方案的基础上，所述壳体呈四方体壳体状，且四方体壳体的一侧设置密闭的消光腔体；壳体的半光腔体斜向设置于除消光腔体外的其余空间，且半光腔体一端连接于消光腔体侧端面；所述消光腔体和盖合后的光腔体形成粒子探测区，盖合后的光腔体两侧分别为声音探测区和压力探测区。

8、在上述技术方案的基础上，所述消光腔体具有波折状的侧端面，位于光腔体延伸方向的一侧端面设置消光入口，另一侧端面设置光接收孔；所述激光发射器设置于光腔体背离消光入口的一端，所述光接收传感器设置于光接收孔处。

9、在上述技术方案的基础上，所述光腔体分为设置于壳体的第一半光腔体和设置于盖体的第二半光腔体；

10、所述第一半光腔体包含长导光板和短导光板，所述长导光板和短导光板沿长度方向均设置凸起的止挡板；所述第二半光腔体包含长板和短板，所述长板和短板沿长度方向均设置凹边沿；

11、所述长导光板通过止挡板匹配于长板的凹边沿，所述短导光板通过止挡板匹配于短板的凹边沿。

12、在上述技术方案的基础上，当壳体和盖体互相盖合时，匹配后的长导光板和长板隔离出一个密闭的三角空腔，所述三角空腔为声音探测区，所述盖体对应于三角空腔的位置开设的第一进气口。

13、在上述技术方案的基础上，当壳体和盖体互相盖合时，匹配后的短导光板和短板的同一端部与消光腔体的消光入口所在侧端面预留一定间隙；所述光接收孔设置于所述间隙侧面；

14、匹配后的短导光板和短板隔离出开放的压力探测区，所述壳体对应于压力探测区的侧壁开设第二进气口。

15、在上述技术方案的基础上，所述热失控探测装置还包含用于监测多种不同特征气体浓度的光学气体传感器，所述热失控探测装置还包含用于使特征气体均匀分布的主动扰流件，所述主动扰流件和光学气体传感器设置于壳体外。

16、本申请还公开了一种电池簇的预警系统，包含：

17、若干上述热失控探测装置，每个热失控探测装置的壳体背离盖体的一面紧贴固定于电池pack单元的顶板内表面；

18、监测主机，其安装于电池pack单元所在电池簇，所述监测主机通过信号线一一连接于若干热失控探测装置。

19、在上述技术方案的基础上，所述热失控探测装置还包含用于监测多种不同特征气体浓度的光学气体传感器，所述热失控探测装置还包含用于使特征气体均匀分布的主动扰流件，所述主动扰流件和光学气体传感器设置于壳体外。

20、在上述技术方案的基础上，所述监测主机设置气压、声音、纳米粒子浓度和特征气体浓度的初始安全阈值，所述监测主机用于在任意两个监测数据超出相应的初始安全阈值时报警。

21、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

22、1、本申请的热失控探测装置，安装在电池pack单元内部，能够在电芯热失控阶段进行预警，相对于现有技术在电池pack单元热失控阶段进行预警，大大前置了预警时间，争取到了更多的排除故障的时间。本申请的热失控探测装置，集成了三种或四种预警方式，分别为声音预警、压力预警和纳米粒子浓度预警，以及可选地特征气体浓度预警，预警更加精准可靠。其中，仅仅是纳米粒子浓度预警，相对于现有技术的烟雾报警形式，烟雾报警能探测到的烟雾粒径较大，无法检测到纳米粒子，待检测到烟雾时已处于事故即将发生或已发生阶段。而事故发生过程中，纳米粒子往往在事故的更早期出现，因此以纳米粒子浓度作为预警比烟雾报警的预警时间更加靠前，再加上其他几种预警方式，分别监测不同的参数，能够有效防止发生误报。

23、2、本申请的热失控探测装置，结构紧凑，在四方体壳体状的壳体一侧设置消光腔体，有效防止了激光反射造成的干扰，提高了纳米粒子浓度测量的准确性；更为重要的是，在壳体和盖体相互盖合的基础上，两个半光腔体也相互盖合，进一步将除消光腔体外的剩余空间一分为三，分别用于激光发射接收用的光腔体、声音探测区和压力探测区。光腔体用来进行激光发射，测量纳米粒子的浓度变化。本申请的热失控探测装置，结构高度集成，相对于现有技术中烟雾报警装置的体积小，能够安装于空间有效的电池pack单元内部，对电芯热失控阶段进行预警。

24、3.本申请的电池簇的预警系统，若干热失控探测装置一一监测若干电池pack单元，实现了对电芯热失控阶段的监测，相对于现有技术的探测装置对电池pack单元热失控阶段的监测，本申请的热失控预警系统前置了预警时间，预警时间更加靠前，同时，采用的多种预警方式，能够防止误报，预警更加精准。

技术特征：

1.一种热失控探测装置，其特征在于：所述热失控探测装置(1)安装于电池pack单元(4)内；所述热失控探测装置(1)包含互相盖合的壳体(11)和盖体(12)，所述壳体(11)和盖体(12)均设置半光腔体，两个半光腔体在盖合后形成光腔体；

2.如权利要求1所述的一种热失控探测装置，其特征在于：所述壳体(11)呈四方体壳体状，且四方体壳体的一侧设置密闭的消光腔体(123)；壳体(11)的半光腔体斜向设置于除消光腔体(123)外的其余空间，且半光腔体一端连接于消光腔体(123)侧端面；所述消光腔体(123)和盖合后的光腔体形成粒子探测区(21)，盖合后的光腔体两侧分别为声音探测区(20)和压力探测区(22)。

3.如权利要求2所述的一种热失控探测装置，其特征在于：所述消光腔体(123)具有波折状的侧端面，位于光腔体延伸方向的一侧端面设置消光入口(1231)，另一侧端面设置光接收孔(1232)；所述激光发射器设置于光腔体背离消光入口(1231)的一端，所述光接收传感器(124)设置于光接收孔(1232)处。

4.如权利要求3所述的一种热失控探测装置，其特征在于：所述光腔体分为设置于壳体(11)的第一半光腔体(112)和设置于盖体(12)的第二半光腔体(122)；

5.如权利要求4所述的一种热失控探测装置，其特征在于：当壳体(11)和盖体(12)互相盖合时，匹配后的长导光板(1121)和长板(1221)隔离出一个密闭的三角空腔，所述三角空腔为声音探测区(20)，所述盖体(12)对应于三角空腔的位置开设第一进气口(111)。

6.如权利要求4所述的一种热失控探测装置，其特征在于：当壳体(11)和盖体(12)互相盖合时，匹配后的短导光板(1122)和短板(1222)的同一端部与消光腔体(123)的消光入口(1231)所在侧端面预留一定间隙；所述光接收孔(1232)设置于所述间隙侧面；

7.如权利要求1所述的一种热失控探测装置，其特征在于：所述热失控探测装置(1)还包含用于监测多种不同特征气体浓度的光学气体传感器，所述热失控探测装置(1)还包含用于使特征气体均匀分布的主动扰流件(13)，所述主动扰流件(13)和光学气体传感器设置于壳体(11)外。

8.一种电池簇的预警系统，其特征在于，包含：

9.如权利要求8所述的一种电池簇的预警系统，其特征在于：所述热失控探测装置(1)还包含用于监测多种不同特征气体浓度的光学气体传感器，所述热失控探测装置(1)还包含用于使特征气体均匀分布的主动扰流件(13)，所述主动扰流件(13)和光学气体传感器设置于壳体(11)外。

10.如权利要求9所述的一种电池簇的预警系统，其特征在于：所述监测主机(2)设置气压、声音、纳米粒子浓度和特征气体浓度的初始安全阈值，所述监测主机(2)用于在任意两个监测数据超出相应的初始安全阈值时报警。

技术总结
本申请公开了一种热失控探测装置及电池簇的预警系统，涉及电池安全在线监测技术领域，所述热失控探测装置安装于电池pack单元内；热失控探测装置包含壳体和盖体，壳体和盖体均设置半光腔体，两个半光腔体在盖合后形成光腔体；所述光腔体将外壳内部空间划分为声音探测区、压力探测区和粒子探测区；所述声音探测区设置声音传感器；所述压力探测区设置用于监测气压变化的压力传感器；所述粒子探测区设置用于监测电池pack单元内的电芯发生热失控时产生的纳米粒子浓度变化的激光发射器和光接收传感器。本申请的热失控探测装置及电池簇的预警系统，安装在电池pack单元内，集成多种预警方式，能够在电芯热失控阶段进行精准预警。

技术研发人员：杜富豪,刘伦
受保护的技术使用者：武汉云侦科技有限公司
技术研发日：20221226
技术公布日：2024/1/12