CN103985921B - 一种增压液冷抑制电池热失稳系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增压液冷抑制电池热失稳系统，包括用于对电池箱内电池进行降温处理的液冷系统，所述液冷系统包括储液箱、液冷泵、散热器与液管，所述液管包括布设于电池箱外部的连接管与布设于电池之间的冷却管，所述冷却管的材质为塑胶材料，所述塑胶材料的热变形温度位于所述电池使用最高温度与电池热失稳温度之间；所述液冷系统连接有加压器，所述加压器对液冷系统进行加压，并使与热失稳电池相接触发生热变形的冷却管炸开而对相邻电池进行降温。通过加压器施压，当电池热失稳时产生大量的热量使冷却管变形而爆破，液体喷溅到电池周围降低电池以及周围电池的温度，进而抑制电池热失稳链式反应，从而保证电池系统的安全。

Description

一种增压液冷抑制电池热失稳系统

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种增压液冷抑制电池热失稳系统。

背景技术

近年来，由于能源成本以及环境污染的问题越来越突出，纯电动汽车以及混合动力汽车以其能够大幅消除甚至零排放汽车尾气的优点，受到政府以及各汽车企业的重视，然而纯电动以及混合动力汽车尚有很多技术问题需要突破，电池热失稳便是其中最为重要的问题之一。安全性问题一直是动力锂离子电池研发生产的头号难题，随着电池起火、爆炸事故频现报端，动力锂电池安全问题再次被推至舆论的风口浪尖。

锂电池的热稳定性表现为耐温性，有些锂电池电池耐温性高一些，有些锂电池耐温性差一些，耐温性差的更容易热失控（又叫热失稳），引发起火等事故。热失控是电池故障的一种整体性表现，发生在电池内部的可能是被挤压、穿刺或过度充电后使电池内部发生了短路；另外，电解液膜也有一定的温度限制，超过临界点即有可能起火。

在锂电池充放电的过程中，电池本身和大电流通路上的组件会产生热量，并且由于动力电池包发热密度大，散热空间小，容易造成热量积累。另外电池在温度非常规升高或者外力碰撞等因素作用下，电池便会自己失稳，内部能量通过化学反应产生大量的热，而大量的热传递到与其紧挨的其他电池周围，使得周围的电池温度也迅速升高，从而温度诱导周围电池产生热失稳，以此类推产生链式反应，威胁了整车的安全，甚至威胁乘车人员的安全。电池热失稳是一个非常严重的安全问题，出现了电池热失稳基本上是汽车发生了交通事故造成了电池包破坏或者电池系统由于某些原因短路造成温度急剧上升，如果热失稳得不到控制，轻者电池包烧毁，严重的车毁人亡。所以，一旦发生热失稳电池系统即停止工作。

现有解决热失稳的技术方案一般是通过增加电池间距或增添电池间的填充物，但是这些方案都会降低整个电池包的单位体积或者单位质量的能量，即会降低能量密度，且不能很好的解决电池热失稳的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种增压液冷抑制电池热失稳系统，使得电池系统工作时产生热失稳也能够得到及时控制，从而保证电池系统的安全及整车和人员的安全。

为了达到上述效果，本发明提供一种增压液冷抑制电池热失稳系统，包括用于对电池箱内电池进行降温处理的液冷系统，所述液冷系统包括储液箱、液冷泵、散热器与液管，所述液管包括布设于电池箱外部的连接管与布设于电池之间的冷却管，所述冷却管的材质为塑胶材料，所述塑胶材料的热变形温度位于所述电池使用最高温度与电池热失稳温度之间；所述液冷系统连接有加压器，所述加压器对液冷系统进行加压，并使与热失稳电池相接触发生热变形的冷却管炸开而对相邻电池进行降温。

因为液体的压力是可以传导的，所以本专利中加压器可连接在液冷系统中任何位置，如储液箱或连接管的任一段上。

本专利中冷却管采用的是塑胶材料，而连接管的材质不限，一般可为塑胶、钢等。其中塑胶材料的热变形温度是指对塑料或橡胶材料施加一定的负荷，并以一定的速度升温，当达到规定形变时所对应的温度。一般情况下塑胶材料在温度升高时，其承受压力的能力会迅速下降。本专利就是利用塑胶材料的这种特性，而选择热变形温度合适的材料来做冷却管，当某电池发生热失稳时，其释放出的大量热量使冷却管快速升温而产生热变形，由于加压器施加一定压力使该段冷却管爆炸，将液体释放出来对相邻电池进行降温，避免发生电池热失稳链式反应。

所以，符合本专利要求的冷却管的塑胶材料有PVC、PU、PE、PP管、硅胶管，以及有机材料改性材料管等。

进一步，所述加压器与储液箱连接；所述储液箱的出口端与液冷泵连接，所述液冷泵的出口端通过第一接头与布设于电池之间的冷却管进口端连接；所述冷却管的出口端通过第二接头与散热器的入口端连接，所述散热器的出口端与储液箱的入口端连接；所述储液箱与液冷泵、液冷泵与第一接头、第二接头与散热器、散热器与储液箱之间均通过连接管连接。

更进一步，所述第二接头通过三通阀分别与散热器、储液箱连接，所述散热器为风冷换热器。

本专利的另一种方案是，还包括用于监控电池充、放电及温度的电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS与所述加压器之间通过电缆连接。

电池管理系统BMS，其主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。目前使用较多的是正菱科技的ZK系列，其主要是由主控单元、采集单元、显示单元等组成，是现有成熟的系统，可直接购买来安装在电池组中即可，故在本专利中就不对其作详细描述。

所以本发明的增压液冷抑制电池热失稳系统有两种工作模式：

一、加压器施加一定的预压，当电池因热失稳产生大量的热，使液冷管路因升温而软化，加压器使进入液冷管内的液体产生一定压力，其进入液冷管后使液冷管在压力作用下爆破，则液体喷溅到电池周围，降低电池以及周围电池的温度，进而抑制电池热失稳链式反应，从而保证电池系统的安全。

二、本发明将电池管理系统BMS与加压器之间通过电缆连接，通过电池管理系统BMS检测到每个电池模组的管路进出口处的温度差来驱动加压器的开启，具体如下：

当局部某个电池产生热失稳，在相对较短的时间内就会放出大量的热，最终会导致进出该电池模组的液冷管两端的温度产生极大的差异，如正常情况下液冷管进出口的温度差一般在15℃以下，而此时温度差值将迅速超过30℃或更高。电池管理系统BMS检测到温度异常，则启动加压器对液冷管中的液体进行加压，使整个液体有较高的压力。而此时热失稳电池周围的液冷管的温度迅速升高，其承受压强的能力大为减弱，导致其爆破，液冷管内的大量液体喷溅到失稳电池极其周围，使热失稳电池周围的电池温度维持在相对较低的温度范围内，从而阻断电池热失稳的连锁反应，保证电池的安全性，进而保证整车的安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明第一种结构示意图；

图2是本发明第二种结构示意图；

图中：1-电池箱，2-冷却管，3-三通阀，4-风冷换热器，5-储液箱，6-加压器，7-液冷泵，8-电池管理系统BMS，9-第一接头，10-第二接头。

具体实施方式

实施例1

如图1所示是本专利的第一种结构，一种增压液冷抑制电池热失稳系统，包括用于对电池箱1内电池进行降温处理的液冷系统，所述液冷系统包括储液箱5、液冷泵7、风冷换热器4与液管，所述液管包括布设于电池箱外部的连接管与布设于电池之间的冷却管2，所述储液箱5连接有加压器6，所述加压器6对冷却管2进行加压。所述储液箱5的出口端与液冷泵7连接，所述液冷泵7的出口端通过第一接头9与布设于电池之间的冷却管2进口端连接；所述冷却管2的出口端通过第二接头10与风冷换热器4的入口端连接，所述风冷换热器4的出口端与储液箱5的入口端连接；所述储液箱5与液冷泵7、液冷泵7与第一接头9、第二接头10与风冷换热器4、风冷换热器4与储液箱5之间均通过连接管连接。

所述冷却管2的材质为塑胶材料，其热变形温度位于所述电池使用最高温度与电池热失稳温度之间；加压器6给液冷系统施加一定的预压，当某电池因热失稳产生大量的热时，会使冷支管因升温而产生热形，其承受压力大为减少，从而在加压器6施加的压力作用下爆破，其液体则喷溅到电池周围，降低电池以及周围电池的温度，进而抑制电池热失稳链式反应，从而保证电池系统的安全。并使与热失稳电池相接触发生热变形的冷却管炸开而对相邻电池进行降温。

进一步，所述第二接头10通过三通阀3分别与风冷换热器4、储液箱5连接，可选择液冷系统在天冷时通过对储液箱进行加热而对电池箱进行加热，通过三通阀3来切换液体通路使用。

实施例2

如图2所示是本专利的第二种结构，与第一种结构不同的是将所述加压器6与设于电池箱内用于监控电池充、放电及温度的电池管理系统BMS8之间通过电缆连接，加压器6通过电池管理系统BMS8反馈的温度进行增大液冷系统的压力，而使冷却管及时爆炸。

即当局部某个电池产生热失稳时，在相对较短的时间内就会放出大量的热，最终会导致进出该电池模组的液冷管两端的温度产生极大的差异。电池管理系统BMS8监控到该温度异常时，启动加压器6对液管中的液体进行加压。而此时冷却管2因温度迅速升高变形而大大降低其承受压强的能力，导致其爆破，冷却管2内的大量液体喷溅到失稳电池极其周围，使热失稳电池周围的电池温度维持在相对较低的温度范围内，从而阻断电池热失稳的连锁反应，保证电池的安全性，进而保证整车的安全性。

实施例3

本实施例以18650锂电池组为例进行说明，该锂电池组重量约45g，共有6颗相同的单体电池。该电池组的综合比热容经过测量约1000J/kg℃,单体电池3.7V2.2AH的总能量约26640J；而液冷系统中液体的比热容通常在1000-3000J/kg℃，电池系统正常使用最高温度为65℃，电池热失稳温度为135℃。

当单体电池发生热失稳后能量全部转化为热量，则会造成温度升高约102℃，此时其相邻电池的平均温度最高可以达到65+102=167℃。由于电池本身存在一定的温差，其单体电池芯局部温度会超过167℃，这一温度远远超过了电池热失稳温度，会导致电池组内电池相继发生链式热失稳反应，威胁了整车的安全。

当使用本专利系统后，通过加压器使冷却管爆炸而喷溅出液体，可使电池最高温度降到100℃以下，计算得出只需要喷溅出137g的导热油便可将温度降到远低于电池热失稳的100℃以下。从而保证在发生热失稳时能保证电池系统的安全，保证整车及乘车人员的安全。

以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种增压液冷抑制电池热失稳系统，包括用于对电池箱内电池进行降温处理的液冷系统，所述液冷系统包括储液箱、液冷泵、散热器与液管，所述液管包括布设于电池箱外部的连接管与布设于电池之间的冷却管，其特征在于：所述冷却管的材质为塑胶材料，所述塑胶材料的热变形温度位于所述电池使用最高温度与电池热失稳温度之间；所述液冷系统连接有加压器，所述加压器对液冷系统进行加压，并使与热失稳电池相接触发生热变形的冷却管炸开而对相邻电池进行降温。

2.根据权利要求1所述的增压液冷抑制电池热失稳系统，其特征在于：所述加压器与储液箱连接；所述储液箱的出口端与液冷泵连接，所述液冷泵的出口端通过第一接头与布设于电池之间的冷却管进口端连接；所述冷却管的出口端通过第二接头与散热器的入口端连接，所述散热器的出口端与储液箱的入口端连接；所述储液箱与液冷泵、液冷泵与第一接头、第二接头与散热器、散热器与储液箱之间均通过连接管连接。

3.根据权利要求2所述的增压液冷抑制电池热失稳系统，其特征在于：所述第二接头通过三通阀分别与散热器、储液箱连接，所述散热器为风冷换热器。

4.根据权利要求1所述的增压液冷抑制电池热失稳系统，其特征在于：还包括用于监控电池充、放电及温度的电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS与所述加压器之间通过电缆连接；电池管理系统BMS检测到温度异常时，启动加压器对液冷管中的液体进行加压而使热失稳电池周围的液冷管爆破。