CN105206895A - 电池组的冷却方法及带有冷却装置的电池组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有冷却装置的电池组，还同时公开了该电池组的冷却方法，包括如下步骤：当壳体中的电池单体的温度上升时，该电池单体周围的冷却液立刻沸腾蒸发，蒸发时吸收的潜热能实现对该电池单体的降温；产生的冷却液蒸汽分布至壳体内腔，使壳体内腔中的压力上升，从而使壳体内腔中的部分的冷却液被冷凝，进而使壳体内的温度上升，使壳体内形成新蒸气压所对应的温度；当壳体中的电池单体或冷却部件的温度下降时，该电池单体或冷却部件周围的冷却液蒸汽冷凝，释放潜热，冷却液蒸汽冷凝引起的壳体内腔压力下降，从而使部分的冷却液蒸发，进而使壳体内的温度下降，使壳体内形成新蒸气压所对应的温度。

Description

电池组的冷却方法及带有冷却装置的电池组

技术领域

本发明涉及电池组的冷却方法，以及相应的带有冷却装置的电池组。

背景技术

目前现有电池组冷却采取了液体冷却、气流冷却、相变介质冷却、热管冷却等方式。这些方式中气流冷却结构最简单，但存在冷却能力小、电池单体间的温差大、电池寿命受影响、放电功率受限等问题，虽可通过调整电池材料进行弥补，但多以损失储电容量为代价。

液体冷却需要有复杂的循环回路，系统的重量增加较多，成组后电池组的单体占比只有50％左右，在目前电池重量比能量不足的情况下，损失了宝贵的重量。

相变介质冷却，通过介质的相变点和相变潜热，实现了电池组的温度的恒定，通过热管散热后一定程度上可以保证电池组的散热，CN102231447的发明公开了一种相变材料热管耦合散热动力电池组，包括电池组壳体，在电池组壳体内放置有若干单体电池，单体电池之间缝隙内填充相变材料，相变材料中插入若干根热管，热管与相变材料接触的蒸发端以及热管与电池组外部环境接触的冷凝段均设置有翅片或螺纹。电池充放电产生的热量通过相变材料以潜热形式储存，相变材料中的热量再通过热管导出散到电池组外部环境。但该方案中当高于或低相变温度点时是不具备恒温条件的，当环境温度长时间高于相变点时，相变介质因环境影响下已经相变，需要消耗能能量强制对外散热，或失去恒温能力；当温度低于相变点时，相变介质相当于普通的材料。同时该方案需要利用的介质和热管的数量较多，系统中的有效的电池重量占比小。

因此，上述现有的方案中，存在或有效重量少，导致电池组的重量增加；或冷却效果不佳电池组的寿命受影响等问题。

同时根据已有事件显示，成组后的电池组仍不够安全，当在遇到意外情况下仍有热失控并导致燃烧的事件发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电池组冷却装置及相应的冷却方法。本发明通过改进电池组的冷却方式，减轻电池组系统重量，提高电池单体的冷却和均温效果，进而保证电池组的使用寿命和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下一种带有冷却装置的电池组，包括壳体和位于壳体内腔中的电池单体；

在壳体的内腔中设置电池小组，所述电池小组由若干个电池单体电连接而成；在具备真空度的壳体内灌注有冷却液，冷却液与需冷却的电池单体表面相接触(冷却液充满需冷却的电池单体表面)；

壳体内的冷却液吸收热量后形成了冷却液蒸汽，壳体内的冷却液蒸汽能相互流通，壳体内的冷却液能相互流通；

当所述电池单体的正负极位于壳体的内腔中时，在外壳内腔的上方和下方分别设置隔离罩，电池单体的正极和负极均分别处于隔离罩内，从而使电池单体的正极和负极与壳体内腔中的冷却液相隔离；

当所述电池单体的正负级位于壳体之外时，壳体与电池单体的外表面保持无间隙的密封接触。

备注说明：所述真空度的要求一般为：壳体内残余不凝气体的分压要小于最低工作温度下的冷却液的蒸汽压。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的改进：

当冷却液具有导电性能时，所述电池单体为外表面与正负极之间绝缘的电池单体；

当冷却液为绝缘性介质时，所述电池单体的外表面与正负极之间无需绝缘；

当冷却液具有导电性能时，同时冷却液所有连通的电池组单体的外表面具有相等的电位时，所述电池单体的外表面与正负极回路之间可以无需绝缘或有绝缘。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的进一步改进：

在壳体的内腔中设置由纵横交错的隔板组合而成的网格状的分割区，在分割区内设置电池小组；

在隔板的上半部设置通孔，从而使隔板由位于下部的隔板实心块和位于上部的通孔隔板结构块组成，冷却液受热形成的冷却液蒸汽能通过通孔隔板结构块在壳体内流通，高度超过隔板实心块的冷却液能通过通孔隔板结构块在壳体内流通；

或者，隔板的顶端与壳体顶盖保持间隙，冷却液受热(蒸发)形成的冷却液蒸汽能通过该间隙在壳体内流通，高度达到该间隙的冷却液能通过该间隙在壳体内流通；

所述隔板的底部与壳体的底部密封的固定相连；从而确保位于分割区底部的冷却液(为部分的冷却液)能被相对定位于分割区内。

备注说明：该电池隔板还起到阻挡电池小组受挤压与相邻的电池小组短路的作用，也起到对冷却液做局部留存的作用。

所述隔板的底部与壳体的底部密封高度可以为0；注：这时利用吸水材料的吸附性能保持局部冷却液分布均匀。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的进一步改进：电池单体之间具有0.1～5mm的小间隙，从而确保冷却液的气体和液体的连通。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的进一步改进：

在电池单体的外表面包裹吸水层，该吸水层由能有效吸附冷却液的材料制成；所述吸水层与冷却液相接触，吸收了冷却液后的吸水层紧贴电池单体的外表面，从而使电池单体的外表面与冷却液相接触；

或者，在电池单体的外表面设置细微沟槽，从而依靠毛细效应实现电池单体的外表面与冷却液相接触。

备注说明：即，细微沟槽能代替吸水层。

所述能有效吸附冷却液的材料例如为脱脂棉、海绵、吸水泡沫体等等。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的进一步改进：

带有冷却装置的电池组还包括检测系统(电池的安全系统)，所述检测系统包括用于检测壳体内腔中的温度、压力的温度传感器和压力传感器；在壳体上设置用于抽真空的预留口；

备注说明：所述检测系统还包括用于检测电池组内部的绝缘失效的冷却液电压传感器；并在蒸汽腔内部设有低温氧化氢气的催化反应器；

在隔离罩内设置湿度检测传感器，用于检测从壳体内腔泄露至隔离罩内的冷却液；即，湿度检测传感器用于实现冷却液泄漏的检测和报警。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的进一步改进：

若干个电池组配套使用时，在壳体的上部设置气体导管，在壳体的下部设置液体导管；冷却液蒸发所产生的冷却液蒸汽通过气体导管相流通，冷却液通过液体导管相流通。

作为本发明的带有冷却装置的电池组的进一步改进：在壳体内腔的上半部或者在壳体的外部设置用于使冷却液蒸汽被冷却的散热装置，在壳体内腔的下半部设置用于加热冷却液的加热装置。

本发明还同时提供一种电池组的冷却方法(利用上述装置)，包括如下步骤：

当壳体中的电池单体的温度上升时，该电池单体周围的冷却液立刻沸腾蒸发，蒸发时吸收的潜热能实现对该电池单体的降温；产生的冷却液蒸汽分布至壳体内腔，使壳体内腔中的压力上升，从而使壳体内腔中的部分的冷却液被冷凝，进而使壳体内的温度上升，使壳体内形成新蒸气压所对应的温度；

当壳体中的电池单体或冷却部件的温度下降时，该电池单体或冷却部件周围的冷却液蒸汽冷凝，释放潜热，冷却液蒸汽冷凝引起的壳体内腔压力下降，从而使部分的冷却液蒸发，进而使壳体内的温度下降，使壳体内形成新蒸气压所对应的温度；

蒸发所消耗的冷却液或凝结所产生的冷却液通过流动和毛细作用重新平衡分布。

作为本发明的电池组的冷却方法的改进：

冷却液为纯净水、乙二醇、甘油、酒精或它们的水溶液、氟利昂、丙酮；

冷却液占壳体内空余空间的10～90％。

备注说明：壳体内空余空间是指壳体的空间去除电池单体、隔板等零部件后的空间。

作为本发明的电池组的冷却方法的进一步改进：

冷却液优选水。

当采用水作为冷却液时，其工作特性符合电池的需要，当电池单体发生意外放热时，升高温度能够通过冷却液迅速的散发，其散热功率大于电池的内部传导功率，可以有效阻止电池单体的热失控的发生，在生产、退役、使用中遭受严重破损时、或维修维护时对环境无害。

作为本发明的进一步改进：当电池单体的正极/负极位于隔离罩内时，在隔离罩内部填充驱水的绝缘材料(如绝缘硅油，合成油脂等液体或半固体材料)，所述电池单体的正极/负极、线路均分别被驱水的绝缘材料所密封覆盖。从而进一步确保电池单体的正极和负极与壳体内腔中的冷却液相隔离。

在本发明中，在分割区中设置用于固定电池单体的电池支架，该电池支架可与隔离罩设计成一体的形式。

该电池支架例如可如图7所述，制备成圆环状，从而实现电池单体相互之间保持一定的小间隙或气、液通道的联通，且使电池单体稳固相连成一个电池小组。

在本发明中，优先推荐的冷却液(冷却剂)为水。当采用水作为冷却液时，不仅具备优良的冷却效果，同时水的成本低、安全、不燃，在制造、使用和寿命终止时对环境无有害影响。尤其是当电池单体发生意外短路放热时，本发明的冷却装置为电池组提供充分的冷却能力，在26265、18650等电池规格下，短路所导致的升高的温度能够通过冷却表面冷却剂迅速的散发，其散热功率大于电池的内部传导功率和短路释放的功率，可以有效阻止电池单体的热失控的发生，提高电池组在意外情况下的可靠性。

在本发明中，电池单体可以为圆柱型或方形或袋装形式，依靠电池支架，从而实现电池单体相互之间保持一定的小间隙或气、液通道的联通，且使电池单体稳固相连成一个电池小组。

在本发明中，电池单体外壳与电池的正负两极的回路具有可靠绝缘，如可以选用具有可靠防水绝缘层的电池单体；该绝缘层能保证电池组的整个寿命周期内与冷却液绝缘良好，绝缘层将耐受电池组的全部电压。绝缘层例如可采用聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯等绝缘材料制成，可单独或复合涂层，涂层厚度为0.01mm到0.2mm；在满足绝缘可靠性能下，薄的涂层有更好的散热性能。也可以选用内部绝缘的金属壳体。此属于常规技术。

壳体为难燃的稳定绝缘材料制成，具有一定的结构强度，从而保证冷却液和气体的不泄漏和对外部气体的可靠隔离。可以是由金属薄层和塑料制成的复合结构。尤其是在电池单体为钢壳结构时，冷却介质采用推荐的水或醇的水溶液时，工作时电池组内部处于负压状态，壳体可以采用柔性材料(例如为薄金属壳体和氯乙烯涂层的复合结构)，外部的大气压将壳体紧压在电池单体组成的组合上，利用电池壳体和支架形成的整体构成的电池组的主体受力结构，减少电池组对壳体的结构强度需要，进一步减轻电池组重量。难燃材料为进一步提高电池组在意外时的安全性。绝缘的内部表面提高电池的可靠性，同时为主回路的绝缘失效监测提供基础。

当电池单体为软袋包装时，在电池单体间设置隔离板，该隔离板的目的是使电池单体之间保持一定的间隙，从而使冷却液及其冷却液蒸汽可与电池单体相接触。该隔离板的另一作用是维持软袋包装的原状态，即，避免冷却层的低气压引起的软袋包装胀气对电池造成的损害。

本发明的工作原理如下：

液体的沸点和蒸气压有确定的对应关系，这是由其自身特性所决定；如水的状态图(图8)：

右下部弧线为气态和固液态的饱和蒸气压-温度曲线，一定温度下当气、液或气、固共存的情况下，平衡后对应有确定的压力，反之当有确定的压力时，平衡后有确定的温度，所以只要在电池组(即，壳体内的电池单体)中需要恒温冷却的地方保持有气液或气固共存的状态，同时维持相同的蒸汽压力，既可以保持相同的温度。

当处于平衡的电池组中某个电池单体温度上升时，其外部的液体(冷却液)将立刻沸腾蒸发，蒸发时吸收的潜热将相应的高温的电池单体降温，蒸发的气体分布到电池组的内部空间中(即，壳体内)，电池组的内部压力略微提高，并均匀迅速使一部分冷却液蒸汽冷凝，所有的电池单体的温度均略微上升一点，保持在新的蒸气压所对应的温度下。整个传播过程速度由蒸汽的流动速度决定，既内部的声音传播速度。相反的当有某些部位的电池单体的温度下降时，该处将引起其表面的冷却液蒸汽冷凝，释放潜热，蒸汽的冷凝引起壳体内的压力下降，部分的冷却液蒸发能弥补点压力下降，壳体内的压力整体有些微的下降。这样电池单体只要有冷却介质(冷却液)保持在表面，就能保持相同的温度。过程类似于热管，在本发明中将整个电池组作为了一个大型的热管，并在其内部进行热量的传递，作为温度控制的散热部分和加热部分作为散热系统的一个辅助装置。

本发明有别于通常热管的应用，一是在电池温度控制的应用中工作温度比较低，正常工作时传热功率要求不高，水在此时的较低的蒸发限恰好可以满足应用要求，而作为热管中在此温度区采用水作为介质因效率低下已经不合适了。二是在电池组的低温工况中，当低于0℃时电池组需要预热，以保证电池的安全、低损耗的工作，利用冰的升华效应均热，仍然可以迅速保持电池组的均温。当然此时的要求是电池组内的不凝气体的压力要尽量低于相应温度下的水的饱和蒸气压，而这在工艺上是可以得到保证的。而在热管中由于介质成为固体失去交换能力，在此状态下已经失效。三是此系统始终保证冷却部位的介质浸润，因此不存在通常热管的启动问题。四是当电池处于意外状态时，需要紧急强化冷却时，温度将高于50℃，而此时水作为冷却介质的效率将处于极高效的工作范围。其工况性能十分匹配电池组的冷却需要。

当用水作为介质时，即使电池组处于意外燃烧状态时，一方面可以提供消防的冷却功能，同时相对于其他的冷却介质，不燃烧，不助燃，同时对环境又安全友好。

本发明具有如下技术优势：

1、本发明通过固、液与气体的相变潜热，对电池组单体进行均温冷却，通过蒸气压与沸点确定关系的特性保证了电池温度的一致性，尤其是实现了电池的均温控制，温度差小于1℃。对比已有的电池冷却技术的温度更均等，可以进一步保证电池的工作寿命。

2、冷却介质对单个电池的冷却效果四周均匀一致，进一步提高了电池的循环寿命。

3、使用冷却介质(冷却液)随时可以迅速高效冷却电池，阻止电池单体发生热失控的可能，可实现系统的本质热安全。

4、本发明结构简单，核心系统只要一个可靠密封的容器(即，壳体)以及电池支架、冷却液和能形成毛细效应的吸水层，即可实现本质可靠的无源均温功能。一个实现例中电池成组后仅仅增加了20％的附加重量。

5、当本发明在壳体内腔的上半部或者在壳体的外部设置用于使冷却液蒸汽被冷却的散热装置，在壳体内腔的下半部设置用于加热冷却液(7)的加热装置时；可以在被动热管理基础上实现主动热管理，可以通过简单控制蒸汽的流动，实现对电池组的无动力散热管理，也可以在极端的外部环境情况下进行主动热管理。从而提高电池在高温高寒的极端环境下适应性能，及保持在工作温区内的最佳工作温度的性能。

6、采用水做为冷却介质时，成本低，安全性好，同时对环境友好。

7、对本系统的状态和失效可以做有效的监控，保证处于安全可靠的工作状态。即使系统泄漏，导致真空状态的消失，冷却系统仍然可以提供必要的冷却功能，只是系统的均温性能和散热速度下降。

8、系统能够在采用水做冷却剂的情况下，在低于0℃的环境下适应电池的冷却和均温要求。

9、由于简化了冷却的结构，采用了液态和气态的介质进行冷却，电池组的体积得以最大可能的缩小。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为带有冷却装置的电池组的俯视示意图；

图2是图1的A-A剖的剖视局部示意图；

图3是电池小组2串联相连的电路示意图；

图4是隔板30的正面视图；

图5是实施例2使用状态示意图；

图6是实施例3的使用状态示意图；

图7是电池支架3的示意图。

图8为水的状态图。

具体实施方式

实施例1、一种带有冷却装置的电池组，包括密封的壳体1，在壳体1的内腔中设置由纵横交错的隔板30组合而成的网格状的分割区(例如为如图1所述的8个分割区)，在每个分割区内设置1个电池小组2，正极向上的电池小组2和负极向上的电池小组2依次交错排列于上述分割区内，且上述电池小组2通过主回路导线以并串联的方式相连(如图3所述，备注说明：该并串联的方式属于常规技术)。主回路导线可与壳体1设计成一体的形式，这样更能简化结构。

备注说明：为了使图面更加清晰；上述主回路导线在图中作省略处理。

每个电池小组2的具体结构如下：

每个电池小组2由若干个的电池单体20并联而成(例如为如图1所述的25个电池单体20)；电池单体20相互之间具有0.1～5mm的小间隙；电池单体20必须选用外壳具有与正负极回路可靠绝缘的电池单体，或者外表面涂敷有可靠防水绝缘层。

每个电池小组2内的电池单体20的正极通过保险丝5与电池引出线6相连；从而实现对整个电池组进行过流保护。为了简化结构，该电池引出线6可与壳体1设计成一体，即，使电池引出线6包裹在壳体1的内壁中。

电池单体20可为圆柱电池单体、方形电池单体、或袋状电池单体；

隔板30与壳体1固定相连，隔板30的高度等于或略小于壳体1内腔的高度，隔板30的下端面与壳体1的底部密封的固定相连。在隔板30的上半部设置用于使壳体1内的气、液体保持流通的通孔31；即，隔板30实际由位于下方的隔板实心块301和位于上方的通孔隔板结构块302组成，上述通孔31位于通孔隔板结构块302之上方。当冷却液7受热形成冷却液蒸汽时，能通过上述通孔31在壳体1内实现流通。当局部的冷却液7的液面超过隔板实心块301时，冷却液7能通过通孔31流到隔壁(即，实现在壳体1内的流通)。电池支架3、隔板30均是由耐高低温、耐冷却剂、密封性能好、绝缘和有一定强度的材料制成，上述材料例如可选用天然橡胶、合成橡胶、PVC塑料、聚四氟乙烯、尼龙、塑料等，具有相同的外壳电位的电池单体20成组为一个电池小组2，不同外壳电位的电池小组2之间由附加的组间绝缘相隔离。即，正极向上的电池小组2和负极向上的电池小组2由隔板30进行阻隔。隔板30由于具有一定的强度，因此还起到阻挡电池小组2受压的作用；从而避免电池小组2发生形变。

本发明上述结构的隔板30同时提供在外力冲击时变形引起的电池小组2之间的外壳间短路防护。同时对电池小组2下部形成的冷却液7进行隔离。隔离高度以18650规格电池为例占5～30mm(即，冷却液7液面在壳体1内的高度为略高于5～30mm，此时，相当于冷却液7大约占壳体1剩余空间的30～80％)，为车辆在运动时提供冷却液7在隔板溢流对电池小组2的均分和留存，防止车辆在长时间的倾斜、转向时壳体1内一侧的电池小组2会失去与冷却液7的相接触，而导致电池失去冷却效果。

在外壳1内腔的上方和下方分别设置隔离罩4，该隔离罩4与外壳1的顶盖或底部固定相连，电池单体20的正极和负极均分别处于该隔离罩4内，从而使电池单体20的正极和负极与壳体1内腔相隔离；在具备一定真空度的壳体1的内腔中灌注有冷却液7；隔离罩4内的电池单体20的正极和负极与冷却液7相隔离。依靠该隔离罩4，电池单体20可被定位于外壳1的内腔中。

电池支架3可如图7所述，为若干个圆环状相连的支架，每个电池单体20对应的套在此圆环内，从而实现电池单体20相互之间保持一定的小间隙或气、液通道的联通，且使电池单体20稳固相连成一个电池小组2。该电池支架3可与隔离罩4设计成一体的形式(即，通过焊接、或结构设计等方式成为一体)。

电池单体20的正极/负极均分别被隔离罩4所密封覆盖。隔离罩4用绝缘的尼龙、聚四氟乙烯、橡胶等材料制成，内部导体表面填充驱水的绝缘材料(如绝缘硅油，合成油脂等液体或半固体材料)，从而确保即使在有冷却液7浸入隔离罩4仍然可以提供高的绝缘可靠性(即，确保电池单体20的正极/负极不与冷却液7相接触)。

每个电池小组2内的电池单体20的正极通过保险丝5与电池引出线6相连；从而实现对整个电池组进行过流保护。电池引出线6可以为铜或铜合金、或铝合金等高导电性能材料制成。

备注说明：保险丝5密封的穿过隔离罩4后与电池引出线6相连。电池引出线6可与壳体1设计成一体。

为了进一步实现对整个电池组进行过流保护，还可以使每个电池小组2内的电池单体20的负极也通过相应的保险丝与相应的电池引出线相连。

在隔离罩4内可以设置湿度检测传感器，用于检测从壳体1内腔泄露至隔离罩4内的冷却液7。即，湿度检测传感器用于实现冷却液7泄漏的检测和报警。

在隔离罩4内设置温度检测传感器，用于监测电池单体20的温度。

在电池单体20的外表面包裹吸水层21，该吸水层21由能有效吸附冷却液7的材料制成；该吸水层21的下端必须与冷却液7相接触，从而确保吸水层21内含有冷却液7。吸收冷却液7后的吸水层21紧贴电池单体20的外表面，从而使电池单体20的外表面与冷却液7相接触。

备注说明：所述吸水性材料例如为脱脂棉、海绵、吸水泡沫体。也可以通过可在电池单体20的外表面设置微沟槽22，实现吸水层21相同效果，与电池单体20的外表面的充分接触，保持浸润。

向壳体1的内腔中注入冷却液7；然后对壳体1内腔中的剩余空气进行抽真空，使残余空气量分压小于100Pa。由于壳体1的内腔的压力下降，因此，部分的冷却液7形成了冷却液的蒸汽；该冷却液的蒸汽将充满壳体1的内腔的空间(即，原先为空气存在的空间)，其压力为相应温度下的蒸汽压，空气在其中为不凝结气体，对导热有阻碍效果。即，一旦当前工作温度下残余气体分压接近于蒸气压，将明显影响冷却液的蒸发和流动和凝结效应，从而使得本系统的均温和传热效果减弱。

冷却液7选用纯净水、也可选氟利昂、丙酮、乙醇等材料。在极端低温条件(即，环境温度≤-20℃)下可选用丙三醇、乙二醇等的水溶液，质量浓度为1％到30％，降低溶液凝结成冰时的强度，防止对电池组造成伤害。优选纯水具有最佳的环境保护效果和安全的效果，水的泄漏对环境没有影响，大量的产品制造和运行、退役时，泄漏在所难免，选用水可以避免影响，同时水具有最低的供应成本。当电池组受到损害或燃烧时，水或稀的醇水溶液不会燃烧，保证意外情况下的安全性。

冷却液7占壳体1内空余空间(剩余空间)的10～90％。视不同的电池组大小和形式而定，当选用18650规格电池时，冷却液7占壳体1内空余空间(剩余空间)的30％左右，重量上计，每个电池单体20的对应的冷却液7约为2.5～25g。

备注说明：壳体1内空余空间是指壳体1的空间去除电池单体20、隔离罩4、电池支架3等零部件后的空间。

进一步而言：

本发明的带有冷却装置的电池组还包括电池管理系统检测系统，该检测系统包括并不限于用于检测壳体1内腔中的温度、压力的温度传感器和压力传感器；在壳体1上设置用于抽真空的预留口11。备注说明：预留口11可与上文中的预留抽真空口共用。

为了防止内部绝缘的破损后，对冷却液7的电解引起的氢气和氧气的积聚而爆炸，电池组对每一个等电位小组的冷却液7设有电位检测探头，通过检测冷却液7的电位变化可以检测到系统存在的绝缘泄漏。

在蒸汽腔中设有催化反应器，通过催化反应使得因绝缘泄漏而产生的微量氢、氧气体重新缓和反应成水，消除积聚燃烧时引起的爆炸危险。

更进一步而言：

可在壳体1内腔的上半部设置用于使冷却液蒸汽被冷却的散热装置，例如风冷式散热管、水冷式散热管、空调压缩机驱动的蒸发器等等；当然也可以在壳体1的外部设置散热装置，直接利用壳体进行部分的散热，或将位于壳体1内腔上半部的冷却液蒸汽密封的引出至上述外置的散热装置中，待被冷凝成液体后再返回至壳体1的内腔，这样可以加速冷却液蒸汽被冷凝成液体，从而实现对壳体1内腔的降温。

在壳体1内腔的下半部设置用于加热冷却液的加热装置。加热装置工作后，可通过冷却液蒸发成气态对整体加热；此结构适合寒冷地区(即，环境温度会导致冷却液7的结冰)。

典型的锂电池通常工作在50℃～-20℃的范围内，最佳工作范围在5～40℃，为了应对电池组在极端的高温，但当外部温度过高时，电池温度将无法被动散发到外部环境，可以用空调压缩机向外部强制排出热量，把电池温度控制在电池的允许工作范围内。同时当外部处于极端低温环境时，电池组将切断对外部的散热，利用自身热量保持温度，同时电池管理系统系统将限制电池的输出，保证电池的循环寿命。

具体说明如下：

当在环境温度低于冷却液7的冰点情况下，电池管理系统最佳的策略是保持一致的温度对电池组进行升温至冷却液7的冰点以上(通过电池组自身所带的加热装置实现上述升温)，以尽量提高电池的使用寿命；可以采用较低浓度的醇溶液，主要目的在于降低结冰时的冰块强度，在壳体1能够承受结冰的情况下采用纯净水。

典型的情况下，一个26650电池在5C放电时电池内部的温差为5℃左右，体积更小的18650电池温差将更小。而采用本方面的冷却方式具有极大的表面冷却能力，因此电池组的具备强大的散热能力，而且电池组整体的热容量可以为电池提供巨大的热量缓冲，因此只要该系统未被破坏，冷却液7没有泄漏，少量的电池单体20即使发生短路，仍然难以超过热失控的温度，从而从根本上保证了电池组的安全运行。

即使系统发生了泄漏(即，外界的空气进入了壳体1内)，冷却介质(冷却液7)仍然可以为电池组提供紧急冷却，只是此时的电池温度可能达到100℃左右，同时散热速度和效果将减低。

本发明的电池管理系统系统可以通过检测电池组的温度和内部的气体压力，及冷却介质的三态特性，监控到系统的运行状态，当一旦存在异常时及时报警。系统的主要失效为泄漏，但这种泄漏是降级发生的，当气体泄漏时，只是损失电池组的均温、部分散热能力，仍然具备电池组的紧急降温的功能，只有当泄漏状态继续扩展，冷却介质向外泄漏，并泄漏完全时，系统的冷却效果才失效，显而易见这两个过程中会有一个较长的缓冲时间，足以有充分的预警时间给予驾驶人员采取必要措施。当发生极端严重意外，某个无法阻止的因素导致电池组燃烧，冷却介质仍然可以提供一部分的冷却效果，减弱事态的发展。

本发明电池组的冷却方式(电池组处于如图2所述的常规的横卧方式)，具体如下：

当壳体1中的电池单体20的温度上升时，该电池单体20周围的冷却液7立刻沸腾蒸发，蒸发时吸收的潜热能实现对该电池单体20的降温；产生的冷却液蒸汽分布至壳体1内腔，使壳体1内腔中的压力上升，从而使壳体1内腔中的部分的冷却液7被冷凝，进而使壳体1内的温度上升，使壳体1内形成新蒸气压所对应的温度；

当壳体1中的电池单体20的温度下降时，该电池单体20周围的冷却液蒸汽冷凝，释放潜热，冷却液蒸汽冷凝引起的壳体1内腔压力下降，从而使部分的冷却液7蒸发，进而使壳体1内的温度下降，使壳体1内形成新蒸气压所对应的温度。

实施例2、将若干个实施例1所述带有冷却装置的电池组进行组合使用：

当由于安装布局的需要，这若干个的带有冷却装置的电池组必须分别安装时，若干个电池组配套使用时，可在每个电池组的壳体1的上部设置气体导管12，在壳体1的下部设置液体导管13；冷却液7蒸发所产生的冷却液蒸汽通过气体导管12相流通，冷却液7通过液体导管13相流通。从而实现电池组之间冷却液蒸汽和冷却液的相互流通。即，壳体1内位于上层的气体层和位于下层的液体层分别独立管道相连，保证气体和冷却液体的无阻碍联通。

其余工作方式等同于实施例1。

实施例3、电池组竖立放置时：

当外部的布局需要，电池组必须立式放置时，冷却介质(冷却液7)需要淹没所有电池单体20，因此，相对于实施例1而言，可取消使用“包裹电池单体20外表面的吸水层21”。

冷却液7的热量交换需要以自然对流均热，深层的电池单体20将难以获得加热条件，此时可以在电池组的外部增加气体循环泵8，气体循环泵8的两端分别与壳体1的内腔的顶部和底部相连通；从而将上层的气态介质用泵输送到最下层进行循环，保持壳体1内整体均匀的气液共存的状态，即可提供均温性能，因电池单体20间的换热量需求小，此气体循环泵8的流量要求相应很小。一般而言，气体循环泵8的最小流量为电池组的散热量所引起的蒸发气体量，由于同时存在对流散热，需要的流量可以更小。

实施例4、为了均衡电池组内部的冷却介质，对实施例1作如下改进：

壳体1内可以设有介质循环泵，利用溢流位逐节向后端溢流，保证各个电池小组2具有相同的冷却介质量。在车辆应用中，冷却液的耗量小于1升/小时，并且电池组的落差很小，最高仅为电池组厚度0.1m，因此循环泵的功率需求极小，可以用小规格泵断续工作即可。溢流流道保证每一个电池组均有流动到。在车辆行驶过程中，由于水平的加速度的存在，均流的泵可以不工作，在斜坡停车充电等工况下才需要工作。

实施例5、作为安全设置，密封的电池组设有一次性的防爆口，对实施例1作如下改进：

在壳体1上设置一次性的防爆口，当壳体1内部压力可能高于壳体1的安全压力时，防爆口将首先被打开，向外部的安全方向泄放压力。这种情况发生在电池组受外部长时间的燃烧等极端意外时，电池组整体温度高于100℃。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.带有冷却装置的电池组，包括壳体(1)和位于壳体(1)内腔中的电池单体(20)；

其特征是：在壳体(1)的内腔中设置电池小组(2)，所述电池小组(2)由若干个电池单体(20)电连接而成；在具备真空度的壳体(1)内灌注有冷却液(7)，冷却液(7)与需冷却的电池单体(20)表面相接触；

壳体(1)内的冷却液(7)吸收热量后形成了冷却液蒸汽，壳体(1)内的冷却液蒸汽能相互流通，壳体(1)内的冷却液(7)能相互流通；

当所述电池单体(20)的正负极位于壳体(1)的内腔中时，在外壳(1)内腔的上方和下方分别设置隔离罩(4)，电池单体(20)的正极和负极均分别处于隔离罩(4)内，从而使电池单体(20)的正极和负极与壳体(1)内腔中的冷却液(7)相隔离；

当所述电池单体(20)的正负级位于壳体(1)之外时，壳体(1)与电池单体(20)的外表面保持无间隙的密封接触。

2.根据权利要求1所述的带有冷却装置的电池组，其特征是：

当冷却液(7)具有导电性能时，所述电池单体(20)为外表面与正负极之间绝缘的电池单体；

当冷却液(7)为绝缘性介质时，所述电池单体(20)的外表面与正负极之间无需绝缘；

当冷却液(7)具有导电性能时，同时冷却液(7)所有连通的电池组单体(20)的外表面具有相等的电位时，所述电池单体(20)的外表面与正负极回路之间可以无需绝缘或有绝缘。

3.根据权利要求1或2所述的带有冷却装置的电池组，其特征是：在壳体(1)的内腔中设置由纵横交错的隔板(30)组合而成的网格状的分割区，在分割区内设置电池小组(2)；

在隔板(30)的上半部设置通孔(31)，从而使隔板(30)由位于下部的隔板实心块(301)和位于上部的通孔隔板结构块(302)组成，冷却液(7)受热形成的冷却液蒸汽能通过通孔隔板结构块(302)在壳体(1)内流通，高度超过隔板实心块(301)的冷却液(7)能通过通孔隔板结构块(302)在壳体(1)内流通；

或者，隔板(30)的顶端与壳体(1)顶盖保持间隙，冷却液(7)受热形成的冷却液蒸汽能通过该间隙在壳体(1)内流通，高度达到该间隙的冷却液(7)能通过该间隙在壳体(1)内流通；

所述隔板(30)的底部与壳体(1)的底部密封的固定相连；从而确保位于分割区底部的冷却液(7)能被相对定位于分割区内。

4.根据权利要求3所述的带有冷却装置的电池组，其特征是：电池单体(20)之间具有0.1～5mm的小间隙，从而确保冷却液(7)的气体和液体的连通。

5.根据权利要求4所述的带有冷却装置的电池组，其特征是：

在电池单体(20)的外表面包裹吸水层(21)，该吸水层(21)由能有效吸附冷却液(7)的材料制成；所述吸水层(21)与冷却液(7)相接触，吸收了冷却液(7)后的吸水层(21)紧贴电池单体(20)的外表面，从而使电池单体(20)的外表面与冷却液(7)相接触；

或者，在电池单体(20)的外表面设置细微沟槽(22)，从而依靠毛细效应实现电池单体(20)的外表面与冷却液(7)相接触。

6.根据权利要求5所述的带有冷却装置的电池组，其特征是：

带有冷却装置的电池组还包括检测系统，所述检测系统包括用于检测壳体(1)内腔中的温度、压力的温度传感器和压力传感器；在壳体(1)上设置用于抽真空的预留口(11)；

在隔离罩(4)内设置湿度检测传感器，用于检测从壳体(1)内腔泄露至隔离罩(4)内的冷却液(7)。

7.根据权利要求6所述的带有冷却装置的电池组，其特征是：

若干个电池组配套使用时，在壳体(1)的上部设置气体导管(12)，在壳体(1)的下部设置液体导管(13)；冷却液(7)蒸发所产生的冷却液蒸汽通过气体导管(12)相流通，冷却液(7)通过液体导管(13)相流通；

在壳体(1)内腔的上半部或者在壳体(1)的外部设置用于使冷却液蒸汽被冷却的散热装置，在壳体(1)内腔的下半部设置用于加热冷却液(7)的加热装置。

8.电池组的冷却方法，其特征是包括如下步骤：

当壳体(1)中的电池单体(20)的温度上升时，该电池单体(20)周围的冷却液(7)立刻沸腾蒸发，蒸发时吸收的潜热能实现对该电池单体(20)的降温；产生的冷却液蒸汽分布至壳体(1)内腔，使壳体(1)内腔中的压力上升，从而使壳体(1)内腔中的部分的冷却液(7)被冷凝，进而使壳体(1)内的温度上升，使壳体(1)内形成新蒸气压所对应的温度；

当壳体(1)中的电池单体(20)或冷却部件的温度下降时，该电池单体(2)或冷却部件周围的冷却液蒸汽冷凝，释放潜热，冷却液蒸汽冷凝引起的壳体(1)内腔压力下降，从而使部分的冷却液(7)蒸发，进而使壳体(1)内的温度下降，使壳体(1)内形成新蒸气压所对应的温度；

蒸发所消耗的冷却液(7)或凝结所产生的冷却液(7)通过流动和毛细作用重新平衡分布。

9.根据权利要求8所述的电池组的冷却方法，其特征是：

冷却液(7)为纯净水、乙二醇、甘油、酒精或它们的水溶液、氟利昂、丙酮；

冷却液(7)占壳体(1)内空余空间的10～90％。

10.根据权利要求9所述的电池组的冷却方法，其特征是：

冷却液(7)优选水；其工作特性符合电池的需要；当电池单体(20)发生意外放热时，升高温度能够通过冷却液(7)迅速的散发，其散热功率大于电池的内部传导功率，可以有效阻止电池单体(7)的热失控的发生，在生产、退役、使用中遭受严重破损时、或维修维护时对环境无害。