CN107851861B - 一种电池组 - Google Patents

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Abstract

一种电池组,包括第一电池箱(1),所述第一电池箱(1)相对于外部密封,所述第一电池箱(1)内设置第二电池箱(2),所述第二电池箱(2)相对于第一电池箱(1)密封,所述第二电池箱(2)内设置封闭液(24)和电池模块(21),所述电池模块(21)浸入封闭液(24)中,所述第二电池箱(2)与第一电池箱(1)之间设置冷却液(3),所述冷却液(3)的汽化潜热高于封闭液(24)的热容或者汽化潜热。该技术方案可以有效抑制电池组热失控的蔓延。

Description

一种电池组
技术领域
本发明公开了一种包括温度控制系统的电池组。
背景技术
储能/电动汽车的电力系统是由多个电池模块组成的,而电池模块又由多个电池单体组成。由于追求电池组的能量密度,电池模块中的电池单体排列非常紧密,以至于电池模块内的热量容易积聚,尤其是整个模块的中间部位,温度往往高于其他部位。当模块中部分电池单体的热量积聚到一定程度之后,可能会导致热失控的现象发生。而且热失控会在电池模块内蔓延,导致其他正常工作的电池单体温度迅速升高,从而使得整个电池模块发生热失控,这是极其危险的,特别是在封闭的电池箱内。
申请号为CN201280043177.9,名称为“电池组灭火装置”的专利申请公开了一种在电池组着火时能够抑制所述电池组发生火灾的装置。该灭火装置包括:火灾探测传感器,其用于检测电池组着火与否;灭火剂容器,在其内部空间容纳灭火剂;及控制单元,其用于在通过所述火灾探测传感器检测到火灾发生时使所述灭火剂容器中的所述灭火剂注入至所述电池组的内部。
该专利中的火灾探测传感器用于探测电池组着火与否,证明其灭火装置在电池组内出现明火才开始工作。事实上,电池组在热失控初期的表现形式是冒烟,表现出明显症状的电池单体温度迅速飙升,一旦某个电池单体开始发生热失控,便不断地产生热能并可能将相邻电池单体加热到高于热失控的临界温度,使这些健康电池单体进入热失控。这种现象会迅速蔓延不断产生热量,直到将其他相邻电池单体加热至热失控状态。
申请号为CN201410186474.X,名称为“一种电动汽车高防水保温电池箱”的专利申请中公开了一种电池箱,它包括密封的箱体和箱体内的若干电池单元,还包括设置于箱体内且与若干电池单元相连的散热装置。每个电池单元设置加热装置,所述的箱体内还设置通过控制电路与加热装置相连的电池箱控制器,还设计了中空散热板为每块电池单元模块散热,保证电池单元模块散热均匀,提高散热效率。该专利中公开的技术方案可以解决电池组在正常工作状态时电池单体的温度均匀性问题,但是由于散热板起到了热量传导作用,一旦某个电池单体发生热失控,热量会迅速传导至其他正常电池单体,导致热失控迅速蔓延。
现有技术中,为了更好地控制电池组的温度,有通过在电池单体之间设置冷却环路,减少电池模块内的各电池单体温差的,也有在电池箱外部设置连通的灭火装置。在电池组系统中设置灭火装置或类似的装置,只是在电池组热失控发生后的一种补救措施,并不能将热失控有效控制在萌芽状态。而在电池组系统中设计冷却装置,通常有空气冷却和液体冷却两种,风量相对效果较差,而液冷为了达到较好的散热效果,常需要将电池模块浸入到冷却液中,为了电池组的安全性能,通常选用绝缘性能比较好的液体,而这些绝缘冷却液的热容值较低,沸点较高,在电池组热失控温度下也很难发生相变,在温度急剧上升的时候很难把产生的热量迅速带走。更加不利的是,如果绝缘冷却液温度迅速上升,还会起到一个“油浴”的效果,将其他正常工作的电池也加热到热失控的状态,从而带来更严重的后果。
在电池组发生热失控之后采取积极的补救措施,不失为一种控制热失控的方法。虽然上述补救措施能起到一定的效果,不会带来严重的危险,但是经过热失控后的电池组也将无法正常工作,带来严重的损失。如果能在前期温度上升的过程中将热失控抑制在萌芽状态,则不但控制了危险的发生,也极大地减少了不必要的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池组,包括第一电池箱,所述第一电池箱相对于外部密封,所述第一电池箱内设置第二电池箱,所述第二电池箱相对于第一电池箱密封,所述第二电池箱内设置电池模块和封闭液,所述电池模块至少部分浸入封闭液中,所述第二电池箱与第一电池箱之间设置冷却液,所述冷却液的汽化潜热高于封闭液的热容或者汽化潜热。。
第二电池箱密封地设置在第一电池箱内,开口的方向可以相同,便于装载部件和对开口进行密封,第二电池箱在第一电池箱内作为独立的封闭空间。
作为优选,所述第二电池箱与第一电池箱之间相互隔绝,所述第二电池箱相对于第一电池箱密封,所述第二电池箱内设置电池模块和封闭液,所述电池模块至少部分浸入封闭液中,有利于电池模块的散热和温度均匀,而且能够防止外部的水气对电气部件造成损害。
本发明中,所述第二电池箱外壁与第一电池箱内壁之间设置冷却液,冷却液的汽化潜热高于封闭液的热容或者汽化潜热。因此,当电池组中部分电池发生热失控,温度达到冷却液的汽化温度时,冷却液就能够通过相变吸收大量的热量,提高了整个电池组的散热效果。
作为优选,所述第二电池箱上设置温度控制破点,所述温度控制破点在温度达到预设温度以上时形成破孔,使冷却液进入第二电池箱。
根据本发明的一种实施方式,所述温度控制破点为低熔点合金或低熔点聚合物,所述低熔点合金或低熔点聚合物的熔点在70~150℃之间;更优选所述低熔点合金或低熔点聚合物的熔点在70~130℃之间。所述低熔点合金选自Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的至少一种。所述低熔点聚合物选自POE(乙烯和丁烯的共聚物)、EVA(乙烯和醋酸的共聚物)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PU(聚氨基甲酸酯)、PA(尼龙)和CPVC(氯化聚氯乙烯)中的至少一种。
根据电池组的正常工作温度范围,所述预设温度在70℃~150℃之间;进一步地,所述预设温度在80℃~130℃之间。根据本发明的一种实施方式,所述预设温度为100℃;根据本发明的另一种实施方式,所述预设温度为130℃。
根据本发明的目的,为了使温度控制破点形成破孔后冷却液能顺利进入第二电池箱,所述冷却液的液位高于所述封闭液的液位,或者所述冷却液的液压高于所述封闭液的液压。
当电池组非正常工作时,迅速上升的温度会使第一电池箱和第二电池箱之间的冷却液发生相变。或者破孔已经形成后,进入第二电池箱的冷却液更容易吸热发生相变。此时,为了整个电池组的安全,所述第一电池箱和/或第二电池箱上设置泄压阀,优选设置单向泄压阀,使冷却液相变生产的气体在达到一定压力后可以快速排出,进一步提高安全性能。设置在第二电池箱上的泄压阀最好直接与外界联通,而不是与第一电池箱相联通。
另外,第一电池箱上可以设置入液口和出液口,冷却液可以存储在冷却液容器中,通过第一电池箱上设置的入液口进入箱内。
本发明中的封闭液包括凝固点低于-30℃、分解温度高于70℃的绝缘阻燃液体。
封闭液为具有绝缘、阻燃性能的冷却液体,同时具备低于-30℃的凝固点、高于70℃的分解温度。电池组的正常工作温度可以接近60℃,故封闭液在70℃以下不能不能分解。
根据本发明的另一种实施方式,本发明中的封闭液包括凝固点低于-30℃、沸点高于70℃的绝缘阻燃液体。
所述封闭液可以选自硅油、变压器油、氟氯烃、氟代烃、氯代烃和氢氟醚中的至少一种。
硅油、变压器油等具备较好的绝缘性能,同时还具有较高的稳定性。将电池模块和电气部件浸入封闭液中能够避免外部水气的损害,延长使用寿命;而且还起到了导热的作用,有利于电池组内部的温度均匀。
在更优选的实施例中,冷却液的沸点在70~150℃之间。
本发明中的冷却液选自水和水溶液中的至少一种,其中水溶液可以选自醇的水溶液,所述醇可以选自乙二醇、1,2-亚乙基二醇、丙二醇、1,3-丁二醇、己二醇、二甘醇和丙三醇等中的至少一种,上述物质的水溶液可以有效降低凝固点,提升低温环境中的工作性能。
在正常工作状态下,第二电池箱与第一电池箱之间是互相隔绝的,即第二电池箱内的封闭液与第一电池箱和第二电池箱之间的冷却液是相互隔绝的,含有水的冷却液不会进入到第二电池箱内对电池模块的绝缘性能造成影响。当电池模块非正常工作时,温度上升到预设温度,第二电池箱上设置的温度控制破点形成破孔,使得第二电池箱与第一电池箱之间互相连通,冷却液迅速流入第二电池箱内,通过冷却液的相变有效地将电池模块的温度控制在失控温度以下。
作为优选,所述第二电池箱与第一电池箱的开口的面相同,在对第一电池箱进行封口的同时,使得第二电池箱的开口也可以同时被密封,便于安装,有利于整个电池组的能量密度。
根据本发明的另一种实施方式,所述第一电池箱上设置出液口和入液口,优选所述出液口和入液口均设置在冷却液液面的上方。
由于设置在第一电池箱和第二电池箱之间的冷却液是有限的,在电池模块中发生较为严重的热失控的情况下,可能会存在冷却液不足以有效控制温度上升的情况。在第一电池箱上设置出液口和入液口之后,将冷却液循环起来,既能够带走电池模块产生的热量,又能够快速补充第一电池箱内的冷却液,更有利于热失控的控制,控制电池模块的温度,避免更严重的事态发生。
为了整个电池组的稳固性,所述第二电池箱与第一电池箱之间设置支撑装置,支撑装置的设置不应该影响冷却液的自由流通。
作为优选,所述电池模块在第二电池箱内倒置放置,使得所述电池模块的极耳浸没在封闭液中。电池单体倒置放置,是指将电池单体极耳朝下,可以在封闭液较少的情况下使极耳浸入封闭液中。对于电池单体来说极耳的发热量相对较大,将其浸入封闭液中,散热效果更好,且更有利于电池模块的绝缘。
对于软包装电池来说,极耳的封装位置是相对容易发生破口的位置,电池内部的活性物质较易从此破口处流出,将电池单体倒置有利于减少泄漏物质暴露在空气中,一旦发生泄漏,使之迅速流入封闭液中,提升了安全性能。
作为优选,所述第二电池箱上设置尽量多的温度控制破点。在电池模块中个别电池单体出现热失控的情况时,温度升高的速度非常之快,尽量多的温度控制破点可以在较短时间内迅速形成多处破孔,使得尽量多的冷却液进入第二电池箱中,使迅速上升的温度得到有效抑制。
使用本发明公开的技术方案之后,电池模块的温度更加均匀,减少局部温度积聚的情形。当电池模块中某些电芯出现问题,产生的大量热量使局部温度迅速升高,使得设置在第二电池箱上的温度控制破点形成破孔,冷却液迅速进入第二电池箱对电池模块进行散热,使得电池组内的温度得到有效控制,阻止热失控的蔓延。即使进入的冷却液不足以完全控制热失控的蔓延,也可以将大大延迟热失控的蔓延,将损失降到最低。
附图说明
图1是本发明公开的电池组的一种实施方式的结构示意图;
图2是本发明公开的电池组的另一种实施方式的结构示意图;
图3是本发明公开的电池组的另一种实施方式的结构示意图;
图4是本发明公开的电池组的另一种实施方式的结构示意图;
其中,1.第一电池箱,11.箱盖,12.入液口,13.出液口,2.第二电池箱,21.电池模块,22.温度控制破点,23.单向泄压阀,24.封闭液,3.冷却液,31.支撑装置。
实施方式
实施例1
如图1所示,本发明公开一种电池组,包括第一电池箱1,第一电池箱1包含箱盖11,第一电池箱1相对于外部密封。第一电池箱1内设置第二电池箱2,第一电池箱1、第二电池箱2共用一个箱盖11,并且第二电池箱2相对于第一电池箱1密封。
第二电池箱2内设置封闭液24和电池模块21,电池模块21在第二电池箱2内倒置放置,电池模块21的极耳浸入封闭液24中,封闭液24为硅油。
另外,第二电池箱2与第一电池箱1之间还设置冷却液3,冷却液3为水,即第二电池箱2浸泡于冷却液3中,第二电池箱2上设置温度控制破点22,温度控制破点22在温度达到90℃以上会形成破孔,使得冷却液3可以进入第二电池箱2中。
第一电池箱1上设置出液口13和入液口12。
第二电池箱2与第一电池箱1之间设置支撑装置31,支撑装置31支撑第二电池箱2,使其与第一电池箱1之间保持固定的间隔,并且不会影响冷却液3的流通。
实施例2
如图1所示,本发明公开一种电池组,包括第一电池箱1,第一电池箱1包含箱盖11,第一电池箱1相对于外部密封。第一电池箱1内设置第二电池箱2,第一电池箱1、第二电池箱2共用一个箱盖11,并且第二电池箱2相对于第一电池箱1密封。
第二电池箱2内设置封闭液24和电池模块21,电池模块21在第二电池箱2内倒置放置,电池模块21的极耳浸入封闭液24中,封闭液24为氢氟醚。
另外,第二电池箱2与第一电池箱1之间还设置冷却液3,冷却液3为水,即第二电池箱2浸泡于冷却液3中,第二电池箱2上设置温度控制破点22,温度控制破点22在温度达到130℃以上会形成破孔,使得冷却液3可以进入第二电池箱2中。
第一电池箱1上设置出液口13和入液口12。
第二电池箱2与第一电池箱1之间设置支撑装置31,支撑装置31支撑住第二电池箱2,使其与第一电池箱1之间保持固定的间隔,并且不会影响冷却液3的流通。
实施例3
如图2所示,本发明公开一种电池组,包括第一电池箱1,第一电池箱1包含箱盖11,第一电池箱1相对于外部密封。第一电池箱1内设置第二电池箱2,第一电池箱1、第二电池箱2共用一个箱盖11,并且第二电池箱2相对于第一电池箱1密封。
第二电池箱2内设置封闭液24和电池模块21,电池模块21在第二电池箱2内倒置放置,电池模块21的极耳浸入封闭液24中,封闭液24为硅油。
另外,第二电池箱2与第一电池箱1之间还设置冷却液3,冷却液3为乙二醇水溶液,第二电池箱2浸泡于冷却液3中,第二电池箱2箱壁为熔化温度在90℃至120℃之间的高分子聚合物,当出现异常导致温度升高,并且达到第二电池箱2箱壁的熔化温度后,第二电池箱2箱壁迅速破开,使得冷却液3进入第二电池箱2内。
第一电池箱1上设置出液口13和入液口12。
第二电池箱2与第一电池箱1之间设置支撑装置31,支撑装置31支撑第二电池箱2,使其与第一电池箱1之间保持固定的间隔,并且不会影响冷却液3的流通。
实施例4
如图3所示,本发明公开一种电池组,包括第一电池箱1,第一电池箱1包含箱盖11,第一电池箱1相对于外部密封。第一电池箱1内设置第二电池箱2,第一电池箱1、第二电池箱2共用一个箱盖11,并且第二电池箱2相对于第一电池箱1密封。
第二电池箱2内设置封闭液24和电池模块21,电池模块21在第二电池箱2内倒置放置,电池模块21的极耳浸入封闭液24中,封闭液24为硅油。
另外,第二电池箱2与第一电池箱1之间还设置冷却液3,冷却液3为丙二醇的水溶液,即第二电池箱2浸泡于冷却液3中,第二电池箱2上设置温度控制破点22,温度控制破点22在温度达到100℃以上会形成破孔,使得冷却液3可以进入第二电池箱2中。
第一电池箱1上设置出液口13和入液口12。
第二电池箱2与第一电池箱1之间设置支撑装置31,支撑装置31支撑第二电池箱2,使其与第一电池箱1之间保持固定的间隔,并且不会影响冷却液3的流通。第二电池箱2上设置单向泄压阀23,并且直接与外界联通,而不是与第一电池箱1联通。
实施例5
如图3所示,本发明公开一种电池组,包括第一电池箱1,第一电池箱1包含箱盖11,第一电池箱1相对于外部密封。第一电池箱1内设置第二电池箱2,第一电池箱1、第二电池箱2共用一个箱盖11,并且第二电池箱2相对于第一电池箱1密封。
第二电池箱2内设置封闭液24和电池模块21,电池模块21在第二电池箱2内倒置放置,电池模块21的极耳浸入封闭液24中,封闭液24为氟代烃。
另外,第二电池箱2与第一电池箱1之间还设置冷却液3,冷却液3为水,即第二电池箱2浸泡于冷却液3中,第二电池箱2上设置温度控制破点22,温度控制破点22在温度达到80℃以上会形成破孔,使得冷却液3可以进入第二电池箱2中。
第一电池箱1上设置出液口13和入液口12。
第二电池箱2与第一电池箱1之间设置支撑装置31,支撑装置31支撑住第二电池箱2,使其与第一电池箱1之间保持固定的间隔,并且不会影响冷却液3的流通。第二电池箱2上设置单向泄压阀23,并且直接与外界联通,而不是与第一电池箱1联通。
实施例6
如图4所示,本发明公开一种电池组,包括第一电池箱1,第一电池箱1包含箱盖11,第一电池箱1相对于外部密封。第一电池箱1内设置第二电池箱2,第一电池箱1、第二电池箱2共用一个箱盖11,并且第二电池箱2相对于第一电池箱1密封。
第二电池箱2内设置封闭液24和电池模块21,电池模块21在第二电池箱2内倒置放置,电池模块21的极耳浸入封闭液24中,封闭液24为硅油。
另外,第二电池箱2与第一电池箱1之间还设置冷却液3,冷却液3为乙二醇水溶液,第二电池箱2浸泡于冷却液3中,第二电池箱2部分箱壁为熔化温度在90℃至120℃之间的高分子聚合物,当出现异常导致温度升高,并且达到第二电池箱2部分箱壁的熔化温度后,第二电池箱2部分箱壁迅速破开,使得冷却液3进入第二电池箱2内。
第二电池箱2与第一电池箱1之间设置支撑装置31,支撑装置31支撑第二电池箱2,使其与第一电池箱1之间保持固定的间隔,并且不会影响冷却液3的流通。

Claims (19)

1.一种电池组,包括第一电池箱,所述第一电池箱相对于外部密封,其特征在于:所述第一电池箱内设置第二电池箱,所述第二电池箱相对于第一电池箱密封,所述第二电池箱内设置电池模块和封闭液,所述电池模块至少部分浸入封闭液中,所述第二电池箱与第一电池箱之间设置冷却液,所述冷却液的汽化潜热高于封闭液的汽化潜热;所述第二电池箱上设置温度控制破点,所述温度控制破点在温度达到预设温度以上时形成破孔,使冷却液进入第二电池箱。
2.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述温度控制破点为低熔点合金或低熔点聚合物,所述低熔点合金或低熔点聚合物的熔点在70~200℃之间。
3.根据权利要求2所述的电池组,其特征在于:所述低熔点合金或低熔点聚合物的熔点在70~150℃之间。
4.根据权利要求3所述的电池组,其特征在于:所述低熔点合金或低熔点聚合物的熔点在70~130℃之间。
5.根据权利要求2所述的电池组,其特征在于:所述低熔点合金包含Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的电池组,其特征在于:所述低熔点聚合物选自乙烯和丁烯的共聚物、乙烯和醋酸的共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氨基甲酸酯、尼龙和氯化聚氯乙烯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述预设温度在70~150℃之间。
8.根据权利要求7所述的电池组,其特征在于:所述预设温度在80~130℃之间。
9.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述冷却液的液位高于所述封闭液的液位。
10.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述冷却液的液压高于所述封闭液的液压。
11.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述封闭液包括凝固点低于-30℃、分解温度高于70℃的绝缘阻燃液体。
12.根据权利要求11所述的电池组,其特征在于:所述封闭液选自硅油、变压器油、氟氯烃、氟代烃、氯代烃和氢氟醚中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述冷却液的沸点在70~150℃之间。
14.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述冷却液选自水和水溶液中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的电池组,其特征在于:所述水溶液选自醇的水溶液。
16.根据权利要求15所述的电池组,其特征在于:所述醇选自乙二醇、1,2-亚乙基二醇、丙二醇、1,3-丁二醇、己二醇、二甘醇和丙三醇中的至少一种。
17.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述电池模块在第二电池箱内倒置放置,使得所述电池模块至少部分浸入封闭液中。
18.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述第二电池箱与第一电池箱之间设置支撑装置。
19.根据权利要求1所述的电池组,其特征在于:所述第一电池箱和/或第二电池箱上设置泄压阀。
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