CN109585730A - 一种适用于新能源汽车的充保护气电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，包括电池包壳体(2)和电池包壳体(2)中的电池组(1)，还包括气瓶(12)、传感器和MCU(13)，所述的气瓶(12)内装有保护气并通过气阀(11)与电池包壳体(2)内连通，所述的传感器分别与电池包壳体(2)和MCU(13)连接，所述的MCU(13)与气阀(11)连接，MCU(13)通过传感器监测电池包壳体(2)内状态，控制气阀(11)的开闭。与现有技术相比，本发明的电池包内部充满保护气，可以在不增加结构重量的情况下隔绝空气达到阻燃效果；气体可强制流动增强散热效果；设置有补气系统应对气体泄露。

Description

一种适用于新能源汽车的充保护气电池包
技术领域
本发明涉及一种电池包，尤其是涉及一种适用于新能源汽车的充保护气电池包。
背景技术
节能与减排已是世界潮流。新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料 电池汽车等。当前新能源汽车动力电池的发展趋势是高能量密度，这对车载蓄电池 包的安全性、可靠性有非常高的要求。近几年电动汽车动力电池出现的热自燃、起 火爆炸现象使得电池热失控备受关注。
锂离子电池热失控主要经历SEI膜分解；负极-电解液反应；隔膜熔化过程；正极分解反应；电解质溶液分解反应；负极与粘接剂反应；电解液燃烧等过程。在这个过程中会发生剧烈的化学反应，释放出大量的热量与气体，最终电池破裂，在空气中剧烈燃烧，造成热失控，产生巨大的危害。已有研究表明电池燃烧所释放的能量是其储存电量的十倍以上。如果说电池单体储存的能量有限，那么对电动汽车来说，其电池包有成百上千的电池单体串联/并联而成，热失控诱发以后，单体释放的热量会向周边扩散，可能会波及周边电池引起其余电池的热失控，这个过程释放的能量就相当可观了。
目前，针对电池包热失控的防治没有很好的办法，常见的有加大电池之间的间距、电池之间填充隔热材料的方法来阻隔热的传播以降低热失控的危害，但是这些方法并不能阻止电池燃烧。针对阻隔空气，有人提出了讲电池浸泡于油液中的方法，但是这种方法会极大的增大电池包的结构重量，与增大电池系统能量密度的趋势相悖。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于新能源汽车的充保护气电池包。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，包括电池包壳体和电池包壳体中的电池组，还包括气瓶、传感器和MCU，所述的气瓶内装有保护气并通过气阀与电池包壳体内连通，所述的传感器分别与电池包壳体和MCU连接，所述的MCU与气阀连接，MCU通过传感器监测电池包壳体内状态，控制气阀的开闭。
所述的传感器包括设置在电池包壳体外的第二气压传感器和设置在电池包壳体内的第一气压传感器。
当第一气压传感器与第二气压传感器反馈给MCU的内外气压差小于设定阈值时，MCU控制气阀开启，气瓶向电池包壳体内部输送气体；当第一气压传感器与第二气压传感器反馈给MCU的内外气压差大于设定阈值时，MCU控制气阀关闭。
还包括导气管和散热器，所述的传感器包括设置在电池包壳体内的温度传感器，所述的散热器通过导气管与电池包壳体内循环连通，所述的导气管上设有气泵，用于使电池包壳体内部的保护气通过散热器与外界进行热交换，所述的温度传感器和气泵分别与MCU连接。
所述的温度传感器布置于每节电池，或根据模拟仿真结果布置在电池包内部高温区域。
当温度传感器反馈给MCU的电池包内部电池温度超过设定上限值时，MCU 控制气泵启动，强制将电池包内保护气导入散热器进行换热；当温度传感器反馈给 MCU的电池包内部温度回归正常值时，MCU控制气泵关闭，气体停止循环。
所述的电池包为超压电池包。
所述的保护气为氮气或稀有气体。
所述的气阀与电池包壳体连有减压阀。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)电池包内部充满保护气，在不增加系统结构重量的情况下将电池与空气隔绝，以阻燃的方式来降低热失控的危害，有利于提高新能源汽车电池系统的比能量与安全性。
(2)以保护气作为介质设置了散热系统，可强制流动增强散热效果，保证电池包的温度在设定范围内。
(3)提出超压系统保证电池包的气密性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记：
1为电池组；2为电池包壳体；3为导气管；4为气泵；5为散热器；6为第一气压传感器；7为电气接口；8为温度传感器；9为第二气压传感器；10为减压阀；11为气阀；12位气瓶；13为MCU。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，包括：
电池组1，其由多节电池串联/并联而成；
电池包壳体2，其为耐压密封壳体，内部充满保护气；
导气管3，连接电池包壳体、气泵与散热器；
气泵4，受MCU13控制，其作用为使保护气沿导管向散热器流动；
散热器5，位于气泵4和电池包壳体2之间，其作为让内部保护气与外部空气进行热交换；
第一气压传感器6，位于电池包壳体2内腔，作用为反馈电池包内腔气压给 MCU13；
电气接口7，内部与第一气压传感器6、温度传感器8电压/电流采样信号线均汇集于此，外部与MCU13通过信号线相连，其具有良好的气密性；
温度传感器8，位于电池包内部，采集电池温度反馈给MCU13；
第二气压传感器9，位于电池包壳体2外部，反馈电池包外部气压给MCU13；
减压阀10，位于电池包壳体2与气阀11之间，用于给气体减压；
气阀11，位于减压阀10和气瓶12之间，接受MCU13的控制，用于控制气瓶 12是否向电池包壳体充气；
气瓶12，储存高压保护气；
MCU13，其接受第一气压传感器6、第二气压传感器9、温度传感器8的信号，其主要作用为监测电池组的状态，决定电池组工作策略，决定气体循环系统与补气系统是否运行，即气泵4、气阀11是否开启。
当电池包内第一气压传感器6、电池包外第二气压传感器9反馈给MCU13的内外气压差小于设定阈值时，MCU13控制气阀开启，气瓶12向电池包内部输送气体；当第一气压传感器6、第二气压传感器9反馈给MCU13的内外气压差大于设定阈值时，MCU13控制气阀关闭，气瓶12停止向电池包内部输送气体；
当电池包内温度传感器8反馈给MCU13电池包内部电池温度超过设定上限值时，MCU13控制气泵4启动，强制将电池包内保护气导入散热器5进行换热；电池包内温度传感器8反馈给MCU13电池包内部电池温度回归设定安全值时， MCU13控制气泵4关闭，电池包内保护气体不再流动。
在本案例中所述保护气为氮气。
实施例2
如图1所示，一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，包括：
电池组1，其由多节电池串联/并联而成；
电池包壳体2，其为耐压密封壳体，内部充满保护气；
导气管3，连接电池包壳体、气泵与散热器；
气泵4，受MCU13控制，其作用为使保护气沿导管向散热器流动；
散热器5，位于气泵4和电池包壳体2之间，其作为让内部保护气与外部空气进行热交换；
第一气压传感器6，位于电池包壳体2内腔，作用为反馈电池包内腔气压给 MCU13；
电气接口7，内部与气压传感器6、温度传感器8电压/电流采样信号线均汇集于此，外部与MCU13通过信号线相连，其具有良好的气密性；
温度传感器8，位于电池包内部，采集电池温度反馈给MCU13；
第二气压传感器9，位于电池包壳体外部，反馈电池包外部气压给MCU13；
减压阀10，位于电池包壳体2与气阀11之间，用于给气体减压；
气阀11，位于减压阀10和气瓶12之间，接受MCU13的控制，用于控制高压气瓶是否向电池包壳体充气；
气瓶12，储存高压保护气；
MCU13，其接受第一气压传感器6、第二气压传感器9、温度传感器8的信号，其主要作用为监测电池组的状态，决定电池组工作策略，决定气体循环系统与补气系统是否运行，即气泵4、气阀11是否开启。
当第一气压传感器6、第二气压传感器9反馈给MCU13的内外气压差小于设定阈值时，MCU13控制气阀开启，高压气瓶12向电池包内部输送气体；当第一气压传感器6、第二气压传感器9反馈给MCU13的内外气压差大于设定阈值时， MCU13控制气阀关闭，高压气瓶12停止向电池包内部输送气体；
当电池包内温度传感器8反馈给MCU13电池包内部电池温度超过设定上限值时，MCU13控制气泵4启动，强制将电池包内保护气导入散热器5进行换热；电池包内温度传感器8反馈给MCU13电池包内部电池温度回归设定安全值时， MCU13控制气泵4关闭，电池包内保护气体不再流动。
在本案例中所述保护气为氩气。
实施例3
如图1所示，一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，包括：
电池组1，其由多节电池串联/并联而成；
电池包壳体2，其为耐压密封壳体，内部充满保护气；
导气管3，连接电池包壳体、气泵与散热器；
气泵4，受MCU13控制，其作用为使保护气沿导管向散热器流动；
散热器5，位于气泵4和电池包壳体2之间，其作为让内部保护气与外部空气进行热交换；
第一气压传感器6，位于电池包壳体2内腔，作用为反馈电池包内腔气压给 MCU13；
电气接口7，内部与气压传感器6、温度传感器8电压/电流采样信号线均汇集于此，外部与MCU13通过信号线相连，其具有良好的气密性；
温度传感器8，位于电池包内部，采集电池温度反馈给MCU13；
第二气压传感器9，位于电池包壳体外部，反馈电池包外部气压给MCU13；
减压阀10，位于电池包壳体2与气阀11之间，用于给气体减压；
气阀11，位于减压阀10和气瓶12之间，接受MCU13的控制，用于控制高压气瓶是否向电池包壳体充气；
气瓶12，储存高压保护气；
MCU13，其接受第一气压传感器6、第二气压传感器9、温度传感器8的信号，其主要作用为监测电池组的状态，决定电池组工作策略，决定气体循环系统与补气系统是否运行，即气泵4、气阀11是否开启。
当第一气压传感器6、第二气压传感器9反馈给MCU13的内外气压差小于设定阈值时，MCU13控制气阀开启，高压气瓶12向电池包内部输送气体；当第一气压传感器6、第二气压传感器9反馈给MCU13的内外气压差大于设定阈值时， MCU13控制气阀关闭，高压气瓶12停止向电池包内部输送气体；
当电池包内温度传感器8反馈给MCU13电池包内部电池温度超过设定上限值时，MCU13控制气泵4启动，强制将电池包内保护气导入散热器5进行换热；电池包内温度传感器8反馈给MCU13电池包内部电池温度回归设定安全值时， MCU13控制气泵4关闭，电池包内保护气体不再流动。
在本案例中所述保护气为氖气。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，包括电池包壳体(2)和电池包壳体(2)中的电池组(1)，其特征在于，还包括气瓶(12)、传感器和MCU(13)，所述的气瓶(12)内装有保护气并通过气阀(11)与电池包壳体(2)内连通，所述的传感器分别与电池包壳体(2)和MCU(13)连接，所述的MCU(13)与气阀(11)连接，MCU(13)通过传感器监测电池包壳体(2)内状态，控制气阀(11)的开闭。
2.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，所述的传感器包括设置在电池包壳体(2)外的第二气压传感器(9)和设置在电池包壳体(2)内的第一气压传感器(6)。
3.根据权利要求2所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，当第一气压传感器(6)与第二气压传感器(9)反馈给MCU(13)的内外气压差小于设定阈值时，MCU(13)控制气阀(11)开启，气瓶(12)向电池包壳体(2)内部输送气体；当第一气压传感器(6)与第二气压传感器(9)反馈给MCU(13)的内外气压差大于设定阈值时，MCU(13)控制气阀(11)关闭。
4.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，还包括导气管(3)和散热器(5)，所述的传感器包括设置在电池包壳体(2)内的温度传感器(8)，所述的散热器(5)通过导气管(3)与电池包壳体(2)内循环连通，所述的导气管(3)上设有气泵(4)，用于使电池包壳体(2)内部的保护气通过散热器(5)与外界进行热交换，所述的温度传感器(8)和气泵(4)分别与MCU(13)连接。
5.根据权利要求4所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，所述的温度传感器(8)布置于每节电池，或根据模拟仿真结果布置在电池包内部高温区域。
6.根据权利要求4所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，当温度传感器(8)反馈给MCU(13)的电池包内部电池温度超过设定上限值时，MCU(13)控制气泵(4)启动，强制将电池包内保护气导入散热器(5)进行换热；当温度传感器(8)反馈给MCU(13)的电池包内部温度回归正常值时，MCU(13)控制气泵(4)关闭，气体停止循环。
7.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，所述的电池包为超压电池包。
8.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，所述的保护气为氮气或稀有气体。
9.根据权利要求1所述的一种适用于新能源汽车的充保护气电池包，其特征在于，所述的气阀(11)与电池包壳体(2)连有减压阀(10)。
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