CN112054141B - 一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，所述装置包括：液冷结构外壳、液冷板换热器和电池单元；电池单元的上下表面都安装一个液冷板换热器，液冷结构外壳将电池单元和液冷板换热器包裹；液冷结构外壳与液冷板换热器贴合。液冷板换热器设有双向液冷管道，并且液冷管道设有进气口，液冷管道表面设有细水雾喷头；本发明的优点是：双向流管道保持电池表面各部分温差在合理的范围内，保证电池的工作性能，避免长期温差过大，在温度过高或起火时，细水雾能够均匀覆盖整个电池表面，达到降温、灭火的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电池热管理技术领域，特别涉及一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统。
背景技术
近年来，随着全球环境污染及能源短缺问题的不断加剧，开发和使用以锂离子电池为动力的纯电或混合动力汽车、飞机、轮船等交通工具，受到世界各国的广泛关注。这其中，由于锂离子电池自身潜在的危险性以及其在快速充放电过程中的产热，使得其需要在电池热管理系统的作用下，在一个相对稳定的环境下工作，以使电池获得更好的动力输出特性、循环使用寿命和系统安全性。现有主流电池管理技术主要包含风冷和液冷技术。其中风冷技术，其进出口温度差异较大，导致电池散热均匀性较差，其主要适用于较小输出电流的应用场景，在大型动力输出装置中的应用价值相对较低。而液冷技术是一种防护等级更高的电池热管理方法，液冷板中的液体介质的比热容远大于空气，较小的流量就能带走大量的热量，能够将电池的热量高效地带到外界去。常见的是在电池上下表面各放置液冷板，通过控制冷却介质循环流动，吸收电池散出的热量。由于冷却介质进出时间不同，导致电池温度分布不均匀，尤其是进出口温度差异较大，这种温度不均匀性，对电池造成极大的损害，长时间使用，容易因电池一致性差异，影响电池使用寿命，甚至引发电池热失控。此外，现有的电池管理系统，无法在电池失控后对电池进行有效的处理，电池起火燃烧后，没有有效的措施方法扑灭火焰，阻止火势的进一步蔓延。
现在主流的锂离子电池液冷散热技术采用液冷板单向流管进行散热，即只有一个冷却介质进口和出口，由于流速的原因，冷却介质流经液冷板通道散热导致散热不均匀，不同部位温度不一致，特别是进出口处的温度，温差较大，长期温度不均匀分布会导致锂离子电池性能的下降，更严重的会导致电池热失控的发生；
所以，我们需要进一步研究开发一种可以在更好实现电池温度均匀性管理的同时，兼顾电池热失控前期电池快速降温和灭火的电池热管理及灭火系统。
现有技术一
中国发明专利：一种用于锂电池的并联式多通道液冷结构及锂电池，专利申请号为：201911326367.1。
现有技术一的缺点
该发明采用的是单向流管的形式，无法完全解决由于流速问题导致电池温度分布不均匀的问题，特别是进出竖直流管口处温差较大，长期使用，电池的使用寿命降低，并且容易导致电池热失控情况的发生。该发明中电池温度异常升高或电池起火爆炸后，没有采用有效的手段对电池进行降温、灭火，阻止火势的蔓延，有极大的危险性。
现有技术二
中国发明专利：一种锂电池液冷箱，专利申请号为：201910767862.X。
现有技术二的缺点
该发明采用了单向流管的形式，不能够在散热的同时使锂离子电池表面温度分布均匀，导致电池表面各部分温差较大，长时间使用，影响电池的性能、使用寿命，造成电池热失控起火的概率增加。该发明也没有有效的降温、灭火措施，在电池温度过高或起火燃烧时，不能够有效的降低温度和灭火。
中国实用新型专利：一种安全型电动车锂电池，专利申请号为：201922428162.6。
现有技术三的缺点
该实用新型采用了密封腔体结构，在电池工作过程中使用散热风机进行散热，相较于水冷散热，散热效果有限，不能够有效的降温，且不能使电池表面温度散热均匀；利用螺旋喷嘴喷洒灭火剂进行灭火，造成电池箱体较大，占用空间较大，使用成本较高；与高压细水雾喷嘴相比，喷射均匀性更低，降温效果稍差，并且无法阻绝氧气，抑制氧化反应的进行，也无法阻断热传递的进行。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，解决了现有技术中存在的缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，包括：液冷结构外壳1、液冷板换热器2和电池单元7；
电池单元7数量为一个或者多个，若是多个电池单元则按同一方向依次排列。
电池单元7的上下表面都安装一个液冷板换热器2，液冷结构外壳1将电池单元7和液冷板换热器2包裹；液冷结构外壳1与液冷板换热器2贴合。
所述液冷板换热器2包括：两根液冷管道、水泵、气泵、第一方向入口管3、第一方向出口管4、第二方向入口管5、第二方向出口管6、第一方向进气口8、第二方向进气口9、细水雾喷头10；
两根液冷管道并排在一起，成“S”型覆盖于电池单元7的表面，一根液冷管道的两端分别接通第一方向入口管3和第一方向出口管4，另一根液冷管道的两端分别接通第二方向入口管5和第二方向出口管6，第一方向入口管3与第二方向出口管6平行同向放置，第一方向出口管4与第二方向入口管5平行同向放置。
第一方向入口管3的侧面接通第一方向进气口8，第二方向入口管5侧面接通第二方向进气口9。
第一方向入口管3和第二方向入口管5连接水泵，第一方向进气口8和第二方向进气口9接通气泵。
两根液冷管道正对电池单元7的一侧设有若干个细水雾喷头10，细水雾喷头10合理间隔使细水雾可以全部均匀分布在电池单元7表面，细水雾喷头10的数量根据实际需要增加或者减少，细水雾喷头10与电池单元7不完全贴合，留有供细水雾喷头10喷出冷却介质的间隔。
所述第一方向进气口8、第二方向进气口9和细水雾喷头10都设有阀门。
所述液冷结构外壳1和电池单元7表面附有温度及烟气传感器，用于监测温度变化和烟气。
当温度及烟气传感器检测到异常情况时，指电池温度过高，或已经起火燃烧，温度传感器检测到过高的温度或烟气传感器检测到烟气，第一方向进气口8与第二方向进气口9阀门打开，同时水泵功率加大，液冷管道中冷却介质流速达到可以灭火的需求，细水雾喷头10阀门打开，气泵将高压气体由第一方向进气口8与第二方向进气口9进入，冷却介质经由细水雾喷头10喷出，形成细水雾，进行降温和灭火。所述冷却介质使用不可燃液体，不可燃液体包括但不限于水。
进一步地，所述细水雾喷头10采用四方向喷口。
进一步地，所述液冷结构外壳1采用阻燃材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.双向流管道，能够使电池保持在合理的温差范围内，使电池表面温度处于均匀分布的状态，特别是进出口处的温差，使电池快速降温的同时，保持电池表面各部分温差在合理的范围内，保证电池的工作性能，避免长期温差过大，引起电池的使用寿命降低、性能降低、热安全问题，提高了锂离子电池温度分布的均匀性。
2.设有进气管和细水雾喷头，保证在温度过高或起火时，细水雾能够均匀覆盖整个电池表面，达到降温、灭火的目的。
3.系统集成度高，将电池热管理系统与灭火系统高度集成，在保证系统功能和实用性的同时，极大地节约了系统体积及重量。
附图说明
图1是本发明实施例对向流液冷电池管理及灭火系统整体外观示意图；
图2是本发明实施例对向流液冷电池管理及灭火系统分解示意图；
图3是本发明实施例液冷板换热器的结构示意图；
图4是本发明实施例细水雾喷头结构示意图；
图中：1-液冷结构外壳；2-液冷板换热器；3-第一方向入口管；4-第一方向出口管；5-第二方向入口管；6-第二方向出口管；7-电池单元；8-第一方向进气口；9-第二方向进气口；10-细水雾喷头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1和2所示，一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，包括：液冷结构外壳1、液冷板换热器2和电池单元7；
电池单元7的上下表面都安装一个液冷板换热器2，液冷结构外壳1将电池单元7和液冷板换热器2包裹；其中液冷板换热器2的长度、尺寸根据电池单元7或多组电池单元7需要进行调节。液冷结构外壳1采用阻燃材料，与液冷板换热器2贴合，阻碍火势的蔓延，并且隔温、隔热，防止热传递导致临近电池或电池组温度过高。
如图3所示，所述液冷板换热器2包括：两根液冷管道、水泵、气泵、第一方向入口管3、第一方向出口管4、第二方向入口管5、第二方向出口管6、第一方向进气口8、第二方向进气口9、细水雾喷头10；
两根液冷管道并排在一起，成“S”型覆盖于电池单元7的表面，一根液冷管道的两端分别接通第一方向入口管3和第一方向出口管4，另一根液冷管道的两端分别接通第二方向入口管5和第二方向出口管6，第一方向入口管3与第二方向出口管6平行同向放置，第一方向出口管4与第二方向入口管5平行同向放置。
第一方向入口管3的侧面接通第一方向进气口8，第二方向入口管5侧面接通第二方向进气口9。
第一方向入口管3和第二方向入口管5连接水泵，第一方向进气口8和第二方向进气口9接通气泵。
两根液冷管道正对电池单元7的一侧设有五十六个细水雾喷头10，细水雾喷头10合理间隔使细水雾可以全部均匀分布在电池单元7表面，细水雾喷头10的数量根据实际需要增加或者减少。
所述第一方向进气口8、第二方向进气口9和细水雾喷头10都设有阀门。
所述液冷结构外壳1表面附有温度及烟气传感器，用于监测温度变化和烟气。
当温度及烟气传感器检测到异常情况时，指电池温度过高，或已经起火燃烧，温度传感器检测到过高的温度或烟气传感器检测到烟气，第一方向进气口8与第二方向进气口9阀门打开，同时水泵功率加大，液冷管道中冷却介质流速达到可以灭火的需求，细水雾喷头10阀门打开，气泵将高压气体由第一方向进气口8与第二方向进气口9进入，冷却介质经由细水雾喷头10喷出，形成细水雾，进行降温和灭火。所述冷却介质使用不可燃液体，不可燃液体包括但不限于水。
如图4所示，所述细水雾喷头10采用四方向喷口，并且相较于通常使用的细水雾喷头，直径小，通过合理设计可安装于液冷管道表面，细水雾喷头10与液冷管道无缝连接，厚度较小，对液冷板换热器2散热影响可忽略不计。细水雾喷头10与电池单元7不完全贴合，留有供细水雾喷头10喷出冷却介质的间隔。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，其特征在于，包括：液冷结构外壳(1)、液冷板换热器(2)和电池单元(7)；
电池单元(7)数量为一个或者多个，若是多个电池单元则按同一方向依次排列；
电池单元(7)的上下表面都安装一个液冷板换热器(2)，液冷结构外壳(1)将电池单元(7)和液冷板换热器(2)包裹；液冷结构外壳(1)与液冷板换热器(2)贴合；
所述液冷板换热器(2)包括：两根液冷管道、水泵、气泵、第一方向入口管(3)、第一方向出口管(4)、第二方向入口管(5)、第二方向出口管(6)、第一方向进气口(8)、第二方向进气口(9)、细水雾喷头(10)；
两根液冷管道并排在一起，成“S”型覆盖于电池单元(7)的表面，一根液冷管道的两端分别接通第一方向入口管(3)和第一方向出口管(4)，另一根液冷管道的两端分别接通第二方向入口管(5)和第二方向出口管(6)，第一方向入口管(3)与第二方向出口管(6)平行同向放置，第一方向出口管(4)与第二方向入口管(5)平行同向放置；
第一方向入口管(3)的侧面接通第一方向进气口(8)，第二方向入口管(5)侧面接通第二方向进气口(9)；
第一方向入口管(3)和第二方向入口管(5)连接水泵，第一方向进气口(8)和第二方向进气口(9)接通气泵；
两根液冷管道正对电池单元(7)的一侧设有若干个细水雾喷头(10)，细水雾喷头(10)合理间隔使细水雾可以全部均匀分布在电池单元(7)表面，细水雾喷头(10)的数量根据实际需要增加或者减少，细水雾喷头(10)与电池单元(7)不完全贴合，留有供细水雾喷头(10)喷出冷却介质的间隔；
所述第一方向进气口(8)、第二方向进气口(9)和细水雾喷头(10)都设有阀门；
所述液冷结构外壳(1)和电池单元(7)表面附有温度及烟气传感器，用于监测温度变化和烟气；
当温度及烟气传感器检测到异常情况时，指电池温度过高，或已经起火燃烧，温度传感器检测到过高的温度或烟气传感器检测到烟气，第一方向进气口(8)与第二方向进气口(9)阀门打开，同时水泵功率加大，液冷管道中冷却介质流速达到可以灭火的需求，细水雾喷头(10)阀门打开，气泵将高压气体由第一方向进气口(8)与第二方向进气口(9)进入，冷却介质经由细水雾喷头(10)喷出，形成细水雾，进行降温和灭火；所述冷却介质使用不可燃液体，不可燃液体包括水。
2.根据权利要求(1)所述的一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，其特征在于：所述细水雾喷头(10)采用四方向喷口。
3.根据权利要求(1)所述的一种用于锂离子电池的对向流液冷电池管理及灭火系统，其特征在于：所述液冷结构外壳(1)采用阻燃材料。
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