CN112373304A - 一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱及控制系统 - Google Patents

一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明为了克服现有技术中电池包发生热失控时释放的热气流及火焰影响乘客逃生的时间裕量的技术问题，提供一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱及控制系统，包括：泄压管道，泄压管道的一端与电池包相连，泄压管道的另一端沿车身的长度方向延伸；泄压阀，泄压阀设在电池包与泄压管道之间；泄压管道包括第一泄压管和第二泄压管，第一泄压管和第二泄压管分别位于电池包的两端；泄压管道的内管壁上设有吸热鳍片，吸热鳍片的数目为若干个且沿泄压管道的长度方向间隔布置，吸热鳍片的长度小于泄压管道的内径。本申请可规避电池包发生热失控时电池释放的热气流及火焰对乘客逃生的影响，为乘客逃生争取时间。

Description

一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱及控制系统
技术领域
本发明涉及电池安全技术领域，特别是涉及一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱及控制系统。
背景技术
电动汽车电池系统一般集成在一个电池包中，包括电池模组、电连接结构、机械固定结构、电池热管理系统、电池电压管理和电池安全需要的电池管理系统，锂离子电池包可分为“T”型和平板型等结构，一般安装在整个车体的下方，增大了车厢内部空间，提高了乘客舒适度。动力电池是电动汽车的能源核心，为电动汽车行驶提供动力，然而动力电池在生产、装配成组和实际使用中，由于其包含的电芯的内部或外部含有缺陷等原因，可能会引起单体电池发生爆喷。当单体电池的电芯的正极与负极喷出物较多，且与集流板搭接形成同串短路时，会引起电池模组和整包的热失控，危及驾驶员和乘客的生命安全。
申请号为CN201910529509.8的中国专利公开了一种热失控防护装置，用于防止电池包发生热失控，所述电池包用于向外部负载供电，所述热失控防护装置包括电池管理系统及控制开关；所述控制开关的一端连接至所述电池管理系统后与所述电池包连接、另一端与所述电池包连接；所述电池管理系统在检测到所述电池包发生爆喷时，控制所述控制开关闭合，使所述电池包、所述电池管理系统及所述控制开关形成闭合回路，以使所述电池包包含的各个单体电池之间断开连接，以停止向所述外部负载供电。
上述专利通过电池管理系统对电池包进行实时监控，在检测到所述电池包发生爆喷时，调节控制开关闭合，使所述电池包、电池管理系统及控制开关形成闭合回路，以使所述电池包内的各个单体电池之间断开连接，进而停止向外部负载供电；其问题在于，电控系统的可靠性较低，在实际应用时难以保证电路断开的及时响应，无法起到降低热失控扩散风险的技术效果。
发明内容
本发明为了克服现有技术中电池包发生热失控时释放的热气流及火焰影响乘客逃生的时间裕量的技术问题，提供一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱及控制系统，规避电池包发生热失控时电池释放的热气流及火焰对乘客逃生的影响，为乘客逃生争取时间。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种降低电池包热失控扩散安全风险的电池箱，包括：泄压管道，泄压管道的一端与电池包相连，泄压管道的另一端沿车身的长度方向延伸；泄压阀，泄压阀设在电池包与泄压管道之间；泄压管道包括第一泄压管和第二泄压管，第一泄压管和第二泄压管分别位于电池包的两端。电池包发生热失控时，电池释放的热气流及火焰等积聚到一定程度可能发生爆炸或随机寻找到薄弱突破口释放，极可能会影响乘客逃生，直接威胁乘客的生命安全。本申请提供一种降低电池包热失控扩散安全风险的电池箱，在电池包上装设泄压管道，当电池包发生热失控时，打开连接泄压管道和电池包的泄压阀，引导热失控产生的热气流和火焰沿泄压管道进行释放，由于泄压管道沿车身的长度方向布置，释放的热气流和火焰等对车门造成的影响较小，为乘客逃生争取时间。
作为优选，泄压管道的内管壁上设有吸热鳍片，吸热鳍片的数目为若干个且沿泄压管道的长度方向间隔布置，吸热鳍片的长度小于泄压管道的内径。现有技术中通过喷淋冷却剂降低热气流温度，进而降低热气流对车身的冲击，但是电池包发生热失控时瞬间释放的热气流的气量较大，所需冷却剂的体量较大，携带冷却剂时车身自重过高，不符合电动汽车轻量化的发展需求；本发明在泄压管的内壁上布设吸热鳍片，吸热鳍片对热气流的热量进行吸收，避免泄压管因管壁温度过高对周围部件造成影响，此外，若干个吸热鳍片间隔布置，热气流流经吸热鳍片时吸热鳍片对热气流的动能进行吸收，经泄压管道释放的热气流的动能迅速下降，热气流对泄压管道远离电池包一端的冲击降低，释放的热气流和火焰等不会自泄压管道冲出，从而将其对车身的不利影响降至最低。
作为优选，呈锥状的吸热鳍片包括大端和小端，大端与泄压管道的内壁面相连，大端沿泄压管道的长度方向位于小端远离电池包的一侧。吸热鳍片的大端相较于小端与电池包之间的距离更远，小端所受热量相较大端更强，且小端至大端吸热鳍片的径向尺寸过渡增大，在泄压管道中的热量超过吸热鳍片的熔点时，吸热鳍片自小端开始逐渐熔化，吸热鳍片不易从泄压管道上脱落，吸热鳍片在吸收热量的同时仍对热气流的动能辅助削弱。
作为优选，泄压管道远离电池包的一端封闭且朝向地面弯折，泄压管道的高度朝远离电池包的方向逐渐降低。上述设计的目的是对熔化的吸热鳍片进行收集，避免其集中在泄压管道中造成管道的阻塞，泄压管道端部的弯折段用以承接熔化的吸热鳍片。
作为优选，泄压阀包括第一泄压阀和第二泄压阀，第一泄压阀位于第一泄压管和电池包之间，第二泄压阀位于第二泄压管和电池包之间，第一泄压阀和第二泄压阀均为电磁阀。
作为优选，吸热鳍片由聚对苯二甲酸乙二酯和氮化钛纳米高吸热剂的复合材料制成。氮化钛纳米高吸热剂用以提升单位体积吸热鳍片的热能吸收量，从而实现小体积的吸热鳍片对热气流附着能量的有效吸收。
一种降低电池包热失控扩散风险的控制系统，包括所述降低电池包热失控扩散风险的电池箱和控制开关，控制开关的一端连接有监测件，控制开关的另一端与所述泄压阀相连，监测件固定在电池包上，监测件的熔点低于电池包热失控时的最低温度，监测件熔断时所述控制开关控制泄压阀开启。监测件对电池包的温度进行实时监测，当电池包的温度异常升高时，监测件将阶跃信号输送至控制开关，控制开关接收到阶跃信号后控制泄压阀打开，由于这一动作过程在电池热失控发生的同时进行，当热气流及火焰出现时，泄压阀已经打开，泄压管道导通，热气流及火焰等沿泄压管道排出。
作为优选，所述控制开关为继电器。
作为优选，所述监测件为金属丝。检测件为金属丝，通过监测件的熔断在电路上形成阶跃信号的输出，相较于传感器的布设，本申请使用金属丝的监测模式可靠性较高。
综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）本申请可规避电池包发生热失控时电池释放的热气流及火焰对乘客逃生的影响，为乘客逃生争取时间；（2）吸热鳍片对热气流的热量进行吸收，避免泄压管因管壁温度过高对周围部件造成影响；（3）热气流流经吸热鳍片时吸热鳍片对热气流的动能进行吸收，经泄压管道释放的热气流的动能迅速下降，热气流对泄压管道远离电池包一端的冲击降低；（4）氮化钛纳米高吸热剂用以提升单位体积吸热鳍片的热能吸收量，从而实现小体积的吸热鳍片对热气流附着能量的有效吸收；（5）通过监测件的熔断在电路上形成阶跃信号的输出，相较于传感器的布设，本申请使用金属丝的监测模式可靠性较高。
附图说明
图1是本发明整体的示意图。
图2是本发明中泄压管道的局部剖视图。
图中：
泄压管道1，第一泄压管101，第二泄压管102，电池包2，第一泄压阀301，第二泄压阀302，吸热鳍片4，大端401，小端402。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
如图1和图2所示，一种降低电池包热失控扩散安全风险的电池箱，包括：泄压管道1，泄压管道的一端与电池包2相连，泄压管道的另一端沿车身的长度方向延伸；泄压阀，泄压阀设在电池包与泄压管道之间；泄压管道包括第一泄压管101和第二泄压管102，第一泄压管和第二泄压管分别位于电池包的两端；泄压管道的内管壁上设有吸热鳍片4，吸热鳍片的数目为若干个且沿泄压管道的长度方向间隔布置，吸热鳍片的长度小于泄压管道的内径；呈锥状的吸热鳍片包括大端401和小端402，大端与泄压管道的内壁面相连，大端沿泄压管道的长度方向位于小端远离电池包的一侧；泄压管道远离电池包的一端封闭且朝向地面弯折，泄压管道的高度朝远离电池包的方向逐渐降低；泄压阀包括第一泄压阀301和第二泄压阀302，第一泄压阀位于第一泄压管和电池包之间，第二泄压阀位于第二泄压管和电池包之间，第一泄压阀和第二泄压阀均为电磁阀；吸热鳍片由聚对苯二甲酸乙二酯和氮化钛纳米高吸热剂的复合材料制成。
一种降低电池包热失控扩散风险的控制系统，包括所述降低电池包热失控扩散风险的电池箱和控制开关，控制开关的一端连接有监测件，控制开关的另一端与所述泄压阀相连，监测件固定在电池包上，监测件的熔点低于电池包热失控时的最低温度，监测件熔断时所述控制开关控制泄压阀开启；所述控制开关为继电器；所述监测件为金属丝。
如图1所示，中间为电池包，电池包的左端连接有第一泄压管，电池包的右端连接有第二泄压管，第一泄压管与电池包之间设有第一泄压阀，第二泄压管与电池包之间设有第二泄压阀，电池包上贴设有监测件，监测件为金属丝，监测件的熔点低于电池包热失控时的最低温度，监测件与控制开关相连，本实施例中控制开关未继电器，监测件熔断时向控制开关输出阶跃信号，控制开关在阶跃信号的控制下发生阶跃响应，控制泄压阀打开。由于本实施例中监测件的熔断温度对应于电池包发生热失控时的温度下限，故而可能存在监测件熔断，泄压阀打开，而热失控未发生的现象出现，为保证控制系统在后续仍可正常使用，监测件可以并联布置多个，不同监测件的熔断温度不同，其最低熔断温度对应电池包发生热失控时的温度下限，其余监测件的熔断温度小幅度线性递增，泄压阀可操作员手动控制关闭，当控制系统误响应后，手动关闭泄压阀，此时最低熔断温度的监测件已经熔断，当再次出现热失控时，剩余监测件中熔断温度最低的监测件断裂并输出阶跃信号，控制系统控制泄压阀开启进行热气流及火焰等的释放。本申请在泄压管的内壁上布设吸热鳍片，吸热鳍片对热气流的热量进行吸收，避免泄压管因管壁温度过高对周围部件造成影响，此外，若干个吸热鳍片间隔布置，热气流流经吸热鳍片时吸热鳍片对热气流的动能进行吸收，经泄压管道释放的热气流的动能迅速下降，热气流对泄压管道远离电池包一端的冲击降低，释放的热气流和火焰等不会自泄压管道冲出，从而将其对车身的不利影响降至最低。

Claims (10)

1.一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，包括：
泄压管道，泄压管道的一端与电池包相连，泄压管道的另一端沿车身的长度方向延伸；
泄压阀，泄压阀设在电池包与泄压管道之间。
2.根据权利要求1所述一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，泄压管道包括第一泄压管和第二泄压管，第一泄压管和第二泄压管分别位于电池包的两端。
3.根据权利要求1所述一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，泄压管道的内管壁上设有吸热鳍片，吸热鳍片的数目为若干个且沿泄压管道的长度方向间隔布置，吸热鳍片的长度小于泄压管道的内径。
4.根据权利要求2所述一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，呈锥状的吸热鳍片包括大端和小端，大端与泄压管道的内壁面相连，大端沿泄压管道的长度方向位于小端远离电池包的一侧。
5.根据权利要求1所述一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，泄压管道远离电池包的一端封闭且朝向地面弯折，泄压管道的高度朝远离电池包的方向逐渐降低。
6.根据权利要求2所述一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，泄压阀包括第一泄压阀和第二泄压阀，第一泄压阀位于第一泄压管和电池包之间，第二泄压阀位于第二泄压管和电池包之间，第一泄压阀和第二泄压阀均为电磁阀。
7.根据权利要求3所述一种降低电池包热失控扩散风险的电池箱，其特征在于，吸热鳍片由聚对苯二甲酸乙二酯和氮化钛纳米高吸热剂的复合材料制成。
8.一种降低电池包热失控扩散风险的控制系统，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述降低电池包热失控扩散风险的电池箱和控制开关，控制开关的一端连接有监测件，控制开关的另一端与所述泄压阀相连，监测件固定在电池包上，监测件的熔点低于电池包热失控时的最低温度，监测件熔断时所述控制开关控制泄压阀开启。
9.根据权利要求8所述一种降低电池包热失控扩散风险的控制系统，其特征在于，所述控制开关为继电器。
10.根据权利要求8所述一种降低电池包热失控扩散风险的控制系统，其特征在于，所述监测件为金属丝。
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