CN112490578B - 一种动力电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池模组，包括顶部通风管道与多个单体电池，每个单体电池顶部均设有顶部泄压阀，每个顶部泄压阀上端均连接有安全阀，顶部通风管道设于安全阀上方，安全阀上端与顶部通风管道的管腔连通，顶部通风管道内设有传感装置与冷却液喷射装置，传感装置连接有控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置动作。出现热失控时，单体电池内产生的高温烟气冲进顶部通风管道的管腔内。传感装置感应到高温高压烟气后，发送信号给控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置在顶部通风管道内喷射冷却液。冷却液流进热失控的单体电池内部，使热失控的单体电池得到有效的降温，能够对热失控单体电池进行精准控制，灭火效果好，不会造成正常电池短路。

Description

一种动力电池模组
技术领域
本发明涉及电动汽车电池模组设计领域，特别是涉及一种动力电池模组。
背景技术
目前，动力电池广泛地应用于各种电动轿车上。因此，动力电池的安全性受到人们的广泛关注。
电池包上通常设有泄压阀。电池包热失控过程中会产生大量可燃混合气。这些可燃混合气在热失控过程中逐步在电池包内部积累，并导致电池包内部压力逐步增加，直至达到某一预先设定的压力阈值，电池包泄压阀被冲开，可燃混合气被排放到外界环境，极易出现着火现象，引发火灾。
关于电池热失控蔓延控制的研究设计中，现有技术通常在电池包内设置传感器和控制器，控制器与冷却液喷射装置信号连接。在电池包发生热失控并冲破泄压阀释放高温高压烟气时，传感器感应到高温高压烟气后，发送信号给控制器，控制器控制冷却液喷射装置对整个电池包喷射冷却液，从而使电池包得到降温灭火。
其存在以下技术问题：
冷却液作用于电池包内的所有电池，没有发生热失控的正常电池也被冷却液喷射，容易造成正常电池短路，导致不必要的损失；同时，冷却液无法对热失控单体电池进行精准控制，降温灭火效果差。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种动力电池模组，能够对热失控单体电池进行精准控制，灭火效果好，不会造成正常电池短路，避免不必要的损失。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种动力电池模组，包括顶部通风管道与多个单体电池，每个单体电池顶部均设有顶部泄压阀，每个顶部泄压阀上端均连接有安全阀，顶部通风管道设于安全阀上方，安全阀上端与顶部通风管道的管腔连通，顶部通风管道内设有传感装置与冷却液喷射装置，传感装置连接有控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置动作。
进一步，单体电池顶部设有顶部导管，安全阀与顶部泄压阀由上至下依次设于顶部导管内。
进一步，多个单体电池以多列依次间隔布置，每列单体电池中每两个相邻的单体电池之间设有第一隔热层。
进一步，每两个相邻列的单体电池之间设有第二隔热层。
进一步，还包括带有空腔的底板，底板空腔作为底部通风管道，每个单体电池底部均设有底部泄压阀，底部通风管道设于底部泄压阀下方，底部泄压阀下端与底部通风管道连通，底部泄压阀高温开启的温度设定使得热失控发生时，底部泄压阀会先于顶部泄压阀开启。
进一步，单体电池底部设有底部导管，底部泄压阀设于底部导管内。
进一步，底板与单体电池之间设有液冷板，液冷板设有液冷通孔，底部导管穿设于液冷通孔内。
进一步，液冷板与底板之间设有第三隔热层，第三隔热层两端分别连接于液冷板下端与底板上端，第三隔热层设有隔热通孔，底部导管穿设于隔热通孔内。
进一步，底部通风管道和顶部通风管道分别连接有通风设备。
总的说来，本发明具有如下优点：
出现热失控时，单体电池内产生的高温烟气冲进顶部通风管道的管腔内。传感装置感应到高温高压烟气后，发送信号给控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置在顶部通风管道内喷射冷却液。冷却液流进热失控的单体电池内部，使热失控的单体电池得到有效的降温，能够对热失控单体电池进行精准控制，灭火效果好，不会造成正常电池短路。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的分解示意图。
图3为电池阵列的的分解示意图。
图4为单体电池的立体结构示意图。
图5为单体电池的剖面示意图。
图6为液冷板的剖面示意图。
图7为底板的剖面示意图。
图8为安全阀在顶部通风管道内的示意图。
图9为顶部通风管道与顶部导管的对接示意图。
图10为图9的A处放大示意图。
附图标记说明：
1——顶部通风管道，2——单体电池，3——液冷板，4——第三隔热层，5——底板，6——第二隔热层，7——第一隔热层，8——顶部导管，9——底部导管，10——顶部泄压阀，11——底部泄压阀，12——冷却液喷嘴，13——安全阀。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1～图3、图5、图8～图10所示，一种动力电池模组，包括顶部通风管道1与多个单体电池2，每个单体电池2顶部均设有顶部泄压阀10，每个顶部泄压阀10上端均连接有安全阀13，顶部通风管道1设于安全阀13上方，安全阀13上端与顶部通风管道1的管腔连通，顶部通风管道1内设有传感装置与冷却液喷射装置，传感装置连接有控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置动作。
具体地，顶部通风管道1作为单体电池2上方排放烟气的通道和消防冷却液注入通道，其主体结构为一条矩形管道，两端分别设有入口和出口。入口附近设有冷却液喷射装置。本实施例中，冷却液喷射装置包括冷却液源和与冷却源连接的冷却液喷嘴12。冷却液喷嘴12设于顶部通风管道1顶部，斜向下方设置。顶部通风管道1底部设有通孔，通孔下方为沉头座，顶部泄压阀10和安全阀13分别与沉头座的上下端定位对接。
安全阀13用于进行高温烟气排放和接受冷却液灌入，同时用于密封泄压阀和顶部通风管道1的对接孔，防止冷却液喷射时对正常单体电池2造成短路。
顶部通风管道1中部设有能够通风的管腔。当电池模组里的某个(或某些)单体电池2出现热失控时，单体电池2内产生的高温烟气首先冲破顶部泄压阀10，然后向上冲破安全阀13并冲进顶部通风管道1的管腔内。设于顶部通风管道1内的传感装置感应到高温高压烟气后，发送信号给控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置在顶部通风管道1内喷射冷却液。由于安全阀13上端与顶部通风管道1的管腔连通，因此冷却液在顶部通风管道1的管腔流动过程中，流进打开后的安全阀13，并通过顶部泄压阀10流进热失控的单体电池2内部，从而使热失控的单体电池2得到有效的降温，消除了安全隐患。而那些没有发生热失控的正常的单体电池2，则由于其顶部泄压阀10与安全阀13没有被打开，因此在顶部通风管道1内流动的冷却液不会流到该单体电池2上，不会造成正常单体电池2的短路。
本实施例中，传感装置为温度传感器，控制装置为控制器。当温度传感器感应到顶部通风管道1里实际温度值达到预定高温时，发送信号给控制器，控制器控制冷却液喷射装置喷射冷却液。
本发明实施例能够对电池模组里的热失控单体电池2进行精准控制，降温灭火效果好，避免了不必要的损失。
如图4、图10所示，单体电池2顶部设有顶部导管8，安全阀13与顶部泄压阀10由上至下依次设于顶部导管8内。
顶部导管8用于连接单体电池2壳体和顶部通风管道1。单体电池2的顶部泄压阀10通过顶部导管8与顶部通风管道1的沉头座定位对接。通过顶部导管8能够使顶部泄压阀10对准安全阀13，高温高压烟气冲突顶部泄压阀10后，能够迅速上冲突破安全阀13，缩短了冷却液喷射装置喷射冷却液的反应时间。同时，顶部导管8能够很好地保护顶部泄压阀10与安全阀13，避免其受到不必要的损坏。
多个单体电池2以多列依次间隔布置，每列单体电池2中每两个相邻的单体电池2之间设有第一隔热层7。
第一隔热层7能够有效减少每列单体电池2中每两个相邻的单体电池2之间的热传导，当出现单体电池2发生热失控时，第一隔热层7降低了正常单体电池2受到热失控单体电池2的影响，减少了非正常损失。
每两个相邻列的单体电池2之间设有第二隔热层6。
第二隔热层6能够有效减少每两个相邻列的单体电池2之间的热传导，当出现单体电池2发生热失控时，第二隔热层6降低了正常单体电池2受到热失控单体电池2的影响，减少了非正常损失。
如图7所示，本发明实施例还包括底板5，底板5空腔作为底部通风管道，每个单体电池2底部均设有底部泄压阀11，底部通风管道设于底部泄压阀11下方，底部泄压阀11下端与底部通风管道连通，底部泄压阀11由一定温度下可熔化的相变材料构成。底部泄压阀11高温熔化开启的温度设定使得热失控发生时，底部泄压阀11会先于顶部泄压阀10开启。
如图7所示，当单体电池2发生热失控时，单体电池2内部产生的高温高压烟气率先冲破底部泄压阀11，通过底板5的底部通风管道排出到电池模组外，可有效控制高温高压烟气引起的热失控蔓延。在底部泄压阀11对单体电池2有效降温后，消除了单体电池2的高温火灾风险的情况下，顶部泄压阀10与安全阀13不会被打开，节省了材料费用。只有当单体电池2发生热失控且生热率达到急剧增长阶段时，顶部泄压阀10与安全阀13才会开启。
单体电池2底部设有底部导管9，底部泄压阀11设于底部导管9内。
底部导管9布置于偏离单体电池2底部中心的位置，有利于改善正常工况下的单体电池2冷却。通过将底部泄压阀11设于底部导管9内，既能有效保护底部泄压阀11，避免其受到不必要的损坏，又能将热失控时从底部泄压阀11释放出来的高温高压烟气从底部导管9快速导出到底板5中，降温性能更好。
当高温高压烟气先后冲破底部泄压阀11、顶部泄压阀10与安全阀13，触发冷却液喷射装置喷射冷却液后，冷却液通过顶部导管8，流经安全阀13、顶部泄压阀10后流进单体电池2内进行降温，然后通过底部导管9流出，实现了热失控单体电池2的精准快速冷却。
底板5与单体电池2之间设有液冷板3，液冷板3设有液冷通孔，底部导管9穿设于液冷通孔内。
具体地，液冷板3上端与底板5连接，下端与单体电池2连接。单体电池2可以以多列分布。本实施例中，单体电池2呈两列分布，相应地，如图6所示，液冷板3内部呈现为U型双列流道。液冷板3用于为电池模组里的多个单体电池2提供散热，提升单体电池2的工作性能。底部导管9穿过液冷板3连通于底板5。
优选地，液冷通孔为圆形通孔。
具体地，液冷通孔为圆柱形状。多个圆柱形状的液冷通孔交错分布，有利于改善单体电池2的温度一致性。
液冷板3与底板5之间设有第三隔热层4，第三隔热层4两端分别连接于液冷板3下端与底板5上端，第三隔热层4设有隔热通孔，底部导管9穿设于隔热通孔内。
第三隔热层4用于减少由高温的底板5向液冷板3的热传导，避免烟气热量对电池模组的正常冷却造成影响。底部导管9穿过隔热通孔与底板5连通。
底部通风管道和顶部通风管道1分别连接有通风设备。
通过通风设备，可以加速底部通风管道和顶部通风管道1内的空气流速，在高温高压烟气进入底部通风管道和顶部通风管道1时，通风设备启动强制通风，快速排走高温高压烟气，有利于迅速降低单体电池2的温度。
工作过程：
出现热失控时，单体电池2内产生的高温高压烟气先触发底部泄压阀11熔化开启，高温高压烟气排放进入底板5空腔中。当单体电池2内部压力达到一定强度时，顶部泄压阀10开启，高温高压烟气冲进顶部通风管道1内。传感装置感应到高温高压烟气后，发送信号给控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置在顶部通风管道1内喷射冷却液。冷却液流进热失控的单体电池2内部，使热失控的单体电池2得到有效的降温，能够对热失控单体电池2进行精准控制。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动力电池模组，其特征在于：包括顶部通风管道与多个单体电池，每个单体电池顶部均设有顶部泄压阀，每个顶部泄压阀上端均连接有安全阀，顶部通风管道设于安全阀上方，安全阀上端与顶部通风管道的管腔连通，顶部通风管道内设有传感装置与冷却液喷射装置，传感装置连接有控制装置，控制装置控制冷却液喷射装置动作；
还包括带有空腔的底板，底板空腔作为底部通风管道，每个单体电池底部均设有底部泄压阀，底部通风管道设于底部泄压阀下方，底部泄压阀下端与底部通风管道连通，底部泄压阀高温开启的温度设定使得热失控发生时，底部泄压阀会先于顶部泄压阀开启。
2.按照权利要求1所述的一种动力电池模组，其特征在于：单体电池顶部设有顶部导管，安全阀与顶部泄压阀由上至下依次设于顶部导管内。
3.按照权利要求1所述的一种动力电池模组，其特征在于：多个单体电池以多列依次间隔布置，每列单体电池中每两个相邻的单体电池之间设有第一隔热层。
4.按照权利要求3所述的一种动力电池模组，其特征在于：每两个相邻列的单体电池之间设有第二隔热层。
5.按照权利要求1所述的一种动力电池模组，其特征在于：单体电池底部设有底部导管，底部泄压阀设于底部导管内。
6.按照权利要求5所述的一种动力电池模组，其特征在于：底板与单体电池之间设有液冷板，液冷板设有液冷通孔，底部导管穿设于液冷通孔内。
7.按照权利要求6所述的一种动力电池模组，其特征在于：液冷板与底板之间设有第三隔热层，第三隔热层两端分别连接于液冷板下端与底板上端，第三隔热层设有隔热通孔，底部导管穿设于隔热通孔内。
8.按照权利要求1所述的一种动力电池模组，其特征在于：底部通风管道和顶部通风管道分别连接有通风设备。
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