CN112550076B - 一种电池包风道的热失控防控设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体的说，涉及一种电池包风道的热失控防控设备。本发明提供了一种电池包风道的热失控防控设备，包括入风道，与乘客舱连接，通过风道接口连接电池包；热失控排气风道，通过风道接口连接电池包；挡风隔热垫片，安装在入风道和热失控排气风道之间；可控电磁铁，安装在热失控排气风道靠近风道接口的一端；其中，可控电磁铁激发吸引磁场，吸引挡风隔热垫片至热失控排气风道口，打开入风道，关闭热失控排气风道；可控电磁铁激发排斥磁场，排斥挡风隔热垫片至入风道口，关闭入风道，打开热失控排气风道。本发明可以防范HEV电池包风道的热失控风险，提高HEV电池包的安全性，并能够受到BMS信号控制，对风道压降影响较小。

Description

一种电池包风道的热失控防控设备
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体的说，涉及一种电池包风道的热失控防控设备。
背景技术
随着国家对于新能源政策的调整，具备20-30％节油能力的HEV(Hybrid ElectricVehicle，不插电油电混合汽车)汽车也纳入了能够获得新能源积分的车型，使得HEV汽车成为广大市场所重点关注的混合动力车型。
动力电池作为新能源汽车的核心部件，其安全性将直接影响到新能源汽车的整车性能和行驶安全。HEV汽车的电池包具有以下特点：
1)采用容量较小，充放电倍率较高的电芯；
2)BDU(电器连接盒)、BMCe(Battery Management Control，主控)、CMCe(CellModule Control，从控)、BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)和高低压接插件等装置一应俱全；
3)电池包的冷却方案均为风冷方案；
4)电池包的位置为车座下方或者后备箱下部空间。
基于HEV汽车的结构设计以及HEV汽车的混动策略，HEV汽车的电池包存在以下特点：
1)在汽车行驶过程中，HEV电池包如若出现类似US06工况时，电芯内出现反复大电流的充放电过程，会使得电池温度急剧升高，所述US06工况为一种多次急加速急减速工况，对应电池包处于大电流放电/大电流充电状态的极端工况；
2)HEV电池包占用空间小，而内部部件很多，内部结构极为紧凑；
3)所有电池包的风冷方案均为从乘客舱抽气，用于冷却或加热电池，最后排出到后备箱或车身的强制排风口中。
根据现阶段动力电池的发展要求，电芯的容量和能量密度逐渐提高，使得电芯在发生热失控时，释放出更高的能量的同时，向环境喷射出高温和有毒物质，容易在电池包中出现连锁反应，使得电池包的安全性大打折扣。
在HEV汽车中，电池包的热失控要求必须更为严格。
现有技术的HEV电池包没有加入电池包热失控的防范措施，由于电池包内部结构紧凑且采用风冷方案，导致在HEV电池包内发生热失控的时候，容易发生连锁反应，具体存在以下问题：
1)HEV汽车在电池包设计中对风道设计和材料选择无法达到控制和阻止热失控的要求；
2)冷却风道的进出风道都在乘客舱内，使其成为热失控气体的导流道，如若电池包热失控后，暴露于乘害舱的进出风道将会成为热失控气体的唯一出口，直接将有毒热失控气体和高温物质沿着风道扩散到乘客舱内，导致乘客的健康和安全面临威胁和伤害。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池包风道的热失控防控设备，解决现有技术的电池包风道在热失控时有毒气体扩散至乘客舱的安全性问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池包风道的热失控防控设备，包括挡风隔热垫片、热失控排气风道、入风道和可控电磁铁：
所述入风道，与乘客舱连接，通过风道接口连接电池包；
所述热失控排气风道，通过风道接口连接电池包；
所述挡风隔热垫片，安装在入风道和热失控排气风道之间；
所述可控电磁铁，安装在热失控排气风道靠近风道接口的一端；
其中，可控电磁铁激发吸引磁场，吸引挡风隔热垫片至热失控排气风道口，打开入风道，关闭热失控排气风道；
可控电磁铁激发排斥磁场，排斥挡风隔热垫片至入风道口，关闭入风道，打开热失控排气风道。
在一实施例中，所述电池包风道的热失控防控设备，还包括单向支撑格栅，与风道接口的靠近入风道一侧连接，气流通过格栅位置流通；
所述挡风隔热垫片，两侧安装薄片永磁体，通过边缘的中间转轴安装到单向支撑格栅的上部槽内，进行定位与旋转。
在一实施例中，所述可控电磁铁，内含有多层缠绕方向相反的线圈，通过控制不同线圈的通电情况，产生吸引磁场和排斥磁场。
在一实施例中，所述电池包风道的热失控防控设备，还包括控制器，通过信号线连接电池管理系统，获取汽车和电池包状态，控制可控电磁铁的通断和电流方向。
在一实施例中，当汽车处于停车阶段时，控制器不向可控电磁铁供电，挡风隔热垫片在重力作用下落到单向支撑格栅上。
在一实施例中，当汽车处于停车阶段时，控制器启动可控电磁铁，激发排斥磁场，将挡风隔热垫片控制在单向支撑格栅上。
在一实施例中，当汽车处于行驶阶段且发生热失控时，控制器启动可控电磁铁，激发吸引磁场，将挡风隔热垫片吸附于风道接口上。
在一实施例中，当汽车处于行驶阶段且发生热失控时，控制器启动可控电磁铁，激发排斥磁场，将挡风隔热垫片控制在单向支撑格栅上。
在一实施例中，所述挡风隔热垫片为耐高温隔热材料，包括但不限于：气凝胶、泡棉和云母；
所述单向支撑格栅为耐高温易成型具备强度的材质，包括但不限于压铸铝合金。
在一实施例中，所述单向支撑格栅，与风道接口的连接方式为焊接方式或者定位胶粘方式；
所述入风道，以嵌套和法兰面加螺栓的方式与风道接口连接。
在一实施例中，所述入风道为耐高温具备强度的轻质材料，包括但不限于工业化液晶聚合物材料；
所述热失控排气风道为耐高温具备强度的轻质材料，包括但不限于工业化液晶聚合物材料。
在一实施例中，所述热失控排气风道，以螺栓或者卡扣的方式与入风道、风道接口连接；
所述热失控排气风道的法兰盘，以螺栓或粘接的方式与可控电磁铁连接。
本发明提供了一种电池包风道的热失控防控设备，可以防范HEV电池包风道的热失控风险，提高风冷方案HEV电池包的安全性，并能够受到BMS信号控制，对风道压降影响较小。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备安装效果图；
图2揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备零件爆炸图；
图3揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的控制逻辑原理图；
图4a揭示了根据本发明一实施例的挡风隔热垫片与薄片永磁体的安装位置关系示意图；
图4b揭示了根据本发明一实施例的挡风隔热垫片与中间转轴的安装位置关系示意图；
图5揭示了根据本发明一实施例的单向支撑格栅与风道接口的安装位置关系示意图；
图6揭示了根据本发明一实施例的入风道与风道接口的连接位置关系示意图；
图7揭示了根据本发明一实施例的热失控排气风道与风道接口的连接位置关系示意图；
图8a揭示了根据本发明一实施例的可控电磁铁内部构造示意图；
图8b揭示了根据本发明一实施例的控制器的信号控制逻辑图；
图9揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的控制逻辑流程图；
图10揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的正常工作状态图；
图11揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的热失控状态图。
图中各附图标记的含义如下：
110入风道；
120挡风隔热垫片；
121薄片永磁体；
122中间转轴；
130单向支撑格栅；
140热失控排气风道；
150风道接口；
160可控电磁铁；
161排斥磁场电流方向；
162吸引磁场电流方向；
200电池包；
300控制器；
301BMS信号线；
302BMS信号线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
图1揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备安装效果图，图2揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备零件爆炸图，如图1和图2所示，本发明提出了一种电池包风道的热失控防控设备，包括入风道110、挡风隔热垫片120、单向支撑格栅130、热失控排气风道140和可控电磁铁160：
所述入风道110，与乘客舱连接，通过风道接口150连接电池包200；
所述热失控排气风道140，通过风道接口150连接电池包200；
所述挡风隔热垫片120，安装在入风道110和热失控排气风道140之间；
所述可控电磁铁160，安装在热失控排气风道140靠近风道接口150的一端；
其中，可控电磁铁160激发吸引磁场，吸引挡风隔热垫片120至热失控排气风道口140，打开入风道110，关闭热失控排气风道140；
可控电磁铁160激发排斥磁场，排斥挡风隔热垫片120至入风道口110，关闭入风道110，打开热失控排气风道140。
单向支撑格栅130，与风道接口150的靠近入风道110一侧连接，气流通过格栅位置流通；
更进一步的，挡风隔热垫片120，两侧安装薄片永磁体121，通过边缘的中间转轴122安装到单向支撑格栅130的上部槽内，进行定位与旋转。
图3揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的控制逻辑原理图，如下图3所示，本发明提出的热失控防控设备的控制逻辑包括：
控制器300，通过BMS信号线301和BMS信号线302连接电池包200的BMS，获取电池包和汽车状态，驱动可控电磁铁160的通断和电流方向，完成对挡风隔热垫片120的控制，从而达成对应的工作状态。
更进一步的，工作状态包括停车状态、正常行车状态和热失控状态：
当处于停车状态时，可控电磁铁160不工作，从而节约电能；
当处于正常行车状态时，可控电磁铁160激发吸引磁场，电流方向为吸引磁场方向162，入风道110作为冷却风道打开，热失控排气风道140关闭；
当处于热失控状态时，可控电磁铁160激发排斥磁场，电流方向为排斥磁场方向161，入风道110作为冷却风道关闭，热失控排气风道140打开。
以下将详细描述重要零部件的材质，安装关系及功能。
图4a和图4b分别揭示了根据本发明一实施例的挡风隔热垫片与薄片永磁体、挡风隔热垫片与中间转轴的安装位置关系示意图，如图4a和图4b所示的挡风隔热垫片120，具备很强的隔热能力，并且能够在生产中就加入两片薄片永磁体121和挡风隔热片中间转轴122，片材成型简单且密度很小，能够防止由于重量而导致压降增大。
挡风隔热垫片120的安装位置为，单向支撑格栅130的上部槽内，利用中间转轴120进行定位并完成旋转功能。
挡风隔热垫片120，组成材料包括但不限于气凝胶、泡棉、云母等耐高温隔热材料。
图5揭示了根据本发明一实施例的单向支撑格栅与风道接口的安装位置关系示意图，如图5所示的单向支撑格栅130，与风道接口150以焊接方式，或者定位胶粘连接，靠近入风道一侧保证相对位置不变，且除了格栅位置，没有其他气流能够流动的位置。
单向支撑格栅130，组成材料包括但不限于压铸铝合金，或其他具备耐高温，易成型且具备一定强度的材质。
压铸铝合金能够耐受超过650℃的高温，较其他金属具有轻质，且成型能力强的优势，并且与电池包材料相同，无需增加防腐成本。
单向支撑格栅130是对风道结构强度加强，以及格栅摆动幅度和位置进行限定的装置，与挡风隔热垫片120配合安装，挡风隔热垫片120安装在单向支撑格栅130的上部，如果没有单向支撑格栅130的话就不能无法安装挡风隔热垫片120，无法对挡风隔热垫片120进行限位。
图6揭示了根据本发明一实施例的入风道与风道接口的连接位置关系示意图，如图6所示，入风道110，以嵌套和法兰面加螺栓的方式与风道接口150连接，防止高温物质通过热传递的方式破坏电池包侧的入风道110，导致热失控气体直接泄漏到车内空间。
入风道110，为靠近电池包200的一段风道，采用耐受高温能力较强的LCP材料。
入风道110，组成材料为LCP(工业化液晶聚合物)材料，或具备耐高温、具备一定强度的轻质材料。
工业化液晶聚合物(简称LCP)起初是美国公司开发出来的溶致性聚对亚苯基对苯二甲酰胺。
图7揭示了根据本发明一实施例的热失控排气风道与风道接口的连接位置关系示意图，如图7所示的热失控排气风道140，以螺栓或者卡扣的方式与入风道110、风道接口150连接，其法兰盘可以用螺栓或粘接的方式将两个可控电磁铁160连接。
热失控排气风道140，组成材料为LCP材料，或具备耐高温、具备一定强度的轻质材料：
图8a揭示了根据本发明一实施例的可控电磁铁内部构造示意图，如图8a所示，可控电磁铁160，内含有两层缠绕方向相反的线圈，通过控制不同线圈的通电情况，能够达到产生吸引磁场和排斥磁场的功能。
如图8a所示，可控电磁铁160，通过对排斥磁场电流方向161的线圈通电，产生排斥磁场。
如图8a所示，可控电磁铁160，通过对吸引磁场电流方向162的线圈通电，产生吸引磁场。
图8b揭示了根据本发明一实施例的控制器的信号控制逻辑图，如图8b所示，控制器300，通过BMS信号线301和BMS信号线302反馈，获得汽车和电池包状态，控制可控电磁铁160的通断和电流方向，并且能够在停车状态实现断电，防止电能的浪费。
更进一步的，当处于停车状态时，BMS信号线301和BMS信号线302的控制逻辑为(0，0)，0代表对应的BMS信号线不驱动线圈通电，1代表对应的BMS信号线驱动线圈通电。
更进一步的，当处于正常行车状态时，BMS信号线301和BMS信号线302的控制逻辑为(1，0)，0代表对应的BMS信号线不驱动线圈通电，1代表对应的BMS信号线驱动线圈通电。
更进一步的，当处于热失控状态时，BMS信号线301和BMS信号线302的控制逻辑为(0，1)，0代表对应的BMS信号线不驱动线圈通电，1代表对应的BMS信号线驱动线圈通电。
图9揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的控制逻辑流程图，HEV汽车在各种工作状态下对热失控防控设备逻辑判断和信号释放如图9所示。
1)停车阶段：
如果未出现热失控，控制器300无需给可控电磁铁160供电，挡风隔热垫片120在重力作用下落到单向支撑格栅130的上方，并以一定的角度支撑，此过程无需进行供电和BMS控制，节约能量。
如果出现热失控，无论BMS是否被唤醒，热失控产生的高温气体无法破坏和冲开挡风隔热垫片120，使得通向乘客舱的入风道110保持安全状态，高温气体被热失控排气风道140疏散，从而离开电池包和车体。
更进一步的，如果BMS已经唤醒，则控制器300启动可控电磁铁160，激发反向排斥磁场，将挡风隔热垫片120牢牢控制在单向支撑格栅130上，
2)行驶阶段：
图10揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的正常工作状态图，如图10所示，如果未发生热失控，由于挡风隔热垫片120的质量轻，在HEV电池包需要进行风冷时，BMS向控制器300发送信号，在启动风扇的同时将可控电磁铁160启动并保持，激发吸引磁场，将挡风隔热垫片120牢牢吸附于风道接口150上部，在降低风道接口150压降的同时，将热失控排气风道140进口密封，防止风道内部出现紊流。
图11揭示了根据本发明一实施例的电池包风道的热失控防控设备的热失控状态图，如图11所示，如果发生热失控风险，BMS向控制器300发送热失控信号，在关闭风扇的同时，将可控电磁铁160关闭并调整电流为反方向，激发反向排斥磁场，使得挡风隔热垫片120在重力和磁场力作用下，迅速下落到单向支撑格栅130上，封住通往乘客舱的入风道110，将热失控气体从热失控排气风道140疏散离开电池包和车体。
更进一步的，如果整车风冷策略可以将冷却气体排出车内空间，则风扇继续开启。
本发明提供了一种电池包风道的热失控防控设备，可以防范HEV电池包风道的热失控风险，提高风冷方案HEV电池包的安全性，并能够受到BMS信号控制，对风道压降影响较小。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种电池包风道的热失控防控设备，其特征在于，包括挡风隔热垫片、热失控排气风道、入风道、控制器和可控电磁铁：
所述入风道，与乘客舱连接，通过风道接口连接电池包；
所述热失控排气风道，通过风道接口连接电池包；
所述挡风隔热垫片，安装在入风道和热失控排气风道之间；
所述可控电磁铁，安装在热失控排气风道靠近风道接口的一端；
所述控制器，通过信号线连接电池管理系统，获取汽车和电池包状态，控制可控电磁铁的通断和电流方向；
其中，可控电磁铁激发吸引磁场，吸引挡风隔热垫片至热失控排气风道口，打开入风道，关闭热失控排气风道；
可控电磁铁激发排斥磁场，排斥挡风隔热垫片至入风道口，关闭入风道，打开热失控排气风道；
当汽车处于停车阶段时，控制器不向可控电磁铁供电，挡风隔热垫片在重力作用下落到单向支撑格栅上。
2.根据权利要求1所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于，还包括单向支撑格栅，与风道接口的靠近入风道一侧连接，气流通过格栅位置流通；
所述挡风隔热垫片，两侧安装薄片永磁体，通过边缘的中间转轴安装到单向支撑格栅的上部槽内，进行定位与旋转。
3.根据权利要求1所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于，所述可控电磁铁，内含有多层缠绕方向相反的线圈，通过控制不同线圈的通电情况，产生吸引磁场和排斥磁场。
4.根据权利要求1所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于，当汽车处于行驶阶段且未发生热失控时，控制器启动可控电磁铁，激发吸引磁场，将挡风隔热垫片吸附于风道接口上。
5.根据权利要求1所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于，当汽车处于行驶阶段且发生热失控时，控制器启动可控电磁铁，激发排斥磁场，将挡风隔热垫片控制在单向支撑格栅上。
6.根据权利要求2所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于：
所述挡风隔热垫片为耐高温隔热材料，包括但不限于：气凝胶、泡棉和云母；
所述单向支撑格栅为耐高温易成型具备强度的材质，包括但不限于压铸铝合金。
7.根据权利要求2所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于：
所述单向支撑格栅，与风道接口的连接方式为焊接方式或者定位胶粘方式；
所述入风道，以嵌套和法兰面加螺栓的方式与风道接口连接。
8.根据权利要求1所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于：
所述入风道为耐高温具备强度的轻质材料，包括但不限于工业化液晶聚合物材料；
所述热失控排气风道为耐高温具备强度的轻质材料，包括但不限于工业化液晶聚合物材料。
9.根据权利要求1所述的电池包风道的热失控防控设备，其特征在于：
所述热失控排气风道，以螺栓或者卡扣的方式与入风道、风道接口连接；
所述热失控排气风道的法兰盘，以螺栓或粘接的方式与可控电磁铁连接。
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