CN112688019A - 一种动力电池热流泄放装置及动力电池热流泄放方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动车技术领域，公开了一种动力电池热流泄放装置及动力电池热流泄放方法。该动力电池热流泄放装置包括：电池箱，其用于容纳电芯，在电池箱的侧面设置有防爆阀；在隔离机构内设置有引流流道和主流道，在引流流道靠近电芯的一侧设置有引流界面，引流界面与电芯的泄压阀正对设置并与其选择性连通，在隔离机构的侧面设置有排气孔，排气孔与防爆阀正对设置并与其相连通；引流流道、主流道、排气孔依次连通，形成泄放流道，使从电芯的泄压阀流出的高压气体能够通过引流界面进入引流流道内，并通过主流道经排气孔后从防爆阀排出。该动力电池热流泄放装置延缓动力电池内热失控的扩散，保护车内乘员安全，最大限度降低损失。

Description

一种动力电池热流泄放装置及动力电池热流泄放方法

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，尤其涉及一种动力电池热流泄放装置及动力电池热流泄放方法。

背景技术

电动车所使用的动力电池一般为锂电池，锂电池在短路、过充过放、温度超限以及机械破坏等情况下，存在发生热失控的风险。随着电动车的使用量日益增加，热失控事故日益频发，导致电动车安全问题已经成为社会关注的热点。

随着电芯能量密度的不断提升，锂电池热失控的危险性也在不断增加。由于车用动力电池包是一个相对密闭的空间，单个电芯热失控会释放出大量的热量，继而引发电池包内其他电芯的连锁热失控。

目前的动力电池仅在电池包内部设置防火板等阻燃装置，以延缓明火向动力电池包外的扩散速度，但无法阻止热失控在电池包内的蔓延，电池包系统内热失控出现扩散，影响车内乘员安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力电池热流泄放装置及动力电池热流泄放方法，延缓电池包系统内热失控的扩散，保护车内乘员安全，且降低损失。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种动力电池热流泄放装置，包括：

电池箱，其用于容纳电芯，在所述电池箱的侧面设置有防爆阀；

隔离机构，其设置于所述电芯的上方，在所述隔离机构内设置有引流流道和主流道，在所述引流流道靠近所述电芯的一侧设置有引流界面，所述引流界面与所述电芯的泄压阀正对设置并与其选择性连通，所述引流流道的截面沿远离所述电芯的方向逐渐增加，在所述隔离机构的侧面设置有排气孔，所述排气孔与所述防爆阀正对设置并与其相连通，所述主流道的截面沿靠近所述排气孔的方向逐渐增加；

所述引流流道、所述主流道、所述排气孔依次连通，形成泄放流道，使从所述电芯的泄压阀流出的高压气体能够通过所述引流界面进入所述引流流道内，并通过所述主流道经所述排气孔后从所述防爆阀排出。

作为优选，所述隔离机构包括隔离件和隔离上盖，在所述隔离件远离所述电芯的一侧设置有开口，所述隔离上盖封堵于所述开口，所述隔离件设置于所述电芯的上方，所述隔离件和所述隔离上盖之间形成所述引流流道和所述主流道。

作为优选，所述隔离件靠近所述防爆阀的一侧凸设有限位部，所述限位部设置于所述电芯的外侧面，所述电池箱内对应所述限位部设置有限位槽，所述限位部设置于所述限位槽内。

作为优选，在所述限位部内设置有连通流道，所述主流道通过所述连通流道连通于所述排气孔。

作为优选，所述隔离机构还包括密封件，所述密封件设置于所述隔离件和所述隔离上盖之间。

作为优选，所述引流流道和所述主流道均为密封腔体结构。

作为优选，所述隔离上盖采用云母材料制成。

作为优选，所述隔离件采用SMC复合材料制成。

作为优选，所述引流界面的壁厚小于所述引流流道的壁厚。

为达上述目的，本发明还提供了一种动力电池热流泄放方法，用于控制上述的动力电池热流泄放装置，所述动力电池热流泄放方法包括以下步骤：

根据电芯热失控时泄压阀的开阀冲击力，设置引流界面的预设开启压力；

如果电芯热失控产生的高温气体的实际压力大于预设开启压力，高温气体冲破引流界面进入引流流道内；

高温气体经引流流道流入主流道；

如果从排气孔流出的高温气体压力大于防爆阀的预设压力，高温气体通过防爆阀排出。

本发明的有益效果：

本发明提供的动力电池热流泄放装置，通过在引流流道靠近电芯的一侧设置有引流界面，引流界面与电芯的泄压阀正对设置并与其选择性连通，使得电芯的泄压阀流出的高压气体冲破引流界面后，能够通过引流界面进入引流流道内，引流流道起到了引流的作用，主流道连通于引流流道，主流道起到了汇集引流流道的作用，通过设置排气孔分别连通于主流道和防爆阀，使高压气体通过主流道经排气孔后从防爆阀排出，在电池模组发生热失控的情况下，延缓动力电池内热失控的扩散，保护车内乘员安全，最大限度降低损失。与现有技术相比，该动力电池热流泄放装置的引流流道、主流道、排气孔依次连通，形成泄放流道，将热失控释放的高温气体迅速导出电池模组之外，通过设置隔离机构，将高温气体与电芯隔离，抑制电池模组热扩散。

引流流道的截面沿远离电芯的方向逐渐增加，引流流道采用渐扩的方式，增加喷出高温气体的流动面积，降低流动速度，减小气流对隔离上盖的冲击，起到了对隔离上盖保护的作用。

主流道的截面沿靠近排气孔的方向逐渐增加，主流道采用渐扩方式，主流道的前端，即主流道向排气孔流动面积逐渐增大，以降低气流速度，根据伯努利原理，流动速度降低会导致压力升高，以增加排气孔处压力，以利于防爆阀尽快打开，及时进行排气，以达到抑制热扩散的目的。

本发明提供的动力电池热流泄放方法，根据电芯热失控时泄压阀的开阀冲击力，设置引流界面的预设开启压力，可以理解的是，通过设置引流界面的壁厚，以使电芯热失控时电芯泄压阀的冲击力足以冲破引流界面，便于高温气体可以冲破引流界面进入引流流道内，并通过主流道从排气孔流出后由防爆阀排放，用于在电池系统发生热失控的情况下，延缓电池包系统内热失控的扩散，安全性系数好。

附图说明

图1是本发明动力电池热流泄放装置的部分爆炸示意图；

图2是本发明动力电池热流泄放装置中隔离机构的爆炸示意图；

图3是本发明动力电池热流泄放装置中引流界面的结构示意图；

图4是本发明动力电池热流泄放装置中引流流道的结构示意图；

图5是本发明动力电池热流泄放装置中主流道的结构示意图。

图中：

100、电芯；

1、电池箱；2、隔离机构；

11、壳体；12、电池上盖；13、防爆阀；

21、隔离件；22、隔离上盖；23、限位部；

211、引流流道；212、主流道；213、引流界面；214、排气孔；

231、连通流道。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种动力电池热流泄放装置，如图1所示，该动力电池热流泄放装置包括电池箱1，电池箱1包括壳体11和电池上盖12，壳体11的一侧设置有开口，电池上盖12封堵于壳体11的开口，从壳体11的开口可以放入电芯100，电池箱1的壳体11用于容纳电芯100，在电池箱1中壳体11的侧面设置有防爆阀13，用于排出电芯100产生的热量。可以理解的是，电芯100的数量可以有多个，本实施例优选电芯100的数量为四个，四个电芯100按照两行两列矩形阵列结构进行分布，形成电池模组。

由于单个电芯100热失控会释放出大量的热量，继而引发其他电芯100的连锁热失控，为了解决这个问题，如图1-2所示，该动力电池热流泄放装置还包括隔离机构2，隔离机构2设置于电芯100的上方，在隔离机构2内设置有引流流道211和主流道212，在引流流道211靠近电芯100的一侧设置有引流界面213，引流界面213与电芯100的泄压阀正对设置并与其选择性连通，可以理解的是，每个电芯100对应一个引流界面213。在隔离机构2的侧面设置有排气孔214，排气孔214与防爆阀13正对设置并与其相连通。引流流道211、主流道212、排气孔214依次连通，形成泄放流道，使从电芯100的泄压阀流出的气流能够通过引流界面213进入引流流道211内，并通过主流道212经排气孔214后从防爆阀13排出。

本实施例提供的动力电池热流泄放装置，通过在引流流道211靠近电芯100的一侧设置有引流界面213，引流界面213与电芯100的泄压阀正对设置并与其选择性连通，使得电芯100的泄压阀流出的高压气体冲破引流界面213后，能够通过引流界面213进入引流流道211内，引流流道211起到了引流的作用，主流道212连通于引流流道211，主流道212起到了汇集引流流道211的作用，通过设置排气孔214分别连通于主流道212和防爆阀13，使高压气体通过主流道212经排气孔214后从防爆阀13排出，在电池模组发生热失控的情况下，延缓动力电池内热失控的扩散，保护车内乘员安全，最大限度降低损失。与现有技术相比，该动力电池热流泄放装置的引流流道211、主流道212、排气孔214依次连通，形成泄放流道，将热失控释放的高温气体迅速导出电池模组之外，通过设置隔离机构2，将高温气体与电芯100隔离，抑制电池模组热扩散。

进一步地，如图2所示，隔离机构2包括隔离件21和隔离上盖22，在隔离件21远离电芯100的一侧设置有开口，隔离上盖22封堵于开口，隔离件21设置于电芯100的上方，隔离件21和隔离上盖22之间形成引流流道211和主流道212。优选地，隔离上盖22可拆卸连接于隔离件21，便于隔离上盖22的安装和拆卸。

其中，隔离上盖22采用云母材料制成，隔离上盖22由云母制成，使得隔离上盖22的机械强度高，耐高温效果好，热失控冲击力无法冲破隔离上盖22，强度好。隔离件21采用SMC复合材料制成，SMC复合材料的导热系数较小，可以实现高温气体与电芯100之间的隔离，延缓热扩散，避免隔离件21和电芯100之间出现热量交换，导致隔离件21内泄放流道中的高温气体反向对电芯100加热的情况。

可以理解的是，隔离上盖22的材料不限于云母，也可由能够达到同样功能的材料代替。隔离件21的材料不限于SMC复合材料，也可由能够达到同样功能的材料代替。

进一步地，隔离机构2还包括密封件，密封件设置于隔离件21和隔离上盖22之间。密封件可以为密封圈或者密封胶，通过在隔离件21和隔离上盖22之间设置密封件，使隔离件21和隔离上盖22进行密封粘接，以保证隔离件21和隔离上盖22之间的密封效果。可以理解的是，由于隔离件21和隔离上盖22为密封连接，引流流道211和主流道212均为密封腔体结构，避免高温气体在流动过程中出现泄露的情况。

为了保证隔离件21在电池箱1内的固定效果，隔离件21靠近防爆阀13的一侧凸设有限位部23，限位部23向靠近电芯100的方向延伸，限位部23设置于电芯100的外侧面，电池箱1内对应限位部23设置有限位槽，限位部23设置于限位槽内。通过限位部23和限位槽的相互配合，以对隔离件21进行限位，避免隔离件21在电池箱1内出现位置移动，结构稳定性好。

由于限位部23设置于隔离件21和防爆阀13之间，为了保证高温气体可以顺利排出，在限位部23内设置有连通流道231，主流道212通过连通流道231连通于排气孔214，使得在主流道212内的高温气体经过连通流道231后，从排气孔214流出。

进一步地，如图3所示，引流界面213的壁厚小于引流流道211的壁厚。引流界面211采用局部壁厚削弱方式，利于电芯100热失控时将电芯100产生的高温气体冲破引流界面211，起到了引流界面211选择性开启的作用，便于进入引流流道211的内部。

进一步地，如图4所示，引流流道211的截面沿远离电芯100的方向逐渐增加，引流流道211采用渐扩的方式，增加喷出高温气体的流动面积，降低流动速度，减小气流对隔离上盖22的冲击，起到了对隔离上盖22保护的作用。

进一步地，如图5所示，主流道212的截面沿靠近排气孔214的方向逐渐增加，主流道212采用渐扩方式，主流道212的前端，即主流道212靠近排气孔214的一侧，主流道212向排气孔214流动面积逐渐增大，以降低气流速度，根据伯努利原理，流动速度降低会导致压力升高，以增加排气孔214处压力，以利于防爆阀13尽快打开，及时进行排气，以达到抑制热扩散的目的。

本实施例还提供了一种动力电池热流泄放方法，用于控制上述的动力电池热流泄放装置，动力电池热流泄放方法包括以下步骤：

根据电芯100热失控时泄压阀的开阀冲击力，设置引流界面213的预设开启压力；

如果电芯100热失控产生的高温气体的实际压力大于预设开启压力，高温气体冲破引流界面213进入引流流道211内；

高温气体经引流流道211流入主流道212；

如果从排气孔214流出的高温气体压力大于防爆阀13的预设压力，高温气体通过防爆阀13排出。

本实施例提供的动力电池热流泄放方法，根据电芯100热失控时泄压阀的开阀冲击力，设置引流界面213的预设开启压力，可以理解的是，通过设置引流界面213的壁厚，以使电芯100热失控时电芯100泄压阀的冲击力足以冲破引流界面213，便于高温气体可以冲破引流界面211进入引流流道211内，并通过主流道212从排气孔214流出后由防爆阀13排放，用于在电池系统发生热失控的情况下，延缓电池包系统内热失控的扩散，安全性系数好。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种动力电池热流泄放装置，其特征在于，包括：

电池箱(1)，其用于容纳电芯(100)，在所述电池箱(1)的侧面设置有防爆阀(13)；

隔离机构(2)，其设置于所述电芯(100)的上方，在所述隔离机构(2)内设置有引流流道(211)和主流道(212)，在所述引流流道(211)靠近所述电芯(100)的一侧设置有引流界面(213)，所述引流界面(213)与所述电芯(100)的泄压阀正对设置并与其选择性连通，所述引流流道(211)的截面沿远离所述电芯(100)的方向逐渐增加，在所述隔离机构(2)的侧面设置有排气孔(214)，所述排气孔(214)与所述防爆阀(13)正对设置并与其相连通，所述主流道(212)的截面沿靠近所述排气孔(214)的方向逐渐增加；

所述引流流道(211)、所述主流道(212)、所述排气孔(214)依次连通，形成泄放流道，使从所述电芯(100)的泄压阀流出的高压气体能够通过所述引流界面(213)进入所述引流流道(211)内，并通过所述主流道(212)经所述排气孔(214)后从所述防爆阀(13)排出。

2.根据权利要求1所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述隔离机构(2)包括隔离件(21)和隔离上盖(22)，在所述隔离件(21)远离所述电芯(100)的一侧设置有开口，所述隔离上盖(22)封堵于所述开口，所述隔离件(21)设置于所述电芯(100)的上方，所述隔离件(21)和所述隔离上盖(22)之间形成所述引流流道(211)和所述主流道(212)。

3.根据权利要求2所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述隔离件(21)靠近所述防爆阀(13)的一侧凸设有限位部(23)，所述限位部(23)设置于所述电芯(100)的外侧面，所述电池箱(1)内对应所述限位部(23)设置有限位槽，所述限位部(23)设置于所述限位槽内。

4.根据权利要求3所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，在所述限位部(23)内设置有连通流道(231)，所述主流道(212)通过所述连通流道(231)连通于所述排气孔(214)。

5.根据权利要求2所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述隔离机构(2)还包括密封件，所述密封件设置于所述隔离件(21)和所述隔离上盖(22)之间。

6.根据权利要求5所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述引流流道(211)和所述主流道(212)均为密封腔体结构。

7.根据权利要求2所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述隔离上盖(22)采用云母材料制成。

8.根据权利要求2所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述隔离件(21)采用SMC复合材料制成。

9.根据权利要求1所述的动力电池热流泄放装置，其特征在于，所述引流界面(213)的壁厚小于所述引流流道(211)的壁厚。

10.一种动力电池热流泄放方法，其特征在于，用于控制权利要求1-9任一项所述的动力电池热流泄放装置，所述动力电池热流泄放方法包括以下步骤：

根据电芯(100)热失控时泄压阀的开阀冲击力，设置引流界面(213)的预设开启压力；

如果电芯(100)热失控产生的高温气体的实际压力大于预设开启压力，高温气体冲破引流界面(213)进入引流流道(211)内；

高温气体经引流流道(211)流入主流道(212)；

如果从排气孔(214)流出的高温气体压力大于防爆阀(13)的预设压力，高温气体通过防爆阀(13)排出。

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