CN113304421B - 一种锂离子电池热失控处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂离子电池热失控处理系统，包括箱体顶盖、消防模块、安全气囊、L型冷却液循环管道、电池组模块、箱体底座等组成部分。锂离子电池热失控发生时，通过安全气囊包裹电池单体并喷洒冷却液，实现热失控扩散抑制及电池单体冷却降温。消防模块的集成设计及电池组模块的结构优化，可提高空间利用率；电池替换结构及冷却液循环结构的设计，可提高能源利用率。本发明整合热失控冷却及热失控扩散抑制功能实现对锂离子电池热失控的高效处理，保障电动汽车驾乘人员的生命财产安全。

Description

一种锂离子电池热失控处理系统

技术领域

本发明涉及锂离子电池热安全技术领域，具体涉及一种锂离子电池热失控处理系统。

背景技术

锂离子电池已经在移动通信、便携式电子设备、电动工具和新能源汽车领域得到广泛应用。近年来，随着大容量锂离子电池在插电式混合电动汽车和纯电动汽车上的普及推广，车载锂离子电池系统安全性问题成为业界关注的重点。电动汽车自燃或者安全事故常常成为媒体报道热点。用户对于电动汽车续航里程的担心，促使电池科技工作者向高能量密度、大容量动力电池方向努力。但是，电池能量密度越高，电池的安全性隐患越大，一旦发生短路，其内部的化学能将以热能方式迅速释放，电池温度急剧上升同时引发电池间的扩散，从而导致整个电池系统的爆炸，甚至危害到了驾乘人员的生命安全。因此，如何更好的保障锂电子电池的安全，将热失控控制在局部范围内减少用户生命财产损失是一个当前亟待解决的问题。

当前锂离子电池热失控扩散抑制多采用在电池之间增加隔热板的方式，热失控电池的冷却则多采用冷却液喷洒的方式，两者并未很好的进行耦合作业。而电池系统的散热与阻热是对立的两面，因此迫切需要解决锂离子电池发生热失控时散热与阻热之间的矛盾，设计出一种热失控处理系统，兼具热失控冷却功能及热失控扩散抑制功能，提高电池系统的安全性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种锂离子电池热失控处理系统，权衡锂离子电池热失控发生时的散热能力和阻热能力，增加人员撤离时间，减少生命财产损失。

本发明的技术方案是：一种锂离子电池热失控处理系统，其包括箱体顶盖、消防模块、安全气囊、L型冷却液循环管道、电池组模块、箱体底座等组成部分。所述的箱体顶盖内置凹槽用于安装消防模块及其有线控制系统，并与箱体底座紧密贴合；所述安全气囊顶部开口处与消防模块底部胶接，完全包裹消防模块充气孔，安全气囊压缩后放置于电池组模块内，利用定位板及电池顶部固定件固定安全气囊位置；所述L型冷却液循环管道一端开孔依次与消防模块中的冷却液输送管道连接，另一端放置于箱体底座侧壁处的储液槽内与液体泵相连，液体泵向L型冷却液循环管道内泵入冷却液；所述电池组模块包括定位板、电池顶部固定件、电池单体以及电池底部固定件四部分，其中定位板紧贴于电池顶部固定件内壁，电池顶部固定件及电池底部固定件依次连接后，分别组装于箱体底座左右卡槽，电池单体安装于电池顶部固定件与电池底部固定件形成的空腔中，底部固定于箱体底座中的电池卡环内。

优选的，所述电池单体为圆柱型车载锂离子动力电池。

优选的，所述锂离子电池热失控处理系统的消防模块气体生成仓内装有固态燃料(如叠氮化钠等)，可迅速产生阻燃气体(如氮气等)，经充气孔充入安全气囊中，使安全气囊迅速膨胀包裹电池单体，抑制热失控的扩散。

优选的，所述锂离子电池热失控处理系统的消防模块冷却液输送管道用于输送冷却液(如水和乙二醇混合液、氟化酮类有机液体等)，并由冷却液喷头进行定点冷却液喷洒，对热失控的电池单体进行冷却散热。

优选的，所述锂离子电池热失控处理系统的安全气囊从里到外依次由耐高温绝热层(如玻璃纤维、气凝胶毡等)与耐高温防爆层(如阻燃碳纤维棉、防火布、芳纶布等)组成，阻热防爆的同时锁定冷却区域。

优选的，所述锂离子电池热失控处理系统的电池组模块通过电池顶部固定件与电池底部固定件依次连接，电池单体可通过拆卸电池顶部固定件进行更换。

优选的，所述锂离子电池热失控处理系统的定位板为天然橡胶，高温发生软化。

优选的，所述锂离子电池热失控处理系统的电池卡环内有回流孔与储液槽相连，带走热量的同时实现冷却液的回收利用。

本发明所具有的有益效果包括：

1、通过安全气囊阻热和冷却液喷洒散热结合的方式考虑了单体电池热失控后的应急消防措施，提高了热失控事故处理效率，使电池系统更具安全性。

2、通过功能整合使消防模块兼具阻热散热能力，并将其与有线控制系统嵌入箱体顶盖中，实现硬件集成化，提高了电池箱体纵向空间的利用率。

3、通过将安全气囊压缩固定在电池组模块中，并将电池安装于固定件空腔与电池卡环内，合理利用单体电池间的间隙，进一步提高了电池箱体横向利用率。

4、通过双层安全气囊的设计，实现了抑制电池热失控扩散对周围电池的影响，同时能够预防电池爆炸的双重功能。

5、通过榫卯拼插式的结构设计，保证了电池单体间连接及电池组模块与电池箱体间连接的强度，同时易于拆卸，方便对发生过热失控的单体电池进行更换。

6、通过电池卡环的开孔设计，实现与储液槽的连通，使冷却液能够循环流通，在带走热量实现散热的同时，提高了冷却液的利用率减少浪费。

附图说明

图1是热失控处理系统整体分解图

图2是电池箱体顶盖结构图。

图3是消防模块结构图及纵向剖面图。

图4是安全气囊开合前后电池模块结构图。

图5是电池箱体底座结构图。

具体实施方式

为更进一步阐明本发明所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种锂离子电池热失控处理系统其具体实施方法、步骤、结构、特征及功效详细说明。

如附图1、2所示，本实施例中的锂离子电池热失控处理系统包括箱体顶盖1、消防模块2、安全气囊3、L型冷却液循环管道4、电池组模块5、箱体底座6等组成部分。

其中，所述的箱体顶盖1内置凹槽11用于安装消防模块2及其有线控制系统12，箱体顶盖1与箱体底座6可紧密贴合。其中在工作状态时，箱体顶盖1与箱体底座6紧密贴合；需要更换部件或检修部件时，可打开箱体顶盖1。所述L型冷却液循环管道4一端开孔分别与各消防模块2中的冷却液输送管道22连接，另一端设置于箱体底座6侧壁处的储液槽62内与液体泵64相连，液体泵64向L型冷却液循环管道4内泵入冷却液。

电池组模块5由模块化的多个电池组单元构成，每个电池组单元包括定位板51、电池顶部固定件52、电池单体53以及电池底部固定件54。定位板51紧贴于电池顶部固定件52内壁，电池顶部固定件52及电池底部固定件54连接后，组装于箱体底座6内，电池单体53安装于电池顶部固定件52与电池底部固定件54形成的空腔中，底部固定于箱体底座6中的电池卡环61内；

其中电池顶部固定件52和电池底部固定件54至少在横向上的两个相对的端面上设有榫卯结构的其中一个连接部分(榫卯结构包括相匹配的凸起或凹槽两个连接部分)，同排相邻的电池组单元的同名部件榫卯结构实现连接。优选的，电池顶部固定件52和电池底部固定件54在竖向上也可设置榫卯结构以连接同列相邻的电池组单元的同名部件。最外围的电池组单元的电池顶部固定件52和电池底部固定件54应与箱体底座6内壁面相匹配。例如当内壁面为平面时，电池顶部固定件52和电池底部固定件54与内壁面接触的面也应该是平面。

在本实施例中，箱体底座6左右两个内壁面分别设有左卡槽63a和右卡槽63b，同排电池组单元最外端的连接电池顶部固定件52和电池底部固定件54的榫卯结构均为与卡槽相匹配的凸块。

如附图3所示，在一个优选实施例中，消防模块2由点火活塞21、冷却液输送管道22、冷却液喷头23、气体生成仓24、活塞腔25、排气孔26、充气孔27组成。其中气体生成仓24内装有固态燃料(如叠氮化钠等)，冷却液输送管道22用于输送冷却液(如水和乙二醇混合液、氟化酮类有机液体等)，当检测到电池热失控发生时，消防模块2控制器分别发送点火及冷却信号，点火活塞21根据指示信号完成点火动作，点燃固态燃料并产生阻燃气体(如氮气等)，经充气孔27充入安全气囊3中，使安全气囊3迅速膨胀包裹电池单体53，抑制热失控在电池单体53间的扩散；随后，冷却液经输送管道22传递至冷却液喷头23进行喷洒，对发生热失控的电池进行冷却降温。

如附图4所示，安全气囊3顶部开口处与消防模块2底部胶接，完全包裹消防模块2充气孔27，安全气囊3压缩后放置于电池组模块5内，而电池组模块5则包括定位板51、电池顶部固定件52、电池单体53以及电池底部固定件54四部分。利用定位板51及电池顶部固定件52固定安全气囊3位置，其中定位板51紧贴于电池顶部固定件52内壁，电池单体53安装于电池顶部固定件52与电池底部固定件54形成的空腔中。

如附图5所示，电池卡环61均匀布置在箱体底座6内，且内部有轴向回流孔65与储液槽62相连。当电池发生热失控时冷却过程中的冷却液经由回流孔65流入储液槽62，带走热量的同时实现冷却液的回收利用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池热失控处理系统，其特征在于包括：

箱体顶盖，其内置凹槽用于安装消防模块及其有线控制系统；

箱体底座，其内壁面上设置有左卡槽和右卡槽，内底部设置有电池卡环，箱体底座可与箱体顶盖紧密贴合；

电池组模块，包括定位板、电池顶部固定件、电池单体以及电池底部固定件，其中定位板紧贴于电池顶部固定件内壁，电池顶部固定件及电池底部固定件连接后，组装于箱体底座内，电池单体安装于电池顶部固定件与电池底部固定件形成的空腔中，底部固定于箱体底座中的电池卡环内；

安全气囊，从里到外依次由耐高温绝热层与耐高温防爆层组成，其顶部开口处与消防模块底部胶接，完全包裹消防模块充气孔，安全气囊压缩后放置于电池组模块内，利用定位板及电池顶部固定件固定安全气囊位置；L型冷却液循环管道，其一端开孔与各消防模块中的冷却液输送管道连接，另一端设置于箱体底座侧壁处的储液槽内与液体泵相连，液体泵向L型冷却液循环管道内泵入冷却液；

所述的消防模块由点火活塞、冷却液输送管道、冷却液喷头、气体生成仓、活塞腔、排气孔、充气孔组成；气体生成仓内装有固态燃料，当检测到电池热失控发生时，消防模块控制器发送点火信号，指示点火活塞完成点火动作，点燃固态燃料并产生阻燃气体，经充气孔充入安全气囊中，使安全气囊迅速膨胀包裹电池单体；冷却液输送管道用于输送冷却液，当检测到电池热失控发生时，消防模块控制器发送冷却信号，由冷却液喷头喷洒冷却液。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控处理系统，其特征在于所述的电池单体为圆柱型车载锂离子动力电池。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控处理系统，其特征在于所述电池组模块通过电池顶部固定件与电池底部固定件依次连接，当电池单体发生热失控并经消防模块降温后，可通过拆卸电池顶部固定件对电池单体进行更换。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控处理系统，其特征在于所述定位板为天然橡胶，高温发生软化。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控处理系统，其特征在于所述电池卡环内部有轴向回流孔与储液槽相连，带走热量的同时实现冷却液的回收利用。

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