CN113540657A - 一种高效动力电池热失控冲击防护的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的方法，包括以下步骤：a)将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体；b)对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离；c)对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。与现有技术相比，本发明提供的高效动力电池热失控冲击防护的方法针对动力电池热失控特性，采用分级分步处理的思路，解决了动力电池热失控时的高温高压冲击可燃气体、持续燃烧的火焰、瞬间局部高温的问题，实现了高效、低成本动力电池热失控冲击防护。

Description

一种高效动力电池热失控冲击防护的方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车用动力电池热管理系统技术领域，更具体地说，是涉及一种高效动力电池热失控冲击防护的方法及装置。

背景技术

动力电池系统安全性问题主要分为3个层次，即“演变”、“触发”和“扩展”。“演变”是指动力电池安全性事故发生之前，故障可能经历了长期的演化过程。“触发”是“演变”过程的转折点，也可以是突发情况破坏了动力电池系统，并导致安全性事故。一般在进入触发阶段之后，锂离子动力电池内部的能量将会在瞬间集中释放，此过程不可逆且不可控，也称之为热失控(thermal run away)。热失控后的电池发生剧烈升温，温度可高达1000℃，并可以观察到冒烟、起火与爆炸等现象。热失控“触发”发生后，应防止热失控“扩展”的发生。例如，25A·h三元锂离子电池(具有约0.1kW·h的电能)热失控时释放出的能量约为630kJ，相当于0.15kg TNT当量。对于一个具有60kW·h的纯电动车的动力电池系统而言，如果所有单体由于热失控扩展而释放出全部能量，将会相当于释放出90kg TNT当量的能量。也就是说，热失控扩展一旦发生，造成的危害将会很大。因此，人们需要防范热失控扩展的发生，就应把热失控局限于部分单体。

从热失控的扩展机理上来说，当热失控单体的周围电池受到的热失控扩展造成的加热功率大于其本身的散热功率时，受到加热的周围电池的温度就会升高，继而发生热失控扩展。在电池模块内，热失控扩展过程中的热量传递主要有两种路径：一种是通过导热，包括直接接触的相邻电池壳体之间的导热，以及通过单体电池之间的极柱连接件进行的导热，另一种是单体电池爆破喷射出来的高温物质洒落在周边电芯上并着火燃烧，该过程对周围电芯的传热与炙烤。

针对上述技术问题，公开号为CN109216628A的中国专利公开了一种电池组用隔离装置及电池组，该技术提出在电池单元发生热失控，其产生的热气流可冲破放置槽底壁，进入隔离板与挡板之间的腔室，由于未发生热失控的电池单元的极柱与发生热失控的电池的极柱相互隔离，可有效延缓其他电池单元发生热失控的时间，推迟电池组本体发生串烧甚至爆炸的时间；同时，该技术方案采用双层的云母板结构，利用热疏导的方式针对电池模组中单体电芯的热失控进行防护，单体电芯热失控后瞬间释放出的高压热气流冲突第一层云母窗户纸，再通过第二层较厚的云母板挡住，利用导流作用将热气流疏导至电池模组四周边。但是，该技术方案并未考虑到电芯热失控的特殊形式，如张磊等在热过载锂电池失控特性及早期探测模式研究中研究的电芯热失控相关表现，三元锂电池热失控的表现形式是在电池呈现喷射火焰的状态；即电芯热失控时，释放出的大量高温高压可燃气体已经满足燃烧机理的四大必要条件，伴随的情况就是高压高温热气体会瞬间被引燃，因此电芯在发生热失控时释放出的并不是单纯的热气流，而是高温高压的喷射的燃烧火焰，其瞬间温度可达到1200℃，单纯的云母板长期可承受高温仅为500℃～800℃，并不能承受住持续高温高压的喷射火焰。

而公开号为CN105229819A的中国专利公开了避免电池组中单元至单元的热失控传导的装置，具体公开了一种热障，其悬吊于该第一实质上平面表面与该第二实质上平面表面之间，其中该热障是与该第一实质上平面表面及该第二实质上平面表面两者隔开。该技术方案在每个电芯之间增加一层热障，虽然可以降低单体电芯热失控后热量传递至周边电芯而引起的电池热失控扩展的风险；但是，在每一个电芯间增加热障，会降低电池模组的成组效率，同时电芯热失控产生的高温高压喷射火焰无法通过该方法进行防护，因此电池在发生热失控时会突破电池上盖危及到乘员舱。

同时，公开号为CN105742755A的中国专利公开了一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，包括导热壳、相变材料及隔离板；至少有两块电池单体，复合板紧密安装在电池之间的空隙中，复合板与单体电池交替配置；导热壳能将单体电池产生的热量转移到相变材料和环境中，提高电池组的散热能力；填充的相变材料能吸收大量热量，有效保证电池在正常温度范围之内工作，并极大地提高了电池组温度的均一性；隔离板能有效阻止热量直接穿过复合板，可以有效隔离热失控单体电池产生的热量，使得电池的热失控局限在单一电池内，从而防止电池组发生连锁热失控。但是，该技术方案公开的复合板是采用高导热系统的材料来疏散局部的高温，主要目的是将电芯热失控产生的大量热量快速传导出去，不能承受电芯热失控产生的高温高压喷射火焰，即该技术方案仅考虑了电芯热失控时的温度传导问题，解决方案不可靠。

此外，公开号为CN107799835A的中国专利公开的一种热失控阻断方法，当电池组中一个电池单体发生热失控时，增大热失控电池单体与相邻电池单体的间距，减少热失控电池单体与相邻电池单体间的传热面积，从而减少热量传递，阻断电池单体间的热量快速扩展；本发明通过增大热失控电池单体与相邻电池单体的间距，减小失控单体与相邻电池单体间的传热面积，从而减少热量传递，阻断电池单体间的热量快速扩展。但是，该技术方案是从传统传热学角度来思考电芯热量的传递过程，未考虑到电芯热失控时电芯热量的传递更大程度上依靠的是高温高压的喷射火焰的热辐射，而增大间距等措施并不能解决这一电芯热失控的扩展问题。

综上所述，如何能够解决动力电池热失控这一复杂多尺度的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效动力电池热失控冲击防护的方法及装置，本发明提供的方法及装置针对动力电池热失控特性，采用分级分步处理的思路，解决了动力电池热失控时的高温高压冲击可燃气体、持续燃烧的火焰、瞬间局部高温的问题，实现了高效、低成本动力电池热失控冲击防护。

本发明提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的方法，包括以下步骤：

a)将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体；

b)对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离；

c)对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。

优选的，步骤a)中所述缓冲采用缓冲泡棉；所述缓冲泡棉的厚度为1mm～3mm，压缩率≥50％。

优选的，步骤a)中所述分散冲击方向的方式具体为：

在第一次抵挡面四周设置向电池模组方向倾斜的翻边，并在所述第一次抵挡面与电池模组之间设置3mm～5mm间隙，使高温高压可燃气体能够向电池包四周疏导。

优选的，所述翻边采用软云母纸片；所述软云母纸片的厚度为0.5mm～1mm，长度为20mm～40mm，倾斜角度为5°～15°。

优选的，步骤a)中所述第一次抵挡采用高强度云母板；所述高强度云母板的厚度为0.5mm～1mm，弯曲强度为160MPa-250MPa。

优选的，步骤b)中所述第一次隔热采用纳米防火棉；所述纳米防火棉的厚度为0.5mm～2mm，孔隙率为0.7～0.9，内部孔径为5μm～50μm，导热系数为0.5～1。

优选的，步骤b)中所述第二次隔热采用气凝胶隔热垫；所述气凝胶隔热垫的厚度为0.5mm～1mm，所述气凝胶隔热垫中的气凝胶成分粒径为100nm～10μm。

优选的，步骤b)中所述热隔离采用云母封装的陶瓷毡；所述云母封装的陶瓷毡中的云母封装纸片的厚度为0.1mm～0.3mm，陶瓷毡的厚度为1mm～3mm。

优选的，步骤c)中所述第二次抵挡采用高强度云母板；所述高强度云母板的厚度为0.5mm～1mm，弯曲强度为160MPa-250MPa。

本发明还提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的装置，包括：

设置在电池模组和电池包上盖之间的四层复合板；所述四层复合板与电池模组之间设有间隙，与电池包上盖之间填充有缓冲结构；所述四层复合板由第一抵挡层、第一隔热层、第二隔热层和第二抵挡层组成；

设置在所述四层复合板四周向电池模组方向倾斜的翻边；

设置在电池模组之间的复合隔热垫。

本发明提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的方法和装置，该方法包括以下步骤：a)将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体；b)对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离；c)对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。与现有的防护隔离来解决动力电池热失控的技术相比，本发明基于对动力电池热失控表象的深入研究，提出一种高效动力电池热失控冲击防护的方法及装置，针对动力电池热失控特性，采用分级分步处理的思路，利用组合式的方式来解决动力电池热失控这一复杂多尺度的问题；并且该方法及装置解决了动力电池热失控时的高温高压冲击可燃气体、持续燃烧的火焰、瞬间局部高温的问题，实现了高效、低成本动力电池热失控冲击防护。实验结果表明，在单一电池模组不可避免发生热失控起火燃爆的情况下，采用本发明提供的方法及装置，能够将这一热失控隔绝在电池包内，且同时进行强导流，实现电池包内单一电池模组热失控烧损但不引发严重的热失控扩展，最终动力电池热失控风险未突破电池包，可保证30min以上的乘客逃生时间，不至于时间太短人员无法反应。

附图说明

图1为本发明提供的高效动力电池热失控冲击防护的方法分级分步处理思路的示意图；

图2为本发明实施例1提供的高效动力电池热失控冲击防护的装置的结构爆炸示意图；

图3为本发明实施例1提供的高效动力电池热失控冲击防护的装置中四层复合板的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的高效动力电池热失控冲击防护的装置中复合隔热垫的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的方法，包括以下步骤：

a)将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体；

b)对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离；

c)对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。

本发明首先将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体。在本发明中，所述高温高压可燃气体来源于动力电池热失控初期，此时气体由电池电芯内高压的状态中释放出来，瞬间冲击力较大；所述动力电池热失控的具体简述如下：电池包热失控扩展首先是由电池包内单一电池模组发生的电池热失控，造成电芯内极短时间内产生大量可燃气体，以及短时间内聚集的热量无法释放；当电芯内积聚的可燃气体压力逐渐增加至最终突破电芯上盖时，会对电池包的塑料上盖形成了猛烈的冲击波；冲击波冲破电池包上盖后，使得电池包与外界形成沟通，电池包内迅速形成富氧状态，在热量、氧气、可燃气体、以及瞬时的小火花共同作用下，瞬间导致可燃气体燃烧以及燃爆；从而导致热失控边缘电池模组进行到热失控，使得热失控再电池包内扩展开，形成巨大的爆炸。

在本发明中，所述缓冲优选采用缓冲泡棉；所述缓冲泡棉的厚度优选为1mm～3mm，更优选为1.5mm～2.5mm；所述缓冲泡棉的压缩率优选≥50％。本发明对所述缓冲泡棉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述分散冲击方向的方式优选具体为：

在第一次抵挡面四周设置向电池模组方向倾斜的翻边，并在所述第一次抵挡面与电池模组之间设置3mm～5mm间隙，使高温高压可燃气体能够向电池包四周疏导；

更优选为：

在第一次抵挡面四周设置向电池模组方向倾斜的翻边，并在所述第一次抵挡面与电池模组之间设置3.5mm～4.5mm间隙，使高温高压可燃气体能够向电池包四周疏导。

在本发明中，所述翻边优选采用软云母纸片；所述软云母纸片的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述软云母纸片的长度优选为20mm～40mm，更优选为25mm～35mm；所述软云母纸片的倾斜角度优选为5°～15°，更优选为8°～12°。本发明对所述软云母纸片的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述第一次抵挡优选采用高强度云母板；所述高强度云母板的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述高强度云母板的弯曲强度优选为160MPa-250MPa，更优选为200MPa-210MPa。本发明对所述高强度云母板的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明在高温高压可燃气体冲击的瞬间，一方面，利用电池模组与第一次抵挡面的间隙和第一次抵挡面四周的翻边疏导高温高压可燃气体，使其向电池包四周引导，然后再向电池箱底部进行冲击；另一方面，利用上盖与第一次抵挡面间填充的高压缩率的缓冲泡棉，以及高强度云母板的高强度来抵抗瞬间的部分冲击力，使得高温高压可燃气体不会冲破箱体。

之后，本发明对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离。在本发明中，所述第一次隔热优选采用纳米防火棉；所述纳米防火棉的厚度优选为0.5mm～2mm，更优选为1mm～1.5mm；所述纳米防火棉的孔隙率优选为0.7～0.9，更优选为0.75～0.85；所述纳米防火棉的内部孔径优选为5μm～50μm，更优选为15μm～40μm；所述纳米防火棉的导热系数优选为0.5～1，更优选为0.7～0.8。本发明对所述纳米防火棉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述纳米防火棉不耐冲击但是其静态下耐高温性能较好，可以防住明火；采用上述纳米防火棉进行第一次隔热，能够在一侧明火持续燃烧1000℃～1200℃时，另一侧表面温度不超过300℃。

在本发明中，所述第二次隔热优选采用气凝胶隔热垫；所述气凝胶隔热垫的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述气凝胶隔热垫中的气凝胶成分粒径优选为100nm～10μm，更优选为0.5μm～5μm。本发明对所述气凝胶隔热垫的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明在第一次隔热后采用上述气凝胶隔热垫进一步进行第二次隔热，能够将温度下降至50℃以下。

本发明在火焰侧方进行热隔离即对单一电池模组的两个大面进行热隔离；所述热隔离优选采用云母封装的陶瓷毡，即云母纸包裹陶瓷毡的三层结构；所述云母封装的陶瓷毡中的云母封装纸片的厚度优选为0.1mm～0.3mm，更优选为0.15mm～0.25mm；所述云母封装的陶瓷毡中的陶瓷毡的厚度优选为1mm～3mm，更优选为1.5mm～2.5mm。本发明对所述云母封装纸片和陶瓷毡的来源均没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

最后，本发明对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。在本发明中，所述第二次抵挡优选采用高强度云母板；所述高强度云母板的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述高强度云母板的弯曲强度优选为160MPa-250MPa，更优选为200MPa-210MPa。本发明对所述高强度云母板的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明通过上述第二次抵挡，进行最终的耐温及耐冲击的防火，实现最终防护，确保动力电池热失控高温风险不会突破电池包上盖，保证乘员舱安全。

与现有的防护隔离来解决动力电池热失控的技术相比，本发明基于对动力电池热失控表象的深入研究，提出一种高效动力电池热失控冲击防护的方法，针对动力电池热失控特性，采用分级分步处理的思路，请参阅图1，图1为本发明提供的高效动力电池热失控冲击防护的方法分级分步处理思路的示意图；由图1可以看出，该分级分步处理思路可总结为以下四步：(1)抵住第一波强力热冲击；(2)防住明火及将超高温1200℃隔热至高温200℃；(3)将高温200℃隔热至电池可接受温度范围50℃；(4)抵住后续残余热冲击。本发明利用组合式的方式来解决动力电池热失控这一复杂多尺度的问题，解决了动力电池热失控时的高温高压冲击可燃气体、持续燃烧的火焰、瞬间局部高温的问题，实现了高效、低成本动力电池热失控冲击防护。

本发明还提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的装置，包括：

设置在电池模组和电池包上盖之间的四层复合板；所述四层复合板与电池模组之间设有间隙，与电池包上盖之间填充有缓冲结构；所述四层复合板由第一抵挡层、第一隔热层、第二隔热层和第二抵挡层组成；

设置在所述四层复合板四周向电池模组方向倾斜的翻边；

设置在电池模组之间的复合隔热垫。

在本发明中，所述高效动力电池热失控冲击防护的装置为组合式热失控防护装置，包括：四层复合板及其上部缓冲结构、四周翻边，以及复合隔热垫。在本发明中，所述四层复合板设置在电池模组和电池包上盖之间；所述四层复合板与电池模组之间设有间隙，该间隙的厚度优选为3mm～5mm，更优选为3.5mm～4.5mm；所述四层复合板与电池包上盖之间填充有缓冲结构；所述缓冲结构优选为缓冲泡棉；所述缓冲泡棉的厚度(即所述四层复合板与电池包上盖之间的间隙)优选为1mm～3mm，更优选为1.5mm～2.5mm；所述缓冲泡棉的压缩率优选≥50％。本发明对所述缓冲泡棉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明采用上述缓冲结构，能够实现电池包上盖与所述四层复合板弹性隔离。

在本发明中，所述翻边设置在所述四层复合板四周向电池模组方向倾斜；所述倾斜的角度优选为5°～15°，更优选为8°～12°。在本发明中，所述翻边主要起导流片作用，优选为软云母纸片；所述软云母纸片的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述软云母纸片的长度优选为20mm～40mm，更优选为25mm～35mm。本发明对所述软云母纸片的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述四层复合板由第一抵挡层、第一隔热层、第二隔热层和第二抵挡层组成。在本发明中，所述第一抵挡层优选为高强度云母板；所述高强度云母板的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述高强度云母板的弯曲强度优选为160MPa-250MPa，更优选为200MPa-210MPa。本发明对所述高强度云母板的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明在高温高压可燃气体冲击的瞬间，一方面，利用电池模组与所述四层复合板的间隙和所述四层复合板四周的翻边疏导高温高压可燃气体，使其向电池包四周引导，然后再向电池箱底部进行冲击；另一方面，利用上盖与所述四层复合板之间填充的高压缩率的缓冲泡棉，以及高强度云母板的高强度来抵抗瞬间的部分冲击力，使得高温高压可燃气体不会冲破箱体。

在本发明中，所述第一隔热层优选为纳米防火棉；所述纳米防火棉的厚度优选为0.5mm～2mm，更优选为1mm～1.5mm；所述纳米防火棉的孔隙率优选为0.7～0.9，更优选为0.75～0.85；所述纳米防火棉的内部孔径优选为5μm～50μm，更优选为15μm～40μm；所述纳米防火棉的导热系数优选为0.5～1，更优选为0.7～0.8。本发明对所述纳米防火棉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述纳米防火棉不耐冲击但是其静态下耐高温性能较好，可以防住明火；采用上述纳米防火棉作为第一隔热层进行第一次隔热，能够在一侧明火持续燃烧1200℃时，另一侧表面温度不超过200℃。

在本发明中，所述第二隔热层优选为气凝胶隔热垫；所述气凝胶隔热垫的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述气凝胶隔热垫中的气凝胶成分粒径优选为100nm～10μm，更优选为0.5μm～5μm。本发明对所述气凝胶隔热垫的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明在第一次隔热后采用上述气凝胶隔热垫作为第二隔热层进一步进行第二次隔热，能够将温度下降至50℃以下。

在本发明中，所述第二抵挡层优选为高强度云母板；所述高强度云母板的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.7mm～0.8mm；所述高强度云母板的弯曲强度优选为160MPa-250MPa，更优选为200MPa-210MPa。本发明对所述高强度云母板的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明采用上述第二抵挡层进行最终的耐温及耐冲击的防火，实现最终防护，确保动力电池热失控高温风险不会突破电池包上盖，保证乘员舱安全。

在本发明中，所述四层复合板的厚度优选为2mm～5mm。

在本发明中，所述复合隔热垫设置在电池模组之间，主要用于对单一电池模组的两个大面进行热隔离。在本发明中，所述复合隔热垫优选为云母封装的陶瓷毡，即云母纸包裹陶瓷毡的三层结构；所述云母封装的陶瓷毡中的云母封装纸片的厚度优选为0.1mm～0.3mm，更优选为0.15mm～0.25mm；所述云母封装的陶瓷毡中的陶瓷毡的厚度优选为1mm～3mm，更优选为1.5mm～2.5mm。本发明对所述云母封装纸片和陶瓷毡的来源均没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明采用上述四层复合板结构+周边翻边结构+电池模组间隔热结构的组合式热失控防护装置，来解决动力电池热失控这一复杂的多尺度的问题。所述四层复合板的每一层都有其独特的作用，整个四层复合板组合起来达到最佳的使用效果，可以解决高温隔热及瞬间热冲击的危害；将电池包内的单一电池模组热失控短时间内产生的高压冲击波和热量，通过先堵后疏的方法，先隔绝住并快速分散到电池包四周，避免出现局部高温引发热失控扩展，延长电池包内单一电池模组热失控扩展至整包热失控的时间(甚至可以避免整包热失控)，增加了动力电池热安全。同时，复合板上下层预留间隙，增加可压缩结构及四周设置导流结构，采用组合式方式解决动力电池热失控刚开始瞬间释放出的高压气体冲击电池上盖的问题，将危险控制在电池包内，从而保证乘员舱的设计安全理念。另外，每一个电池模组的四周布置性价比较高的高性能隔热保温防火材料，解决单一电池模组热失控后，通过增大电池模组四周的热阻，使得其热量不会向四周模组模组热传导，使得热量尽可能的按照预先设计的疏导方向来传输，降低单一电池模组热失控发展为电池包整体热失控的风险。

本发明提供了一种高效动力电池热失控冲击防护的方法和装置，该方法包括以下步骤：a)将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体；b)对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离；c)对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。与现有的防护隔离来解决动力电池热失控的技术相比，本发明基于对动力电池热失控表象的深入研究，提出一种高效动力电池热失控冲击防护的方法及装置，针对动力电池热失控特性，采用分级分步处理的思路，利用组合式的方式来解决动力电池热失控这一复杂多尺度的问题；并且该方法及装置解决了动力电池热失控时的高温高压冲击可燃气体、持续燃烧的火焰、瞬间局部高温的问题，实现了高效、低成本动力电池热失控冲击防护。实验结果表明，在单一电池模组不可避免发生热失控起火燃爆的情况下，采用本发明提供的方法及装置，能够将这一热失控隔绝在电池包内，且同时进行强导流，实现电池包内单一电池模组热失控烧损但不引发严重的热失控扩展，最终动力电池热失控风险未突破电池包，可保证30min以上的乘客逃生时间，不至于时间太短人员无法反应。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供的高效动力电池热失控冲击防护的装置的结构爆炸示意图参见图2所示，其中，四层复合板的结构示意图参见图3所示，复合隔热垫的结构示意图参见图4所示。

图2～4中，四层复合板的厚度为3.5mm，与下方的电池模组之间设有4mm间隙，与上方电池包上盖之间填充2mm压缩率为50％的缓冲泡棉；四层复合板自下而上依次为厚度为0.8mm、弯曲强度为210MPa的高强度云母板，厚度为1.2mm、孔隙率为0.8、内部孔径为25μm～30μm、导热系数为0.8的纳米防火棉，厚度为0.8mm的气凝胶隔热垫，厚度为0.7mm、弯曲强度为200MPa的高强度云母板；

四层复合板四周设有向电池模组方向倾斜的软云母纸片翻边，厚度为0.8mm，长度为30mm，倾斜角度为10°；

每两个相邻电池模组之间设有复合隔热垫，采用云母封装的陶瓷毡，其中的云母封装纸片(云母纸)的厚度为0.2mm，陶瓷毡的厚度为2mm。

在电池包中应用上述装置后，在单一电池模组发生热失控起火燃爆的情况下，高效动力电池热失控冲击防护的方法，包括以下步骤：

(1)在高温高压可燃气体冲击的瞬间，一方面，利用电池模组与四层复合板的间隙和软云母纸片翻边疏导高温高压可燃气体，使其向电池包四周引导，然后再向电池箱底部进行冲击；另一方面，利用电池上盖与四层复合板间填充的高压缩率的缓冲泡棉，以及高强度云母板的高强度来抵抗瞬间的部分冲击力，使得热失控电池模组上方的电池包上盖不被冲破，避免该热失控电池模组处迅速进入富氧状态，进而避免燃烧四要素的完整构成。

(2)通过纳米防火棉对持续燃烧的火焰进行第一次隔热，纳米防火棉能够在细微火焰下不被烧穿，同时具备良好的隔热效果及热量储能作用，将单一电池模组热失控释放出的大部分热量吸收至纳米防火棉，从而将热失控位置的温度由1000℃左右，降至200℃～300℃；进一步通过气凝胶隔热垫进行第二次隔热，将热失控位置温度降至50℃左右；同时在火焰侧方通过云母封装的陶瓷毡对单一电池模组的两个大面进行热隔离，通过增大电池模组四周的热阻，使得其热量不会向四周模组模组热传导，并尽可能的按照预先设计的疏导方向来传输，降低单一电池模组热失控发展为电池包整体热失控的风险。

(3)再次通过高强度云母板对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，同时起到防冲击和防火的双重保险，实现高效动力电池热失控冲击防护。

对比例1～6

采用实施例1提供的方法，区别在于装置结构的具体设置方式，参见表1所示。

表1实施例1及对比例1～6装置结构的具体设置方式及实施效果数据

实验结果表明，本发明利用分步分级的方法，将电池热失控这一多尺度复杂的问题，逐层解决，且该方法性价比高，防护效果好。实验结果表明，采用本发明实施例1提供的方法及装置，通过四层复合板、周边翻边及电池模组间复合隔热垫的设计方案，能够将动力电池热失控隔绝在电池包内，且同时利用强导流的设计方案，实现电池包内单一电池模组热失控烧损但不引发严重的热失控扩展，最终动力电池热失控风险未突破电池包，可保证30min以上的乘客逃生时间，不至于时间太短人员无法反应，极大提高了新能车使用客户在发生危险时的处置和逃生时间。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高效动力电池热失控冲击防护的方法，包括以下步骤：

a)将高温高压可燃气体产生的瞬间冲击进行缓冲并分散冲击方向后，进行第一次抵挡，使所述高温高压可燃气体不会冲破箱体；

b)对持续燃烧的火焰在上述瞬间冲击的方向上依次进行第一次隔热和第二次隔热，同时在火焰侧方进行热隔离；

c)对残余气体产生的冲击进行第二次抵挡，实现高效动力电池热失控冲击防护。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中所述缓冲采用缓冲泡棉；所述缓冲泡棉的厚度为1mm～3mm，压缩率≥50％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中所述分散冲击方向的方式具体为：

在第一次抵挡面四周设置向电池模组方向倾斜的翻边，并在所述第一次抵挡面与电池模组之间设置3mm～5mm间隙，使高温高压可燃气体能够向电池包四周疏导。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述翻边采用软云母纸片；所述软云母纸片的厚度为0.5mm～1mm，长度为20mm～40mm，倾斜角度为5°～15°。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中所述第一次抵挡采用高强度云母板；所述高强度云母板的厚度为0.5mm～1mm，弯曲强度为160MPa-250MPa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述第一次隔热采用纳米防火棉；所述纳米防火棉的厚度为0.5mm～2mm，孔隙率为0.7～0.9，内部孔径为5μm～50μm，导热系数为0.5～1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述第二次隔热采用气凝胶隔热垫；所述气凝胶隔热垫的厚度为0.5mm～1mm，所述气凝胶隔热垫中的气凝胶成分粒径为100nm～10μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述热隔离采用云母封装的陶瓷毡；所述云母封装的陶瓷毡中的云母封装纸片的厚度为0.1mm～0.3mm，陶瓷毡的厚度为1mm～3mm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)中所述第二次抵挡采用高强度云母板；所述高强度云母板的厚度为0.5mm～1mm，弯曲强度为160MPa-250MPa。

10.一种高效动力电池热失控冲击防护的装置，包括：

设置在电池模组和电池包上盖之间的四层复合板；所述四层复合板与电池模组之间设有间隙，与电池包上盖之间填充有缓冲结构；所述四层复合板由第一抵挡层、第一隔热层、第二隔热层和第二抵挡层组成；

设置在所述四层复合板四周向电池模组方向倾斜的翻边；

设置在电池模组之间的复合隔热垫。

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