CN113635763B - 一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车结构技术领域，具体地指一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置和控制方法。包括，冷却液循环管道，用于通过管道上的水泵驱动冷却液循环流动对动力电池进行冷却；阻塞模块，用于在发生碰撞且碰撞情况满足预设条件时阻塞冷却液循环管道；排液模块，用于在阻塞后冷却液循环管道内压力超过设定阈值时被压力顶开自动排放冷却液；控制模块，用于采集车辆碰撞情况并根据碰撞情况控制阻塞模块和水泵。本发明的泄露装置结构简单，完全基于冷却液循环管道的压力进行控制冷却液的排放，避免了传统电子阀门断电或是损伤后无法自动排放的问题，提高了电池包的安全性，降低了碰撞后的损失，具有极大的推广价值。

Description

一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置和控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车结构技术领域，具体地指一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置和控制方法。

背景技术

C-NCAP 2021版将对新能源车辆实施侧面柱碰考核，目的为测试车辆结构在侧面撞击柱形物体时对于车内乘员和动力电池包的保护作用。侧面柱碰工况实施方式为将车辆放至拖车并呈一定角度拖动，直至到达规定碰撞速度，然后车辆撞击柱形壁障。由于电动汽车动力电池的布置形式往往是平铺在车辆地板，同时为增大续航里程又需要扩大电池体积，这导致动力电池与车辆侧向最外侧可变形空间减小。侧面柱碰的集中载荷形式和电动汽车动力电池布置特点导致在碰撞中动力电池模组存在受挤压变形后外壳破裂的风险，动力电池模组周边冷却液会进行入外壳破裂后的模组，导致电池模组可能出现发热、起火或爆炸风险。

为解决上述问题，有专利号为“CN201920041129”的名为“一种带泄流阀的水冷电池框”的中国实用新型专利介绍了一种碰撞发生后主动排放掉冷却液的结构，该结构包括中空的电池包箱体，电池包箱体包括电池包上箱体以及密封连接于电池包上箱体的电池包下箱体，还包括设置于电池包箱体内的电池水冷板，电池水冷板为内部通有流动冷却液体的冷却组件，电池水冷板上设置有排放其内部液体的泄流阀，泄流阀上设置有在汽车发生碰撞时控制泄流阀开启的控制装置。该结构可在车辆碰撞时及时将液冷电池内部泄露液体流出，降低车辆漏电或者短路等风险，避免乘员或者救援人员受到二次伤害，提升了车辆的安全性。

但该结构存在一些问题，首先对于大多数的碰撞来说，可能并不会造成冷却液进入到电池包的风险，如果按照该结构的来进行，可能一旦发生碰撞就会主动泄露冷却液，那就会造成不必要的损失；其次，采用这种泄流阀进行控制，如果在碰撞过程中将泄流阀撞毁，那可能就无法主动排出冷却液，造成电池的损伤甚至引发安全事故。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置和控制方法。

本发明的技术方案为：一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置，包括，

冷却液循环管道，用于通过管道上的水泵驱动冷却液循环流动对动力电池进行冷却；

阻塞模块，用于在发生碰撞且碰撞情况满足预设条件时阻塞冷却液循环管道；

排液模块，用于在阻塞后冷却液循环管道内压力超过设定阈值时被压力顶开自动排放冷却液；

控制模块，用于采集车辆碰撞情况并根据碰撞情况控制阻塞模块和水泵。

进一步的所述阻塞模块包括两端分别连通冷却液管道的滑动管道以及滑动连接于滑动管道内的滑块；所述滑块的两端设置有在滑块滑动至冷却液循环管道内阻塞冷却液循环管道的阻塞端子；所述滑动管道上设置有通电后可产生吸附磁力固定滑块于滑道管道内、或是产生推动斥力迫使滑块向冷却液循环管道移动的电磁铁；所述电磁铁与控制模块电连接。

进一步的所述排液模块包括与冷却液循环管道连通的排液管道；所述排液管道的上端设置有可通过冷却液压力顶开的密封阀。

进一步的所述排液模块还包括连接管道；所述连接管道与冷却液循环管道平行布置，为一端连通冷却液循环管道、另一端端连通排液管道的连接管道结构。

进一步的所述控制模块包括车辆侧向加速度监测模块；所述车辆侧向加速度监测模块用于监测车辆侧向加速度并判断是否超过设定阈值。

一种具有动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置的控制方法，在车辆发生碰撞时，控制系统接收车辆碰撞情况，根据碰撞情况向阻塞模块传送相应的指令，阻塞模块根据指令阻塞冷却液循环管道或是不阻塞冷却液循环管道，若阻塞冷却液循环管道，冷却液循环管道内压力上升，排液模块被上升压力顶开打开冷却液循环管道，排放冷却液。

进一步的控制系统接收车辆碰撞情况的方法包括：碰撞发生后，采集车辆侧向加速度，根据车辆侧向加速度判断车辆碰撞情况。

进一步的根据碰撞情况向阻塞模块传送相应的指令的方法包括：采集车辆侧向加速度，若车辆侧向加速度≤第一设定限值，则向阻塞模块传送不进行任何操作的指令；若车辆侧向加速度＞第一设定限值且≤第二设定限值，则向阻塞模块传送断电的指令；若车辆侧向加速度＞第二设定限值，则根据电池包挤压情况向阻塞模块传送相应的指令。

进一步的根据电池包挤压情况向阻塞模块传送相应的指令的方法包括：判断电池包的挤压情况，若电池包受到挤压，控制模块向阻塞模块传送增大反向电流的指令，控制模块向水泵传送工作指令；若电池包没有受到挤压，控制模块向阻塞模块传送通电指令维持阻塞模块不阻塞冷却液循环管道的状态，控制模块向水泵传送工作指令。

进一步的电池包挤压情况的获取方法包括：获取车辆的侧向位移，判断车辆的侧向位移是否大于车辆的门槛梁与电池包的可压溃距离，若大于，则判断电池包受到挤压，否则电池包没有受到挤压。

本发明的优点有：1、本发明通过设置阻塞模块在发生碰撞后，且碰撞超过预设条件时，主动将冷却液循环管道阻塞住，随着阻塞时间的延长，冷却液循环管道内的压力上升，自动将排液模块顶开排放冷却液，避免造成电池包的损伤，且这种被动顶开的方式无需电力设备值守，可靠性高，解决了现有技术在碰撞后如果阀门断电无法主动排放冷却液的问题，提高了电池包和车辆的安全性；

2、本发明的阻塞模块结构简单，通过滑块与电磁铁的组合结构，能够方便的维持冷却液的循环流动和阻塞情况，且操作方式极为方便，而且即便是在断电情况下，滑块也能够基于惯性运动实现对冷却液循环管道的阻塞，提高整个装置结构的可靠性；

3、本发明的排液模块结构极为简单，通过完全压力控制的密封阀进行排液控制，结构简单，操作方便，被动式结构更加安全，受干扰因素小，即顶开密封阀的冷却液流动压力除了需要克服密封阀以外，还需要克服排液管道内冷却液的重力部分，提高了密封阀的安全性，提高了容错率，避免出现误操作导致的误排放问题；

4、本发明设置连接管道，便于将排液管道和密封阀布置在不容易被撞击损坏的地方；

5、本发明的控制模块主要是采集车辆的侧向加速度，基于车辆的侧向加速度判断车辆的碰撞情况，实际上是针对的侧向柱碰的情况，因为这种情况最有可能会造成电池包的损伤，采集侧向加速度能够更加准确反映电池包的碰撞情况；

6、本发明的控制方法极为简单，通过采集车辆的碰撞情况对阻塞模块进行相应的指令控制，控制逻辑简单，易于操作，可有效提高车辆碰撞后电池包的安全性，避免出现冷却液泄露导致的电池包损坏问题；

7、本发明的控制方法是通过采集车辆碰撞后的侧向加速度，侧向加速度真实的反映车辆发生柱碰后的情况，而车辆发生柱碰是最有可能造成电池包损伤的情况，本发明的控制方法针对电池包的情况更加准确真实；

8、本发明的控制方法针对不同的碰撞情况具有不同的控制策略，避免在电池包没有风险时，主动排放冷却液造成损失的问题，针对不同的情况采用不同的措施，针对性更好，大幅度提高了电池包的安全性；

9、本发明通过采集电池包的挤压情况，基于挤压情况进行相应的控制措施，能够更加准确的针对电池包的情况进行控制，既不会出现电池包没有挤压情况而主动排放了冷却液造成损失的问题，又不会出现电池包挤压后无法排放冷却液造成的电池包损伤问题；

10、本发明通过判断车辆的侧向位移是否大于车辆的门槛梁与电池包的可压溃距离来分析电池包的挤压情况，方法简单，结果准确。

本发明的泄露装置结构简单，完全基于冷却液循环管道的压力进行控制冷却液的排放，避免了传统电子阀门断电或是损伤后无法自动排放的问题，提高了电池包的安全性，降低了碰撞后的损失，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本发明的主动泄露装置结构示意图(滑块处于初始状态)；

图2：本发明的主动泄露装置结构示意图(滑块处于阻塞状态)；

图3：本发明的排液模块侧视图；

其中：1—冷却液循环管道；2—滑动管道；3—滑块；4—阻塞端子；5—电磁铁；6—排液管道；7—密封阀；8—连接管道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～3所示，本实施例介绍了一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置，本实施例的泄露装置包括冷却液循环管道1，冷却液循环管道1为穿过动力电池的管道结构，管道上布置有水泵，通过水泵驱动，冷却液在管道内流动，将动力电池的热量带走，实现对动力电池的降温，附图1～2中只画出了部分冷却液循环管道1；

还包括阻塞模块，如图1～2所示，本实施例的阻塞模块包括滑动管道2，滑动管道2是两端分别连通两侧冷却液循环管道1的直线管道结构，滑动管道2与冷却液循环管道1形成连通结构，滑动管道2内设置有滑块3，滑块3的两端设置有阻塞端子4，阻塞端子4为橡胶或是其他柔性材质制备的用于封堵冷却液循环管道1的部分，滑块3处于滑动管道2的内侧并在可沿滑动管道2的轴向移动，滑动管道2的外侧设置有电磁铁5，电磁铁5通电后产生磁场，将滑块3吸附住或是推开。初始状态即正常情况下，电磁铁5通电将滑块3吸附固定在滑动管道2的中间(滑块3两端的冷却液压强相等，因此不会推动滑块3移动)，确保滑块3两端的阻塞端子4不会阻塞冷却液循环管道1，如果出现碰撞且碰撞符合预设条件，则电磁铁5通反向电流，驱动滑块3在滑动管道2内移动，直至阻塞端子4阻塞冷却液循环管道1。

本实施例的冷却液排放是通过排液模块来实现的，如图1～3所示，本实施例的排液模块包括连接管道8，连接管道8为一端连通冷却液循环管道1、另一端连通排液管道6，排液管道6上端设置有密封阀7，密封阀7在冷却液循环管道1内的压力超过设定值时，会自动被压力顶开，冷却液自动排放出来。压达到冷却液排放的压力，冷却液循环管道1内的压力要克服密封阀7的压力以及排液管道6的液体重力。这样的布置结构避免了出现误排放的问题，提高了控制的安全性。

本实施例通过控制模块对电磁铁5和水泵进行控制，以此来达到本实施例的排放冷却液的目的。控制模块集成有车辆侧向加速度监测模块，车辆侧向加速度监测模块用于监测车辆侧向加速度并判断是否超过设定阈值。车辆侧向加速度时反映车辆柱碰情况的主要指标，车辆柱碰是最容易引发电池包被挤压问题的碰撞情况，因此本实施例采集车辆侧向加速度进行相应的判断。

具体的判断控制措施如下：

1、发生碰撞时，采集车辆的侧向加速度，对车辆的侧向加速度进行判断，若车辆的侧向加速度≤第一设定限值(本实施例可以设定第一设定限值为10g，也可以根据实际需求进行标定获得)，认为此时碰撞强度较低，乘员损伤风险和动力电池受挤压风险也较低，因此无需对电磁铁5和水泵进行任何操作，维持电磁铁5处于正常通电状态，维持水泵继续运转；

2、若车辆的侧向加速度＞第一设定限值且≤第二设定限值(本实施例可以设定第二设定限值为20g，也可以根据实际需求进行标定获得)，说明碰撞强度可能较高且乘员损伤风险较高，动力电池也有较高的受挤压风险，控制模块向电磁铁5和水泵发动断电指令，断电后电磁铁5对滑块3不再具有限制作用，冷却水泵断电的目的是为了降低阻塞滑块组合的移动阻力；若加速度持续上升，则滑块3会在惯性作用下在滑动管道2内移动；控制模块通过蜂鸣器报警或语音提示警告车内乘员，提醒乘员离开车辆，降低安全风险；

3、若车辆的侧向加速度＞第二设定限值，根据侧向加速度积分位移判断车辆侧向位移是否大于门槛梁与动力电池包的可压溃距离，该处判断信号用于确定动力电池包是否受到挤压；

如果动力电池包未受到挤压，则控制模块给出通电信号，电磁铁5通电，通过磁力将滑块3吸引至初始位置，同时水泵通电，动力电池冷却液持续循环给动力电池降温，规避动力电池温度过高风险；

如果动力电池包受到挤压，则动力电池模组有受挤压后破裂的风险，需尽快排出冷却液降低动力电池模组起火和爆炸的安全隐患，控制模块控制输出反向电流，使电磁铁5改变磁场方向，产生斥力，推动滑块3沿滑动管道2移动，阻塞冷却液循环管道1，控制模块输出通电信号给水泵，水泵工作推动冷却液流动，冷却液受到阻塞后会在冷却液循环管道1、连接管道8和排液管道6内形成高压，此时，只需同性磁极互斥力大于密封阀7摩擦力和排液管道6内少量液体重力，即可以实现冷却液冲开密封阀7，冷却液排出；

冷却液排出过程中通过蜂鸣器报警或语音提示警告车内乘员，提醒乘员离开车辆，降低安全风险，此时系统监控侧向加速度结束。在冷却液排空后，水泵基于自带空转保护功能停止工作。

本发明完全可以将密封阀7安装在不容易被碰撞损坏的地方，避免由于碰撞损坏造成无法排液的问题，另外针对断电情况，本发明在电磁铁5断电后，滑块3可以在惯性作用下沿管道2滑移，同样能够完成堵塞冷却液循环管道1的目的，可靠性更好。

以实际碰撞情况为例：

实施例1：搭载有主动泄露装置的车辆在路口被侧面闯红灯的车辆撞击，控制模块监测到碰撞发生时车辆的侧向加速度为22.8g，超过第二设定限值，控制模块向电磁铁5发送反向电流指令，电磁铁5驱动滑块3沿滑动管道2移动至阻塞冷却液循环管道1，水泵通电运转，冷却液循环管道内压力急剧升高，直至顶开密封阀，冷却液排放掉，控制模块通过蜂鸣器报警或语音提示警告车内乘员，提醒乘员离开车辆；

事后维修发现，本次撞击造成电池包的挤压，电池包储存损坏，但因及时排放掉冷却液没有造成冷却液流入电池包造成电池包完全损毁的问题，大幅度降低了电池包维修的难度和成本；

实施例2：搭载有主动泄露装置的车辆在道路行驶时，车辆突然失控侧面撞向路边的水泥柱，控制模块监测到碰撞发生时车辆的侧向加速度为8.9g，低于第一设定限值，控制模块对电磁铁5和水泵不作任何指令，维持滑块3处于初始位置，维持水泵的运转对动力电池进行降温；

事后维修发现，本次撞击没有造成电池包的挤压，电池包没有出现损伤；

实施例3：搭载有主动泄露装置的车辆在道路行驶时，在路口转弯被直行的车辆撞击，控制模块监测到碰撞发生时车辆的侧向加速度为18.9g，低于第二设定限值但高于第一设定限值，控制模块对电磁铁5进行断电，对水泵进行断电，滑块3在滑动管道2内移动，持续监测侧向加速度，并没有超过第二设定限值，控制模块通过蜂鸣器报警；

事后维修发现，本次撞击没有造成电池包的挤压，电池包没有出现损伤。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置，其特征在于：包括，

冷却液循环管道，用于通过管道上的水泵驱动冷却液循环流动对动力电池进行冷却；

阻塞模块，用于在发生碰撞且碰撞情况满足预设条件时阻塞冷却液循环管道；

排液模块，用于在阻塞后冷却液循环管道内压力超过设定阈值时被压力顶开自动排放冷却液；

控制模块，用于采集车辆碰撞情况并根据碰撞情况控制阻塞模块和水泵；

所述阻塞模块包括两端分别连通冷却液管道的滑动管道以及滑动连接于滑动管道内的滑块；所述滑块的两端设置有在滑块滑动至冷却液循环管道内阻塞冷却液循环管道的阻塞端子；所述滑动管道上设置有通电后可产生吸附磁力固定滑块于滑道管道内、或是产生推动斥力迫使滑块向冷却液循环管道移动的电磁铁；所述电磁铁与控制模块电连接。

2.如权利要求1所述的一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置，其特征在于：所述排液模块包括与冷却液循环管道连通的排液管道；所述排液管道的上端设置有可通过冷却液压力顶开的密封阀。

3.如权利要求2所述的一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置，其特征在于：所述排液模块还包括连接管道；所述连接管道与滑动管道平行布置，为一端连通冷却液循环管道、另一端端连通排液管道的连接管道结构。

4.如权利要求1所述的一种动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置，其特征在于：所述控制模块包括车辆侧向加速度监测模块；所述车辆侧向加速度监测模块用于监测车辆侧向加速度并判断是否超过设定阈值。

5.一种具有如权利要求1～4任一所述的动力电池冷却液碰撞后主动泄露装置的控制方法，其特征在于：在车辆发生碰撞时，控制系统接收车辆碰撞情况，根据碰撞情况向阻塞模块传送相应的指令，阻塞模块根据指令阻塞冷却液循环管道或是不阻塞冷却液循环管道，若阻塞冷却液循环管道，冷却液循环管道内压力上升，排液模块被上升压力顶开打开冷却液循环管道，排放冷却液。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：控制系统接收车辆碰撞情况的方法包括：碰撞发生后，采集车辆侧向加速度，根据车辆侧向加速度判断车辆碰撞情况。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：根据碰撞情况向阻塞模块传送相应的指令的方法包括：采集车辆侧向加速度，若车辆侧向加速度≤第一设定限值，则向阻塞模块传送不进行任何操作的指令；若车辆侧向加速度＞第一设定限值且≤第二设定限值，则向阻塞模块传送断电的指令；若车辆侧向加速度＞第二设定限值，则根据电池包挤压情况向阻塞模块传送相应的指令。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：根据电池包挤压情况向阻塞模块传送相应的指令的方法包括：判断电池包的挤压情况，若电池包受到挤压，控制模块向阻塞模块传送增大反向电流的指令，控制模块向水泵传送工作指令；若电池包没有受到挤压，控制模块向阻塞模块传送通电指令维持阻塞模块不阻塞冷却液循环管道的状态，控制模块向水泵传送工作指令。

9.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：电池包挤压情况的获取方法包括：获取车辆的侧向位移，判断车辆的侧向位移是否大于车辆的门槛梁与电池包的可压溃距离，若大于，则判断电池包受到挤压，否则电池包没有受到挤压。

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