CN113782866A - 一种动力电池火灾抑制系统、方法、动力电池包及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池火灾抑制系统、方法、电池包及车辆，属于动力电池安全技术领域，包括设置在电池冷却板上的至少一个电池模组，所述电池模组设置有灭火通道，所述灭火通道内侧设有厚度削弱区，所述灭火通道和电池冷却板的一端通过两位三通阀分别与水泵一端连接，所述灭火通道另一端通过气体管路与高压气瓶连接，所述水泵另一端与散热器一端连接，所述散热器另一端与电池冷却板的另一端连接。本发明公开了一种动力电池火灾抑制系统、方法、动力电池包及车辆，利用电池冷却板中的冷却液实现电池火灾抑制，保护车内乘员安全，最大限度降低损失。

Description

一种动力电池火灾抑制系统、方法、动力电池包及车辆
技术领域
本发明公开了一种动力电池火灾抑制系统、方法、电池包及车辆，属于动力电池安全技术领域。
背景技术
随着电动车保有量的增加，热失控事故日益频发。电动车安全问题已经成为社会关注的热点。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。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。
目前的动力电池产品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。因此，亟需提出动力电池火灾抑制系统，来解决现有技术中的上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有动力电池产品无法阻止热失控在电池包内的蔓延问题，提出一种动力电池火灾抑制系统、方法、动力电池包及车辆。
本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：
一种动力电池火灾抑制系统，包括设置在电池冷却板上的至少一个电池模组，所述电池模组上设置有灭火通道，所述灭火通道内侧设有厚度削弱区，所述灭火通道和电池冷却板的一端通过两位三通阀分别与水泵一端连接，所述灭火通道另一端通过气体管路与高压气瓶连接，所述水泵另一端与散热器一端连接，所述散热器另一端与电池冷却板的另一端连接，所述散热器内的冷却液由水泵提供动力通过控制两位三通阀能分别在灭火通道和电池冷却板的空腔内流动。
优选的是，所述厚度削弱区包括均匀分布的多个且与电池模组的电芯泄压阀相对应。
优选的是，所述电池模组包括至少两个电芯，相邻两个所述电芯之间设置有隔热垫。
优选的是，所述灭火通道呈S形或U形。
优选的是，所述厚度削弱区呈圆形、椭圆形或多边形。
优选的是，所述高压气瓶通过气瓶电磁阀与气体管路连接。
优选的是，还包括设置在电池冷却板上的感应传感器，所述感应传感器、电池模组、两位三通阀、气瓶电磁阀和水泵分别与车载BMS电池系统电性连接。
一种动力电池火灾抑制方法，包括：
步骤S10，所述车载BMS电池系统获取动力电池参数，所述动力电池参数至少包括：电池包压力、压力变化率和电芯温度等；
步骤S20，判断所述动力电池参数至少两项数据是否超出设定阈值：
是，获取所述水泵状态并生成报警指令发送给气瓶电磁阀执行下一步骤；
否，重复步骤S10；
步骤S30，若所述水泵为开启状态时，所述气瓶电磁阀接收到报警指令后将气体通入到灭火通道中，当所述气瓶压力传感器检测不到气体时生成气体反馈指令发送至车载BMS电池系统；
步骤S40，所述车载BMS电池系统接收到气体反馈指令时生成释放冷却液指令发送给两位三通阀，所述两位三通阀接收到释放冷却液指令后将冷却液转换到灭火通道中；
步骤S50，当所述冷却液压力传感器检测不到冷却液时并生成停止指令发送给同时发送给车载BMS电池系统，所述车载BMS电池系统接收到停止指令后发送给水泵。
一种动力电池包，包括如上所述的动力电池火灾抑制系统。
一种车辆，包括车辆本体和如上所述的动力电池包。
本发明相对于现有而言具有的有益效果：
本发明公开了一种动力电池火灾抑制系统、方法、动力电池包及车辆，利用电池冷却板中的冷却液实现电池火灾抑制，在电芯上部布置由灭火流道，灭火流道与冷却流道通过两向三通阀连接，电池正常工作时冷却液在冷却流道内流动，电池发生热失控时，控制两向三通阀，使冷却液流入灭火通道中，灭火通道采用厚度削弱区，当电池热失控时冲击力可以冲破厚度削弱区，使冷却液进入电芯内部，延缓电池包系统内热失控的扩散，保护车内乘员安全，最大限度降低损失。
附图说明
图1是本发明一种动力电池火灾抑制系统的结构示意图。
图2是本发明一种动力电池火灾抑制系统中的结构示意图。
图3是一种延缓热扩散的快换式动力电池总成的电气连接示意图。
其中，1-灭火通道，11-厚度削弱区，2-电池冷却板，3-电池模组，31-电芯，32-隔热垫，4-气体管路，5-气瓶电磁阀，6-高压气瓶，7-散热器，8-水泵，9-冷却液管路。
具体实施方式
以下根据附图1-3对本发明做进一步说明：
下面将结合附图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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种动力电池火灾抑制系统，包括：灭火通道1、电池冷却板2、电池模组3、高压气瓶6、散热器7和水泵8，接下来将逐一介绍上述提到的部件的具体结构和连接方式。
电池冷却板2上至少安装一个电池模组3，本实施例为6个电池模组3，6个电池模组3均匀对称布置在电池冷却板2上，每个电池模组3包括至少两个电芯31，相邻两个电芯31之间安装有隔热垫32，通过调整电芯31的数量，可以实现不同长度的模组方案设计，隔热垫32是一种非金属材料，包括但不限于气凝胶、橡胶等，模组膨胀时可以吸收较大能量而被压缩，保证模组的正常膨胀。
在电池模组3上面安装有灭火通道1，如图2所示，灭火通道1内侧设有厚度削弱区11，厚度削弱区11包括均匀分布的多个且与电池模组3的电芯泄压阀相对应，灭火通道1呈S形或U形，根据电池模组3的数量和分布不同，呈现不同形状，本实施例为S形，厚度削弱区11呈圆形、椭圆形或多边形，本实施为多个均匀分布的椭圆形。
灭火通道1和电池冷却板2的一端通过两位三通阀分别与水泵8一端通过冷却液管路9连接，灭火通道1另一端通过气体管路4与高压气瓶6连接，高压气瓶6上安装有用于控制高压气瓶6内气体释放的气瓶电磁阀5，气瓶电磁阀5与气体管路连接，水泵8另一端与散热器7一端连接，散热器7另一端与电池冷却板2的另一端连接，散热器7内的冷却液由水泵8提供动力通过控制两位三通阀能分别在灭火通道1和电池冷却板2的空腔内流动。
电池冷却板2采用多孔微通道型材结构，材料包含但不限于铝合金、钛合金、铁合金等高强度易成型材料，与热管理系统相连后，内部流通冷却液，既可以实现电池模组3的加热冷却，又可以实现电池模组的固定安全，减轻了下箱体总成的重量，实现电池包的轻量化设计。
散热器7内的冷却液由水泵8提供动力通过控制两位三通阀能分别在灭火通道1和电池冷却板2的空腔内流动，在电池冷却板2上的固定有感应传感器，如图3所示，感应传感器、电池模组3、两位三通阀、气瓶电磁阀5和水泵8分别与车载BMS电池系统电性连接。
上面介绍完动力电池火灾抑制系统的组成以及相互之间的连接关系，下面将介绍一下其抑制方法，包括：
步骤S10，车载BMS电池系统获取动力电池参数，所述动力电池参数至少包括：电池包压力、压力变化率、电芯温度、温度变化率、电芯电压和电压变化率等，电池正常工作时冷却液在电池冷却板2内流动。
步骤S20，判断动力电池参数至少两项数据是否超出设定阈值，包括判断：电池包压力是否超过阈值P1；压力变化率是否超过阈值dP1；电芯温度是否超过阈值T1；温度变化率是否超过阈值dT1；电芯电压是否超过阈值V1以及电压变化率是否超过dV1：
判断上动力电池参数至少两项数据超出设定阈值时，也就是在此时，电池热失控，电芯泄压阀喷出高温气体的冲击力冲破局部削弱结构，感应传感器向车载BMS电池系统发出警报，则获取水泵8的状态并生成报警指令分别发送给两位三通阀和气瓶电磁阀5执行下一步骤；
否则，重复步骤S10，重复获取动力电池参数。
步骤S30，水泵8处于运转状态，保持运转状态，若水泵8关闭，则开启水泵。若水泵8为开启状态时，气瓶电磁阀5接收到报警指令后将高压气瓶6内用来抑制明火的气体灭火剂通入到灭火通道1中，大概10S左右，当气瓶压力传感器检测不到气体时生成气体反馈指令发送至车载BMS电池系统。
步骤S40，车载BMS电池系统接收到气体反馈指令时生成释放冷却液指令发送给两位三通阀，两位三通阀接收到释放冷却液指令后将冷却液转换到灭火通道1中，冷却液由喷射口进入电芯31。进入电芯31的冷却液迅速气化，通过气化吸热迅速降低电芯内部温度，减少其向相邻电芯传递热量。
步骤S50，当冷却液压力传感器检测不到冷却液时并生成停止指令发送给同时发送给车载BMS电池系统，车载BMS电池系统接收到停止指令后发送给水泵8，水泵8接收到指令后停止工作。
在基于第一实施例的基础上还公开第二实施例和第三实施例，第二实施例为一种动力电池包，包括第一实施例所述的动力电池火灾抑制系统。第三实施例为一种车辆，包括车辆本体和第二实施例所述的动力电池包。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，包括设置在电池冷却板(2)上的至少一个电池模组(3)，所述电池模组(3)上设置有灭火通道(1)，所述灭火通道(1)内侧设有厚度削弱区(11)，所述灭火通道(1)和电池冷却板(2)的一端通过两位三通阀分别与水泵(8)一端连接，所述灭火通道(1)另一端通过气体管路(4)与高压气瓶(6)连接，所述水泵(8)另一端与散热器(7)一端连接，所述散热器(7)另一端与电池冷却板(2)的另一端连接，所述散热器(7)内的冷却液由水泵(8)提供动力通过控制两位三通阀能分别在灭火通道(1)和电池冷却板(2)的空腔内流动。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，所述厚度削弱区(11)包括均匀分布的多个且与电池模组(3)的电芯泄压阀相对应。
3.根据权利要求1或2所述的一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，所述电池模组(3)包括至少两个电芯(31)，相邻两个所述电芯(31)之间设置有隔热垫(32)。
4.根据权利要求3所述的一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，所述灭火通道(1)呈S形或U形。
5.根据权利要求4所述的一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，所述厚度削弱区(11)呈圆形、椭圆形或多边形。
6.根据权利要求4或5所述的一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，所述高压气瓶(6)通过气瓶电磁阀(5)与气体管路连接。
7.根据权利要求6所述的一种动力电池火灾抑制系统，其特征在于，还包括设置在电池冷却板(2)上的感应传感器，所述感应传感器、电池模组(3)、两位三通阀、气瓶电磁阀(5)、冷却液压力传感器、气瓶压力传感器和水泵(8)分别与车载BMS电池系统电性连接。
8.一种动力电池火灾抑制方法，其特征在于，包括：
步骤S10，所述车载BMS电池系统获取动力电池参数，所述动力电池参数至少包括：电池包压力、压力变化率和电芯温度等；
步骤S20，判断所述动力电池参数至少两项数据是否超出设定阈值：
是，获取所述水泵(8)状态并生成报警指令发送给气瓶电磁阀(5)执行下一步骤；
否，重复步骤S10；
步骤S30，若所述水泵为开启状态时，所述气瓶电磁阀(5)接收到报警指令后将气体通入到灭火通道(1)中，当所述气瓶压力传感器检测不到气体时生成气体反馈指令发送至车载BMS电池系统；
步骤S40，所述车载BMS电池系统接收到气体反馈指令时生成释放冷却液指令发送给两位三通阀，所述两位三通阀接收到释放冷却液指令后将冷却液转换到灭火通道(1)中；
步骤S40，当所述冷却液压力传感器检测不到冷却液时并生成停止指令发送给同时发送给车载BMS电池系统，所述车载BMS电池系统接收到停止指令后发送给水泵(8)。
9.一种动力电池包，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的动力电池火灾抑制系统。
10.一种车辆，其特征在于，包括车辆本体和如权利要求9所述的动力电池包。
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