CN113809432A - 电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池热管理系统，包括电池箱、液冷板、探测器、爆破件及补液机构。电池正常的情况下，补液机构处于循环状态，冷却液在液冷板与补液机构之间循环流动，电池位于液冷板上，液冷板内循环流动的冷却液可对电池进行散热。而当电池发生热失控时，探测器检测到电池的状态变化，补液机构根据探测器的检测信息由循环状态转换到补液状态，而爆破件则根据探测器的检测信息爆破液冷板，使得液冷板的内部与内腔连通。补液机构将冷却液输入液冷板，而液冷板与内腔连通，且液冷板内的冷却液不会回流到补液机构，故冷却液会进入内腔并堆积，发生热失控的电池会浸泡在冷却液中，从而有效地抑制电池的热失控，提高安全性。

Description

电池热管理系统

技术领域

本发明涉及电池温度管理技术领域，特别是涉及一种电池热管理系统。

背景技术

随着政府在动力电池领域的大力扶持，我国动力电池行业进入了爆发式的发展。然而随着电池能量密度的逐渐提高，又缺乏相应的安全防护意识，导致由锂离子电池引发的燃烧爆炸事故屡见不鲜，因此电池的安全性不可避免地成为下一阶段研究的热点。

电池引发的燃烧爆炸一般是由于电池出现热失控导致，而目前电池出现热失控常见的抑制方式包括在隔热和喷灭火剂，隔热能短时间内避免热量传递至其他电芯，而喷灭火剂仅能避免电池燃烧，两者均无法有效地抑制热失控，安全性低。

发明内容

基于此，有必要针对现有的电池热失控时隔热与喷灭火剂的方式无法有效地抑制热失控的问题，提供一种能够有效地抑制热失控，安全性高的电池热管理系统。

一种电池热管理系统，包括：

电池箱，具有一用于放置电池的内腔；

液冷板，设置于所述内腔，所述电池位于所述液冷板上，所述液冷板的内部具有冷却液；

探测器，设置于所述内腔，用于检测所述电池的状态；及

爆破件，设置于所述液冷板，且与所述探测器电连接，所述爆破件用于爆破所述液冷板，以使所述液冷板的内部与所述内腔连通；及

补液机构，与所述液冷板的内部连通，且与所述探测器电连接，所述补液机构包括循环状态及补液状态；

当所述补液机构处于所述循环状态时，所述冷却液在所述补液机构与所述液冷板的内部之间循环流动；

当所述补液机构处于所述补液状态时，所述补液机构用于向所述液冷板的内部输入所述冷却液。

通过设置上述的电池热管理系统，电池正常的情况下，补液机构处于循环状态，冷却液在液冷板与补液机构之间循环流动，电池位于液冷板上，液冷板内循环流动的冷却液可对电池进行散热。而当电池发生热失控时，探测器检测到电池的状态变化，补液机构根据探测器的检测信息由循环状态转换到补液状态，而爆破件则根据探测器的检测信息爆破液冷板，使得液冷板的内部与内腔连通。补液机构将冷却液输入液冷板，而液冷板与内腔连通，且液冷板内的冷却液不会回流到补液机构，故冷却液会进入内腔并堆积，发生热失控的电池会浸泡在冷却液中，从而有效地抑制电池的热失控，提高安全性。

在其中一个实施例中，所述电池热管理系统还包括第一隔板，所述第一隔板设置于所述内腔，以将所述内腔分隔成第一空间及第二空间，所述第一空间和所述第二空间的底部互不连通，所述液冷板位于所述第一空间。

在其中一个实施例中，所述电池热管理系统还包括第二隔板，所述第二隔板设置于所述第一空间，用于将所述第一空间分隔成存放空间与第三空间，所述存放空间与所述第三空间的底部互不连通，所述液冷板位于所述存放空间。

在其中一个实施例中，所述第一隔板与所述第二隔板相互平行，且沿所述电池箱的长度方向间隔排布，所述存放空间位于所述第一隔板与所述第二隔板之间。

在其中一个实施例中，所述电池热管理系统还包括灭火器及至少两个喷嘴，所述灭火器与每一所述喷嘴连接，且所述灭火器与所述探测器电连接，至少两个所述喷嘴设置于所述内腔，且朝向所述电池。

在其中一个实施例中，所述电池热管理系统还包括安全阀，所述安全阀设置于所述电池箱，用于在所述内腔的压力大于预设压力值时打开以连通所述内腔与外界。

在其中一个实施例中，所述电池箱包括底板及箱体，所述箱体罩设于所述底板，以围合形成所述内腔，所述液冷板设置于所述底板。

在其中一个实施例中，所述补液机构包括存储件、进液管、出液管、动力件及控制阀，所述存储件用于储存所述冷却液，所述动力件与所述存储件连接，所述进液管连接于所述动力件与所述液冷板之间，所述动力件用于将所述存储件中的所述冷却液输送至所述进液管，所述出液管连接于所述液冷板与所述存储件之间，所述进液管和所述出液管均用于连通所述存储件与所述液冷板的内部，所述控制阀设置于所述出液管；

当所述控制阀打开时，所述液冷板内的所述冷却液可通过所述出液管流入所述存储件；当所述控制阀关闭时，所述出液管被隔断。

在其中一个实施例中，所述补液机构还包括单向阀，所述单向阀设置于所述进液管，用于使得所述冷却液通过所述进液管流入所述液冷板的内部。

一种电池热管理系统，包括：

电池箱，具有一内腔，所述内腔用于放置电池；

液冷板，设置于所述内腔的底壁，所述电池位于所述液冷板上方，所述液冷板的内部具有冷却液；

探测器，设置于所述电池箱，用于检测所述电池；及

连接阀，设置于所述液冷板，且与所述探测器电连接，用于连通或隔断所述内腔与所述液冷板的内部；及

补液机构，与所述液冷板的内部连通，且与所述探测器电连接，所述补液机构包括循环状态及补液状态；

当所述补液机构处于所述循环状态时，所述冷却液在所述补液机构与所述液冷板之间循环流动；

当所述补液机构处于所述补液状态时，所述补液机构用于向所述液冷板的内部输入所述冷却液。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的电池热管理系统的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，本发明一实施例提供的电池热管理系统100，包括电池箱10、液冷板20、探测器30、爆破件40及补液机构50。

电池箱10具有一用于放置电池200的内腔11，液冷板20及他探测器30均设置于内腔11，且液冷板20的内部具有冷却液，电池200位于液冷板20上，探测器30用于检测电池200的状态。

爆破件40设置于液冷板20，且与探测器30电连接，爆破件40用于爆破液冷板20，以使液冷板20的内部与内腔11连通。

补液机构50与液冷板20的内部连通，且与探测器30电连接，补液机构50包括循环状态及补液状态。

当补液机构50处于循环状态时，冷却液在补液机构50与液冷板20的内部之间循环流动；当补液机构50处于补液状态时，补液机构50用于向液冷板20的内部输入冷却液。

通过设置上述的电池热管理系统，电池200正常的情况下，补液机构50处于循环状态，冷却液在液冷板20与补液机构50之间循环流动，电池200位于液冷板20上，液冷板20内循环流动的冷却液可对电池200进行散热。而当电池200发生热失控时，探测器30检测到电池200的状态变化，补液机构50根据探测器30的检测信息由循环状态转换到补液状态，而爆破件40则根据探测器30的检测信息爆破液冷板20，使得液冷板20的内部与内腔11连通。补液机构50将冷却液输入液冷板20，而液冷板20与内腔11连通，且液冷板20内的冷却液不会回流到补液机构50，故冷却液会进入内腔11并堆积，发生热失控的电池200会浸泡在冷却液中，从而有效地抑制电池200的热失控，提高安全性。

另外，冷却液浸泡发生热失控的电池200时，冷却液受热也会蒸发产生大量的蒸汽，蒸汽充满内腔11，可以维持内腔11的正压欠氧环境，进一步地避免电池200燃烧。

需要说明的是，冷却液堆积的高度与冷却液的输入量以及内腔11的大小相关，而且当冷却液可导电时，需要保证冷却液不会浸泡到电池200的顶部使得电池200的正负极短路即可；当冷却液不可导电且不可燃时，冷却液可完全浸泡电池200。

此外，电池200发生热失控时，电池200除了温度会升高，其电压也会发生变化，同时也会产生气体和烟雾，故探测器30可以是复合型传感器，且与电池200电连接，以同时监测电池200的温度、电压以及其产生的气体和烟雾，避免发生误判。

在另一些实施例中，爆破件40可以替换成连接阀，连接阀与探测器30电连接，且连接阀用于连通或隔断内腔11与液冷板20的内部。

如此，在电池200正常的情况下，连接阀关闭，液冷板20的内部和内腔11之间被隔断，补液机构50处于循环状态，冷却液在液冷板20与补液机构50之间循环流动。而当电池200发生热失控时，探测器30检测到电池200的状态变化，补液机构50根据探测器30的检测信息由循环状态转换到补液状态，而连接阀转换到打开状态，使得液冷板20的内部与内腔11连通。补液机构50将冷却液输入液冷板20，而液冷板20与内腔11连通，且液冷板20内的冷却液不会回流到补液机构50，故冷却液会进入内腔11并堆积，发生热失控的电池200会浸泡在冷却液中，从而有效地抑制电池200的热失控，提高安全性。

可以理解的是，采用连接阀，则无需破坏液冷板20，降低使用成本。但是设置爆破件40相较于设置连接阀，制备成本更低，可根据实际需求设置爆破件40或连接阀。

需要说明的是，爆破件40和连接阀均位于液冷板20的上表面，而采用爆破件40时，液冷板20的上表面具有一薄弱区域，薄弱区域的强度弱于上表面其他区域的强度，爆破件40设置于薄弱区域，电池200位于其他区域上，以确保将液冷板20破坏，同时避免电池200压坏液冷板20。

此外，以下实施例中爆破件40与连接阀可相互替代，故不作赘述。

在一些实施例中，电池箱10包括底板12及箱体13，箱体13罩设于底板12，以围合形成内腔11，液冷板20设置于底板12上。

可以理解的是，底板12主要起支撑和防护作用，图1中是为了示意液冷板20，实际使用时，可以在底板12上设置额外的支撑结构支撑电池200，或者说在底板12上开设安装槽，液冷板20放置于安装槽内，电池200通过底板12支撑，且与液冷板20接触。当然，液冷板20也可以支撑电池。

同时需要说明的是，电池200放置于液冷板20上，液冷板20对电池200起支撑作用，可以是液冷板20部分采用高强度材料制备，该部分起支撑作用和热交换作用，而其他部分与电池200接触，起热交换作用，即对电池200进行散热。

在一些实施例中，电池热管理系统还包括第一隔板61，第一隔板61设置于内腔11，以将内腔11分隔成第一空间及第二空间111，第一空间和第二空间111的底部互不连通，液冷板20位于第一空间。

电池200位于液冷板20上，也位于第一空间，液冷板20中流出的冷却液进入第一空间，而第一空间和第二空间111的底部互不连通，故冷却液会堆积的第一空间，不会进入第二空间111。如此，相较于冷却液堆积在内腔11中，第一空间小于内腔11，故可以在冷却液的量相同的情况下，增加冷却液堆积的高度，提高对电池200热失控的抑制效果。

实际应用中，第一隔板61与底板12以及内腔11相对两侧的侧壁连接，以使得第一隔板61分隔内腔11形成的第一空间和第二空间111的底部互不连通，而第一空间和第二空间111的顶部连通。

需要说明的是，电池热管理系统还存在其他构件，第二空间111可用于安装另外的构件。

在一些实施例中，电池热管理系统还包括第二隔板62，第二隔板62设置于第一空间，用于将第一空间分隔成存放空间112与第三空间113，存放空间112与第三空间113的底部互不连通，液冷板20位于存放空间112。

同理可以理解的是，通过设置第二隔板62，能够进一步地缩小冷却液堆积的空间的大小，从而进一步地增加冷却液堆积的高度，提高对电池200热失控的抑制效果。

在一些实施例中，第一隔板61与第二隔板62相互平行，且沿电池箱10的长度方向间隔排布，存放空间112位于第一隔板61与第二隔板62之间，对应第二空间111和第三空间113位于内腔11沿电池箱10长度方向的两端，第二空间111和第三空间113均可用于安装另外的构件或者作为预留空间。

此外，可以确定的是，第一隔板61和第二隔板62均与底板12连接，且与内腔11的在电池箱10的宽度方向上相对的两侧壁连接，以使得第二空间111、存放空间112以及第三空间113的顶部依次连通。

在一些实施例中，电池热管理系统还包括灭火器及至少两个喷嘴70，灭火器与每一喷嘴70连接，且灭火器与探测器30电连接，以在探测器30检测到电池200发生热失控时通过喷嘴70喷出灭火剂，而至少两个喷嘴70设置于内腔11，且朝向电池200，从而在电池200热失控时往电池200喷射灭火剂，避免电池200燃烧。

需要说明的是，灭火器内的灭火剂可以是固体灭火剂、液体灭火剂或气体灭火剂，在此不做限制。同时，至少两个喷嘴70也可以确保喷出的灭火剂能够完全覆盖所有电池200。

在一些实施例中，电池热管理系统还包括安全阀80，安全阀80设置于电池箱10，用于在内腔11的压力大于预设压力值时打开以连通内腔11与外界，从而对电池箱10进行泄压，避免发生爆炸。

可以理解的是，电池200发生热失控时，除了温度升高，还可能产生大量的气体和烟雾，导致内腔11的压力升高，故设置安全阀80进行泄压。

在一些实施例中，补液机构50包括存储件51、进液管52、出液管53、动力件54及控制阀55，存储件51用于储存冷却液，动力件54与存储件51连接，进液管52连接于动力件54与液冷板20之间，动力件54用于将存储件51中的冷却液输送至进液管52，出液管53连接于液冷板20与存储件51之间，进液管52和出液管53均用于连通存储件51与液冷板20的内部，控制阀55设置于出液管53。

当控制阀55打开时，液冷板20内的冷却液可通过出液管53流入存储件51，此时补液机构50处于循环状态；当控制阀55关闭时，出液管53被隔断，此时补液机构50处于补液状态。

需要说明的是，进液管52和出液管53可穿过底板12与液冷板20连接。

实际应用中，动力件54为水泵。

在一些实施例中，补液机构50还包括单向阀56，单向阀56设置于进液管52，用于是的冷却液通过进液管52流入液冷板20的内部，从而避免进入液冷板20内的冷却液回流。

可以理解的是，由于冷却液通过动力件54泵送至液冷板20，当控制阀55关闭时，只要动力件54的动力足够，在不设置单向阀56的情况下，动力件54也能够将冷却液输入液冷板20并保证冷却液在内腔11堆积一定的高度。

但是由于电池200发生热失控时，内腔11的压力会升高，故设置单向阀56，避免冷却液回流，以确保冷却液稳定地保持在内腔11堆积一定的高度。

在一些实施例中，安全阀80一端与第二空间111连通。

在一些实施例中，电池热管理系统还包括控制器，控制器与探测器30、爆破件40、控制阀55及安全阀80电连接。当探测器30检测到电池200发生热失控时，控制器根据探测器30检测的信息控制控制阀55关闭，且控制爆破件40爆破，冷却液进入内腔11并堆积，而在探测器30检测到内腔11内的压力大于预设压力值时，控制器控制安全阀80打开，从而进行泄压。

当然，控制器还可以动力件54电连接，当热失控的电池200得到有效地抑制之后，控制器可控制动力件54关闭。

可以理解的是，电池200浸泡后，一般需要更换，故在有效抑制电池200热失控后可由控制器控制关闭动力件54。

另外，当采用连接阀时，控制器与连接阀电连接，电池200热失控后，控制器控制连接阀打开。

为了便于理解本发明的效果，在此对一具体应用场景进行说明：当第一颗电池200发生热失控时，控制阀55关闭，动力件54动作往液冷板20内输入冷却液，冷却液堆积的高度不低于30毫米，第三颗电池200不会发生热失控，有效地抑制了对电池200的热失控。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池热管理系统，其特征在于，包括：

电池箱，具有一用于放置电池的内腔；

液冷板，设置于所述内腔，所述电池位于所述液冷板上，所述液冷板的内部具有冷却液；

探测器，设置于所述内腔，用于检测所述电池的状态；及

爆破件，设置于所述液冷板，且与所述探测器电连接，所述爆破件用于爆破所述液冷板，以使所述液冷板的内部与所述内腔连通；及

补液机构，与所述液冷板的内部连通，且与所述探测器电连接，所述补液机构包括循环状态及补液状态；

当所述补液机构处于所述循环状态时，所述冷却液在所述补液机构与所述液冷板的内部之间循环流动；

当所述补液机构处于所述补液状态时，所述补液机构用于向所述液冷板的内部输入所述冷却液。

2.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述电池热管理系统还包括第一隔板，所述第一隔板设置于所述内腔，以将所述内腔分隔成第一空间及第二空间，所述第一空间和所述第二空间的底部互不连通，所述液冷板位于所述第一空间。

3.根据权利要求2所述的电池热管理系统，其特征在于，所述电池热管理系统还包括第二隔板，所述第二隔板设置于所述第一空间，用于将所述第一空间分隔成存放空间与第三空间，所述存放空间与所述第三空间的底部互不连通，所述液冷板位于所述存放空间。

4.根据权利要求3所述的电池热管理系统，其特征在于，所述第一隔板与所述第二隔板相互平行，且沿所述电池箱的长度方向间隔排布，所述存放空间位于所述第一隔板与所述第二隔板之间。

5.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述电池热管理系统还包括灭火器及至少两个喷嘴，所述灭火器与每一所述喷嘴连接，且所述灭火器与所述探测器电连接，至少两个所述喷嘴设置于所述内腔，且朝向所述电池。

6.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述电池热管理系统还包括安全阀，所述安全阀设置于所述电池箱，用于在所述内腔的压力大于预设压力值时打开以连通所述内腔与外界。

7.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述电池箱包括底板及箱体，所述箱体罩设于所述底板，以围合形成所述内腔，所述液冷板设置于所述底板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电池热管理系统，其特征在于，所述补液机构包括存储件、进液管、出液管、动力件及控制阀，所述存储件用于储存所述冷却液，所述动力件与所述存储件连接，所述进液管连接于所述动力件与所述液冷板之间，所述动力件用于将所述存储件中的所述冷却液输送至所述进液管，所述出液管连接于所述液冷板与所述存储件之间，所述进液管和所述出液管均用于连通所述存储件与所述液冷板的内部，所述控制阀设置于所述出液管；

当所述控制阀打开时，所述液冷板内的所述冷却液可通过所述出液管流入所述存储件；当所述控制阀关闭时，所述出液管被隔断。

9.根据权利要求8所述的电池热管理系统，其特征在于，所述补液机构还包括单向阀，所述单向阀设置于所述进液管，用于使得所述冷却液通过所述进液管流入所述液冷板的内部。

10.一种电池热管理系统，其特征在于，包括：

电池箱，具有一内腔，所述内腔用于放置电池；

液冷板，设置于所述内腔的底壁，所述电池位于所述液冷板上方，所述液冷板的内部具有冷却液；

探测器，设置于所述电池箱，用于检测所述电池；及

连接阀，设置于所述液冷板，且与所述探测器电连接，用于连通或隔断所述内腔与所述液冷板的内部；及

补液机构，与所述液冷板的内部连通，且与所述探测器电连接，所述补液机构包括循环状态及补液状态；

当所述补液机构处于所述循环状态时，所述冷却液在所述补液机构与所述液冷板之间循环流动；

当所述补液机构处于所述补液状态时，所述补液机构用于向所述液冷板的内部输入所述冷却液。

Images