CN113937377A - 一种可被动处理热失控的动力电池热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于新能源汽车动力电池技术领域的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的二氧化碳泵空调(5)连通电池模组(1)内的模组内部通道(17)，电池模组(1)内包括多个电芯(14)，每个电芯(14)内部分别设置模组内高压二氧化碳管路(13)，每个模组内高压二氧化碳管路(13)分别连通模组内部通道(17)，模组内高压二氧化碳管路(13)端头设置热熔材料喷头(12)，本发明的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，将冷媒(超临界二氧化碳)应用在电池热失控被动安全系统中，在电芯出现热失控时，能够有效使可燃气体的浓度和温度快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，有效提高电池安全，保护人员生命和财产安全。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车动力电池技术领域，更具体地说，是涉及一种可被动处理热失控的动力电池热管理系统。
背景技术
随着当今社会的不断发展，工业水平的不断提升，能源环境问题变得日益严峻，因此纯电动汽车的推广和普及迫在眉睫。作为纯电动汽车的动力来源，其电池安全是制约纯电动汽车发展的关键。
目前，纯电动汽车的动力电池主要采用的是三元锂电池电芯或者磷酸铁锂电池电芯，均存在着严重的热失控的风险。在应力、热刺激作用下，电池模组内的电芯发生短路，出现电芯爆喷现象，从喷发口喷射出大量混合物，其中混有大量如甲烷、氢气、一氧化碳等可燃气体。这些喷射的混合物温度较高，可达几百甚至上千摄氏度，且这些气流柱以一定压力冲击电池上盖，对电池包上盖结构设计与选材提出极大的挑战。当压强和温度超过电池上盖材料承受极限时，电池包上盖破损，高温可燃气体发生泄漏，接触空气的瞬间发生燃烧。由于可燃气体密度远小于空气，火焰上窜，必然造成车主的生命和财产损失。
现有的已经被应用的热失控被动安全系统主要有三条措施。一、用隔热材料保护未热失控的电芯；二、设置烟气流道将热失控产生的气体排出电池包壳体外；三、利用电池包的热管理系统加强冷却。这类系统的显著的缺点是不能够主动的减低热失控产生气体的温度，热失控产生的高温气体排放到电池包外后接触到空气中的氧气满足着火条件，依然会起火。在查到的很多专利也有利用灭火介质降温灭火的方案。典型的方案：利用灭火介质罐存储/制备一定量的灭火介质，利用温度、压力、电压等传感器探测到电池包热失控，然后控制器电动/电磁的设备将灭火介质输送到热失控的电芯附近，达到降温灭火的目的。这类系统存在的问题主要有：一、系统中的电动/电磁设备需要控制器以及驱动设备会导致整个系统比较复杂，可靠性降低。二、电池发生热失控时，几百度的高温气体会破坏驱动设备或者控制器导致系统失效。三、灭火介质的存储罐也会占用比较多的空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，将冷媒(超临界二氧化碳)应用在电池热失控被动安全系统中，在电芯出现热失控时，能够有效使可燃气体的浓度和温度快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，有效提高电池安全，保护人员的生命和财产安全，同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好、无污染特点的可被动处理热失控的动力电池热管理系统。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种可被动处理热失控的动力电池热管理系统，包括电池模组、二氧化碳泵空调，所述的二氧化碳泵空调连通电池模组内的模组内部通道，电池模组内包括多个电芯，每个电芯内部分别设置模组内高压二氧化碳管路，每个模组内高压二氧化碳管路分别连通模组内部通道，模组内高压二氧化碳管路端头设置热熔材料喷头。
所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统包括多个电池模组，每个电池模组的模组内高压二氧化碳管路分别与二氧化碳高压分管路连通。
所述的热熔材料喷头与模组内高压二氧化碳管路为一体式结构，热熔材料喷头的封堵口内设置热熔材料块。
多个电池模组设置在电池外壳内，二氧化碳泵空调通过二氧化碳高压总管路与二氧化碳高压分管路连通，二氧化碳高压总管路上设置单向阀。
所述的二氧化碳高压分管路的每个分管路支管与对应一个电池模组的高压二氧化碳接口连通，每个高压二氧化碳接口连通该电池模组的模组内部通道。
所述的二氧化碳高压分管路通过一端的高压二氧化碳管路接口与二氧化碳高压总管路连通。
所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的电池模组内的电芯发生热失控时，热失控产生的高温使得热熔材料块熔化，进而使得二氧化碳空调系统中的超临界二氧化碳通过从热熔材料块熔化的封堵口流出而进入热失控的电芯的结构。
每个模组内高压二氧化碳管路每端端头分别设置热熔材料喷头，每个热熔材料喷头的封堵口内分别设置热熔材料块。
电池模组的多个电芯安装在模组外壳内。
所述的单向阀设置为能够阻止电池模组向二氧化碳泵空调内回流气体的结构。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，基于独特巧妙的构思，提出全新的技术方案。当没有电芯发生热失控时，热熔材料喷头可靠封堵模组内高压二氧化碳管路，避免模组内高压二氧化碳管路内储存的二氧化碳泄露。当电池模组内的电芯发生热失控时，会喷发高温可燃气体，高温可燃气体会直接加热与热源距离最近的热熔材料喷头，造成热熔材料喷头熔化。这时，因为局部管道的压力变化，模组内高压二氧化碳管路内的超临界二氧化碳会通过单向阀，直接从熔化的热熔材料喷头喷出，对电芯喷发出的高温可燃气体稀释、降温，达到灭火的目的。本发明可被动处理热失控的动力电池热管理系统，降温、灭火的介质采用二氧化碳热泵空调系统的管路中的超临界二氧化碳，从空调管路的高压端引入电池的被动安全系统中实现空调与电芯的连通。在出现热失控时，可解决降温、灭火介质需要单独储备或者制备的问题。同时超临界态的二氧化碳能够快速稀释高温可燃气体使可燃气体的浓度和温度都能够更加快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，使得热失控处于可靠状态，减小损失，提高车辆安全性。同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好的特点。本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，将冷媒(超临界二氧化碳)应用在电池热失控被动安全系统中，在电芯出现热失控时，能够有效使可燃气体的浓度和温度快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，有效提高电池安全性，保护人员生命和财产安全，同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好、无污染特点。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的结构示意图；
图2为本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的结构示意图；
图3为本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的结构示意图；
图4为本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的结构示意图；
附图中标记分别为：1、电池模组，2、二氧化碳高压分管路，3、电池外壳，5、二氧化碳热泵空调(二氧化碳泵空调)，6、二氧化碳高压总管路，7、单向阀，8、电池外壳，9、高压二氧化碳管路接口，10、电池模组外壳，11、高压二氧化碳接口，12、热熔材料喷头，13、模组内高压二氧化碳管路，14、电芯，15、热熔材料喷头，16、热熔材料块，17、模组内部通道，18、分管路支管。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1-附图4所示，本发明为一种可被动处理热失控的动力电池热管理系统，包括电池模组1、二氧化碳泵空调5，所述的二氧化碳泵空调5连通电池模组1内的模组内部通道17，电池模组1内包括多个电芯14，每个电芯14内部分别设置模组内高压二氧化碳管路13，每个模组内高压二氧化碳管路13分别连通模组内部通道17，模组内高压二氧化碳管路13端头设置热熔材料喷头12。上述结构，针对现有技术中的不足，基于独特巧妙的构思，提出全新的技术方案。当没有电芯发生热失控时，热熔材料喷头12可靠封堵模组内高压二氧化碳管路13，避免模组内高压二氧化碳管路13内储存的二氧化碳泄露。而当电池模组内的电芯发生热失控时，会喷发高温可燃气体，高温可燃气体会直接加热与热源距离最近的热熔材料喷头12，造成热熔材料喷头12熔化。这时，因为局部管道的压力变化，模组内高压二氧化碳管路13内的超临界二氧化碳会通过单向阀，直接从熔化的热熔材料喷头12喷出，对电芯喷发出的高温可燃气体稀释、降温，从而达到灭火的目的。本发明可被动处理热失控的动力电池热管理系统，降温、灭火的介质采用二氧化碳热泵空调系统的管路中的超临界二氧化碳，从空调管路的高压端引入电池的被动安全系统中实现空调与电芯的连通。在出现热失控时，可解决降温、灭火介质需要单独储备或者制备的问题。同时超临界态的二氧化碳能够快速稀释高温可燃气体使可燃气体的浓度和温度都能够更加快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，使得热失控处于可靠状态，减小损失，提高车辆安全性。同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好的特点。本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，将冷媒(超临界二氧化碳)应用在电池热失控被动安全系统中，在电芯出现热失控时，能够有效使可燃气体的浓度和温度快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，有效提高电池安全性，保护人员生命和财产安全，同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好、无污染特点。
所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统包括多个电池模组1，每个电池模组1的模组内高压二氧化碳管路13分别与二氧化碳高压分管路2连通。上述结构，根据对动力电池的需求，动力电池包括多个电池模组，多个电池模组设置在电池外壳内。而根据设定，可以组合形成不同大小的电池。而外部的二氧化碳可以通过二氧化碳高压分管路2与每个电池模组1的模组内高压二氧化碳管路13连通。这样，无论哪个电池模组的电芯出现问题，都能够立时进行二氧化碳喷出，从而对电芯喷发出的高温可燃气体稀释、降温，从而达到灭火的目的。
所述的热熔材料喷头12与模组内高压二氧化碳管路13为一体式结构，热熔材料喷头12的封堵口内设置热熔材料块16。上述结构，热熔材料块16固定在封堵口内。在没有出现热失控时，没有高温状态，热熔材料块16有效可靠封堵封堵口，不会出现二氧化碳泄露。而一旦哪个电芯出现热失控，对应的热熔材料块16快速熔化，喷出二氧化碳，及时实现干涉，有效控制热失效的损失范围，降低损失。
多个电池模组1设置在电池外壳8内，二氧化碳泵空调5通过二氧化碳高压总管路6与二氧化碳高压分管路2连通，二氧化碳高压总管路6上设置单向阀7。上述结构，在正常情况下，单向阀关闭，而当某个电芯出现热失控时，单向阀后的通道压力降低，单向阀打开，二氧化碳泵空调5供应二氧化碳气体，快速到达热失控区域进行干涉。
所述的二氧化碳高压分管路2的每个分管路支管18与对应一个电池模组1的高压二氧化碳接口11连通，每个高压二氧化碳接口11连通该电池模组1的模组内部通道17。所述的二氧化碳高压分管路2通过一端的高压二氧化碳管路接口9与二氧化碳高压总管路6连通。
所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的电池模组1内的电芯14发生热失控时，热失控的高温设置为使得热熔材料块16熔化，进而使得二氧化碳空调系统中的超临界二氧化碳通过从热熔材料块16熔化的封堵口流出而进入热失控的电芯14的结构。上述结构，在某个电芯出现热失控时，快速实现二氧化碳气体的喷出干涉，降温灭火。
每个模组内高压二氧化碳管路13每端端头分别设置热熔材料喷头12，每个热熔材料喷头12的封堵口内分别设置热熔材料块16。
电池模组1的多个电芯14安装在模组外壳10内。所述的单向阀7设置为能够阻止电池模组1向二氧化碳泵空调5内回流气体的结构。
本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，如图1所示，所述的电池被动安全系统借用了电动车热管理中的二氧化碳空调，利用空调系统中的超临界二氧化碳对热失控的电芯进行灭火降温。如图2所示，多个电池模组排列在电池外壳内部。各个电池模组分别与二氧化碳高压分管连通，而二氧化碳高压分管进行气体输送。如图3所示，在电池模组外壳上设置与二氧化碳高压分管连接的法兰。模组内高压二氧化碳管路均布在每个电芯上方。模组内的高压二氧化碳管路上均匀布置了易熔金属喷头(热熔金属喷头)。本发明直接利用了二氧化碳空调系统中的超临界二氧化碳作为灭火的介质。可以将灭火介质直接导入到电池模组内部，直接对热失控的电芯进行精确的冷却降温。本发明采用易熔材料置于电芯上部的易熔材料喷头中，通过易熔材料的相变来触发灭火材料的喷射。本发明中的电池模组外壳上存在与二氧化碳高压管路连接的法兰，当某个模组热发生失控后可以直接断开高压管路与该电池模组的连接，方便更换电池模组，提高电池利用率。
本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，基于独特巧妙的构思，提出全新的技术方案。当没有电芯发生热失控时，热熔材料喷头可靠封堵模组内高压二氧化碳管路，避免模组内高压二氧化碳管路内储存的二氧化碳泄露。当电池模组内的电芯发生热失控时，会喷发高温可燃气体，高温可燃气体会直接加热与热源距离最近的热熔材料喷头，造成热熔材料喷头熔化。这时，因为局部管道的压力变化，模组内高压二氧化碳管路内的超临界二氧化碳会通过单向阀，直接从熔化的热熔材料喷头喷出，对电芯喷发出的高温可燃气体稀释、降温，达到灭火的目的。本发明可被动处理热失控的动力电池热管理系统，降温、灭火的介质采用二氧化碳热泵空调系统的管路中的超临界二氧化碳，从空调管路的高压端引入电池的被动安全系统中实现空调与电芯的连通。在出现热失控时，可解决降温、灭火介质需要单独储备或者制备的问题。同时超临界态的二氧化碳能够快速稀释高温可燃气体使可燃气体的浓度和温度都能够更加快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，使得热失控处于可靠状态，减小损失，提高车辆安全性。同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好的特点。本发明所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，将冷媒(超临界二氧化碳)应用在电池热失控被动安全系统中，在电芯出现热失控时，能够有效使可燃气体的浓度和温度快速地降低到燃烧、爆炸的范围下，有效提高电池安全，保护人员生命和财产安全，同时二氧化碳具有无毒害、安全、环境友好、无污染特点。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：包括电池模组(1)、二氧化碳泵空调(5)，所述的二氧化碳泵空调(5)连通电池模组(1)内的模组内部通道(17)，电池模组(1)内包括多个电芯(14)，每个电芯(14)内部分别设置模组内高压二氧化碳管路(13)，每个模组内高压二氧化碳管路(13)分别连通模组内部通道(17)，模组内高压二氧化碳管路(13)端头设置热熔材料喷头(12)。
2.根据权利要求1所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统包括多个电池模组(1)，每个电池模组(1)的模组内高压二氧化碳管路(13)分别与二氧化碳高压分管路(2)连通。
3.根据权利要求1或2所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：所述的热熔材料喷头(12)与模组内高压二氧化碳管路(13)为一体式结构，热熔材料喷头(12)的封堵口内设置热熔材料块(16)。
4.根据权利要求1或2所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：多个电池模组(1)设置在电池外壳(8)内，二氧化碳泵空调(5)通过二氧化碳高压总管路(6)与二氧化碳高压分管路(2)连通，二氧化碳高压总管路(6)上设置单向阀(7)。
5.根据权利要求2所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：所述的二氧化碳高压分管路(2)的每个分管路支管(18)与对应一个电池模组(1)的高压二氧化碳接口(11)连通，每个高压二氧化碳接口(11)连通该电池模组(1)的模组内部通道(17)。
6.根据权利要求5所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：所述的二氧化碳高压分管路(2)通过一端的高压二氧化碳管路接口(9)与二氧化碳高压总管路(6)连通。
7.根据权利要求1或2所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统的电池模组(1)内的电芯(14)发生热失控时，热失控的高温设置为使得热熔材料块(16)熔化，进而使得二氧化碳空调系统中的超临界二氧化碳通过从热熔材料块(16)熔化的封堵口流出而进入热失控的电芯(14)的结构。
8.根据权利要求1或2所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：每个模组内高压二氧化碳管路(13)每端端头分别设置热熔材料喷头(12)，每个热熔材料喷头(12)的封堵口内分别设置热熔材料块(16)。
9.根据权利要求2所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：电池模组(1)的多个电芯(14)安装在模组外壳(10)内。
10.根据权利要求4所述的可被动处理热失控的动力电池热管理系统，其特征在于：所述的单向阀(7)设置为能够阻止电池模组(1)向二氧化碳泵空调(5)内回流气体的结构。
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| CN202111203086.4A CN113937377A (zh) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 一种可被动处理热失控的动力电池热管理系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114824616A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-07-29 | 安徽天钧精密技术有限公司 | 一种防火防爆的低成本电动汽车用电池箱体 |
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2021
- 2021-10-15 CN CN202111203086.4A patent/CN113937377A/zh active Pending
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| CN114824616A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-07-29 | 安徽天钧精密技术有限公司 | 一种防火防爆的低成本电动汽车用电池箱体 |
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