CN114051668A - 抑火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于抑制比如锂离子电池组(7)等电池组中起火的抑火装置(8)，所述装置(8)包括所述电池组(7)以及热管理系统(5)，该热管理系统包括用于使液体循环以控制所述电池组(7)的温度的液体回路(13)。液体回路(13)包括至少一个开口(25)，该开口由包括可熔部分(43)的密封构件(35)关闭，其中，所述可熔部分(43)被配置成当暴露在高于预定激活温度的温度下时熔化，从而允许液体穿过所述开口(25)从所述液体回路(13)排出，以在所述开口(25)附近出现温度异常升高时冷却所述电池组(7)的一部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于抑制比如锂离子电池组等电池组中起火的抑火装置。该装置包括电池组以及热管理系统，该热管理系统包括用于使液体循环以控制所述电池组的温度的液体回路。
背景技术
比如锂离子电池组等可充电电池组广泛用于在电动汽车中为一个或多个电动机供电。在这种电池组的充电和放电时，电池组的电池单元内会产生热量。为了确保适当的电池性能并避免热失控，电池温度通常由热管理系统来控制，该热管理系统将各个电池单元中的温度保持在特定温度范围内。典型的温度范围是25℃至35℃，并使用多种不同的冷却剂和冷却方法。
尽管电池组配备有这种热管理系统，但仍存在热失控和起火的风险。为了解决这个问题，可以在充电系统和电池组中使用安全措施。一种这样的措施是在电池组附近安装自动抑火系统。
然而，已知的系统被认为是笨重和/或复杂的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于抑制电池组中起火的改良的抑火装置。
通过以下的概述和描述将变得清楚的此目的和其他目的是通过根据所附权利要求的抑火装置实现的。
根据本披露的一个方面，提供了一种用于抑制比如锂离子电池组等电池组中起火的抑火装置，该装置包括电池组以及热管理系统，该热管理系统包括用于使液体循环以控制电池组的温度的液体回路。该液体回路包括至少一个开口，该开口由包括可熔部分的密封构件关闭，其中，所述可熔部分被配置成当暴露在高于预定激活温度的温度下时熔化，从而允许液体穿过所述开口从所述液体回路排出，以在所述开口附近出现温度异常升高时冷却所述电池组。
热管理系统可以包括液体泵，该液体泵被布置成使液体穿过液体回路和热交换单元进行循环。在电池组正常运行期间，在液体回路中循环的液体用于调节温度，以将温度保持在实现电池组的最佳性能和寿命的期望范围内。而且，循环的液体还用于减小整个电池组中温度的分布不均。此外，在热管理系统正常运行期间，即当冷却或加热电池组时，液体回路中通常存在内部过压。在正常情况期间，密封构件的可熔部分用作关闭塞，只要电池组中的温度低于激活温度，该关闭塞就防止液体从该关闭塞布置于其中的开口排出。如果开口处的温度达到激活温度，密封构件的可熔部分就会熔化，这就打开了开口。然后，液体穿过开口排出。当可熔部分熔化后，开口因此形成排出孔，例如通过液体回路中的内部压力，让热管理系统的液体穿过该排出孔排出。
抑火装置提供了联合的冷却/加热和抑火系统。因此可以实现非常节约空间和成本的解决方案。此外，这样的联合解决方案还提供了易于安装并能以容易的方式在比如电动公交车等车辆中进行改装的解决方案。
此外，由于比如冷却剂等液体可以在最需要的位置处排出，还提供了一种非常有效的抑制装置。此外，由于不需要单独的检测系统，还实现了非常稳健的系统。
根据一个实施例，密封构件包括喷雾喷嘴，该喷雾喷嘴的流体通道和/或排出开口由所述可熔部分密封。该实施例的优点是实现了更为有效的抑火。
根据一个实施例，液体回路包括多个开口，每个开口均由包括可熔部分的密封构件密封。由于开口可以分布成使得电池组的任一电池单元中的异常温度升高都被检测到，该实施例提供了更为有效的布置。因此可以在很早的阶段就抑制电池组中起火。如果靠近密封开口的任何位置处的温度达到激活温度，布置在该开口中的密封构件的可熔部分就因此熔化并停止用作塞子。然后，液体就被允许穿过开口排出。由于当达到激活温度时每个开口独立地激活，因此工作的开口数量仅限于靠近火的那些，这就使火源区域中可获得的排出压力最大化。将被打开的开口数量取决于起火的位置和大小。因此，由于每个开口都是由于起火产生的热量而打开，多个开口可以同时、或一个接一个地打开。优选地，每个所述密封部件均包括喷雾喷嘴，并且优选地是能够以雾化液体的形式喷出喷雾的喷嘴。
根据一个实施例，这些开口沿液体回路的全长分布。优选地，这些开口沿液体回路的全长均匀分布。
根据一个实施例，预定激活温度在100℃至160℃的范围内，更优选地在120℃至150℃并且最优选地在130℃至150℃的范围内。
根据一个实施例，预定激活温度是100℃，更优选地是120℃并且最优选地是135℃。
根据一个实施例，可熔部分包括铋和/或铟。
根据一个实施例，抑火装置进一步包括壳体，该壳体被配置成容纳所述电池组和所述液体回路。
根据一个实施例，液体回路形成所述壳体的一体部件。优选地，液体回路形成所述壳体的底部的一体部件。
根据一个实施例，壳体由铝形成。根据一个实施例，抑火装置进一步包括压力容器，该压力容器通过阀组件流体地连接至热管理系统。在该实施例中，压力容器因此被布置成向液体回路加压，并优选地，当可熔部分熔化后，向液体回路提供比如水等额外的液体。在该实施例中，热管理系统的液体回路和其他部件优选地被加固。热管理系统的部件可以例如被配置成承受至少70巴、更优选地至少90巴并且最优选地至少100巴的压力，以便能够将加压液体从压力容器分配至(多个)开口和/或(多个)喷嘴。
根据一个实施例，阀组件包括释放阀。
根据一个实施例，阀组件包括单向阀。
本发明的这些和其他的方面将从下文描述的权利要求和实施例中变得清楚并且将参考其进行阐述。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本披露的实施例的配备有抑火装置的电动公交车。
图2展示了图1所示的电池组和抑火装置的液体回路。
图3展示了图1所示的抑火装置的液体回路的一部分。
图4A至4C用于展示图1所示的抑火装置的功能。
图5展示了根据本披露的第二实施例的抑火装置。
具体实施方式
图1示出了配备有电池组组件3和热管理系统5的电动公交车1。电池组组件3和热管理系统5各自安装在电动公交车1的车顶上。
电池组组件3包括三个为锂离子电池组形式的相同电池组，图1中可见其中的一个第一电池组7。每个电池组7均连接至电动公交车1的电动机(未示出)。如图1的分解部分所展示，第一电池组7包括多个电池模块9，这些电池模块位于第一壳体11中。
热管理系统5包括第一液体回路13、第二液体回路(未示出)以及第三液体回路(未示出)，第一液体回路布置在第一壳体11中的第一电池组7的下方，第二液体回路布置在位于第二壳体15中的第二电池组的下方，第三液体回路布置在位于第三壳体17中的第三电池组的下方。
液体回路13是以Z字形方式(zigzag manner)来回延伸地贯穿壳体11的管道，如图2所展示。
热管理系统5进一步包括进料管道系统18、返回管道系统19、热交换单元21和液体泵(未示出)，该液体泵被布置用于使液体循环贯穿每个液体回路13。热管理系统5用于控制电池组组件3的电池组7的温度。形成液体冷却/加热系统的热管理系统5因此被配置成使每个电池组7的温度维持在特定温度范围内，例如25℃至35℃。在第一液体回路13与第一电池组7之间布置有穿孔支撑板23，该穿孔支撑板支撑第一电池组7的电池模块9，并保护液体回路管道13免受损坏。
第一液体回路13包括沿液体回路13的全长均匀分布的多个开口25。每个这种开口25均由包括可熔部分的密封构件密封。根据本披露的实施例，第一电池组7和热管理系统5一起形成抑火装置8。
现在参考图2，第一液体回路13具有液体入口27和液体出口31，进料管道系统18的进料管道29连接至该液体入口，并且返回管道系统19的返回管道33连接至该液体出口。
每个开口25均由包括可熔部分的密封构件密封。在该实施例中，每个开口25均由呈喷嘴35形式的密封构件密封。因此在液体回路13的每个开口25中均布置有喷嘴35。喷嘴35例如是被拧入液体回路管道13中的。在该实施例中，这些开口25因此由包括喷嘴35的密封构件密封。然而，应当理解，(多个)开口25可以由另一种类型的密封构件、比如可熔塞或可熔组合物等密封。由第一电池组7和热管理系统5形成的抑制装置8能够抑制电池组7中的起火和/或防止其中的热失控。
现在参考图3，每个喷嘴35具有带有锥形部分39(从喷嘴35的流体方向上观察)的流体通道37和排出开口41。锥形部分39使得能够将液体以喷雾的形式(例如以雾化水的形式)排出。每个喷嘴的排出开口41均由可熔部分43密封。在该实施例中，可熔部分43是包含铋且熔点约为140℃的合金。优选地，预定激活温度是在135℃至145℃的范围内。
下文将参考图4A至4C来描述抑火装置8的功能。
图4A展示了第一电池组7在期望温度范围内的温度下工作的状态。典型地，那么电池组7中的温度在25℃至35℃的范围内。于是，液体在液体回路13中循环，如箭头所展示。液体如此从入口27送入并穿过液体回路管道13，并以Z字形的方式前进到液体回路13的出口31。于是可以通过热管理系统5的热交换单元从电池组7去除热量。
图4B展示了电池组7的电池模块9之一的电池单元47中的由火焰展示的起火。于是，两个喷嘴35的可熔部分43经受了异常的温度升高。
当喷嘴35处的温度超过预定激活温度(在这种情况下为140℃)时，喷嘴35中的可熔部分43就熔化，如图4C所展示，这就打开了喷嘴35的排出开口41。然后，如图4c中的箭头所展示，来自液体回路13的液体穿过喷嘴35的排出开口41排出到电池模块9所在的空间，以冷却其电池单元47。由于电池单元47中起火产生的热量，因此建立从热管理系统5的液体回路13到起火区域的流体通道。液体穿过喷嘴35以雾化液体的形式作为喷雾49排出，如图4C的上部所展示。喷雾以非常有效的方式冷却电池模块9的电池单元47，这就抑制了起火。
下文将参照图5来描述根据第二实施例的抑火装置108。许多在第一实施例中披露的特征也存在于第二实施例中，第二实施例用类似的附图标记表示类似或相同的特征。提及这一点之后，说明内容将着重解释第二实施例的不同特征。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于抑火装置108包括压力容器51。压力容器51被布置成向抑火装置108的液体回路加压并在起火时向该液体回路提供额外的呈加压液体的形式的液体。为此，压力容器51可以填充有液体(例如水或其他灭火液体)以及约达100巴的驱动气体。在该实施例中，热管理系统5的部件，例如进料管道系统、液体回路和返回管道系统的管道，被加固至能够承受至少100巴的压力。
压力容器51配备有释放阀55并通过管道联接组件53连接至液体回路，如图5示意性地展示。释放阀55可以被配置成响应于抑火装置108的液体回路中的压降和/或通过独立的传感系统而打开。压力容器51因此被布置用于在电池组7中起火时将加压液体从压力容器51分配至热管理系统5的液体回路的一个或多个开口和/或喷嘴。在该实施例中，配备有释放阀的压力容器因此通过管道接头连接至液体回路。然而，应当理解，压力容器可以通过阀组件、例如通过释放阀或单向阀直接连接至液体回路。
应当理解，在所附权利要求的范围内，上述实施例的许多变体均是可能的。
Claims (9)
1.一种用于抑制比如锂离子电池组(7)等电池组中起火的抑火装置(8)，所述装置(8)包括
所述电池组(7)，以及
热管理系统(5)，该热管理系统包括用于使液体循环以控制所述电池组(7)的温度的液体回路(13)，
其特征在于，
所述液体回路(13)包括至少一个开口(25)，该开口由包括可熔部分(43)的密封构件(35)关闭，其中，
所述可熔部分(43)被配置成当暴露在高于预定激活温度的温度下时熔化，从而允许液体穿过所述开口(25)从所述液体回路(13)排出，以在所述开口(25)附近出现温度异常升高时冷却所述电池组(7)的一部分。
2.根据权利要求1所述的抑火装置，其中，所述密封构件包括喷雾喷嘴(35)，该喷雾喷嘴的流体通道(37、39、41)由所述可熔部分(43)密封。
3.根据前述权利要求中任一项所述的抑火装置(8)，其中，所述液体回路(13)包括多个开口(25)，每个开口均由包括可熔部分(43)的密封构件(35)密封。
4.根据权利要求3所述的抑火装置，其中，每个所述密封构件均包括喷雾喷嘴。
5.根据前述权利要求中任一项所述的抑火装置(8)，其中，所述预定激活温度是100℃，更优选地是120℃并且最优选地是135℃。
6.根据前述权利要求中任一项所述的抑火装置(8)，其中，所述可熔部分包括铋和/或铟。
7.根据前述权利要求中任一项所述的抑火装置，其中，所述抑火装置进一步包括壳体(11)，该壳体被配置成容纳所述电池组(7)和所述液体回路(13)。
8.根据权利要求7所述的抑火装置，其中，所述液体回路形成所述壳体(11)的一体部件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的抑火装置(108)，其中，所述抑火装置进一步包括压力容器(51)，该压力容器通过阀组件(55)流体地连接至该热管理系统。
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