CN114759309B - 一种动力电池热失控被动安全系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于新能源电动汽车技术领域的动力电池热失控被动安全系统,所述的动力电池热失控被动安全系统的进气管路(5)一端连通压气机(8),进气管口(14)上设置防爆阀Ⅰ(6),进气接头(10)通过进气支管(15)与进气管路(5)连通,进气接头(10)内设置易熔材料片Ⅰ(11),排气管路(2)一端连通排气机(3),排气管口(16)上设置防爆阀Ⅱ(7),排气接头(13)内设置易熔材料片Ⅱ(12),本发明所述的动力电池热失控被动安全系统,出现局部热点时,通过强制风冷局部热点,降低电芯温度,并通过大流量空气稀释,控制高浓度的可燃烟气达到可燃界限以下并安全排出到电池外部,从而有效灭火性能可靠,提升动力电池安全性。

Description

一种动力电池热失控被动安全系统
技术领域
本发明属于新能源电动汽车技术领域,更具体地说,是涉及一种动力电池热失控被动安全系统。
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。这些喷射出的混合物温度较高,可达几百甚至上千摄氏度,并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:提供一种结构简单,电池未出现局部热点时确保风冷整体管路处于断开状态,出现局部热点时,通过强制风冷局部热点,降低电芯温度,并通过大流量空气稀释,控制高浓度的可燃烟气达到可燃界限以下并安全排出到电池外部,从而有效灭火性能可靠,提升动力电池安全性的动力电池热失控被动安全系统。
要解决以上所述的技术问题,本发明采取的技术方案为:
本发明为一种动力电池热失控被动安全系统,包括多个电池模组、排气管路、进气管路,进气管路一端连通压气机,压气机的进气管口上设置防爆阀Ⅰ,每个电池模组的进气接头通过进气支管与进气管路连通,进气接头内设置易熔材料片Ⅰ,排气管路一端连通排气机,排气机的排气管口上设置防爆阀Ⅱ,每个电池模组的排气接头通过排气支管与排气管路连通,排气接头内设置易熔材料片Ⅱ。
所述的动力电池热失控被动安全系统还包括电池外壳,多个电池模组均设置在电池外壳内。
所述的动力电池热失控被动安全系统的每个电池模组一端设置进气接头,每个电池模组另一端设置排气接头。
所述的进气管口和排气管口分别穿过电池外壳,防爆阀Ⅰ和防爆阀Ⅱ分别固定安装在电池外壳上。
所述的压气机和排气机分别连接电动马达。
所述的动力电池热失控被动安全系统的电池模组的某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统设置为能够检测到电芯温度或者电芯电压的异常,进而控制电动马达带动压气机和排气机工作的结构。
所述的动力电池热失控被动安全系统控制电动马达带动压气机和排气机工作时,发生热失控的电芯产生的高温气体设置为能够将所在电池模组的进气接头内的易熔材料片Ⅰ和排气接头内的易熔材料片Ⅱ熔化,使得该电池模组内的进气接头通道和排气接头通道均被打开的结构。
所述的压气机和排气机共用一台电动马达。
所述的动力电池热失控被动安全系统的进气管路另一端连通最外侧一排电池模组的进气支管,排气管路另一端连通最外侧一排电池模组的排气支管。
采用本发明的技术方案,能得到以下的有益效果:
本发明所述的动力电池热失控被动安全系统,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。当电池模组未出现电芯热失控时,防爆阀Ⅰ和防爆阀Ⅱ关闭,而每个电池模组的易熔材料片Ⅰ封闭进气接头,每个电池模组的易熔材料片Ⅱ封闭排气接头,此时,电池模组正常工作。而当某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统检测到电芯温度或者电芯电压的异常,控制电动马达带动压气机和排气机工作。此时,发生热失控的电池模组的易熔材料片Ⅰ和易熔材料片Ⅱ受到局部高温而熔化,此时,该电池模组内进气通道和排气通道被打开。电池包外部的空气会被压气机抽入该电池模组内部,而后进入出现热失控的电池模组内,大量气体可以稀释、冷却可燃气体,并把可燃气体的浓度和温度降到爆炸极限下。在压气机和排气机的共同作用下,高速气流可以将被稀释、冷却后的气体,经排气管路排出到电池包外,完成一个工作循环。本发明所述的动力电池热失控被动安全系统,结构简单,电池未出现局部热点时确保风冷整体管路处于断开状态,出现局部热点时,通过强制风冷局部热点,降低电芯温度,并通过大流量空气稀释,控制高浓度的可燃烟气达到可燃界限以下并安全排出到电池外部,从而有效灭火性能可靠,提升动力电池安全性。
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为本发明所述的动力电池热失控被动安全系统的结构示意图;
图2为本发明所述的动力电池热失控被动安全系统的电池模组的局部结构示意图;
附图中标记分别为:1、电池模组,2、排气管路,3、排气机,4、电动马达,5、进气管路,6、防爆阀Ⅰ,7、防爆阀Ⅱ,8、压气机,9、电池外壳,10、进气接头、11、易熔材料片Ⅰ,12、易熔材料片Ⅱ,13,排气接头,14、进气管口,15、进气支管,16、排气管口,17、排气支管。
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2所示,本发明为一种动力电池热失控被动安全系统,包括多个电池模组1、排气管路2、进气管路5,进气管路5一端连通压气机8,压气机8的进气管口14上设置防爆阀Ⅰ6,每个电池模组1的进气接头10通过进气支管15与进气管路5连通,进气接头10内设置易熔材料片Ⅰ11,排气管路2一端连通排气机3,排气机3的排气管口16上设置防爆阀Ⅱ7,每个电池模组1的排气接头13通过排气支管17与排气管路2连通,排气接头13内设置易熔材料片Ⅱ12。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。当电池模组未出现电芯热失控时,防爆阀Ⅰ6和防爆阀Ⅱ7关闭,而每个电池模组的易熔材料片Ⅰ11封闭进气接头,每个电池模组的易熔材料片Ⅱ12封闭排气接头,此时,电池模组正常工作。而当某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统检测到电芯温度或者电芯电压的异常,控制电动马达4带动压气机8和排气机3工作。此时,发生热失控的电池模组的易熔材料片Ⅰ11和易熔材料片Ⅱ12受到局部高温而熔化,此时,该电池模组内进气通道和排气通道被打开。电池包外部的空气会被压气机抽入该电池模组内部,而后进入出现热失控的电池模组内,大量气体可以稀释、冷却可燃气体,并把可燃气体的浓度和温度降到爆炸极限下。在压气机和排气机的共同作用下,高速气流可以将被稀释、冷却后的气体,经排气管路排出到电池包外,完成一个工作循环。本发明所述的动力电池热失控被动安全系统,结构简单,电池未出现局部热点时确保风冷整体管路处于断开状态,出现局部热点时,通过强制风冷局部热点,降低电芯温度,并通过大流量空气稀释,控制高浓度的可燃烟气达到可燃界限以下并安全排出到电池外部,从而有效灭火性能可靠,提升动力电池安全性。
所述的动力电池热失控被动安全系统还包括电池外壳9,多个电池模组1均设置在电池外壳9内。上述结构,电池外壳可以有不同尺寸,从而使得不同尺寸的电池外壳可以放置不同竖梁的电池模组,形成满足不同需求的电池包。而电池包的多个电池模组层叠放置,固定可靠。
所述的动力电池热失控被动安全系统的每个电池模组1一端设置进气接头10,每个电池模组1另一端设置排气接头13。上述结构,电池包的每个电芯都处于正常状态时,无局部热点出现,防爆阀Ⅰ6和防爆阀Ⅱ7关闭,而每个电池模组的易熔材料片Ⅰ11封闭进气接头,每个电池模组的易熔材料片Ⅱ12封闭排气接头,电池模组正常工作。
所述的进气管口14和排气管口16分别穿过电池外壳9,防爆阀Ⅰ6和防爆阀Ⅱ7分别固定安装在电池外壳9上。上述结构,进气管口实现外部空气的吸入,快速通过进气管路5输送到发生热失控的电池模组内,冷却电池模组的气体通过排气管路2输送到电池包外部。
所述的压气机8和排气机3分别连接电动马达4。
所述的动力电池热失控被动安全系统的电池模组1的某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统设置为能够检测到电芯温度或者电芯电压的异常,进而控制电动马达4带动压气机8和排气机3工作的结构。所述的动力电池热失控被动安全系统控制电动马达4带动压气机8和排气机3工作时,发生热失控的电芯产生的高温气体设置为能够将所在电池模组1的进气接头10内的易熔材料片Ⅰ11和排气接头13内的易熔材料片Ⅱ12熔化,使得该电池模组1内的进气接头通道和排气接头通道均被打开的结构。上述结构,在电池模组的某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统检测到局部高温,而后启动冷却。这样,不需要外部灭火降温,能够快速实现主动降温,消除隐患。
所述的压气机8和排气机3共用一台电动马达4。上述结构,根据需要,也可以是压气机和排气机分别通过一台电动马达驱动控制。
所述的动力电池热失控被动安全系统的进气管路5另一端连通最外侧一排电池模组1的进气支管15,排气管路2另一端连通最外侧一排电池模组2的排气支管17。上述结构,进气支管实现进气的输送,并且分别连通各个电池模组,排气支管实现排气的输出,并且连通各个电池模组,这样,任何一个电池模组的电芯出现热失控,都能够快速进行干涉,有效进行冷却和灭火,从而提高电池的整体安全性。
本发明所述的动力电池热失控被动安全系统,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。当电池模组未出现电芯热失控时,防爆阀Ⅰ和防爆阀Ⅱ关闭,而每个电池模组的易熔材料片Ⅰ封闭进气接头,每个电池模组的易熔材料片Ⅱ封闭排气接头,此时,电池模组正常工作。而当某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统检测到电芯温度或者电芯电压的异常,控制电动马达带动压气机和排气机工作。此时,发生热失控的电池模组的易熔材料片Ⅰ和易熔材料片Ⅱ受到局部高温而熔化,此时,该电池模组内进气通道和排气通道被打开。电池包外部的空气会被压气机抽入该电池模组内部,而后进入出现热失控的电池模组内,大量气体可以稀释、冷却可燃气体,并把可燃气体的浓度和温度降到爆炸极限下。在压气机和排气机的共同作用下,高速气流可以将被稀释、冷却后的气体,经排气管路排出到电池包外,完成一个工作循环。本发明所述的动力电池热失控被动安全系统,结构简单,电池未出现局部热点时确保风冷整体管路处于断开状态,出现局部热点时,通过强制风冷局部热点,降低电芯温度,并通过大流量空气稀释,控制高浓度的可燃烟气达到可燃界限以下并安全排出到电池外部,从而有效灭火性能可靠,提升动力电池安全性。
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 (6)

1.一种动力电池热失控被动安全系统,其特征在于:包括多个电池模组(1)、排气管路(2)、进气管路(5),进气管路(5)一端连通压气机(8),压气机(8)的进气管口(14)上设置防爆阀Ⅰ(6),每个电池模组(1)的进气接头(10)通过进气支管(15)与进气管路(5)连通,进气接头(10)内设置易熔材料片Ⅰ(11),排气管路(2)一端连通排气机(3),排气机(3)的排气管口(16)上设置防爆阀Ⅱ(7),每个电池模组(1)的排气接头(13)通过排气支管(17)与排气管路(2)连通,排气接头(13)内设置易熔材料片Ⅱ(12);
所述的动力电池热失控被动安全系统的每个电池模组(1)一端设置进气接头(10),每个电池模组(1)另一端设置排气接头(13);
所述的动力电池热失控被动安全系统的电池模组(1)的某个电芯发生热失控时,动力电池热失控被动安全系统设置为能够检测到电芯温度或者电芯电压的异常,进而控制电动马达(4)带动压气机(8)和排气机(3)工作的结构;
所述的动力电池热失控被动安全系统控制电动马达(4)带动压气机(8)和排气机(3)工作时,发生热失控的电芯产生的高温气体设置为能够将所在电池模组(1)的进气接头(10)内的易熔材料片Ⅰ(11)和排气接头(13)内的易熔材料片Ⅱ(12)熔化,使得该电池模组(1)内的进气接头通道和排气接头通道均被打开的结构;
电池未出现局部热点时确保风冷整体管路处于断开状态,电池出现局部热点时,通过强制风冷局部热点,降低电芯温度,并通过空气稀释,控制高浓度的可燃烟气达到可燃界限以下并安全排出到电池外部,灭火性能可靠。
2.根据权利要求1所述的动力电池热失控被动安全系统,其特征在于:所述的动力电池热失控被动安全系统还包括电池外壳(9),多个电池模组(1)均设置在电池外壳(9)内。
3.根据权利要求2所述的动力电池热失控被动安全系统,其特征在于:所述的进气管口(14)和排气管口(16)分别穿过电池外壳(9),防爆阀Ⅰ(6)和防爆阀Ⅱ(7)分别固定安装在电池外壳(9)上。
4.根据权利要求1或2所述的动力电池热失控被动安全系统,其特征在于:所述的压气机(8)和排气机(3)分别连接电动马达(4)。
5.根据权利要求4所述的动力电池热失控被动安全系统,其特征在于:所述的压气机(8)和排气机(3)共用一台电动马达(4)。
6.根据权利要求1或2所述的动力电池热失控被动安全系统,其特征在于:所述的动力电池热失控被动安全系统的进气管路(5)另一端连通最外侧一排电池模组(1)的进气支管(15),排气管路(2)另一端连通最外侧一排电池模组的排气支管(17)。
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