CN114801891A - 一种多功能的电池热管理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池热管理技术领域，提供了一种多功能的电池热管理系统及其工作方法，包括空调系统和电池模块，其中，所述空调系统通过依次连接的总开关和节流阀与电池模块连接；所述空调系统包括储气罐，所述储气罐的连接总开关；所述电池模块包括多个电池支路，每个所述电池支路包括多个依次连接的电池，每个电池连接一个喷嘴；且每个所述电池支路与节流阀之间设置有支路温度感应阀门；本发明增添了温度感应阀、储气罐和喷嘴等设备，这套复合功能系统在满足电动汽车所需制冷量或制热量的同时，利用工质本身具有不易燃烧和经过节流阀后温度迅速降低的特性，实现电池的降温效果，并实现极端条件下的阻燃和防爆功能。

Description

一种多功能的电池热管理系统及其工作方法

技术领域

本发明属于电池热管理技术领域，具体涉及一种多功能的电池热管理系统及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

燃料主要是以煤炭，石油等化石燃料，大量的使用会造成严重的环境污染问题。电动能源汽车的出现，在一定程度上减少了化石燃料的使用，同时电池的安全性成为一个重点关注的问题。一般来说，电动汽车都具有自己的电池系统，那就会面临有电池失效、爆炸等一系列安全问题。

电池发生热失控的时候，会在短时间内迅速升温，温度过高电池容易发生爆炸甚至引起火灾，这种情况下会造成更大的安全事故，无法减少和避免电池发生热失控时带来的危害和损失。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种多功能的电池热管理系统及其工作方法，本发明能够实现制热、制冷和电池冷却及灭火的复合功能，增添了温度感应阀、储气罐和喷嘴等设备。对于电动汽车来说，不需要特别增添独立的设备或者系统就可以提高电池的安全性，这套复合功能系统在满足电动汽车所需制冷量或制热量的同时，利用工质本身具有不易燃烧和经过节流阀后温度迅速降低(焦耳-汤姆逊效应)的特性，实现电池的降温效果，并实现极端条件下的阻燃和防爆功能。

根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种多功能的电池热管理系统，采用如下技术方案：

一种多功能的电池热管理系统，包括空调系统和电池模块，其中，所述空调系统通过依次连接的总开关和节流阀与电池模块连接；

所述空调系统包括储气罐，所述储气罐的连接总开关；

所述电池模块包括多个电池支路，每个所述电池支路包括多个依次连接的电池，每个电池连接一个喷嘴；且每个所述电池支路与节流阀之间设置有支路温度感应阀门。

进一步地，所述储气罐连接室内换热器，所述室内换热器连接四通换向阀。

进一步地，所述四通换向阀还分别连接压缩机以及室外换热器，所述室外换热器还连接空调节流阀。

进一步地，所述空调节流阀还连接储气罐。

进一步地，所述储气罐内储存有多余工质和二氧化碳。

进一步地，所述支路温度感应阀门设置在电池支路与节流阀连接的一端，所述支路温度感应阀门的一端连接多个串联在一起的喷嘴。

进一步地，所述支路温度感应阀门分别与总开关以及压缩机开关电连接。

根据一些实施例，本发明的第二方案提供了如第一方案所述的一种多功能的电池热管理系统的工作方法，采用如下技术方案：

一种多功能的电池热管理系统的工作方法，包括：

当电池发生热失控时，相应电池支路温度感应阀门感受到温度变化的异常信号，并将信号传递给总开关、压缩机的开关以及发生异常的电池支路的开关；

压缩机关闭，同时总开关和发生异常的电池支路开关开启；

储气罐中喷射出的二氧化碳经过节流阀，发生焦耳-汤姆逊效应，温度迅速降低，在喷嘴处继续降温增速喷射到对应的电池上；

当电池正常运行时，电池模块和空调系统两者内部互不影响，各自处于正常的运行状态，电池模块提供电力，空调系统提供制冷所需的冷量和制热所需的热量。

进一步地，制冷循环过程，包括：

低温低压的制冷工质进入压缩机，被压缩至高温高压状态，通过四通换向阀进入室外换热器，向室外放热变成中温高压的液体，然后进入空调节流阀，经过节流后的工质变成低温的液体，进入储气罐，罐内存有多余的二氧化碳；工质进入室内换热器，向室内提供需要的冷量，实现制冷循环，然后回到压缩机，完成制冷循环。

进一步地，制热循环过程，包括：

低温低压的工质进入压缩机，被压缩至高温高压状态，通过四通换向阀进入室内换热器，高温高压的工质向室内供热，提供室内所需要的热量，工质进入储气罐中，然后工质进入节流阀变成低温的工质，经过室外换热器，向室外放热后进入压缩机，完成制热循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明增添了温度感应阀、储气罐和喷嘴等设备。对于电动汽车来说，不需要特别增添独立的设备或者系统就可以提高电池的安全性，这套复合功能系统在满足电动汽车所需制冷量或制热量的同时，利用工质本身具有不易燃烧和经过节流阀后温度迅速降低(焦耳-汤姆逊效应)的特性，实现电池的降温效果，并实现极端条件下的阻燃和防爆功能。

2、本发明对于电池的温度变化有准确的检测，当电池温度发生异常时，支路温度感应阀门可以及时的接受到相应的温度信号。对于喷射的二氧化碳，理想状态应该是温度较低速度较快，短时间能使得电池温度迅速变低，隔绝周围空气，造成低氧环境，防止产生爆炸。

3、本发明的储气罐要在电池温度发生异常变化的时候及时向电池喷射足量的二氧化碳，提供的工质质量要能使得电池温度降低和避免爆炸。

4、本发明为了提高喷射的时候对于失效电池的准确性，所以选择设计多条支路，对应控制每个模块的电池组，能够更加准确有效的对失效电池组实现降温效果，当不同位置的电池发生热失效时，相应支路温度感应阀门打开，电池组可以实现准确高效的降温。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例所述的一种多功能的电池热管理系统的结构示意图；

图中：

1-压缩机；2-四通换向阀，3-室外换热器；4-空调节流阀；5-储气罐；6-室内换热器；7-总开关；8-节流阀；9-支路温度感应阀门；10-喷嘴；11-电池。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种多功能的电池热管理系统，

一种多功能的电池热管理系统，包括空调系统和电池模块，其中，所述空调系统通过依次连接的总开关7和节流阀8与电池模块连接；

空调系统包括压缩机1；四通换向阀2，室外换热器3；空调节流阀4；储气罐5以及室内换热器6；电池模块包括多个电池支路，每个电池支路上包括支路温度感应阀门9；喷嘴10和多个电池11。

所述空调系统包括储气罐5，所述储气罐5的连接总开关7；

所述电池模块包括多个电池支路，每个所述电池支路包括多个依次连接的电池11，每个电池11连接一个喷嘴10；且每个所述电池支路与节流阀8之间设置有支路温度感应阀门9。

总开关7所在的管路和储气罐5相连接。在电池正常运行时，总开关7处于关闭状态，以防止气体从储气罐5泄露后经过节流阀8温度降低，长时间停滞冻坏管道。

节流阀8的作用是电池发生异常时，从储气罐喷射出的二氧化碳经过节流阀后降温，防止储存在气罐内的气体温度比较高，当电池发生热失控时影响喷射后的降温效果。

支路温度感应阀门9，当电池发生热失控的时候能短时间内察觉到温度异常，感受到异常之后打开对应的支路开关，使得二氧化碳顺利通过管路。喷嘴10增加工质流速。

所述储气罐5连接室内换热器6，所述室内换热器6连接四通换向阀2。

储气罐，将多余工质储存在罐体中，当换热量改变时可以满足流量变化的需求，也可以为后续的电池冷却及灭火提供工质。

所述四通换向阀2还分别连接压缩机1以及室外换热器3，所述室外换热器3还连接空调节流阀4，所述空调节流阀4还连接储气罐5。

压缩机1，二氧化碳气体进入压缩机后经过加压升温成为高温高压的气体；四通换向阀2，可以实现工质的路径的转变。

所述储气罐5内储存有多余工质和二氧化碳。

所述支路温度感应阀门9设置在电池支路与节流阀8连接的一端，所述支路温度感应阀门9的一端连接多个串联在一起的喷嘴10。

所述支路温度感应阀门9分别与总开关7以及压缩机1开关电连接。

实施例二

如图1所示，本实施例提供了如实施例一所述的一种多功能的电池热管理系统的工作方法，

一种多功能的电池热管理系统的工作方法，包括：

当电池发生热失控时，相应电池支路温度感应阀门感受到温度变化的异常信号，并将信号传递给总开关、压缩机的开关以及发生异常的电池支路的开关；

压缩机关闭，同时总开关和发生异常的电池支路开关开启；

储气罐中喷射出的二氧化碳经过节流阀，发生焦耳-汤姆逊效应，温度迅速降低，在喷嘴处继续降温增速喷射到对应的电池上；

1.发生电池失效等事故时

整个循环过程中，储气罐中一直保存有能够长时间喷射二氧化碳的质量。每一块电池支路上面都有单独的支路温度感应阀门9温度检测装置，当某块电池发生热失控的时候，相应支路装置感受到温度变化的异常信号，然后将信号传递给连接到储气罐的总开关7、压缩机1的开关和支路温度感应阀门9相应支路的开关。迅速关闭压缩机，防止复合功能系统的热泵循环继续运行对电池的热失控造成更加严重的影响，同时打开总开关7和支路温度感应阀门9相应支路阀门，电池模块的管路打通，防止二氧化碳温度较高降低了电池的降温效果，所以从储气罐中喷射出的二氧化碳经过节流阀8，发生焦耳-汤姆逊效应，温度迅速降低，在喷嘴10处继续降温增速喷射到对应的电池上，大量低温二氧化碳短时间内充满失效电池的周围，实现隔绝空气和降低电池温度的效果，防止电池爆炸。如果喷射过后电池依旧发生爆炸，由于电池在爆炸之前已经喷射出大量的二氧化碳，周围环境的二氧化碳浓度较高，氧气浓度很低，不容易发生二次爆炸和着火，安全性得到提高，降低了电池失效的危害。

当电池正常运行时，电池模块和空调系统两者内部互不影响，各自处于正常的运行状态，电池模块提供电力，空调系统提供制冷所需的冷量和制热所需的热量。

进一步地，制冷循环过程，包括：

低温低压的制冷工质进入压缩机，被压缩至高温高压状态，通过四通换向阀进入室外换热器，向室外放热变成中温高压的液体，然后进入空调节流阀，经过节流后的工质变成低温的液体，进入储气罐，罐内存有多余的二氧化碳；工质进入室内换热器，向室内提供需要的冷量，实现制冷循环，然后回到压缩机，完成制冷循环。

进一步地，制热循环过程，包括：

低温低压的工质进入压缩机，被压缩至高温高压状态，通过四通换向阀进入室内换热器，高温高压的工质向室内供热，提供室内所需要的热量，工质进入储气罐中，然后工质进入节流阀变成低温的工质，经过室外换热器，向室外放热后进入压缩机，完成制热循环。

上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，包括空调系统和电池模块，其中，所述空调系统通过依次连接的总开关和节流阀与电池模块连接；

所述空调系统包括储气罐，所述储气罐的连接总开关；

所述电池模块包括多个电池支路，每个所述电池支路包括多个依次连接的电池，每个电池连接一个喷嘴；且每个所述电池支路与节流阀之间设置有支路温度感应阀门。

2.如权利要求1所述的一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，所述储气罐还连接室内换热器，所述室内换热器连接四通换向阀。

3.如权利要求2所述的一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，所述四通换向阀还分别连接压缩机以及室外换热器，所述室外换热器还连接空调节流阀。

4.如权利要求3所述的一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，所述空调节流阀还连接储气罐。

5.如权利要求4所述的一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，所述储气罐内储存有多余工质和二氧化碳。

6.如权利要求1所述的一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，所述支路温度感应阀门设置在电池支路与节流阀连接的一端，所述支路温度感应阀门的一端连接多个串联在一起的喷嘴。

7.如权利要求6所述的一种多功能的电池热管理系统，其特征在于，所述支路温度感应阀门分别与总开关以及压缩机开关电连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种多功能的电池热管理系统的工作方法，其特征在于，包括：

当电池发生热失控时，相应电池支路温度感应阀门感受到温度变化的异常信号，并将信号传递给总开关、压缩机的开关以及发生异常的电池支路的开关；

压缩机关闭，同时总开关和发生异常的电池支路开关开启；

储气罐中喷射出的二氧化碳经过节流阀，发生焦耳-汤姆逊效应，温度迅速降低，在喷嘴处继续降温增速喷射到对应的电池上；

当电池正常运行时，电池模块和空调系统两者内部互不影响，各自处于正常的运行状态，电池模块提供电力，空调系统提供制冷所需的冷量和制热所需的热量。

9.如权利要求8一种多功能的电池热管理系统的工作方法，其特征在于，制冷循环过程，包括：

低温低压的制冷工质进入压缩机，被压缩至高温高压状态，通过四通换向阀进入室外换热器，向室外放热变成中温高压的液体，然后进入空调节流阀，经过节流后的工质变成低温的液体，进入储气罐，罐内存有多余的二氧化碳；工质进入室内换热器，向室内提供需要的冷量，实现制冷循环，然后回到压缩机，完成制冷循环。

10.如权利要求8一种多功能的电池热管理系统的工作方法，其特征在于，制热循环过程，包括：

低温低压的工质进入压缩机，被压缩至高温高压状态，通过四通换向阀进入室内换热器，高温高压的工质向室内供热，提供室内所需要的热量，工质进入储气罐中，然后工质进入节流阀变成低温的工质，经过室外换热器，向室外放热后进入压缩机，完成制热循环。

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