CN114976349A - 一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统 - Google Patents

一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，包括电池包、散热器、循环水泵、单向阀、膨胀水箱、气体发生器和起火检测装置；所述电池包设置于电池箱内，电池包表面接触有若干冷却板；膨胀水箱与电池箱中的冷却板一端连通有冷却进液管，冷却板另一端与散热器之间连通有冷却出液管，冷却出液管另一端设有两个出液支路，出液支路一与循环水泵连接，出液支路二与膨胀水箱连接；气体发生器的出气口与膨胀水箱的进气口连通；起火检测装置安装在电池箱内部，实时探测电池包的周围温度信号，并转换为电信号传输至气体发生器。本发明将冷却与灭火功能集成于一体，直接使用含阻燃成分的冷却液直接进行灭火，无需分区或增加容置腔储存灭火介质，节省空间，降低成本。

Description

一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池技术领域，具体涉及一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统。
背景技术
新能源汽车动力电池作为汽车的动力源，其充电、放电的发热会一直存在，动力电池的性能和电池温度密切相关。为尽可能延长动力电池的使用寿命并获得最大功率，需在规定温度范围内使用蓄电池。原则上在-40℃至+55℃范围内(实际电池温度)动力电池单元处于可运行状态。因此目前新能源的动力电池单元都装有冷却装置。
目前市场上，水冷式动力电池冷却系统是一种应用较为广泛的电池冷却系统，水冷式动力电池冷却系统是使用特殊的冷却液在动力电池内部的冷却液管路中流动，将动力电池产生的热量传递给冷却液，从而降低动力电池的温度。由于水冷式冷却系统依靠冷却液吸热降温，会导致汽车车身负荷较大，车辆长时间行驶时，电池产生的持续高温会导致冷却液长时间处于高温，使得水冷系统的冷却效率急速下降，进而导致电池不能得到及时散热，电池容易出现局部温度急剧升高，严重影响电池的正常供电，甚至着火等严重现象。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，以解决现有技术中，电池产生的持续高温或故障导致着火问题。
技术方案：本发明的一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，包括电池箱、散热器、循环水泵、单向阀、膨胀水箱、气体发生器和起火检测装置；电池包设置于电池箱内，电池包表面接触有若干冷却板；膨胀水箱与第一个冷却板一端之间连通有冷却进液管，电池箱另一端与散热器之间连通有冷却出液管，冷却出液管另一端设有两个出液支路，出液支路一与循环水泵连接，出液支路二与膨胀水箱连接；气体发生器的出气口与膨胀水箱的进气口连通；起火检测装置实时探测电池包周围温度信号，转换成电信号并传输至气体发生器。本发明新能源汽车动力电池冷却系统将冷却与灭火功能集成于一体，无需单独区域进行灭火，节省空间，降低成本。
进一步地，各个冷却板纵横交叉分布呈网格状，相邻两个冷却板之间放置电池包，且冷却板表面与电池包表面接触（紧密相贴），扩大接触面积以便于更快散热。
进一步地，所述冷却板整体呈中空结构，冷却板表面设有凹陷区域用作爆破口，爆破口处的壁厚小于冷却板上其他位置处的壁厚；所述冷却板分别与冷却出液管、冷却进液管相连。
进一步地，所述爆破口呈圆形凹陷状，爆破口的壁厚为0.4mm，冷却板上其他部分壁厚为0.8mm；所述爆破口易破裂材料制成（例如采用易破裂的塑料或树脂材质），爆破口的材料熔点为100℃左右，这样使得电池发生燃烧，周围温度大于等于100℃时，爆破口材料性能下降，在0.5Mpa左右冲击下会发生炸裂。
进一步地，当某电池包区域着火或温度过高时，该区域的对应冷却板上的爆破口材料性能下降，也就是该区域的对应冷却板上的爆破口破裂，同时起火检测装置将探测到高温信号传输至气体发生器，气体发生器接收到高温信号后产生大量气体给膨胀水箱对冷却进液管增压，增压后的冷却液沿管路进入冷却板的中空内部结构到达爆破口，冷却液流出以此进行灭火/降温。
进一步地，所述循环水泵与电池箱之间还设有单向阀，单向阀控制冷却液只从循环水泵中流出进入电池箱，实现冷却液的压力维持在0.02~0.5Mpa。
进一步地，所述气体发生器采用氢气发生器（还可以采用氨气发生器），在收到高温信号后通电，然后由电解池电解出氢氧混合气体，氧气排入大气，氢水分离器将氢气和水分离，氢气进入干燥器除湿后，经稳压阀和调节阀调整到额定压力至0.02 MPa～0.5MPa，最后由出气口输出至膨胀水箱，迅速给膨胀水箱中冷却液增压。
进一步地，所述冷却液采用液体阻燃剂。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）、本发明将冷却与灭火功能集成于一体，直接使用含阻燃成分的冷却液直接进行灭火，无需分区或增加容置腔储存灭火介质，节省空间，降低成本。
（2）、本发明中将各冷却板采用纵横交叉式分布呈网格状，确保每个电池包有至少三个面与冷却板直接接触，加强电池包的散热。
（3）、本发明中的冷却板由不同材质制成，圆形凹陷区域的爆破口处使用熔点在100℃左右的材料制成，在0.5Mpa左右压力下即易破裂，圆形凹陷处及爆破口处的壁厚为冷却板其余部分的一半。
（4）、当某块电池包着火或温度过高时，其周围爆破口处材料性能下降，在0.5Mpa压力下将发生破裂，而加压后含阻燃成分的冷却液进入电池箱冷却板中，只对材料性能下降的爆破口处有效，可快速有效的针对着火点进行灭火或降温。
附图说明
图1为本发明系统整体示意图；
图2为本发明中电池箱与冷却板示意图；
图3为本发明中电池箱俯视图；
图4为本发明中单片冷却板示意图；
图5为本发明中冷却板局部示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
如图1所示，本实施例的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系包括电池箱、散热器、循环水泵、单向阀、膨胀水箱、气体发生器和起火检测装置；电池包设置于电池箱内，电池包表面接触有若干冷却板；膨胀水箱与冷却板一端之间连通有冷却进液管，冷却板另一端与散热器之间连通有冷却出液管，冷却出液管另一端设有两个出液支路，出液支路一与循环水泵连接，出液支路二与膨胀水箱连接；所述气体发生器的出气口与膨胀水箱的进气口连通；所述起火检测装置实时探测电池包周围温度信号，并将其转换成电信号传输至气体发生器。当某电池包区域着火或温度过高时，该区域的对应冷却板上的爆破口处材料性能下降，同时起火检测装置将探测到高温信号转换成电信号传输至气体发生器，气体发生器接收到对应电信号后发生反应产生大量气体给膨胀水箱对冷却进液管增压，增压后的冷却液沿管路进入电池箱和冷却板的中空内部结构抵达爆破口，爆破口破裂冷却液流出以此进行灭火/降温。
电池燃烧通常为无氧燃烧，因此只有通过大量阻燃剂降温才可以阻燃，冷却液采用液体阻燃剂，由冷却液浇灌浸泡灭火，迅速高效，极大程度上降低危险性和损失程度。
本发明电池冷却系统将灭火系统与冷却系统集成于一体，无需单独区域，直接使用含有阻燃材料的冷却液进行灭火。上述冷却板结构，不仅可以对电池包进行有效散热，也可以在特殊情况下满足灭火功能，再加上冷却板由不同材质制成，圆形凹陷区域的爆破口处使用熔点在100℃左右的材料制成，在0.5Mpa左右压力下即易破裂，且圆形凹陷处及爆破口处的壁厚为冷却板其余部分的一半，如图4所示。
如图2和图3所示，本发明一实施例中，各个冷却板纵横交叉分布呈网格状，相邻两个冷却板之间放置电池包且冷却板表面与电池包表面接触，例如冷却板设置为三行六列的网格状置于电池箱内，然后将电池包一格一格放入对应网格中并保证与对应冷却板表面充分接触。
如图4所示，本发明一实施例中，冷却板整体呈中空结构（例如长方体），与电池包接触的冷却板表面设有凹陷区域（例如可以外壁和内壁同时相向凹陷，也可以仅有一侧壁凹陷），这个凹陷区域可用作爆破口，爆破口处的壁厚小于冷却板上其他位置处的壁厚，有利于在高温环境下破裂；冷却板其余部分为金属材质，可由注塑工艺将易破裂材质与金属材质进行拼接制成冷却板，冷却板分别与冷却出液管、冷却进液管相连。
为更加有利于液体流动以及高温环境下易于破裂，本实施例的爆破口设计为圆形凹陷状，爆破口的壁厚为0.4mm，冷却板上其他部分壁厚为0.8mm；爆破口易破裂材料制成（例如采用易破裂的塑料或树脂材质），爆破口的材料熔点为100℃左右，这样使得电池发生燃烧，周围温度大于等于100℃时，爆破口材料性能下降，在0.5Mpa左右冲击下会发生炸裂。
为防止膨胀水箱中增压后的冷却液分流至循环水泵回路中，降低液压，减弱对冷却板特殊材料处的冲击，在循环水泵与电池箱之间增设有单向阀，单向阀控制冷却液只从循环水泵中流出进入电池箱，实现冷却液的压力维持在0.5Mpa。
本发明一实施例中，气体发生器采用氢气发生器（包括电解池、纯水箱、氢/水分离器、收集器、干燥器、传感器、压力调节阀、开关电源等），在收到高温信号后通电，然后由电解池电解出氢氧混合气体，氧气排入大气，氢水分离器将氢气和水分离，氢气进入干燥器除湿后，经稳压阀和调节阀调整到额定压力至0.02 MPa～0.5MPa，最后由出气口输出至膨胀水箱，迅速给膨胀水箱中冷却液增压。
本实施例中起火检测装置可采用差温式探测器，当在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时，差温式探测器会报警发出高温信号，差温式探测器能够及时检测动力电池的起火或起火风险（高温），并将检测信号转换为电信号传至气体发生器。
在应用时，如图1所示，电池正常散热时，冷却液由冷却进液管从膨胀水箱流至电池箱经冷却板将电池包工作产生热量带出，再由冷却出液管流至散热器（例如风扇）对冷却液进一步散热，此时散热后的冷却液分两路（即出液支路一和出液支路二），一路流至循环水泵，由单向阀控制流入电池箱，再回到散热器处进行散热，形成一个冷却回路；另一路由散热器流回膨胀水箱，形成第二个回路。这两个回路共同作用，使得电池冷却系统正常循环工作。
本发明中，冷却液的材料选择成既能够承担用于冷却动力电池的冷却剂的功能还能够承担用作灭火剂的功能，此冷却液由阻燃材料制成或含有阻燃材料成分。一旦电池包发生着火或持续高温（温度≥100℃）时，冷却板上爆破口材料性能下降，强度减弱；同时起火检测装置收集到高温信号，传输至气体发生器，气体发生器接收高温信号后迅速工作，经其自带的稳压阀、调节阀调整到额定压力（0.5Mpa左右可调）由出口输出至膨胀水箱，迅速给膨胀水箱中冷却液增压，增压后冷却液流入电池箱中，循环水泵前设置的单向阀阻止加压后的冷却液回流至水泵，从而保证冷却液压强在0.5Mpa左右。在此压力下，由于高温性能减弱的冷却板凹陷处破裂，冷却液流入电池包进行灭火。
在实际使用过程中，当车辆电池系统中的动力电池因碰撞、短路等异常原因造成起火、爆炸等危险情况时，本发明系统将冷却液作为灭火剂释放到着火电池包所在的空间进行灭火，从而消除火情，或至少缓减火势危险以给车辆内的乘员留出更多的逃生时间。
如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：包括电池包、散热器、循环水泵、单向阀、膨胀水箱、气体发生器和起火检测装置；所述电池包设置于电池箱内，电池包表面接触有若干冷却板；
所述膨胀水箱与电池箱中的冷却板一端连通有冷却进液管，冷却板另一端与散热器之间连通有冷却出液管，冷却出液管另一端设有两个出液支路，出液支路一与循环水泵连接，出液支路二与膨胀水箱连接；
所述气体发生器的出气口与膨胀水箱的进气口连通；
所述起火检测装置安装在电池箱内部，实时探测电池包的周围温度信号，并转换为电信号传输至气体发生器。
2.根据权利要求1所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：各个冷却板纵横交叉分布呈网格状，相邻两个冷却板之间放置电池包，且冷却板表面与电池包表面接触。
3.根据权利要求1所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：所述冷却板整体呈中空结构，各冷却板之间相通，冷却板表面设有凹陷区域用作爆破口，爆破口处的壁厚小于冷却板上其他位置处的壁厚；所述冷却板分别与冷却出液管、冷却进液管相连。
4.根据权利要求3所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：所述爆破口呈圆形凹陷状，爆破口的壁厚为0.4mm，冷却板上其他部分壁厚为0.8mm；所述爆破口易破裂材料制成，爆破口的材料熔点为95℃~100℃，冷却板其余部分为金属材质，此处易破裂材料与金属材料可由注塑工艺拼接制成冷却板。
5.根据权利要求1所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：当某电池包区域着火或温度过高时，同时起火检测装置将探测到高温信号转换成电信号传输至气体发生器，气体发生器接收到高温信号后产生大量气体给膨胀水箱对冷却进液管增压，增压后的冷却液沿管路进入冷却板的中空内部结构抵达爆破口，以此进行灭火/降温。
6.根据权利要求1所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：所述循环水泵与电池箱之间还设有单向阀，单向阀控制冷却液只从循环水泵中流出进入电池箱，实现冷却液的压力维持0.02 Mpa ~0.5Mpa。
7.根据权利要求1所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：所述气体发生器采用氢气发生器，在收到高温信号后通电，然后由电解池电解出氢氧混合气体，氧气排入大气，氢水分离器将氢气和水分离，氢气进入干燥器除湿后，经稳压阀和调节阀调整到额定压力至0.02 MPa～0.5MPa，最后由出气口输出至膨胀水箱，迅速给膨胀水箱中冷却液增压。
8.根据权利要求1所述的自灭火的新能源汽车动力电池冷却系统，其特征在于：所述冷却液采用液体阻燃剂。
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