CN116387676A - 一种电池包 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电池包，包括壳体、储箱和第一冷却管；所述壳体内部形成有容置腔，所述储箱内部可与所述壳体外部进行热交换；所述第一冷却管设于所述容置腔中，所述第一冷却管的两端均与所述储箱内部连通以形成第一冷却回路，所述第一冷却回路中设有具有灭火功能的第一冷却剂；所述第一冷却回路具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动以间接将所述容置腔中的热量带走；在所述第二状态下，所述第一冷却回路向所述容置腔中喷射所述第一冷却剂以直接降低所述容置腔中的温度。本发明的电池包集散热和消防与一体，具有结构简单、安全性高以及实用性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池包。
背景技术
UPS(不间断电源)作为一种新型不间断电源技术，可以很好的解决市电中断或瞬变对负载产生的不良影响，还可以保证输出优质正弦波。因此，中大型UPS越来越广泛的应用于军事、金融、医疗、化工、电力、机场、铁路等关乎国计民生和国家安全的各个方面。中大型UPS的动力源能量要求较大,电池单体的需求数量也较大,就需要将多个电池单体(电芯)组成电池模组,并由多个电池模组串联或并联而组成电池包。
电池包发生的起火燃烧事故，主要是由于电池内部热失控和热失控扩散导致的。热失控(Thermal runaway)是指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路、电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下，导致电池内部的正、负极自身发热，或者直接短路，触发“热引发”，热量无法扩散，温度逐步上升，电池中负极表面的SEI(SolidElectrolyte Interface)膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应(热分解)。直到某一温度点，温度和内部压力急剧增加，电池的能量在瞬间转换成热能，形成单个电池燃烧或爆炸。
在现有技术中，主要通过在电池包外部单独配置冷却系统对电池包进行冷却，但由于电池包内部所在的环境内自然风流动性较差，导致冷却效果不理想、电池包内部散热效果差。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种电池包，旨在解决电池包内部散热效果差的问题。
为实现上述目的，本发明提出的电池包，包括：
壳体，其内形成有容置腔；
储箱，其内部可与所述壳体外部进行热交换；
第一冷却管，设于所述容置腔中，所述第一冷却管的两端均与所述储箱内部连通以形成第一冷却回路，所述第一冷却回路中设有具有灭火功能的第一冷却剂；
所述第一冷却回路具有与所述容置腔分隔的第一状态以及与所述容置腔连通的第二状态，在所述第一状态下，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动以间接将所述容置腔中的热量带走；在所述第二状态下，所述第一冷却回路向所述容置腔中喷射所述第一冷却剂以直接降低所述容置腔中的温度。
在一实施例中，所述储箱内部设有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室通过导热板分隔开，所述第一腔室与所述第一冷却管的两端连通形成所述第一冷却回路；
所述电池包还包括至少部分设于所述壳体外部的冷却系统，所述冷却系统与所述第一腔室连通，用以通过所述第二腔室对所述第一腔室中的第一冷却剂进行冷却。
在一实施例中，所述冷却系统包括设于所述壳体外部的第二冷却管，所述第二冷却管的两端均与所述第二腔室连通以形成第二冷却回路，所述第二冷却回路中设有第二冷却剂，所述第二冷却剂在所述第二冷却回路中循环流动。
在一实施例中，所述第一冷却回路上设有第一循环泵，以使所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动；和/或，
所述第二冷却回路上设有第二循环泵，以使所述第二冷却剂在所述第二冷却回路中循环流动。
在一实施例中，所述储箱一端由散热材料制成且该端可与所述壳体外部进行热交换。
在一实施例中，所述储箱包括相连接的箱本体和散热片，所述散热片设于所述箱本体由散热材料制成端的外侧，用以增大所述储箱与所述壳体外部的热交换面积。
在一实施例中，所述第一冷却管至少部分由导热件制成。
在一实施例中，所述第一冷却管至少部分由火探管组成。
在一实施例中，所述第一冷却管或所述储箱上设有可开合的控制阀，用以控制所述第一冷却回路与所述容置腔分隔或连通；或者，
所述电池包还包括热敏线，所述热敏线设于所述容置腔中且其一端与所述第一冷却管或所述储箱连接，所述热敏线用以在所述电池包需要消防时将所述第一冷却管或所述储箱胀破，以使所述第一冷却回路由所述第一状态切换为所述第二状态。
在一实施例中，所述电池包还包括设于所述容置槽中的电池模组，当所述电池模组的温度低于预设值时，所述第一冷却回路处于所述第一状态，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动以间接降低所述电池模组的温度；当所述电池模组的温度达到预设值时，所述第一冷却回路处于所述第二状态，所述第一冷却回路向所述容置腔中喷射所述第一冷却剂以直接降低所述电池模组温度或对所述电池模组进行灭火。
本发明技术方案通过将所述储箱和所述第一冷却管连通形成第一冷却回路，解决了电池包内部散热效果差的问题。在本发明中，由于所述第一冷却管是设置于所述壳体中的，所述第一冷却管可以直接对所述壳体内部进行高效冷却，既可以提高所述电池包的工作效率，还可以初步预防所述电池模组燃烧的情况发生，当所述第一冷却回路处于所述第一状态时，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路循环流动，所述第一冷却剂在所述第一冷却管中与所述容置腔进行热交换以对所述容置腔中的所述电池模组进行冷却，而后所述第一冷却剂流至所述储箱中与所述壳体外部进行热交换以将所述储箱中的所述第一冷却剂进行冷却，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动以持续对所述容置腔中的所述电池模组进行冷却；另外，由于当所述电池模组燃烧时，所述第一冷却剂可以从所述第一冷却回路中喷出以对所述电池模组进行消防灭火，避免了电池模组燃烧时灭火不及时的情况发生。本发明的电池包集散热和消防与一体，具有结构简单、安全性高以及实用性强的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明电池包在一实施例中的结构示意图；
图2是本发明电池包在另一实施例中的结构示意图；
图3是本发明电池包在又一实施例中的结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 电池包 | 10 | 壳体 |
| 11 | 容置腔 | 30 | 储箱 |
| 31 | 第一腔室 | 32 | 导热板 |
| 33 | 第二腔室 | 50 | 第一冷却管 |
| 51 | 第一冷却回路 | 53 | 导热件 |
| 70 | 第二冷却管 | 71 | 第二冷却回路 |
| 90 | 电池模组 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“主要由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
本发明提出一种电池包100。
请参阅图1，在本发明实施例中，所述电池包100包括壳体10、储箱30和第一冷却管50；所述壳体10内部形成有容置腔11，所述储箱30内部可与所述壳体10外部进行热交换；所述第一冷却管50设于所述容置腔11中，所述第一冷却管50的两端均与所述储箱30内部连通以形成第一冷却回路51，所述第一冷却回路51中设有具有灭火功能的第一冷却剂；所述第一冷却回路51具有与所述容置腔11分隔的第一状态以及与所述容置腔11连通的第二状态，在所述第一状态下，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路51中循环流动以间接将所述容置腔11中的热量带走；在所述第二状态下，所述第一冷却回路51向所述容置腔11中喷射所述第一冷却剂以直接降低所述容置腔11中的温度以进行消防灭火。
更具体的，所述电池包100还包括设于所述容置腔11中的电池模组90，所述第一冷却管50可环绕所述电池模组90设置或设于所述电池模组90的一侧，当所述电池模组90未燃烧时，所述第一冷却回路51处于所述第一状态，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路51中循环流动以对所述电池模组90进行冷却；当所述电池模组90燃烧时，所述第一冷却回路51处于所述第二状态，所述第一冷却回路51向所述容置腔11中喷射所述第一冷却剂以对所述电池模组90进行消防灭火，其中，在所述第二状态下，所述第一冷却剂可以从所述第一冷却管50中喷出或者从所述储箱30中喷出。
所述第一冷却剂具有较好的比热容和导热系数，所述第一冷却剂的选择具有多样性，只要能够同时具备冷却和灭火功能且便于在所述第一冷却回路51中循环流动即可，在此不做特别限定。所述第一冷却剂从所述第一冷却回路51喷出前后可均呈液态或气体，或所述第一冷却剂从所述第一冷却回路51喷出前后分别呈液态和气态，在此不做特别限定，本领域技术人员可根据所选择的所述第一冷却剂的种类进行合理设计。作为举例，所述第一冷却剂可选用水、1，2-二溴四氟乙烷、四氟二溴乙烷、七氟丙烷或全氟己酮。
一般来说，所述第一冷却管50的导热系数越大，所述第一冷却剂对所述容置腔11中所述电池模组90的冷却效率越高。请参阅图2，在一实施例中，所述第一冷却管50至少部分由导热件53制成，所述导热件53可以呈管状结构或片材结构，当所述导热件53为片材结构时，所述导热件53可以以散热翅片的形式作为所述第一冷却管50的一部分，所述导热件53的材质可以选用导热金属、导热硅胶或导热石墨。
本发明技术方案通过将所述储箱30和所述第一冷却管50连通形成第一冷却回路51，解决了电池包100内部散热效果差的问题。在本发明中，由于所述第一冷却管50是设置于所述壳体10中的，所述第一冷却管50可以直接对所述壳体10内部进行高效冷却，既可以提高所述电池包100的工作效率，还可以初步预防所述电池模组90燃烧的情况发生，当所述第一冷却回路51处于所述第一状态时，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路51循环流动，所述第一冷却剂在所述第一冷却管50中与所述容置腔11进行热交换以对所述容置腔11中的所述电池模组90进行冷却，而后所述第一冷却剂流至所述储箱30中与所述壳体10外部进行热交换以将所述储箱30中的所述第一冷却剂进行冷却，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路51中循环流动以持续对所述容置腔11中的所述电池模组90进行冷却；另外，由于当所述电池模组90燃烧时，所述第一冷却剂可以从所述第一冷却回路51中喷出以对所述电池模组90进行消防灭火，避免了电池模组90燃烧时灭火不及时的情况发生。本发明的电池包100集散热和消防与一体，具有结构简单、安全性高以及实用性强的特点。
请参阅图3，所述储箱30中的第一冷却液与所述壳体10外部进行热交换的方式具有多种选择。在一实施例中，所述储箱30内部设有第一腔室31和第二腔室33，所述第一腔室31和所述第二腔室33通过导热板32分隔开，所述第一腔室31与所述第一冷却管50的两端连通形成所述第一冷却回路51；所述电池包100还包括至少部分设于所述壳体10外部的冷却系统，所述冷却系统与所述第一腔室31连通，用以通过所述第二腔室33对所述第一腔室31中的第一冷却剂进行冷却。在本实施例中，所述冷却系统通过降低所述第二腔室33中的空气或其他导热介质的温度间接通过所述导热板32将所述第一腔室31中的所述第一冷却液进行冷却。所述导热板32的具体材质可参照上述导热件53的材质，当然，所述导热板32还可以由其他材质制成，只要符合具有较高的传热效率即可，在此不做特别限定。
在一实施例中，所述第二腔室33中填充有第二冷却剂，所述第二冷却剂可封存于所述第二腔室33中被所述冷却系统冷却，或者使所述第二冷却剂在所述第二腔室33和所述冷却系统中循环流动以被所述冷却系统冷却。所述第二冷却剂的选择具有多样性，可以是液体或气体，所述第二冷却剂的种类可参照所述第一冷却剂，当然，所述第二冷却剂的种类也可以不同于所述第一冷却剂，在此不做特别限定，只要具有较强的冷却效果且符合使用安全标准即可。
在一实施例中，所述第二冷却剂为液态，所述冷却系统包括液冷机房，所述液冷机房与所述第二腔室33连通，所述第二冷却剂在所述液冷机房和所述第二腔室33之间循环流动，在所述第一腔室31中的所述第一冷却剂和所述第二腔室33中的所述第二冷却剂进行热交换以对所述第一冷却剂进行冷却后，所述第二腔室33中的所述第二冷却剂流动至所述液冷机房中进行冷却，而后所述液冷机房中被冷却的所述第二冷却剂流动至所述第二腔室33中，该过程不断循环以持续将所述第一腔室31中的所述第一冷却剂进行冷却。
在一实施例中，所述冷却系统包括设于所述壳体10外部的第二冷却管70，所述第二冷却管70的两端均与所述第二腔室33连通以形成第二冷却回路71，所述第二冷却回路71中设有所述第二冷却剂，所述第二冷却剂在所述第二冷却回路71中循环流动；所述第二冷却剂流入所述第二腔室33中对所述第一腔室31中的所述第一冷却剂进行冷却，而后所述第二冷却剂流入所述第二冷却管70中与所述壳体10外部进行热交换以被冷却，所述第二冷却剂在所述第二冷却回路71中循环流动以持续对所述第一冷却剂进行冷却。
其中，所述第二冷却管70中的所述第二冷却剂可以直接被所述第二冷却管70外部的空气冷却，还可以在所述第二冷却管70的管道上安装一个冷却器以使所述第二冷却剂流经所述冷却器时被冷却，或在所述第二冷却管70的外部安装一个冷却装置以通过所述第二冷却管70的管壁间接对所述第二冷却管70中的所述第二冷却剂进行冷却。显然的，相对于第一种，后两种的冷却效率和设备成本都会更高，在一实施例中，所述第二冷却管70外部设置有液冷机房，该液冷机房用以对所述第二冷却管70的管壁进行冷却，进而将所述第二冷却管70中的所述第二冷却液进行冷却。所述第二冷却管70管所选用的材质可参照所述第一冷却管50。
可以理解的，所述第一冷却回路51上设有第一循环泵，以使所述第一冷却剂在所述第一冷却回路51中循环流动，所述第一循环泵可以设置在所述第一冷却管50的管道上或设置在所述储箱30中的所述第一冷却回路51上。所述第二冷却回路71上设有第二循环泵，以使所述第二冷却剂在所述第二冷却回路71中循环流动，所述第二循环泵设置于所述第二冷却管70的管道上。
所述储箱30还可以通过其自身箱壁使所述储箱30中的第一冷却剂与所述壳体10外部进行热交换。具体的，所述储箱30一端由散热材料制成且该端（即所述储箱30由散热材料制成的一端）可与所述壳体10外部进行热交换。
在一实施例中，所述储箱30由导热金属或导热合金制成，所述壳体10上开有开口，所述储箱30的一端设于所述开口处或者穿过所述开口伸出所述壳体10外部，所述储箱30中的所述第一冷却剂通过所述储箱30的腔壁与所述壳体10外部进行热交换。所述储箱30包括相连接的箱本体和散热片，所述散热片垂直设于所述箱本体背向所述容置腔11的一侧，用以增大所述储箱30与所述壳体10外部的热交换面积，所述散热片的数量为多个，多个所述散热片平行间隔设置，所述散热片可以由导热金属或其他散热材料制成。为了进一步增大所述第一冷却剂与所述壳体10外部空气的热交换效率，所述散热片背向所述箱本体的一侧还设有风扇，所述风扇朝向所述散热片方向吹风。
请继续参照图3，在另一实施例中，所述壳体10和所述储箱30均由导热金属或导热合金制成，所述储箱30设置于所述壳体10内部，所述储箱30与所述壳体10一同成型，在该实施例中，可通过冷却所述壳体10对所述储箱30内部的所述第一冷却剂进行冷却，所述第一冷却剂的热量依次通过所述储箱30的箱壁、所述壳体10散发出所述壳体10外部。
同理的，为了提高所述第一冷却剂与所述壳体10外部空气的热交换效率，可以在所述壳体10外侧设置多个散热翅片以增大所述壳体10的散热面积，或者在所述壳体10外部设置风扇以增大所述壳体10传热速率。
将所述第一冷却回路51由所述第一状态转换为所述第二状态的方式有多种。在一实施例中，所述第一冷却管50至少部分由火探管组成，当所述电池模组90燃烧时，所述第一冷却管50由火探管组成的部位在高温下熔融胀破，使得所述第一冷却回路51中的所述第一冷却剂从所述第一冷却管50的胀破处向所述容置腔11中喷出，以对所述电池模组90进行灭火。
在另一实施例中，所述第一冷却管50或所述储箱30上设有可开合的控制阀，用以控制所述第一冷却回路51与所述容置腔11分隔或连通。具体的，所述控制阀可以为电磁阀、压力阀或其他类型的阀门，所述容置腔11中还设有感应件，所述感应件与所述控制阀连接以控制所述控制阀的开合，所述感应件通过感应所述电池模组90周侧的温度或有无烟气产生识别出所述电池模组90是否燃烧，当所述电池模组90燃烧时，所述感应件控制所述控制阀打开，所述第一冷却剂从所述储箱30或所述第一冷却管50向所述容置腔11中喷射。
在一实施例中，所述电池包100还包括热敏线，所述热敏线设于所述容置腔11中且其一端与所述第一冷却管50或所述储箱30连接，所述热敏线用以在所述电池包100需要消防时将所述第一冷却管70或所述储箱30胀破，以使所述第一冷却回路51由所述第一状态切换为所述第二状态。所述热敏线为由感温自燃材料制成的线型结构，其在达到一定温度时将自燃，且利用自燃产生的热量将所述第一冷却管50或所述储箱30胀破，以使所述第一冷却剂从所述第一冷却管50或所述储箱30中喷出，进而实现对所述容置腔11中的所述电池模组90进行消防灭火。
需要说明的是，上述提供的两种将所述第一冷却回路51由所述第一状态转换为所述第二状态的方式仅作为示例性说明，本领域技术人员还可以根据具体情况设计其他转换方式，在此不做特别限定。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。
Claims (10)
1.一种电池包，其特征在于，包括：
壳体，其内形成有容置腔；
储箱，其内部可与所述壳体外部进行热交换；
第一冷却管，设于所述容置腔中，所述第一冷却管的两端均与所述储箱内部连通以形成第一冷却回路，所述第一冷却回路中设有具有灭火功能的第一冷却剂；
所述第一冷却回路具有与所述容置腔分隔的第一状态以及与所述容置腔连通的第二状态，在所述第一状态下，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动以间接将所述容置腔中的热量带走；在所述第二状态下，所述第一冷却回路向所述容置腔中喷射所述第一冷却剂以直接降低所述容置腔中的温度。
2.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述储箱内部设有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室通过导热板分隔开，所述第一腔室与所述第一冷却管的两端连通形成所述第一冷却回路；
所述电池包还包括至少部分设于所述壳体外部的冷却系统，所述冷却系统与所述第一腔室连通，用以通过所述第二腔室对所述第一腔室中的第一冷却剂进行冷却。
3.如权利要求2所述的电池包，其特征在于，所述冷却系统包括设于所述壳体外部的第二冷却管，所述第二冷却管的两端均与所述第二腔室连通以形成第二冷却回路，所述第二冷却回路中设有第二冷却剂，所述第二冷却剂在所述第二冷却回路中循环流动。
4.如权利要求3所述的电池包，其特征在于，所述第一冷却回路上设有第一循环泵，以使所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动；和/或，
所述第二冷却回路上设有第二循环泵，以使所述第二冷却剂在所述第二冷却回路中循环流动。
5.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述储箱一端由散热材料制成且该端可与所述壳体外部进行热交换。
6.如权利要求5所述的电池包，其特征在于，所述储箱包括相连接的箱本体和散热片，所述散热片设于所述箱本体由散热材料制成端的外侧，用以增大所述储箱与所述壳体外部的热交换面积。
7.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述第一冷却管至少部分由导热件制成。
8.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述第一冷却管至少部分由火探管组成。
9.如权利要求1述的电池包，其特征在于，所述第一冷却管或所述储箱上设有可开合的控制阀，用以控制所述第一冷却回路与所述容置腔分隔或连通；或者，
所述电池包还包括热敏线，所述热敏线设于所述容置腔中且其一端与所述第一冷却管或所述储箱连接，所述热敏线用以在所述电池包需要消防时将所述第一冷却管或所述储箱胀破，以使所述第一冷却回路由所述第一状态切换为所述第二状态。
10.如权利要求1至9任一项所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括设于所述容置槽中的电池模组，当所述电池模组的温度低于预设值时，所述第一冷却回路处于所述第一状态，所述第一冷却剂在所述第一冷却回路中循环流动以间接降低所述电池模组的温度；当所述电池模组的温度达到预设值时，所述第一冷却回路处于所述第二状态，所述第一冷却回路向所述容置腔中喷射所述第一冷却剂以直接降低所述电池模组温度或对所述电池模组进行灭火。
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