CN116960518A - 一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电动汽车动力电池热管理技术领域，提供了一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统及方法，使用温度来判断动力电池处于过热链式分解反应的哪一阶段，并针对性地采用喷射制冷剂的方法对过热的动力电池进行有效冷却。在整个换热过程中，主要以制冷剂在动力电池表面形成液膜，再进行沸腾换热为主，制冷剂在喷射空间的运动过程也会强化空间对流换热，制冷剂被喷射到动力电池表面也会加强表面对流换热，通过这些方式来显著提升换热能力，从而有效降低动力电池的温度。另外制冷剂汽化不会使动力电池出现骤冷，防止对动力电池造成损害，并可将过热链式分解反应抑制在发生热失控之前，可同时兼顾冷却效果以及健康安全性。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车动力电池热管理技术领域，尤其涉及一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统与方法。
背景技术
当电池在快速充电、老化衰减以及高温环境等极端工况下运行时，由于电池内部在高温下会发生链式分解反应，导致电池产热速率高，温度上升快。在这种情况下，需要将电池迅速降温到分解反应起始温度以下，才能使反应不再发生，否则分解反应会连续发生且产热激增，最终导致热失控的发生。而对于发生热失控的电池则通常采用一些消防措施进行处理，但此时电池会遭受较大损坏，车上的相关人员也存在安全隐患。如果能及时在电池链式分解反应阶段进行有效降温，及时阻断反应的进行，避免电池继续升温，则可减少危险并降低经济损失。
对于正在发生过热链式分解反应的电池，常见的液冷板和空冷方式的换热能力有限，不足以对电池进行有效冷却，因此需要一种能够对电池进行迅速降温的方法，阻止链式分解反应的进一步发生。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统与方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，包括：
电池箱，所述电池箱中安装有动力电池，所述动力电池上还设置有多个温度传感器，所述温度传感器用于采集动力电池的温度信息；
制冷剂恒温箱，所述制冷剂恒温箱中安装有制冷剂罐，所述制冷剂恒温箱用于为制冷剂罐中的制冷剂提供恒温环境，所述制冷剂罐与电池箱之间连接有出液管路和回液管路，所述出液管路用于将制冷剂罐中的制冷剂输送至电池箱内部，且所述出液管路位于电池箱内部的一端设置有多个制冷剂喷孔；
调压装置，所述调压装置设置于出液管路上，所述调压装置通过调节出液管路内的制冷剂的流动压力的方式使到达制冷剂喷孔处的制冷剂能够达到指定的喷射压力，所述调压装置与制冷剂罐之间的出液管路上还设置有电磁控制阀，所述电磁控制阀用于控制制冷剂在出液管道中的流动与停止；
循环泵，所述循环泵设置于回液管路上，用于将电池箱中的使用后的制冷剂通过回液管路输送回制冷剂罐中，所述循环泵与电池箱之间的回液管路上还设置有换热器，所述换热器用于对使用后的制冷剂进行降温，使其冷却至初始温度；
信号巡检控制器，所述信号巡检控制器同时与调压装置、循环泵、电磁控制阀以及温度传感器电连接，所述信号巡检控制器用于接收来自温度传感器的温度信号，并根据温度信号来控制调压装置、循环泵以及电磁控制阀。
进一步的技术方案，所述动力电池为三元锂电池或三元锂电池包，且当动力电池为三元锂电池包时，需保证三元锂电池包中的每个电池上均设置有至少一个温度传感器，从而实现对各个电池的温度的测量。
进一步的技术方案，所述制冷剂喷孔均匀地布置在动力电池的上方。
进一步的技术方案，所述出液管路远离制冷剂罐的一端贯穿电池箱并与回液管路连接，且所述出液管路通过第二三通阀与回液管路连接。
本发明实施例的另一目的在于，一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、各温度传感器对动力电池进行实时采样并反馈信号到信号巡检控制器；
步骤2、信号巡检控制器对各温度传感器反馈的信号进行判别，当各温度传感器的平均温度低于75℃时，返回步骤1，各温度传感器继续采样；若各温度传感器的平均温度不低于75℃时，继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于100℃；
步骤3、若各温度传感器的平均温度不低于100℃，则进行步骤5；若各温度传感器的平均温度低于100℃，则判定动力电池此时处于SEI膜分解反应阶段，此时通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，并控制调压装置将制冷剂压力调节至0.8MPa，同时控制电磁控制阀开启3.2s，并开启循环泵，此时冷却剂可通过制冷剂喷孔喷向动力电池，实现对动力电池的降温；
步骤4、完成制冷剂喷射降温后，经过秒判断动力电池的平均温度是否低于75℃，若动力电池的平均温度低于75℃，则认为动力电池此时未达到SEI膜分解反应发生的起始温度，关闭调压装置、循环泵以及电磁控制阀，同步恢复动力电池供电，并返回步骤1；若动力电池的平均温度仍不低于75℃，则返回步骤3；
步骤5、若各温度传感器的平均温度不低于100℃，则继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于116℃；若各温度传感器的平均温度低于116℃，则判定动力电池此时处于负极与电解液反应阶段，此时通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，控制调压装置将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀开启5.6s，并开启循环泵；若各温度传感器的平均温度不低于116℃，则继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于120℃，若各温度传感器的平均温度低于120℃，判定动力电池此时处于正极与电解液反应阶段，则通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，控制调压装置将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀开启7.2s，并开启循环泵，此时冷却剂可通过制冷剂喷孔喷向动力电池，实现对动力电池的降温；若各温度传感器的平均温度不低于120℃，判定动力电池此时处于电解液分解反应阶段，则通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，控制调压装置将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀保持持续开启，并开启循环泵，从而冷却剂通过制冷剂喷孔喷向动力电池，实现对动力电池的降温；
步骤6、在完成上述喷射降温操作后，再经过秒，判断动力电池的平均温度是否低于80℃，若平均温度低于80℃，则判定可以阻止动力电池过热链式分解反应继续进行，此时恢复动力电池的供电，同步关闭调压装置、循环泵以及关闭电磁控制阀，并返回步骤1；若平均温度不低于80℃，则返回步骤2。
本发明实施例提供的一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统与方法，使用温度作为判据来判断动力电池处于过热链式分解反应的哪一阶段，并针对性地采用喷射制冷剂的方法对过热的动力电池进行有效冷却。在瞬态喷射制冷剂时，由于制冷剂具有巨大的相变潜热，因此会在冷却表面产生较大的热流密度。在整个换热过程中，主要以制冷剂在动力电池表面形成液膜，再进行沸腾换热为主，制冷剂在喷射空间的运动过程也会强化空间对流换热，制冷剂被喷射到表面会加强表面对流换热，通过这些方式来显著提升换热能力，从而有效降低动力电池温度。另外制冷剂汽化冷却过程不像液氮冷却，不会使动力电池出现骤冷，防止因冷却过程对动力电池造成较大损害，可以有效控制住动力电池的过热链式分解反应，将其抑制在发生热失控之前，同时兼顾对动力电池的冷却效果以及其健康安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制方法的流程图；
图3为动力电池处于SEI膜分解反应阶段进行相对应的喷射操作后，动力电池的温度变化曲线图；
图4为动力电池处于负极与电解液反应阶段进行相对应的喷射操作后，动力电池的温度变化曲线图；
图5为动力电池处于正极与电解液反应阶段进行相对应的喷射操作后，动力电池的温度变化曲线图；
图6为动力电池处于电解液分解反应阶段进行相对应的喷射操作后，动力电池的温度变化曲线图。
附图中：信号巡检控制器1；制冷剂恒温箱2；制冷剂罐3；电池箱4；动力电池5；调压装置6；换热器7；循环泵8；电磁控制阀9；第一三通阀10；第二三通阀11；温度传感器12；制冷剂喷孔13。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，包括：
电池箱4，所述电池箱4中安装有动力电池5，所述动力电池5上还设置有多个温度传感器12，所述温度传感器12用于采集动力电池5的温度信息；
制冷剂恒温箱2，所述制冷剂恒温箱2中安装有制冷剂罐3，所述制冷剂恒温箱2用于为制冷剂罐3中的制冷剂提供恒温环境，保证其对动力电池5的冷却效果，所述制冷剂罐3与电池箱4之间连接有出液管路和回液管路，所述出液管路用于将制冷剂罐3中的制冷剂输送至电池箱4内部，且所述出液管路位于电池箱4内部的一端设置有多个制冷剂喷孔13；
调压装置6，所述调压装置6设置于出液管路上，所述调压装置6通过调节出液管路内的制冷剂的流动压力的方式使到达制冷剂喷孔13处的制冷剂能够达到指定的喷射压力，所述调压装置6与制冷剂罐3之间的出液管路上还设置有电磁控制阀9，所述电磁控制阀9用于控制制冷剂在出液管道中的流动与停止；
循环泵8，所述循环泵8设置于回液管路上，用于将电池箱4中的使用后的制冷剂通过回液管路输送回制冷剂罐3中，所述循环泵8与电池箱4之间的回液管路上还设置有换热器7，所述换热器7用于对使用后的制冷剂进行降温，使其冷却至初始温度；
信号巡检控制器1，所述信号巡检控制器1同时与调压装置6、循环泵8、电磁控制阀9以及温度传感器12电连接，所述信号巡检控器1用于接收来自温度传感器12的温度信号，并根据温度信号控制调压装置6、循环泵8以及电磁控制阀9。
在本发明实施例中，所述动力电池5为三元锂电池或三元锂电池包，且当动力电池5为三元锂电池包时，需保证三元锂电池包中的每个电池上均设置有至少一个温度传感器12，从而实现对各个电池的温度的测量。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述制冷剂喷孔13均匀地布置在动力电池5的上方，通过电磁控制阀9的开关来控制其启闭状态。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述出液管路远离制冷剂罐3的一端贯穿电池箱4并与回液管路连接，且所述出液管路通过第二三通阀11与回液管路连接，用于将流经出液管路的未喷射的制冷剂回收至制冷剂罐3中。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述回液管路通过多个分支管道与电池箱4的底部连接，且各分支管道通过第一三通阀10与回液管路连接，使得电池箱4中的制冷剂可快速的回流至回液管路中。
如图2所示，为本发明一个实施例提供的一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制方法，基于上述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，包括以下步骤：
步骤1、各温度传感器12对动力电池5进行实时采样并反馈信号到信号巡检控制器1；
步骤2、信号巡检控制器1对各温度传感器12反馈的信号进行判别，当各温度传感器的平均温度低于75℃时，返回步骤1，各温度传感器12继续采样；若各温度传感器的平均温度不低于75℃时，继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于100℃；
步骤3、若各温度传感器的平均温度不低于100℃，则进行步骤5；若各温度传感器的平均温度低于100℃，则判定动力电池5此时处于SEI膜分解反应阶段，此时通过信号巡检控制器1断开动力电池5的电源，并控制调压装置6将制冷剂压力调节至0.8MPa，同时控制电磁控制阀9开启3.2s，并开启循环泵8，此时冷却剂可通过制冷剂喷孔13喷向动力电池5，实现对动力电池5的降温；
步骤4、完成制冷剂喷射降温后，经过秒判断动力电池5的平均温度是否低于75℃，若动力电池5的平均温度低于75℃，则认为动力电池5此时未达到SEI膜分解反应发生的起始温度，关闭调压装置6、循环泵8以及电磁控制阀9，同步恢复动力电池5供电，并返回步骤1；若动力电池5的平均温度仍不低于75℃，则返回步骤3；
步骤5、若各温度传感器的平均温度不低于100℃，则继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于116℃；若各温度传感器的平均温度低于116℃，则判定动力电池5此时处于负极与电解液反应阶段，此时通过信号巡检控制器1断开动力电池5的电源，控制调压装置6将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀9开启5.6s，并开启循环泵8；若各温度传感器的平均温度不低于116℃，则继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于120℃，若各温度传感器的平均温度低于120℃，判定动力电池5此时处于正极与电解液反应阶段，则通过信号巡检控制器1断开动力电池5的电源，控制调压装置6将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀9开启7.2s，并开启循环泵8，此时冷却剂可通过制冷剂喷孔13喷向动力电池5，实现对动力电池5的喷射降温；若各温度传感器的平均温度不低于120℃，判定动力电池5此时处于电解液分解反应阶段，则通过信号巡检控制器1断开动力电池5的电源，控制调压装置6将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀9保持持续开启，并开启循环泵8，从而冷却剂通过制冷剂喷孔13喷向动力电池5，实现对动力电池5的降温。
步骤6、在完成上述喷射降温操作后，再经过秒，判断动力电池5的平均温度是否低于80℃，若平均温度低于80℃，则判定可以阻止动力电池5过热链式分解反应继续进行，此时恢复动力电池5的供电，同步关闭调压装置6、循环泵8以及关闭电磁控制阀9，并返回步骤1；若平均温度不低于80℃，则返回步骤2。
在本发明实施例中，根据图3、图4和图5可知，在进行制冷剂喷射后，动力电池5的温度均可以降到目标温度范围内，这说明当动力电池5处于过热链式分解反应的前三个阶段时，本发明相对应的喷射操作可以有效地进行冷却。
根据图6可知，当动力电池5处于电解液分解反应时，虽然本发明所采用的喷射操作不能有效降低动力电池5的温度，但是与无冷却电池的温升曲线相比，被喷射后的动力电池5温度上升速度变慢，可以有效延缓动力电池5热失控发生的时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，包括：
电池箱，所述电池箱中安装有动力电池，所述动力电池上还设置有多个温度传感器，所述温度传感器用于采集动力电池的温度信息；
制冷剂恒温箱，所述制冷剂恒温箱中安装有制冷剂罐，所述制冷剂恒温箱用于为制冷剂罐中的制冷剂提供恒温环境，所述制冷剂罐与电池箱之间连接有出液管路和回液管路，所述出液管路用于将制冷剂罐中的制冷剂输送至电池箱内部，且所述出液管路位于电池箱内部的一端设置有多个制冷剂喷孔；
调压装置，所述调压装置设置于出液管路上，所述调压装置通过调节出液管路内的制冷剂的流动压力的方式使到达制冷剂喷孔处的制冷剂能够达到指定的喷射压力，所述调压装置与制冷剂罐之间的出液管路上还设置有电磁控制阀，所述电磁控制阀用于控制制冷剂在出液管道中的流动与停止；
循环泵，所述循环泵设置于回液管路上，用于将电池箱中的使用后的制冷剂通过回液管路输送回制冷剂罐中，所述循环泵与电池箱之间的回液管路上还设置有换热器，所述换热器用于对使用后的制冷剂进行降温；
信号巡检控制器，所述信号巡检控制器同时与调压装置、循环泵、电磁控制阀以及温度传感器电连接，所述信号巡检控制器用于接收来自温度传感器的温度信号，并根据温度信号控制调压装置、循环泵以及电磁控制阀。
2.根据权利要求1所述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，所述动力电池为三元锂电池或三元锂电池包。
3.根据权利要求2所述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，当动力电池为三元锂电池包时，三元锂电池包中的每个电池上均设置有至少一个温度传感器。
4.根据权利要求1所述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，所述制冷剂喷孔均匀地布置在动力电池的上方。
5.根据权利要求1所述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，所述出液管路远离制冷剂罐的一端贯穿电池箱并与回液管路连接，且所述出液管路通过第二三通阀与回液管路连接。
6.根据权利要求1所述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，所述回液管路通过多个分支管道与电池箱的底部连接，且各分支管道通过第一三通阀与回液管路连接。
7.一种电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制方法，基于上述权利要求1-6任一项所述的电动汽车锂电池组过热链式分解反应抑制系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、各温度传感器对动力电池进行实时采样并反馈信号到信号巡检控制器；
步骤2、信号巡检控制器对各温度传感器反馈的信号进行判别，当各温度传感器的平均温度低于75℃时，返回步骤1，各温度传感器继续采样；若各温度传感器的平均温度不低于75℃时，继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于100℃；
步骤3、若各温度传感器的平均温度不低于100℃，则进行步骤5；若各温度传感器的平均温度低于100℃，则判定动力电池此时处于SEI膜分解反应阶段，此时通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，并控制调压装置将制冷剂压力调节至0.8MPa，同时控制电磁控制阀开启3.2s，并开启循环泵，此时冷却剂可通过制冷剂喷孔喷向动力电池；
步骤4、完成制冷剂喷射降温后，经过秒判断动力电池的平均温度是否低于75℃，若动力电池的平均温度低于75℃，则认为动力电池此时未达到SEI膜分解反应发生的起始温度，关闭调压装置、循环泵以及电磁控制阀，同步恢复动力电池供电，并返回步骤1；若动力电池的平均温度仍不低于75℃，则返回步骤3；
步骤5、若各温度传感器的平均温度不低于100℃，则继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于116℃；若各温度传感器的平均温度低于116℃，则判定动力电池此时处于负极与电解液反应阶段，此时通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，控制调压装置将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀开启5.6s，并开启循环泵；若各温度传感器的平均温度不低于116℃，则继续判断各温度传感器的平均温度是否不低于120℃，若各温度传感器的平均温度低于120℃，判定动力电池此时处于正极与电解液反应阶段，则通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，控制调压装置将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀开启7.2s，并开启循环泵，此时冷却剂可通过制冷剂喷孔喷向动力电池，实现对动力电池的喷射降温；若各温度传感器的平均温度不低于120℃，判定动力电池此时处于电解液分解反应阶段，则通过信号巡检控制器断开动力电池的电源，控制调压装置将制冷剂压力调节至2.4MPa，控制电磁控制阀保持持续开启，并开启循环泵，从而冷却剂通过制冷剂喷孔喷向动力电池；
步骤6、在完成上述喷射降温操作后，再经过秒，判断动力电池的平均温度是否低于80℃，若平均温度低于80℃，则判定可以阻止动力电池过热链式分解反应继续进行，此时恢复动力电池的供电，同步关闭调压装置、循环泵以及关闭电磁控制阀，并返回步骤1；若平均温度不低于80℃，则返回步骤2。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| 许艺怀: "锂离子电池过热过程喷射冷却作用特性研究", 《万方》, pages 3 - 4 * |
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