CN117941127A - 车辆用电池组 - Google Patents

Abstract

车辆所具有的车辆用电池组包括：电池模块，其具有多个电池单元和分隔部，所述分隔部在所述多个电池单元的排列方向上配置在所述多个电池单元之间，内部配置有隔热材料，内部填充有冷却溶剂；气化气体释放阀，其通过所述分隔部内的所述冷却溶剂的气化所引起的压力上升而工作，将因所述气化而产生的气化气体从所述分隔部中释放；连结管道，其连结多个所述气化气体释放阀；检测传感器，其检测所述气化气体释放阀中的所述气化气体的释放。

Description

车辆用电池组

技术领域

本发明涉及车辆中搭载的电池组的技术领域。

背景技术

例如，在混合动力汽车和电动汽车等构成为能够通过电动发动机的动力驱动车轮的电动车中，搭载有用于向电动发动机供电的电池(二次电池)。

电池的放电特性一般会因温度而变化，在电池温度为高温的情况下，需要冷却该电池。

在电池的冷却中，优选构成为电池单元间的热移动容易进行。由此，在电池单元变成局部高温状态的情况下，热量会向周围的电池单元和冷却介质移动，从而进行该电池单元的冷却。

在这种电池组中，已知有在平时电池单元间的热移动容易进行而在电池组热失控时电池单元间的热移动不易进行的构成(下述专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/169044号

发明内容

发明所要解决的课题

检测电池单元的热失控的发生很重要。准确及早地检测到热失控，能够让车辆移动到安全的地方，让乘员迅速撤离等。

因此，本发明是鉴于这种问题而完成的，目的在于提供具有能够兼顾电池单元的冷却效率和隔热两者并能够检测到热失控的构成的车辆用电池组。

解决课题的手段

本发明涉及的车辆用电池组包括：电池模块，其具有多个电池单元和分隔部，所述分隔部在所述多个电池单元的排列方向上配置在所述多个电池单元之间，内部配置有隔热材料，内部填充有冷却溶剂；气化气体释放阀，其通过伴随所述分隔部内的所述冷却溶剂的气化所引起的压力上升而工作，将因所述气化而产生的气化气体从所述分隔部中释放；连结管道，其连结多个所述气化气体释放阀；检测传感器，其检测所述气化气体释放阀中的所述气化气体的释放。

由此，当分隔部中有冷却溶剂作为液体存在时，热量可以通过分隔部在相邻的两个电池单元之间高效移动。然后，当电池单元发生热失控时，随着该电池单元的温度上升，冷却溶剂会发生气化并从分隔部向外部释放，由此，通过两个电池单元经由隔热材料和气化气体而相邻，可以显著减少电池单元间的热传导性。

另外，根据压力传感器等检测传感器的传感器值来计量连结管道内的压力，由此可以检测到因冷却溶剂的气化而产生的气化气体的发生。

发明效果

根据本发明，能够提供具有能够兼顾电池单元的冷却效率和隔热两者并能够检测到热失控的构成的车辆用电池组。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的车辆用电池组的构成例的概略剖面图；

图2是以剖面形式表示分隔部的一部分的立体图；

图3是分隔部的剖面图；

图4是表示车辆用电池组的一部分的立体图；

图5是用于说明冷却溶剂气化时的排出路径的图；

图6是控制部为了检测热失控的发生而执行的处理的相关流程图；

图7是车辆用电池组的变形例的构成例的相关说明图。

具体实施方式

下面结合附图，对用于实施本发明的车辆用电池组1的实施方式进行说明。

<1.车辆用电池组的构成>

本发明的车辆用电池组1的构成例示于图1。

车辆用电池组1包括：由下壳体2和上壳体3构成的外壳单元4；配置在由外壳单元4形成的内部空间5中的1个或多个电池模块6；对电池模块6进行输入输出的监控和冷却，或者获取电压、电流、压力等各种传感器值的电池ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)7；冷却电池模块6的冷却器8。

下壳体2形成为在上方开口的盒状。上壳体3安装成从上部堵住下壳体2的该开口，由此使内部空间5形成为密闭空间。

电池模块6具有多个电池单元9以及配置在该电池单元9之间的分隔部10而构成。

电池单元9和分隔部10分别形成为扁平的立方体形状，在其厚度方向上相邻交错配置。电池单元9和分隔部10相邻的方向例如是车辆前后方向，在之后的说明中记作“排列方向”。

分隔部10在内部填充有冷却溶剂，由此能够与电池单元9之间进行高效的热交换。

图1所示的分隔部10分别与两个电池单元9相邻。通过分隔部10彼此相邻的两个电池单元9可以分别与分隔部10进行热交换，由此电池单元9彼此可以间接地进行热交换。由此，当一个电池单元9变成高温时，可以使热量散到通过相邻的分隔部10而彼此相邻的电池单元9。

分隔部10通过在平时在电池单元9和冷却溶剂之间进行热交换，从而起到使电池单元9局部产生的热量分散的作用，而在发生热失控时冷却溶剂会蒸发，因此填充冷却溶剂的空间转换为气体，会使与电池单元9的热交换的效率明显下降。

由此，分隔部10在平时会促进与电池单元9的热交换，在发生热失控时会抑制与电池单元9的热交换。

另外，冷却溶剂需要根据构成车辆用电池组1的各部分的材料而适当地选择。具体地，作为构成车辆用电池组1的材料，如果认为在100摄氏度熔融的材料最佳，则需要选择在低于100摄氏度的温度蒸发的冷却溶剂。由此，可以防止材料的熔融造成电力短路或发生延烧。

下面结合图2，对分隔部10的构成例进行说明。

分隔部10由密闭性高的壳部11和配置在壳部11内部的隔热材料12构成。

隔热材料12具有多个细孔13而构成，在该细孔13的内部保存有冷却溶剂。隔热材料12例如由多孔陶瓷等形成。

细孔13形成为在与隔热材料12的厚度方向正交的平面内二维排列，各自的直径一致。细孔13的直径例如为几mm(毫米)等。

如图3所示，在隔热材料12和壳部11之间设置有空隙14，如图中梨皮纹所示，冷却溶剂可以通过空隙14在细孔13之间移动。空隙14的宽度例如低于1mm等。

另外，分隔部10的壳部11的上表面形成有将变成气化气体的冷却溶剂向外部排出的排出孔10a。

因冷却溶剂在细孔13内和空隙14处气化而产生的气化气体经过空隙14移动到上方后，通过排出孔10a向分隔部10的外部排出。

需要说明的是，也可以在隔热材料12的面向排列方向的面上设置高度与空隙14的长度大致相同的凸部(未图示)，由此构成为隔热材料12的一部分与壳部11的内表面接触。

通过构成为隔热材料12通过凸部与壳部11的内表面接触，可以在有力从排列方向对壳部11施加的情况下防止壳部11变形和破损，能够避免内部填充的冷却溶剂向壳部11外流出。因此，能够维持冷却溶剂在电池单元9之间的热交换功能。

车辆用电池组1具有用于将因分隔部10内部填充的冷却溶剂气化而产生的气化气体排出的构成等。

具体地，车辆用电池组1具有连接管道15、连结管道16、检测传感器17和终端部18。

电池ECU7、电池单元9、分隔部10、连接管道15、连结管道16、检测传感器17和终端部18的构成例示于图4。

需要说明的是，图4中，对电池模块6所具有的电池单元9和分隔部10中的一部分予以图示。

电池单元9的上表面设置有正极端子19p和负极端子19m。图1中，对正极端子19p和负极端子19m不做区分，仅记作“端子19”。

与各端子19连接的线缆在图1和图4中省略图示。

在分隔部10的上部形成的排出孔10a，连接有在上下方向上延伸且形成为圆筒形的连接管道15。

与各分隔部10连接的多个连接管道15通过与连结管道16连接而分别连通。即，在各分隔部10中由于冷却溶剂气化而产生的气化气体会通过连接管道15而流入连结管道16。

连结管道16形成为在排列方向上延伸的圆筒形，作为排列方向上的一个端部的第一端部16a与检测传感器17连接，并且作为另一个端部的第二端部16b与终端部18连接。

检测传感器17是检测与连结管道16连接的任意分隔部16中冷却溶剂气化而产生的气化气体的发生的传感器。

作为该检测传感器17，考虑有检测冷却溶剂中含有的物质的传感器。例如，如果冷却溶剂是含有特定化学物质而构成的液体，则该检测传感器17是检测冷却溶剂气化而产生的气化气体中的该化学物质，或者气化时的化学反应所产生的物质的传感器等。另外，如果冷却溶剂是水，则也可以使用湿度传感器等作为检测传感器17。进一步地，如果冷却溶剂是醇类溶剂，则也可以使用醇传感器等作为检测传感器17。

另外，作为检测传感器17，也可以采用能够检测产生气化气体而引起的压力上升的压力传感器17A。图4所示的示例是使用压力传感器17A作为检测传感器17的示例。

检测传感器17通过通信线20与电池ECU7连接，从而能够进行通信。即，检测传感器17将检测到的传感器值输出到电池ECU7，电池ECU7根据输入的传感器值执行后述的处理。

为了减小连结管道16的内部压力，终端部18形成有用于将气化气体向外部释放的释放孔18a。由此，能够抑制连结管道16内的压力过高，防止检测传感器17的故障和连结管道16的破损等。

在连接管道15的内部和终端部18的内部分别设置有阀机构。具体结合图5进行说明。

在连接管道15的内部设置有用于将分隔部10内部产生的气化气体释放到连结管道16的气化气体释放阀21(用虚线表示)。

气化气体释放阀21会根据分隔部10内部的压力自动开关。即，当气化气体的产生导致分隔部10的内部压力高于规定阈值时，气化气体释放阀21变为开放状态，对分隔部10的内部压力进行调整，使其不再上升。

终端部18的内部设置有减压阀22(用虚线表示)。与气化气体释放阀21相同，当连结管道16的内部压力上升时，减压阀22在规定的时间变为开放状态，使气化气体从连结管道16释放。

需要说明的是，如图1所示，终端部18的释放孔18a与排出管道连结，冷却溶剂的气化而产生的气化气体通过该排出管道向车外排出。

由此，可以防止气化气体进入车室内，提高乘员的安全性。

图1所示的电池ECU7对各部分的电压、温度、SOC(State Of Charge，充电状态)和SOH(State Of Health，健康状态)等进行监控，以通过高电压的电池单元9或电池模块6进行适当的供电。

另外，在本实施方式中，电池ECU7获取作为检测传感器17的压力传感器17A的传感器值，判定电池单元9是否发生了热失控。

当电池ECU7检测到电池单元9发生了热失控时，电池ECU7进行将电池单元9电力切断的处理。另外，电池ECU7或其他ECU等控制部在检测到热失控时会向乘员指示撤离等。

冷却器8如图1所示，在外壳单元4的下部相邻配置，从下方冷却电池模块6。

冷却器8的内部循环有水等冷却溶剂，该冷却溶剂被未图示的冷却装置等冷却，从而保持对电池模块6的冷却效果。

<2.流程图>

电池ECU7或其他ECU(以下仅记作“控制部”)进行检测电池单元9中热失控的发生的处理。下面结合图6，对控制部执行的处理进行说明。

控制部在图6的步骤S101中，判定系统是否为开启(オン)状态。系统开启的状态是指判定车辆的控制系统是否为启动状态的处理，例如，也可以是判定是否为车辆能够行驶的状态的处理。

如果判定不是系统开启状态，则控制部重复步骤S101的处理。

另一方面，如果判定为系统处于开启状态，则控制部在步骤S102中让检测传感器17(以下记作压力传感器17A)进行探测，从而开始获取传感器值。

控制部在步骤S103中开始计量检测时间。这里，检测时间是指从压力传感器17A开始获取压力传感器值开始所经过的时间。

控制部在步骤S104中让压力传感器17A开始进行初始化处理，接着在步骤S105中判定检测时间是否达到初始化时间，由此判定是否经过了初始化时间。

初始化时间是指直到步骤S104中开始的压力传感器17A的初始化处理完成为止所需要的时间。即，控制部在步骤S105中待机，直到初始化处理完成。

需要说明的是，在初始化处理中，会确认压力传感器17A中获取的压力传感器值是否为正常值。因此，初始化处理会在步骤S102的压力传感器值的获取开始之后进行。

控制部在步骤S106中计算出压力传感器值的变化量。压力传感器值在步骤S103的处理后以数百毫秒(msec)或1秒的周期获取。在步骤S106中，控制部计算压力传感器值的最新值与前次值的差，从而计算出变化量。

控制部在步骤S107中判定先前计算出的压力传感器值的变化量是否大于等于热失控判定阈值。如果发生了热失控，则之后一段时间压力传感器值会持续增加。控制部通过检测出压力传感器值的上升，可以检测到热失控发生的初始举动。

需要说明的是，本构成的控制部不是判定压力传感器值大于等于阈值，而是判定压力传感器值的变化量大于等于阈值。当压力传感器17A发生故障时，可能会陷入规定传感器值持续输出的状态。这时，如果采用判定压力传感器值大于等于阈值的构成，则可能会误测到热失控的发生。另一方面，通过判定压力传感器值的变化量为阈值的本构成，则能够防止误测到热失控的发生。

当判定压力传感器值的变化量大于等于热失控阈值时，控制部在步骤S108中开始计量压力上升经过时间。压力上升经过时间是从发生压力上升开始的经过时间。

控制部在步骤S109中，判定压力上升经过时间是否大于等于去抖阈值。去抖阈值是指为了防止在压力传感器值的变化量首次超过热失控判定阈值时会发生的去抖导致错误判定热失控而设定的阈值，例如设为几秒钟。

即，通过确认在基于去抖阈值的一定期间(例如几秒间)压力传感器值的变化量持续超过热失控判定阈值，能够防止热失控判定中的误判。

如果压力上升经过时间低于去抖阈值，则控制部返回步骤S107的判定处理。

需要说明的是，当在步骤S107中判定压力传感器值的变化量低于热失控判定阈值时，控制部在步骤S110中将压力上升经过时间归零，返回步骤S107的处理。

在步骤S109中，当判定压力上升经过时间大于等于去抖阈值时，即，当持续检测到一定以上的压力上升时，控制部在步骤S111中将热失控标记设为“1”。即，控制部在步骤S111中检测到热失控的发生。

控制部在步骤S112中进行热失控发生的相关应对处理。应对处理例如是对电池模块6中的各电池单元9进行电力切断处理，还有向乘员指示撤离。

向乘员指示撤离例如可以通过配置在驾驶员能够目视到的位置的显示器等进行，也可以通过语音输出进行。

<3.变形例>

下面对上述车辆用电池组1的变形例进行说明。

车辆用电池组1B如图7所示，可以具有分隔部10的数量少于上述示例的电池模块6B而构成。

具体地，关于电池模块6B所具有的电池单元9，在排列方向中的一方相邻配置有电池单元9，在排列方向中的另一方相邻配置有分隔部10。换言之，每组两个电池单元9相邻设置有一个分隔部10。

由此，所有电池单元9都与分隔部10相邻，热量会在电池单元9之间高效移动，同时减少了分隔部10的数量，由此可以实现电池模块6B的小型化。

因此，可以缩短车辆用电池组1B在排列方向上的长度，从而能够缩小车辆用电池组1B的配置空间。另外，还能够提高车辆用电池组1B的配置自由度。此外，也能够提高车辆用电池组1B以外的车辆装备的配置自由度，以及提高车辆装备的形状的自由度。

在上述车辆用电池组1中，示出了在连结管道16的第一端部16a设置有一个检测传感器17的示例，但是也可以在每个电池单元9设置检测传感器17。

由此，能够确定发生了热失控的电池单元9。因此，可以减少作为电力切断处理对象的电池单元9，容易保证用于使车辆移动到安全地方的最低限度的动力。

上述配置在终端部18内部的减压阀22可以在连结管道16内的压力达到规定压力时自动开关，但是也可以在电池ECU7等的控制下开关。例如，电池ECU7在压力传感器17A的传感器值大于等于规定阈值时控制减压阀22变成开放状态，在低于规定阈值时控制减压阀22变成关闭状态。

当减压阀22设置成自然开关的情况下，减压阀22的制造误差会导致开放的时间产生偏差。

另一方面，当设置成根据压力传感器17A的传感器值进行控制时，通过抑制压力传感器17A的检测误差，可以减小开放时间的偏差，能够抑制压力传感器17A等的故障。

车辆用电池组1可以采用在外壳单元4的下方配置冷却器8的液冷方式，也可以采用不在外壳单元4的下方配置冷却器8的空冷方式。由此，可以实现车辆用电池组1的小型化。

需要说明的是，上述各示例可以任意组合。

<4.总结>

如上述各示例中的说明所述，混合动力汽车和电动汽车等可以通过电动发动机的动力驱动车轮的电动车所搭载的车辆用电池组1(1B)包括：电池模块6(6B)，其具有多个电池单元9和分隔部10，分隔部10在多个电池单元9的排列方向(例如车辆前后方向)上配置在多个电池单元9之间，内部配置有隔热材料12，内部填充有冷却溶剂；气化气体释放阀21，其通过分隔部10内的冷却溶剂的气化所引起的压力上升而工作，将因气化而产生的气化气体从分隔部10中释放；连结管道16，其连结多个气化气体释放阀21；检测传感器17(例如压力传感器17A)，其检测气化气体释放阀21中的气化气体的释放。

由此，当分隔部10中有冷却溶剂作为液体存在时，热量可以通过分隔部10在相邻的两个电池单元9之间高效移动。而且，当电池单元9发生热失控时，随着该电池单元9的温度上升，冷却溶剂会发生气化并从分隔部10向外部释放，由此，通过两个电池单元9经由隔热材料12和气化气体而相邻，因此可以显著阻挡电池单元9间的热传导性。

另外，根据压力传感器17A等检测传感器17的传感器值来计量连结管道16内的压力，由此可以检测到因冷却溶剂的气化而产生的气化气体的发生。

因此，既能够提高未发生热失控时的电池单元9的冷却性能，又能够抑制发生热失控时发生向周围的电池单元9的延烧。而且，控制器检测到电池单元9发生热失控，由此能够迅速告知驾驶员等，因此能够在保证用于使车辆行驶到安全地带并停止的时间的同时，提高乘员的安全性。

另外，多个电池单元9通过连结管道16连接，由此对电池模块6设置一个检测传感器17即可。由此，可以减少部件数量。

另外，在车辆用电池组1(1B)中，也可以具有用于减小连结管道16内的压力的减压阀22。

因电池单元9的热失控而产生的热量会使冷却溶剂气化导致压力上升，此时减压阀22工作，由此会减小分隔部10内的压力。

需要说明的是，减压阀22设为开放状态时的压力设定为大于热失控标记设为“1”时的压力。由此，可以防止在检测到热失控前减压阀22开放导致连结管道16内的压力减小。

进一步地，车辆用电池组1(1B)中的隔热材料12也可以具有保存冷却溶剂的多个细孔13。

例如，在横跨与排列方向正交的平面而被设置成扁平立方体形状的分隔部10上设置有多个细孔13，对于该多个细孔13，排列方向被作为轴向。

因此，细孔13中填充的冷却溶剂通过壳部11与两个电池单元9相邻，由此可以提高热传导性。另外，采用了设置有多个细孔13的隔热材料12的构成，与不配置隔热材料12而在空心的内部空间填充冷却溶剂的构成相比，可以提高分隔部10的强度，防止从外部施加的力导致分隔部10变形。另外，分隔部10被从排列方向向电池单元9强力按压，使得冷却溶剂与电池单元9之间的热交换效率更高。因此，在防止分隔部10对电池单元9的按压导致分隔部10变形方面，也优选在分隔部10的内部空间中配置隔热材料12。

需要说明的是，虽然也可以将分隔部10的壳部11形成得更坚固，使得分隔部10在来自排列方向的按压下不易变形，但这样会导致分隔部10的重量加大。分隔部10具有隔热材料12，可以避免分隔部10的重量加大。

另外，车辆用电池组1(1B)中的细孔13也可以设置成轴向为排列方向(例如车辆前后方向)的圆柱形的孔。

将细孔13设置成圆柱形，可以使细孔13内的对流顺畅地进行，高效地进行电池单元9与冷却溶剂的热交换。因此，可以发挥更高的冷却性能。

此外，车辆用电池组1(1B)中的检测传感器17也可以设置成压力传感器17A。

通过获取来自压力传感器17A的传感器值，控制器(电池ECU7)可以检测因冷却溶剂的气化而产生的气化气体的发生。

符号说明

1、1B车辆用电池组

6、6B电池模块

9电池单元

10分隔部

12隔热材料

13细孔

16连结管道

17检测传感器

17A压力传感器

21气化气体释放阀

22减压阀。

Claims (5)

1.一种车辆用电池组，包括：

电池模块，其具有多个电池单元和分隔部，所述分隔部在所述多个电池单元的排列方向上配置在所述多个电池单元之间，内部配置有隔热材料，并且内部填充有冷却溶剂；

气化气体释放阀，其通过伴随所述分隔部内的所述冷却溶剂的气化所引起的压力上升而工作，将因所述气化而产生的气化气体从所述分隔部中释放；

连结管道，其连结多个所述气化气体释放阀；以及，

检测传感器，其检测所述气化气体释放阀中的所述气化气体的释放。

2.根据权利要求1所述的车辆用电池组，其包括用于减小所述连结管道内的压力的减压阀。

3.根据权利要求1所述的车辆用电池组，其中，所述隔热材料具有保存所述冷却溶剂的多个细孔。

4.根据权利要求3所述的车辆用电池组，其中，所述细孔是轴向为所述排列方向的圆柱形的孔。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的车辆用电池组，其中，所述检测传感器为压力传感器。