CN208849038U - 一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置；包括箱体以及置于箱体内的电池组；在各电池单体的外表面包裹或缠绕着扁平液冷管道；扁平液冷管道的两端管口与箱体外部的换热器或蒸发器相通，并构成一个密封可供冷却液在其内循环流动的液冷通道；在各电池单体外的扁平液冷管道之间的空隙，以及箱体之间的空隙中填充有阻燃灭火层。本装置在保证电池换热效果的同时，能在电池热失控发生时第一时间内通过灭火材料包覆全方面阻止电池因热失控引起的起火燃烧现象，大大提高了电池的使用安全性，有效解决了电池正常工作条件下散热和电池极端情况下阻燃灭火之间的矛盾，保证了车用动力电池系统的使用安全性和可靠性。

Description

一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置

技术领域

本实用新型涉及动力电池热管理领域，尤其涉及一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置。

背景技术

为满足电动汽车对超长续航里程和动力系统大功率高电压输出的要求，车用动力电池多为串并联成组密集排列使用。由于车载工况复杂，电池经常需要长时间工作在大倍率的充放电工况下，加上车载热环境恶劣，电池在充放电过程中产生的热量很容易在电池包内积聚，导致电池温度升高，各电池间的温差加大，影响电池的使用性能和寿命。高效可靠的电池热管理系统能够确保电池始终工作在合理的温度范围内，对提高车用动力电池的使用性能和循环寿命具有重要作用。

然而，目前的热管理系统散热功率有限，只有当电池的生热速率控制在一定范围内时才能做到电池温度变化可控，对电池在极端工况下的散热考虑不足。一旦遇到机械冲击、持续过热、过充过放、外部短路、异物刺入等极端情况时，电池内部副反应加剧，释放出大量反应热，电池生热速率会在短时间内急剧上升。当电池生热速率持续超越某一阈值时，热管理系统将不再起作用，电池温度将会急剧上升，最终引发电池热失控。电池热失控释放的巨大能量又极有可能导致热失控在剩余未热失控电池之间的传播，对邻近电池、模组乃至整个动力电池系统造成严重破坏，甚至引发起火、燃烧、爆炸等安全事故，严重威胁整车和乘员的安全。现有的车用动力电池系统很少配备灭火系统，电池一旦起火燃烧，是很难扑灭的，只能等电池内部化学物质反应完全才会停止，因此存在很大的安全隐患，这也是近年来电动汽车自燃、起火爆炸等安全事故频发的主要原因。

现有的灭火系统较少考虑电池的散热需求，多是从电池灭火或热失控阻断的角度出发，一般采用在电池箱内加装小型灭火系统或采用直接隔热的方式阻断热失控及其传播来避免电池起火燃烧。这类装置结构复杂，成本高，而且不利于电池正常工作条件下的散热。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置。能够同时实现电池正常工作条件下的散热和电池在极端情况下的阻燃灭火，有效提高车用动力电池的使用安全性，减少和消除车用动力电池存在的安全隐患，确保车用动力电池系统在任何车载环境下都能安全可靠高效地工作。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，包括箱体5以及置于箱体5内的电池组4；所述电池组4由多个相互间隔的电池单体构成；在各电池单体的外表面包裹或缠绕着扁平液冷管道2；扁平液冷管道2的两端管口1与箱体5外部的换热器或蒸发器相通，并构成一个密封的、可供冷却液在其内循环流动的液冷通道；

在各电池单体外的扁平液冷管道2之间的空隙，以及扁平液冷管道2与箱体5之间的空隙中填充有阻燃灭火层3。

所述扁平液冷管道2内部由多根相互间隔的液冷流道7构成，液冷流道7 可以采用圆形、椭圆形或者矩形。

所述箱体5上方设有端盖6，端盖6的内表面具有一凹面8，在凹面8内盘绕有阻燃灭火管9。

所述阻燃灭火层3是由低熔点聚合物薄膜和灭火剂构成；该低熔点聚合物薄膜将灭火剂包裹在其内。

所述灭火剂为碳酸氢钠灭火剂或者磷酸铵盐灭火剂。

所述阻燃灭火层3的整体厚度为3mm～6mm；低熔点聚合物薄膜厚度为 0.2mm～1mm。

所述阻燃灭火管9的管体为低熔点合金，其内灌注有碳酸氢钠灭火剂或者磷酸铵盐灭火剂。

所述阻燃灭火管9的管体材质为伍德合金或者锡合金。

所述阻燃灭火管9的管体厚度为0.5mm～1.5mm。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型在各电池单体的外表面包裹或缠绕着扁平液冷管道2；扁平液冷管道2的两端管口1通过阀门与箱体5外部的换热器或蒸发器相通，并构成一个密封的、可供冷却液在其内循环流动的液冷通道；冷却液在循环过程中吸收电池的热量通过蒸发器与外界进行热交换，实现电池的高温冷却，或通过换热器与外界进行热交换，向电池释放从外界获取的热量，实现电池的低温加热。实际应用当中，可通过控制冷却液的流速和温度，让冷却液的流动带走电池工作过程中产生的热量或提供热量加热电池，能够确保电池工作在合理的温度范围。

本实用新型各电池的间隙之间、箱体四周以及箱体的端盖内分别填充有阻燃灭火层和阻燃灭火管，在它们的阻燃作用下，能够避免电池在极端情况下由热失控引起的起火燃烧现象。

本实用新型电池之间的阻燃灭火层，当电池温度超过一定阈值时，阻燃灭火层的低熔点聚合物薄膜会由于电池高温作用熔化破裂，及时释放出内部的灭火材料，第一时间包覆在电池表面进行降温和灭火处理，阻断电池热失控反应，阻止热失控进一步扩散，避免电池起火燃烧。

本实用新型端盖内的阻燃灭火管，当电池的温度超过一定阈值时，阻燃灭火管外层的低熔点合金由于电池上方空气的高温作用或电池因热失控产生的烟雾作用发生熔化，及时释放出内部的灭火材料，第一时间包覆在电池上方进行降温和灭火处理，和电池间隙及电池箱四周释放的灭火材料一起阻断电池热失控反应，阻止热失控进一步扩散，强化电池在极端情况下的散热和阻燃灭火能力。

本实用新型扁平液冷管道有助于提高电池的散热效果；采用铝制轻质金属材料的液冷管道，结构紧凑，大大减轻液冷装置的重量，有助于车用动力电池系统的轻量化；实际应用中，可采用阀门控制液冷管道与外界的换热器或蒸发器相通，实现电池温度的双向控制；采用双向阀控制通道内冷却液的流动方向，有利于缩小各电池间的温差，提升电池的温度一致性；采用阻燃灭火层和阻燃灭火管在确保满足正常散热需求的同时能够第一时间全方面消除电池极端情况下起火燃烧的安全隐患，全面确保电池的使用安全性。

附图说明

图1为本实用新型具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置剖面结构示意图。

图2为图1中A-A剖面结构示意图。

图3为图2中B-B剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-3所示。本实用新型公开了一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，包括箱体5以及置于箱体5内的电池组4；所述电池组4由多个相互间隔的电池单体构成；在各电池单体的外表面包裹或缠绕着扁平液冷管道2；扁平液冷管道2的两端管口1与箱体5外部的换热器或蒸发器相通，并构成一个密封的、可供冷却液在其内循环流动的液冷通道；

扁平液冷管道采用铝质材料制成，其导热系数高，能够快速将电池热量传递给通道内的冷却液，及时冷却电池；强度高、密度小，在保证机械强度的同时大大减轻了液冷装置的质量，有助于车用动力电池系统的轻量化设计。

在各电池单体外的扁平液冷管道2之间的空隙，以及扁平液冷管道2与箱体5之间的空隙中填充有阻燃灭火层3。当电池在正常条件下工作，电池温度未超过设定阈值时，阻燃灭火层不起作用，不会对电池的散热造成影响，可以确保正常条件下电池工作时的散热效果。当遇到机械冲击、持续过热、过充过放、外部短路、异物刺入等极端情况电池温度急剧上升超过一定阈值时，阻燃灭火层外层的低熔点聚合物薄膜会由于电池高温作用熔化破裂，及时释放出内部的灭火材料，第一时间包覆在电池表面进行降温和灭火处理，阻断电池进一步的热失控反应，阻止热失控进一步扩散，避免电池起火燃烧的发生，实现电池极端情况下的阻燃灭火。

所述扁平液冷管道2内部由多根相互间隔的液冷流道7构成，当然也可以采用圆形、椭圆形或者矩形。通过控制冷却液的流速和温度，让冷却液的流动带走电池工作过程中产生的热量或提供热量加热电池，实现对电池的温度控制，确保电池能够工作在合理的温度范围。实际应用中，也可在扁平液冷管道中设置有换向阀。该换向阀可以控制通道内冷却液的流动方向，能够每隔一定时间会自动改变冷却液的流动方向，有利于缩小各电池间的温差，确保电池的温度一致性，提高液冷装置的冷却或加热效果。

所述箱体5上方设有端盖6，端盖6的内表面具有一凹面8，在凹面8内盘绕有阻燃灭火管9。阻燃灭火管9可采用导热绝缘胶与之固定。阻燃灭火管 9是为了增强灭火阻燃效果，弥补各电池间隙间的灭火材料无法对电池顶端进行降温和灭火处理而采用的一种措施。当电池在正常条件下工作，电池温度未超过一定阈值时，阻燃灭火管不起作用，不会对电池的散热造成影响，可以确保正常条件下电池工作时的散热效果。当遇到机械冲击、持续过热、过充过放、外部短路、异物刺入等极端情况电池温度急剧上升超过一定阈值时，阻燃灭火管外层的低熔点合金会由于电池上方空气的高温作用或电池因热失控产生的烟雾作用发生熔化，及时释放出内部的灭火材料，第一时间包覆在电池上方进行降温和灭火处理，和电池间隙及电池箱四周释放的灭火材料一起阻断电池热失控反应，阻止热失控进一步扩散，避免电池起火燃烧，强化电池在极端情况下的散热和阻燃灭火能力。

所述阻燃灭火层3是由低熔点聚合物薄膜和灭火剂构成；该低熔点聚合物薄膜将灭火剂包裹在其内。低熔点聚合物薄膜可采用EVA类低熔点高分子薄膜、POE类低熔点高分子薄膜等。

所述灭火剂为碳酸氢钠灭火剂或者磷酸铵盐灭火剂。

所述阻燃灭火层3的整体厚度为3mm～6mm；低熔点聚合物薄膜厚度为 0.2mm～1mm。

所述阻燃灭火管9的管体为低熔点合金，其内灌注有碳酸氢钠灭火剂或者磷酸铵盐灭火剂。

所述阻燃灭火管9的管体材质为伍德合金或者锡合金。

所述阻燃灭火管9的管体厚度为0.5mm～1.5mm。

本实用新型采用阻燃灭火层和阻燃灭火管在确保满足正常散热需求的同时能够第一时间全方面消除电池极端情况下起火燃烧的安全隐患，全面确保电池的使用安全性。

扁平液冷管道2通过焊接或采用导热率不小于0.5W/mk的导热绝缘胶例如环氧树脂、有机硅等固接于电池单体或模组表面，有效缩短了电池与液冷装置之间的热传输距离，加快电池热量的导出，提高了冷却效果。

多根相互间隔的液冷流道7内均通有冷却液，本实用新型采用4-5根，具体数量可根据实际应用而定。多通道的设计不仅能提高热交换效果，而且使得液冷装置更加紧凑，有利于电池箱的空间布置。冷却液优选绝缘性能好、导热性能好的液体传热介质，例如水、水—乙二醇、硅油等。横截面的形状、面积大小、管道内设置的流道个数、液冷管道和流道的壁厚等参数根据电池单体的功率大小和散热需求、所选用冷却液的导热系数进行确定。通过控制冷却液的流速和温度，让冷却液的流动带走电池工作过程中产生的热量或提供热量加热电池，实现对电池的温度控制，确保电池能够工作在合理的温度范围。

扁平液冷管道2的两端管口1通过阀门控制与外界的换热器或蒸发器相通，构成一个封闭循环的液冷通道。冷却液在循环过程中吸收或释放的热量通过换热器或蒸发器与外界进行交换，实现电池与外界的热交换。当电池温度超出设定温度范围时，管口1与蒸发器相通，此时冷却液经过蒸发器作用变为低温液体，对电池进行冷却处理；当电池温度低于合理温度范围时，管口1与换热器相通，此时冷却液经过换热器作用变为高温液体，对电池进行加热处理，从而实现对电池温度的双向控制，确保电池温度在正常工作条件下能始终维持在合理范围内。

流道中同时设置有换向阀。该换向阀可以控制通道内冷却液的流动方向，能够每隔一定时间会自动改变冷却液的流动方向，有利于缩小各电池间的温差，确保电池的温度一致性，提高液冷装置的冷却或加热效果。

低熔点聚合物薄膜的熔点高低，可根据所选用电池的热失控临界温度进行合理选择。本实施例中采用熔点120℃的POE低熔点高分子薄膜。阻燃灭火层内部灭火材料，可采用例如碳酸氢钠灭火剂、磷酸铵盐灭火剂等。本实施例中采用磷酸铵盐粉末灭火剂。磷酸铵盐粉末具有流动性好、存储期长、不易受潮结块、绝缘性好、毒性低等特点。

当电池在正常条件下工作，电池温度未超过一定阈值如本实施例中的 120℃时，阻燃灭火层3不起作用，不会对电池的散热造成影响，可以确保正常条件下电池工作时的散热效果。当遇到机械冲击、持续过热、过充过放、外部短路、异物刺入等极端情况，电池温度急剧上升超过120℃时，阻燃灭火层3外层的低熔点聚合物薄膜会由于电池高温作用熔化破裂，及时释放出磷酸铵盐粉末灭火剂，第一时间包覆在电池表面。磷酸铵盐粉末在高温下发生分解反应，吸收大量热量，快速降低电池表面温度，阻断电池热失控反应；分解反应物在电池表面生成一层玻璃状薄膜残留覆盖物覆盖于电池表面，阻止热失控进一步扩散，避免电池起火燃烧以及灭火后复燃，从而实现电池极端情况下的阻燃灭火。

为提升液冷装置阻燃灭火的效果，改善各电池间隙间的灭火材料无法对电池顶端进行降温和灭火的不足，设计了专门的电池箱盖6，电池箱盖6上开有专门的凹面。直径在2～6mm的阻燃灭火管9通过导热率不小于0.5W/mk 的导热绝缘胶固接在凹面内。阻燃灭火管9由内外两部分组成，外层为厚度 0.5～1.5mm的低熔点合金，例如伍德合金、锡合金等等。低熔点合金的熔点高低可根据所选用电池热失控临界温度以及电池距离电池箱盖的距离大小进行合理选择，一般合金熔点的温度要低于选用的阻燃灭火层薄膜的熔点温度。本实施例采用92℃的低熔点合金。阻燃灭火管9内部装有一定量的灭火材料，例如碳酸氢钠灭火剂、磷酸铵盐灭火剂等。本实施例采用磷酸铵盐粉末灭火剂。磷酸铵盐粉末具有流动性好、存储期长、不易受潮结块、绝缘性好、毒性低等特点。

当电池在正常条件下工作时，电池上方的空气温度不会超过阻燃灭火管外部合金的熔点，阻燃灭火管不起作用，不会对电池的散热造成影响，可以确保正常条件下电池工作时的散热效果。当遇到机械冲击、持续过热、过充过放、外部短路、异物刺入等极端情况时，电池温度急剧上升，电池上方的空气温度由于热传导或者电池热失控产生的烟雾作用超过了一定阈值时，例如本实施例中的92℃，那么阻燃灭火管外层的低熔点合金就会熔化，及时释放出磷酸铵盐粉末灭火剂，第一时间包覆在电池上方进行降温和灭火处理，与电池组间隙及电池箱四周释放的灭火材料一起阻断电池的热失控反应，阻止热失控进一步扩散，避免电池起火燃烧，强化电池在极端情况下的散热和阻燃灭火能力。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，包括箱体(5)以及置于箱体(5)内的电池组(4)；其特征在于：所述电池组(4)由多个相互间隔的电池单体构成；在各电池单体的外表面包裹或缠绕着扁平液冷管道(2)；扁平液冷管道(2)的两端管口(1)与箱体(5)外部的换热器或蒸发器相通，并构成一个密封的、可供冷却液在其内循环流动的液冷通道；

在各电池单体外的扁平液冷管道(2)之间的空隙，以及扁平液冷管道(2)与箱体(5)之间的空隙中填充有阻燃灭火层(3)。

2.根据权利要求1所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述扁平液冷管道(2)内部由多根相互间隔的液冷流道(7)构成。

3.根据权利要求2所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述箱体(5)上方设有端盖(6)，端盖(6)的内表面具有一凹面(8)，在凹面(8)内盘绕有阻燃灭火管(9)。

4.根据权利要求2所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述阻燃灭火层(3)是由低熔点聚合物薄膜和灭火剂构成；该低熔点聚合物薄膜将灭火剂包裹在其内。

5.根据权利要求4所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述灭火剂为碳酸氢钠灭火剂或者磷酸铵盐灭火剂。

6.根据权利要求4所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述阻燃灭火层(3)的整体厚度为3mm～6mm；低熔点聚合物薄膜厚度为0.2mm～1mm。

7.根据权利要求3所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述阻燃灭火管(9)的管体为低熔点合金，其内灌注有碳酸氢钠灭火剂或者磷酸铵盐灭火剂。

8.根据权利要求7所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述阻燃灭火管(9)的管体材质为伍德合金或者锡合金。

9.根据权利要求8所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述阻燃灭火管(9)的管体厚度为0.5mm～1.5mm。

10.根据权利要求2所述具有阻燃的车用动力电池多通道液冷装置，其特征在于：所述液冷流道(7)的截面形状可为圆形、椭圆形或者矩形。