CN209045709U - 一种安全环保车用电池包系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种安全环保车用电池包系统，包括电池包，电池包外壳上设置有输气管，输气管上设置有控制气路通断的第一电控阀和对电池包排出的气体进行净化的空气净化器；还包括电动真空泵和检测电池包内气压的真空压力传感器，所述电动真空泵设置在电池包的外部，或者所述电动真空泵设置在电池包的内部。本实用新型通过压力传感器感知电池包内的压力，当压力高于设置值时，电动真空泵工作将电池包内气体抽出，并可根据海拔高度开启第一电控阀调整电池包内的气压保持在合理值，避免电池包内压力差过大对电芯的损坏。并且当车辆发生碰撞、电池包内部短路、过充爆炸时，系统可以泄压及灭火，避免爆炸和发生火灾。

Description

一种安全环保车用电池包系统

技术领域

本实用新型涉及一种电池包，特别涉及一种车用电池包系统。

背景技术

虽然现有大多数类型电池包的防护等级都达到了IP67，但是现有电池包都还没有监测其内部气压的功能。

并且现有大多数类型电池在过充过放时或者短路时会产生甲烷、乙炔、氧气、氟化氢(HF)等气体，其中部分气体为有毒有害气体，挥发到大气中会对生物和环境造成污染。虽然每台电池包排放的有毒气体量很少，但是大量的电动汽车涌入市场，最终会对环境和大气造成污染和伤害。

并且现有的电池包还缺少防爆和防火功能，电池包内部一旦发生高温热失控问题，就会产生大量气体，使电池包有爆炸或爆燃的可能，进而引发火灾危险。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种安全环保车用电池包系统，以解决现有电池包存在污染环境、爆炸、燃烧等风险的技术问题、以及解决现有电池包不能监测其内部气压的问题。

本实用新型安全环保车用电池包系统，包括电池包，所述电池包又包括电池包外壳和设置在电池包外壳内的电池，所述电池包外壳上设置有输气管，所述输气管的一端位于电池包内、另一端位于电池包外；所述输气管上设置有控制气路通断的第一电控阀和对电池包排出的气体进行净化的空气净化器；

所述安全环保车用电池包系统还包括电动真空泵和检测电池包内气压的真空压力传感器，所述第一电控阀处于常闭状态；所述真空压力传感器用于检测电池包内部的大气压力，可安装在电池箱外壳或管路上；

所述电动真空泵设置在电池包的外部，并连接在空气净化器的进气口之前或者在空气净化器的出气口之后；或者所述电动真空泵设置在电池包的内部，所述电动真空泵的出气口与输气管的进气口连接。

进一步，所述电池包外壳上设置有泄压窗口，所述泄压窗口上设置有防爆盖，所述防爆盖上设置有泄压孔，防爆盖上还设置有密封泄压孔的防爆膜，所述防爆膜包括膜体和密布在膜体上的丝状导线；当电池包外壳中的气压上升到防爆警戒气压范围内时，所述防爆膜被气压压破，在防爆膜破裂时，所述丝状导线断裂；

所述安全环保车用电池包系统还包括存储有灭火剂的储存罐和与储存罐连接的灭火剂喷管，所述灭火剂喷管位于电池包外壳内，灭火剂喷管用于喷出灭火剂以阻隔空气与电池接触；也可防止电池内的火焰与电池外界可燃物接触，避免引发大面积的火势，保证车内人员撤离的时间；

所述储存罐或连接储存罐与灭火剂喷管的管道上设置有第二电控阀。

进一步，所述防爆膜的膜体由防水材料制成。

进一步，所述防爆膜还包括与丝状导线连接的连接器。

进一步，所述防爆盖或电池包外壳的内侧上设置有防止防爆膜在外界压力下向内凸起破裂的内挡板，所述内挡板上具有透气孔。

进一步，所述防爆盖或电池包外壳的外侧上设置有保护防爆膜的外挡板，外挡板和防爆膜之间具有让防爆膜向外凸起破裂的空间，且外挡板上也设置有透气孔。

进一步，所述储存罐的出口上还设置有手动阀。

进一步，所述电池包外壳上设置有用于安装电动真空泵的窗口，电池包外壳的外侧面上还设置有密封窗口的盖板，所述盖板和电池包外壳之间设置有密封防振垫圈；

所述电动真空泵位于电池包内，且电动真空泵固定在盖板的内侧面上，盖板的外侧面上设置有与电动真空泵连接的电源插座；

所述盖板的外侧面上设置有散热片。

进一步，所述电池包外壳在窗口部向内侧凹陷形成内嵌式凹槽结构，所述密封防振垫圈和盖板设置于内嵌式凹槽结构中。

进一步，所述安全环保车用电池包系统还包括系统控制器、BMS、检测储存罐内气压的灭火剂压力传感器、检测电池包内温度的温度传感器、检测电池包内烟雾的烟雾传感器、对系统控制器供电的蓄电池和备用电池、警报装置、组合仪表、以及手动灭火开启开关，所述温度传感器与BMS连接，所述防爆膜、第一电控阀、第二电控阀、警报装置、组合仪表、真空压力传感器、灭火剂压力传感器、烟雾传感器、手动灭火开启开关和BMS分别与系统控制器连接，所述组合仪表用于显示故障提示和报警提示。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型安全环保车用电池包系统，其通过真空压力传感器感知电池包内的压力，并通过设置控制器根据真空压力传感器检测到的压力值控制电动真空泵，从而能起到监测电池包内气压的作用，控制器可采用车辆自带的控制器，也可单独设置一个控制器。电池工作时内部会产生少部分气体，使电池内部压力升高，当压力高于设置值时，通过控制器控制电动真空泵工作将电池包内气体抽出，可使电池包内的气压保持在合理值(这个压力值由电池单体厂家提供，不损坏电芯)，从而起到保护电池的作用。

同时电动真空泵抽出的气体经过空气净化器时，有毒有害气体被空气净化器滤除，从而可避免有毒有害气体直接排放到大气中造成环境污染。

并且当车辆在不同海拔高度行驶时，如当海拔下降时，系统控制器控制第一电控阀打开，让气体流入电池包体内；当海拔上升时，打开第一电控阀，电动真空泵开始工作，直到电池包内的压力与外界压力保持在一定比例(如包内/包外＝1/1.2)，可避免气压差造成电芯损坏。

2、本实用新型安全环保车用电池包系统，当电池包内部发生高温热失控问题时会在短时间内产生大量气体，电池包内的高气压会压破防爆膜，防爆膜破裂使电池包内部泄压，从而可起到防止电池包爆炸的作用。并且由于防爆膜破裂时会使其上的丝状导线断裂，这样通过检测丝状导线的通断情况即可判断出电池包内部是否发生高温热失控问题，当发生高温热失控问题时，通过控制第二电控阀开启，使储存罐中的灭火剂从灭火剂喷管喷出，阻隔空气与电池包中电池接触，从而可防止电池包燃烧。电池短路燃烧中会产生少量氧气等助燃气体，但是本系统方案主要起到阻隔电池包内与外界氧气接触，也能起到灭火作用，另外也阻隔电池包内的火焰引燃车上物品延迟大面积起火烧入乘客舱，通过报警装置的声音和警示灯光提前给乘客报警，争取更多的逃生的时间。

3、本实用新型安全环保车用电池包系统，当将电动真空泵设置在电池包内部时，电池包外壳的隔音作用可有效降低电动真空泵的工作噪声。

附图说明

图1为电动真空泵设置在外部的安全环保车用电池包系统在的结构示意图；

图2为图1中P部的放大示意图；

图3为防爆膜、灭火剂喷管和防爆盖的组合结构示意图；

图4为多个电池包组合结构示意图；

图5为电动真空泵设置在内部的安全环保车用电池包系统在的结构示意图；

图6为灭火控制电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图所示，本实施例安全环保车用电池包系统，包括电池包1，所述电池包又包括电池包外壳101和设置在电池包外壳内的电池102，所述电池包外壳上设置有输气管2，所述输气管的一端位于电池包内、另一端位于电池包外；所述输气管上设置有控制气路通断的第一电控阀3和对电池包排出的气体进行净化的空气净化器4。所述的第一电控阀可以是电磁阀或电动阀。

所述安全环保车用电池包系统还包括电动真空泵5和检测电池包内气压的真空压力传感器6，所述第一电控阀处于常闭状态；真空压力传感器6可以设置在电池包外壳上，也可以设置在输气管2上。

本实施例中，所述电动真空泵设置在电池包的外部，并连接在空气净化器的进气口之前，电动真空泵的出气口与空气净化器的进气口连接。当然在不同实施例中，电动真空泵还可连接在空气净化器的出气口之后。

并且在不同实施例中，所述电动真空泵还可设置在电池包的内部。

本实施例中安全环保车用电池包系统，可以使用车辆自带的控制系统控制电动真空泵和第一电控阀，也可以单独设置一个控制器控制电动真空泵和第一电控阀。将真空压力传感器与控制器连接，真空压力传感器将检测到的电池包内部压力信号传送给控制器。电池工作时内部会产生少部分气体，使电池内部压力升高，当压力高于设置值时，控制器便控制电动真空泵工作将电池包内气体抽出，使电池包内的气压保持在合理值(这个压力值由电池单体厂家提供，不损坏电芯)，从而起到保护电池的作用。

同时电动真空泵抽出的气体经过空气净化器时，有毒有害气体被空气净化器滤除，从而可避免有毒有害气体直接排放到大气中造成环境污染。

并且当车辆在不同海拔高度行驶时，若海拔高度升降高度超过设定值，则可通过控制器控制第一电控阀开启调整一次电池包内部气压，但此时电动真空泵不工作，第一电控阀开启使电池包内外气压保持平衡，可避免电池包内气压差造成电芯损坏。

作为对本实施例的改进，所述安全环保车用电池包系统，其电池包外壳上设置有泄压窗口，所述泄压窗口上设置有防爆盖7，所述防爆盖上设置有泄压孔8，防爆盖上还设置有密封泄压孔的防爆膜9，所述防爆膜包括膜体901和密布在膜体上的丝状导线902；当电池包外壳中的气压上升到防爆警戒气压范围内时，所述防爆膜被气压压破，在防爆膜破裂时，所述丝状导线断裂。

所述安全环保车用电池包系统还包括存储有灭火剂的储存罐10和与储存罐连接的灭火剂喷管11，所述灭火剂喷管位于电池包外壳内，灭火剂喷管用于喷出灭火剂以阻隔空气与电池接触，连接储存罐与灭火剂喷管的管道上设置有第二电控阀12。本实施例中，如图3所示，灭火剂喷管位于防爆膜的一侧，灭火剂喷管上的喷口13为长条形，灭火剂沿与防爆膜平行的方向喷出，以阻隔空气进入电池电池包外壳内。当然在不同实施例中，灭火剂喷管的设置位置和设置数量、以及喷口的形状还可根据需要进行调整。在不同实施例中，第二电控阀还可设置在储存罐的出口上。而且在具体实施中，可以是一个储存罐跟一个电池包连接，也可以是一个储存罐跟多个电池包连接。所述的第二电控阀可以是电磁阀或电动阀。

在以上实施例中，所述防爆膜还包括与丝状导线连接的连接器14，连接器14作为丝状导线的对外接口，使得防爆膜与控制器的电路连接更方便。

本实施例中安全环保车用电池包系统，当电池包内部发生高温热失控问题产生大量气体时，电池包内的高气压会压破防爆膜，防爆膜破裂使电池包内部泄压，从而可起到防止电池包爆炸的作用。并且由于防爆膜破裂时会使其上的丝状导线导线断裂，这样通过控制器检测丝状导线的通断情况即可判断出电池包内部是否发生高温热失控问题，当发生高温热失控问题时，控制器即可通过控制第二电控阀开启，使储存罐中的灭火剂从灭火剂喷管喷出，从而阻隔空气与电池包中的电池接触，达到防止电池包燃烧的目的。

作为对以上实施例的进一步改进，所述防爆膜901的膜体由防水材料制成，这样可防止雨水进入电池包内部造成电池短路问题，提高了电池包的防水等级。

作为对以上实施例的进一步改进，所述防爆盖内侧上设置有防止防爆膜在外界压力下向内凸起破裂的内挡板15，所述内挡板上具有透气孔16。当然在不同实施例中，所述内挡板还可设置在电池包外壳的内侧上。当车辆驶入或落入水中时，外界水压较大，水压会向内压迫防爆膜，由于有内挡板对防爆膜的支撑作用，可避免防爆膜在水压下产生过度变形而破裂。同时由于透气孔的存在，不会影响电池内部气压对防爆膜的作用，因此设置内挡板不会影响防爆膜的防爆功能。

作为对以上实施例的进一步改进，所述防爆盖的外侧上设置有保护防爆膜的外挡板17，外挡板和防爆膜之间具有让防爆膜向外凸起破裂的空间，且外挡板上也设置有透气孔18。当然在不同实施例中，外挡板还可设置在电池包外壳的外侧上。外挡板17可以避免飞溅的碎石等物体破坏防爆膜，可提高防爆膜的使用寿命，同时透气孔的存在又使得外挡板不会影响防爆膜的防爆作用。

作为对以上实施例或实施例改进的进一步改进，所述储存罐的出口上还设置有手动阀19，当需要对电池包进行维护时，可通过手动阀关闭储存罐出口，从而使电池包的维护作业会更方便。

在以上实施例中，当电动真空泵由设置在电池包外部改为设置在电池包内部时，电池包的安装结构通过如下方式实现：

在电池包外壳上设置用于安装电动真空泵的窗口，在电池包外壳的外侧面上设置密封窗口的盖板20，在盖板和电池包外壳之间设置密封防振垫圈21。所述电动真空泵固定在盖板的内侧面上，具体实施中电动真空泵的外壳可通过螺栓、焊接或一体铸造成型的方式固定于盖板内侧面上；盖板的外侧面上设置有与电动真空泵连接的电源插座22，盖板的外侧面上还设置有散热片23。

将电动真空泵设置在电池包内部时，电池包外壳的隔音作用可有效降低电动真空泵的工作噪声。

同时，所述电池包外壳在窗口部还可向内侧凹陷形成内嵌式凹槽结构，所述密封防振垫圈和盖板设置于内嵌式凹槽结构中，可使电池包外部结构更美观。当然在不同实施例中，所述盖板也可以直接通过螺栓固定于电池包壳体上。

作为对以上实施例或实施例改进的进一步改进，所述安全环保车用电池包系统还包括系统控制器24、BMS 25、检测储存罐内气压的灭火剂压力传感器26、检测电池包内温度的温度传感器27、检测电池包内烟雾的烟雾传感器28、对系统控制器供电的蓄电池29和备用电池30、警报装置31、组合仪表32、以及手动灭火开启开关33，所述温度传感器与BMS连接，所述防爆膜、第一电控阀、第二电控阀、警报装置、组合仪表、真空压力传感器、灭火剂压力传感器、烟雾传感器、手动灭火开启开关和BMS分别与系统控制器连接，所述组合仪表用于显示故障提示和报警提示。

以上实施例中的安全环保车用电池包系统，在正常工作状态下，其系统控制器由蓄电池29供电；当车辆发生碰撞导致蓄电池29失效后，系统控制器由蓄电池29改为备用电池30供电，在备用电池内部设置有电压检测系统，当电压检测系统检测到电路电压低于某一值时备用电池开启工作。

本实施例安全环保车用电池包系统，在进入灭火模式的同时开启警报装置31通过声音和警示灯光提示人员快速疏散撤离。

以上实施例中的安全环保车用电池包系统的工作原理如下：

(1)电流由蓄电池正极通过熔断器F1和二极管D，一条到达系统控制器，经过车体地到达蓄电池负极形成回路，对系统控制器供电；另一条到达辅助电源正极，经过辅助电源负极与蓄电池负极形成回路，对辅助电源充电至饱和状态。当蓄电池或其电路电压低于某一标定电压时(如：12V电压平台的车辆电压低于10V，24V电压平台的系统电压低于20V)，辅助电源开始工作，给系统控制器供电，二极管D截止电流供给整车系统。

(2)电流由蓄电池正极通过熔断器F2到达第二电控阀12，由系统控制器回到蓄电池负极形成回路，使第二电控阀12工作，开启灭火模式。

(3)电流由蓄电池正极通过点火开关Key-ON，再通过熔断器F3到达系统控制器，经过车体地到达蓄电池负极形成回路，唤醒系统控制器进入工作状态。

(4)电流由蓄电池正极通过点火开关Key-ON，再通过熔断器F4到达第一电控阀3，由系统控制器回到蓄电池负极形成回路，使第一电控阀3工作。

(5)电流由蓄电池正极通过点火开关Key-ON，经过熔断器F5到达继电器K分为两路，一路到继电器K的线圈端，由系统控制器接地回到蓄电池负极形成回路，另一路通过经过继电器K的开关端再经过电动真空泵5到车体，再到蓄电池负极行成回路，电动真空泵开始工作；

(6)真空压力传感器6和灭火剂压力传感器26，引脚分别为电源正、信号、地，由系统控制器供电，实时监测电池包内的真空压力和储存罐内的灭火剂压力。

(7)防爆膜9的引脚分别为电源正、信号，由系统控制器供电，实时监测防爆膜的状态，断路时开启灭火先决条件。

(8)烟雾传感器28引脚分别为电源正、信号、地，由系统控制器供电，实时监测范围内的烟雾状态，当防爆膜9断开，监测到烟雾或电池温度过高时，开启灭火模式。

(9)温度传感器27引脚分别为电源正、信号，由BMS 25供电，通过CAN总线传输给系统控制器，当防爆膜9断开或监测到烟雾时，温度高于标定值时(如高于150摄氏度)，开启灭火模式。

(10)手动灭火开关33为一个短路信号，引脚为PWM的发出信号，闭合后回给系统控制器，开启灭火模式。

系统控制器的控制逻辑如下：

当点火开关打到闭合位置(ON)时，系统控制器检测真空压力传感器6的信号值，在满足条件下，打开第一电控阀3，电动真空泵5开始工作，一直抽到目标压力值时停止真空泵工作。当海拔下降时，系统控制器控制第一电控阀3打开，让气体流入电池包体内；当海拔上升时，打开第一电控阀3，电动真空泵5开始工作，直到电池包内的压力与外界压力保持在一定比例(如包内/包外＝1/1.2)。

电池包内的压力值是不会经常变动的，除非系统泄漏或电池芯体老化生成气体，真空压力传感器6检测到压力值过高，再按上面的方式循环，系统界定当日抽气次数超过2次时，默认为电池包漏气上报整车系统，上传给仪表提醒驾驶人员。

点火开关处于闭合状态(ON)灭火功能正常工作，点火开关处于关闭状态(OFF)，系统控制器每隔一段时间进行系统自检，自检的顺序如下：

第一步，系统控制器测灭火剂压力传感器判断储存罐内部压力是否达标，如果低于设定值则系统进入报警提示，系统进入非正常模式；若储存罐内部压力正常则进入第二步；

第二步，系统控制器进行防爆膜的检测，如果防爆膜正常则返回到第一步；若检测到防爆膜断路则进入第三步；

第三步，系统控制器进行温度传感器和烟雾传感器的检测；若温度传感器或烟雾传感器正常，则系统进入报警提示，系统进入非正常模式；若温度传感器检测到电池温度过高或烟雾传感器检测到烟雾，则进入第四步；

第四步，系统控制器开启灭火模式，启动警报装置提醒人群快速疏散撤离，同时系统控制器控制电控阀开启实施灭火，当灭火剂压力传感器检测到灭火剂用完时，电动阀关闭，且系统进入报警提示，系统进入非正常模式。

以上实施例中系统控制器的控制逻辑为：条件1：防爆膜破裂后线路断路，条件2：温度传感器检测到温度高于设定值，条件3：烟雾传感器检测到烟雾，当有任意两个条件都满足时才开启灭火模式，可避免误灭火问题。

当然在传感器失效情况下，也可直接通过手动灭火开启开关向控制器发出灭火信号，进一步提高了电池包系统应对故障的能力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种安全环保车用电池包系统，包括电池包，所述电池包又包括电池包外壳和设置在电池包外壳内的电池，其特征在于：所述电池包外壳上设置有输气管，所述输气管的一端位于电池包内、另一端位于电池包外；所述输气管上设置有控制气路通断的第一电控阀和对电池包排出的气体进行净化的空气净化器；

所述安全环保车用电池包系统还包括电动真空泵和检测电池包内气压的真空压力传感器，所述第一电控阀处于常闭状态；

所述电动真空泵设置在电池包的外部，并连接在空气净化器的进气口之前或者在空气净化器的出气口之后；或者所述电动真空泵设置在电池包的内部，所述电动真空泵的出气口与输气管的进气口连接。

2.根据权利要求1所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述电池包外壳上设置有泄压窗口，所述泄压窗口上设置有防爆盖，所述防爆盖上设置有泄压孔，防爆盖上还设置有密封泄压孔的防爆膜，所述防爆膜包括膜体和密布在膜体上的丝状导线；当电池包外壳中的气压上升到防爆警戒气压范围内时，所述防爆膜被气压压破，在防爆膜破裂时，所述丝状导线断裂；

所述安全环保车用电池包系统还包括存储有灭火剂的储存罐和与储存罐连接的灭火剂喷管，所述灭火剂喷管位于电池包外壳内，灭火剂喷管用于喷出灭火剂以阻隔空气与电池接触；

所述储存罐或连接储存罐与灭火剂喷管的管道上设置有第二电控阀；所述第二电控阀处于常闭状态。

3.根据权利要求2所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述防爆膜的膜体由防水材料制成。

4.根据权利要求2所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述防爆膜还包括与丝状导线连接的连接器。

5.根据权利要求3所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述防爆盖或电池包外壳的内侧上设置有防止防爆膜在外界压力下向内凸起破裂的内挡板，所述内挡板上具有透气孔。

6.根据权利要求2所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述防爆盖或电池包外壳的外侧上设置有保护防爆膜的外挡板，外挡板和防爆膜之间具有让防爆膜向外凸起破裂的空间，且外挡板上也设置有透气孔。

7.根据权利要求2所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述储存罐的出口上还设置有手动阀。

8.根据权利要求1所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述电池包外壳上设置有用于安装电动真空泵的窗口，电池包外壳的外侧面上还设置有密封窗口的盖板，所述盖板和电池包外壳之间设置有密封防振垫圈；

所述电动真空泵位于电池包内，且电动真空泵固定在盖板的内侧面上，盖板的外侧面上设置有与电动真空泵连接的电源插座；

所述盖板的外侧面上还设置有散热片。

9.根据权利要求8所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：所述电池包外壳在窗口部向内侧凹陷形成内嵌式凹槽结构，所述密封防振垫圈和盖板设置于内嵌式凹槽结构中。

10.根据权利要求2-7中任一所述的安全环保车用电池包系统，其特征在于：还包括系统控制器、BMS、检测储存罐内气压的灭火剂压力传感器、检测电池包内温度的温度传感器、检测电池包内烟雾的烟雾传感器、对系统控制器供电的蓄电池和备用电池、警报装置、组合仪表、以及手动灭火开启开关，所述温度传感器与BMS连接，所述防爆膜、第一电控阀、第二电控阀、警报装置、组合仪表、真空压力传感器、灭火剂压力传感器、烟雾传感器、手动灭火开启开关和BMS分别与系统控制器连接，所述组合仪表用于显示故障提示和报警提示。