CN211125725U - 动力电池热防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动力电池热防护系统，用于对动力电池包进行热防护，所述动力电池包包括上盖、下壳体以及位于上盖和下壳体之间且沿第一方向排布的多个模组集成模块；模组集成模块包括沿第二方向排布的多个电池模组，电池模组由沿第一方向排布的多个电芯组成；所述系统包括：防火隔热垫，设于上盖和模组集成模块之间，且防火隔热垫与模组集成模块一一对应；电池包防爆阀，设于下壳体的位于第二方向的至少一侧边的内侧；横梁，横梁设于下壳体内且与下壳体一体成型，横梁位于模组集成模块之间；以及电芯泄压阀，电芯泄压阀与电芯一一对应；本实用新型实现了在电芯发生热失控以后，延长电芯的火势冲破动力电池壳体的时间，保证乘客的安全。

Description

动力电池热防护系统

技术领域

本实用新型涉及动力电池包热防护技术领域，具体地说，涉及一种动力电池热防护系统。

背景技术

动力电池是新能源汽车的唯一能量来源。动力电池工作后是必然要发热的，常态下是可控的，但是非常态下会失控。动力电池单体内部放热反应引起不可控温升的现象，叫做热失控。当电池产生的热量高于它可以消散的热量时，则会发生热失控。如果电池系统中，由于一个电芯产生热失控而引发其他电芯热失控，即引发热失控扩散。

锂电池一旦出现热失控，宏观表现是电池包局部出现温度异常，故障的电芯内阻变大，这一过程如果伴随着电动汽车的充电或者放电，根据焦耳定律，热失控早期的电芯会因为通过电流而发热，加速故障电芯热失控速度，故障电芯周围的电芯温度也很快升高，例如电芯温度一旦超过60℃，电芯就容易发生起火爆炸。

新能源车通常将电池放在底盘的位置，电芯发生热失控以后，如果电芯的火势冲破电池包壳体，瞬间就会对乘员舱的乘客生命安全构成威胁，乘客并没有足够的逃生时间。所以，如何在动力电池的电芯发生热失控以后，有效延长电芯的火势冲破电池包壳体的时间，为乘客预留足够的逃生时间，成为目前面临的一个主要问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种动力电池热防护系统，实现在电芯发生热失控以后，延长电芯的火势冲破动力电池壳体的时间，为乘客预留足够的逃生时间，并且避免火焰直接冲击乘员舱，保证乘客的安全。

根据本实用新型的一个方面，提供一种动力电池热防护系统，用于对动力电池包进行热防护，所述动力电池包包括上盖、下壳体以及位于所述上盖和所述下壳体之间且沿第一方向排布的多个模组集成模块；所述模组集成模块包括沿所述第二方向排布的多个电池模组，所述电池模组由沿所述第一方向排布的多个电芯组成；所述动力电池热防护系统包括：

防火隔热垫，设于所述上盖和所述模组集成模块之间，且所述防火隔热垫与所述模组集成模块一一对应；

电池包防爆阀，设于所述下壳体的位于第二方向的至少一侧边的内侧，所述第二方向与所述第一方向垂直；

横梁，所述横梁设于所述下壳体内且与所述下壳体一体成型，所述横梁位于所述模组集成模块之间；以及

隔热插片，所述隔热插片设于相邻所述电芯之间。

优选地，所述防火隔热垫包含有粘接材料、抗冲击材料和隔热材料，所述抗冲击材料环绕于所述隔热材料的四周设置，所述粘接材料分布于所述抗冲击材料靠近所述上盖的一侧的表面，并用于将所述防火隔热垫固定于所述上盖，使所述防火隔热垫与所述模组集成模块之间形成第一预留间隙。

优选地，所述动力电池热防护系统还包括电芯泄压阀，所述电芯泄压阀与所述电芯一一对应，且设于所述电芯的靠近所述防火隔热垫的一侧的表面。

优选地，所述下壳体内还设有多个纵梁，所述横梁和纵梁限定多个容置空间，所述模组集成模块放置于所述容置空间中。

优选地，相邻的所述电池模组之间沿所述第二方向设有第二预留间隙。

优选地，所述防火隔热垫中的所述隔热材料在25℃温度条件下的导热系数小于0.02W/(m·K)，所述抗冲击材料的抗冲击压力大于1MPa。

优选地，所述电池模组沿所述第一方向的两端设有端板，所述端板上设有第一连接通孔和多个镂空部，所述下壳体在与所述第一连接通孔对应的位置设有第二连接通孔，所述第一连接通孔和所述第二连接通孔用于在所述模组集成模块和所述下壳体之间实现机械连接。

优选地，所述纵梁的外侧面设置有突出部，所述突出部用于将所述动力电池包安装固定于车辆。

优选地，所述隔热插片的导热系数小于或者等于0.04W/m·K。

优选地，所述电芯为方壳电芯，所述电芯泄压阀位于所述电芯的上表面。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

本实用新型提供的动力电池热防护系统通过在电芯正上方设置电芯泄压阀，使得电芯发生热失控以后，火焰朝向电芯的上方Z向垂直喷出，同时在上盖内侧设置与电池模组上表面预留有一定间隙的防火隔热垫，既可以有效阻止Z向火焰烧穿上盖，又能防止电池模组和防火隔热垫直接接触，对电池模组上表面产生摩擦，避免电池模组线路发生短路失效；

通过在相邻模组集成模块之间设置横梁以及在电芯之间设置隔热插片，阻止火焰向X向传播；

在相邻电池模组之间预留间隙有利于沿Y向传播的火焰和热量通过此预留间隙减弱；

进一步地，通过设置电池包防爆阀使动力电池包内的热流气体从指定位置泄出，避免了动力电池包内部因高温高压发生爆炸的风险，保证了乘客的安全。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的动力电池热防护系统的结构示意图；

图2为电池模组的结构俯视图；

图3为防火隔热垫的结构视图；

图4为粘接有防火隔热垫的上盖的仰视图；

图5为动力电池热防护系统组装完成后的正视图，示出防火隔热垫与模组集成模块之间的间隙，

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、材料、装置等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”、“具有”以及“设有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1所示，本实用新型公开了一种动力电池热防护系统，用于对动力电池包进行热防护，该动力电池包包括上盖101、下壳体102以及位于上盖101和下壳体102之间且沿第一方向排布的多个模组集成模块103。上述动力电池热防护系统包括：防火隔热垫104、电池包防爆阀105、横梁109、电芯泄压阀112以及隔热插片113。

上述横梁109设于下壳体102内，且位于相邻的模组集成模块103之间。进一步地，下壳体102还包括多个纵梁110，上述横梁109和纵梁110限定多个容置空间，上述模组集成模块103放置于上述容置空间中，即相邻模组集成模块103之间通过横梁109隔开，有利于阻隔火焰和热量沿第一方向扩散。其中，横梁109以及纵梁110基于下壳体102一体成型制作而成。进一步来说，图1中的横梁109和纵梁110交叉形成了5个容置空间，包括1个配件容置空间和4个模组容置空间，其中4个模组容置空间用来放置上述模组集成模块103，配件容置空间用来放置电池管理系统等电池配件。本实施例中的上述横梁109的高度小于上述模组集成模块103的高度，但本实用新型对横梁109的高度和模组集成模块103的高度的相对大小关系不作限定，横梁109与下壳体102也可以为可拆卸式连接固定关系，本领域技术人员可根据需要进行设置。

上述模组集成模块103包括沿上述第二方向排布的多个电池模组117，上述电池模组117由沿上述第一方向排布的多个电芯111组成(参考图2)；电芯泄压阀112与上述电芯111一一对应，且设于上述电芯111的靠近上述防火隔热垫104的一侧的表面，也即电芯泄压阀112位于电芯111的上表面。即每一个电芯111的正上方均设有一个电芯泄压阀112，并且电芯111与电芯泄压阀112相连接。电芯泄压阀的设置使得电芯发生热失控以后，火焰朝向电芯的上方Z向垂直喷出，防止电芯内部由于高温高压无法及时排出可能导致的爆炸。上述第一方向与第二方向相垂直。

电池模组117沿上述第一方向的两端设有端板114，上述端板114上设有第一连接通孔115和多个镂空部，上述下壳体102在与第一连接通孔115对应的位置设有第二连接通孔，上述第一连接通孔115和上述第二连接通孔用于在上述模组集成模块103和上述下壳体102之间实现机械连接。如图2所示，电池模组117两端的端板114由多个镂空部组成，将端板114中的实心部有效减少，有利于降低动力电池的整体重量。

对于本实施例中的图1来说，上述第一方向即为X方向，第二方向即为Y方向。参考图1，上盖101和下壳体102之间沿X方向排布有4个模组集成模块103，每个模组集成模块103沿Y方向排布有6行电池模组117，图2为电池模组117的结构俯视图，如图2所示，本实施例中每个电池模组117包含有一行沿X方向排布的4个电芯111。上述隔热插片113设于同一电池模组117中的相邻电芯111之间，本实施例中的隔热插片113的导热系数小于或者等于0.04W/m·K。具有超低导热系数的隔热插片113可以明显减少同一电池模组内的电芯间的热量沿X方向的传递，降低热扩散发生的概率。

上述同一模组集成模块103内的相邻两电池模组117之间设有第二预留间隙，有利于在发生热失控之后，沿Y向传播的火焰通过电池模组117之间的间隙形成的空气域减弱，并通过动力电池包的下壳体进行拦截。

需要说明的是，本实施例对模组集成模块103以及电池模组117中电芯111的数量、第二预留间隙的取值均不做限制，本领域技术人员具体实施时可根据车辆实际需求进行设置。

防火隔热垫104设于上盖101和模组集成模块103之间，由于电芯泄压阀112安装于电芯111的上方，当热失控发生时，火焰首先通过电芯泄压阀112向电芯上方即Z向垂直喷出。目前，动力电池包为了增加能量密度，动力电池包的上盖101一般为铝材质，厚度较薄，铝的熔点较低，很容易被烧穿，导致火焰窜出动力电池包，造成火灾。因此，上盖内侧设置的防火隔热垫104可以拦截Z向垂直喷射出的火焰，防止上盖101被烧穿，避免火灾发生。

如图3所示，防火隔热垫104包含有粘接材料106、抗冲击材料107和隔热材料108，上述抗冲击材料107环绕于上述隔热材料108的四周设置，上述粘接材料106分布于上述抗冲击材料107靠近上述上盖101的一侧的表面，并用于将上述防火隔热垫104固定于上述上盖101，使上述防火隔热垫104与上述模组集成模块103之间形成第一预留间隙D，本实施例中，第一预留间隙D大于2mm，本实用新型不以此为限，本领域技术人员可根据电池包结构和电池包密封性的需要进行设置。

图4为粘接有防火隔热垫的上盖的仰视图，如图4所示，防火隔热垫104与上述模组集成模块103一一对应，即每一个模组集成模块103的上方均设有一个防火隔热垫104。在其他实施例中，也可以在一模组集成模块103的上方设置多个防火隔热垫104，本实用新型对此不作限定。

本实施例中，上述粘接材料106可以为双面胶，用于将防火隔热垫104粘贴在上盖101上，从而使上述防火隔热垫104和电池包上表面之间形成上述第一预留间隙；因为，新能源汽车在使用过程中，会对动力电池包产生振动冲击，若防火隔热垫104和电池模组117接触，会对电池模组117产生摩擦，导致电池模组117线路产生短路失效的风险，会进一步增加热失控和热扩散的发生概率。第一预留间隙的设置一方面可以避免上述摩擦导致电池模组117失效的风险，另一方面保证在动力电池包发生热失控之后，为高温气体排出电池包防爆阀105预留间隙通道，使高温气体快速排出动力电池包，减小热扩散发生的概率。

如图2所示，电池模组117内的电芯111采用串联方式连接，即相邻两电芯111的正极和负极位置相反，然后模组集成模块103内的电池模组117也采用串联方式通过金属导线连接，并且模组集成模块103也通过串联连接，再将串联连接之后的模组集成模块103的正极和负极引出线分别通过金属导线连接至动力电池包壳体上的正极接口和负极接口，即正极引出线与壳体上的正极接口连接，负极引出线与壳体上的负极接口连接；此时模组集成模块103上方的金属导线分布复杂，数量较多；此时动力电池内部采用上述布线方式，一方面有利于节约动力电池内部空间，实现空间利用最大化；另一方面，在动力电池使用过程中，金属导线发热也较大，也存在短路进而产生火焰的风险，这就导致电池模组117上方，也就是模组集成模块103的上方发热面积较大，所以模组集成模块103的上方发生热失控的风险也就较大，所以在模组集成模块103和上盖101之间布置的防火隔热垫104也可以拦截金属导线在热失控时的火焰传播，进一步增强了动力电池的热防护性能。

为了防火隔热垫104具有较好的绝热性能以及对高压的抗冲击性能，本实施例的防火隔热垫104中的上述隔热材料108在25℃温度条件下的导热系数小于0.02W/(m·K)，上述抗冲击材料107的抗冲击压力大于1MPa，但本实用新型不以此为限。需要说明的是，上述对隔热材料108的导热系数小于0.02W/(m·K)的要求是针对室温25℃条件下来说的，该隔热材料108同时满足在100℃温度条件下，导热系数小于0.03W/(m·K)；该隔热材料108同时满足在500℃温度条件下，导热系数小于0.1W/(m·K)。

电池包防爆阀105设于上述下壳体102的位于第二方向上的至少一侧边的内侧，如图5中箭头所示，在发生热失控时，由于通过防火隔热垫沿Z向的阻隔作用，火焰将沿着X向与Y向形成的平面内的各个方向扩散，本实施例中，参考图1，电池包防爆阀105设置在下壳体102的右侧，当动力电池内部高温压力大于电池包防爆阀105的压力临界值时，电池包防爆阀105就会打开，此时火焰就会沿着图5中箭头指示方向排出，这就实现了使得动力电池内部火焰沿着指定位置排出，即沿着电池包防爆阀105所在位置排出，及时减小动力电池内部高温压力，防止发生爆炸。需要说明的是，本领域技术人员在具体实施时，也可以将电池包防爆阀105设置在下壳体102的其他位置，比如在下壳体102的左右两侧均设置。并且图5中的防火隔热垫104的表示形式并不代表防火隔热垫104的实际连接形式。

上述纵梁的外侧面设置有突出部116，上述突出部116用于将上述动力电池包安装固定于车辆。本实施例中的电芯111为方壳电芯，本实用新型不以此为限，具体实施时，本领域技术人员可根据实际需要选择其他类型的电芯。

综上，本实用新型的动力电池热防护系统至少具有如下优势：

本实施例公开的动力电池热防护系统通过在电芯正上方设置电芯泄压阀，使得电芯发生热失控以后，火焰朝向电芯的上方Z向垂直喷出，同时在上盖内侧设置与电池模组上表面预留有一定间隙的防火隔热垫，既可以有效阻止Z向火焰烧穿上盖，又能防止电池模组和防火隔热垫直接接触，对电池模组上表面产生摩擦，避免电池模组线路发生短路失效；

通过在相邻模组集成模块之间设置横梁以及在电芯之间设置隔热插片，阻止火焰向X向传播；

在相邻电池模组之间预留间隙有利于沿Y向传播的火焰和热量通过此预留间隙减弱；

进一步地，通过设置电池包防爆阀使动力电池包内的热流气体从指定位置泄出，避免了动力电池包内部因高温高压发生爆炸的风险，保证了乘客的安全。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干个”的含义是一个或一个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或者示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或者示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或者示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力电池热防护系统，用于对动力电池包进行热防护，其特征在于，所述动力电池包包括上盖(101)、下壳体(102)以及位于所述上盖(101)和所述下壳体(102)之间且沿第一方向排布的多个模组集成模块(103)；所述模组集成模块(103)包括沿第二方向排布的多个电池模组(117)，所述电池模组(117)由沿所述第一方向排布的多个电芯(111)组成；所述动力电池热防护系统包括：

防火隔热垫(104)，设于所述上盖(101)和所述模组集成模块(103)之间，且所述防火隔热垫(104)与所述模组集成模块(103)一一对应；

电池包防爆阀(105)，设于所述下壳体(102)的位于第二方向的至少一侧边的内侧，所述第二方向与所述第一方向垂直；

横梁(109)，所述横梁(109)设于所述下壳体(102)内且与所述下壳体(102)一体成型，所述横梁(109)位于所述模组集成模块(103)之间；以及

隔热插片(113)，所述隔热插片(113)设于相邻所述电芯(111)之间。

2.如权利要求1所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述防火隔热垫(104)包含有粘接材料(106)、抗冲击材料(107)和隔热材料(108)，所述抗冲击材料(107)环绕于所述隔热材料(108)的四周设置，所述粘接材料分布于所述抗冲击材料(107)靠近所述上盖(101)的一侧的表面，并用于将所述防火隔热垫(104)固定于所述上盖(101)，使所述防火隔热垫(104)与所述模组集成模块(103)之间形成第一预留间隙。

3.如权利要求1所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述动力电池热防护系统还包括电芯泄压阀(112)，所述电芯泄压阀(112)与所述电芯(111)一一对应，且设于所述电芯(111)的靠近所述防火隔热垫(104)的一侧的表面。

4.如权利要求1所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述下壳体(102)内还设有多个纵梁(110)，所述横梁(109)和纵梁(110) 限定多个容置空间，所述模组集成模块(103)放置于所述容置空间中。

5.如权利要求1所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，相邻的所述电池模组(117)之间沿所述第二方向设有第二预留间隙。

6.如权利要求2所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述防火隔热垫(104)中的所述隔热材料(108)在25℃温度条件下的导热系数小于0.02W/(m·K)，所述抗冲击材料(107)的抗冲击压力大于1MPa。

7.如权利要求1所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述电池模组(117)沿所述第一方向的两端设有端板(114)，所述端板(114)上设有第一连接通孔(115)和多个镂空部，所述下壳体(102)在与所述第一连接通孔(115)对应的位置设有第二连接通孔，所述第一连接通孔(115)和所述第二连接通孔用于在所述模组集成模块(103)和所述下壳体(102)之间实现机械连接。

8.如权利要求4所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述纵梁的外侧面设置有突出部(116)，所述突出部(116)用于将所述动力电池包安装固定于车辆。

9.如权利要求1所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述隔热插片(113)的导热系数小于或者等于0.04W/m·K。

10.如权利要求3所述的一种动力电池热防护系统，其特征在于，所述电芯(111)为方壳电芯，所述电芯泄压阀(112)位于所述电芯(111)的上表面。

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