CN212542540U - 控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组 - Google Patents

控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组 Download PDF

Info

Publication number
CN212542540U
CN212542540U CN202021322236.4U CN202021322236U CN212542540U CN 212542540 U CN212542540 U CN 212542540U CN 202021322236 U CN202021322236 U CN 202021322236U CN 212542540 U CN212542540 U CN 212542540U
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery module
box body
valve
lithium ion
module body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202021322236.4U
Other languages
English (en)
Inventor
曾裕
王胜
王亚东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Fengying Technology Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Fengying Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Fengying Technology Co ltd filed Critical Jiangsu Fengying Technology Co ltd
Application granted granted Critical
Publication of CN212542540U publication Critical patent/CN212542540U/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/07—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in vehicles, e.g. in road vehicles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/36—Control of fire-fighting equipment an actuating signal being generated by a sensor separate from an outlet device
    • A62C37/38—Control of fire-fighting equipment an actuating signal being generated by a sensor separate from an outlet device by both sensor and actuator, e.g. valve, being in the danger zone
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • A62C99/0009—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本实用新型涉及锂离子电池领域，公开了一种控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组。方法包括：实时监测箱体内的电池模组本体的温度，实时监测箱体内的气体浓度，气体浓度为电池模组本体燃烧时产生的气体在空气中的浓度；根据电池模组本体的当前温度、当前温升速率以及箱体内的气体浓度判定电池模组本体当前是否处于起火状态，如果电池模组本体当前处于起火状态，关断相变材料通向冷却板的通道，打开相变材料通向喷发装置的通道，喷发装置将液态的相变材料释压转化为高压气态，向箱体内的电池模组本体喷发高压气态的相变材料，相变材料吸收电池模组本体的热量，并且压缩箱体内的空气，降低电池箱内的氧气含量。

Description

控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池模组制备领域，公开了一种控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组。
背景技术
伴随全球环保理念的推广，新能源电动车逐步进入大众市场，如何提高新能源车续航里程成为行业技术难题，其中动力来源使用锂电池的新能源车。随着电动汽车大力发展于普及，对于电池系统安全问题高度关注，国家也最新发布了关于电池系统发生热失控后五分钟内热失控不能影响到乘客仓的要求。
发明内容
本实用新型实施例的目的之一在于提供一种控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组，应用该技术方案，有利于有效控制电池热失控扩展。
第一方面，本实用新型实施例提供的一种锂离子电池模组，包括：
箱体，
电池模组本体，由复数个电芯串并联组成，设置于所述箱体内，
冷却板，设置于所述箱体内，所述冷却板紧贴在所述电池模组本体的表面，在所述冷却板内设置有管道，所述管道的入口的前端分别连接有第一膨胀阀、第一阀门，
喷发装置，设置于所述箱体内，所述喷发装置包括第二膨胀阀、以及连接在所述第二膨胀阀的后端的喷头，所述喷头正对所述电池模组本体；
探测装置，设置于所述箱体内，用于实时监测箱体内的电池模组本体的温度以及实时监测箱体内的气体浓度，以向电池管理系统输出所述电池模组本体的当前温度及所述箱体内的气体浓度，以供所述电池管理系统根据所述电池模组本体的当前温度及所述箱体内的气体浓度，控制所述第一阀门、第一阀门、第一膨胀阀、第二膨胀阀的通断，所述气体浓度为所述电池模组本体燃烧时产生的各气体在空气中的气体浓度。
可选地，所述喷发装置设置有并联的复数个喷头，各所述喷头分布在所述电池模组本体的周围。
可选地，所述箱体为密封状，在所述箱体上设置由泄压阀，
当所述箱体内的气压上升至所述泄压阀的泄压阈值时，所述泄压阀处于打开状态，向外排出空气，当所述箱体内的气压小于所述泄压阈值时，所述泄压阀处于关闭状态。
第二方面，本实用新型实施例提供的一种控制锂离子电池模组热扩散的系统，包括：
上述任一所述的锂离子电池模组，
压缩机，连接在所述冷却板的管道的出口与泠凝器的入口之间，
所述冷凝器，连接在所述压缩机的出口与所述第一阀门以及所述压缩机的出口与所述第二阀门之间。
可选地，还包括：储液罐，设置在所述泠凝器的出口与所述第一阀门之间，以及位于所述冷凝器的出口与所述第一阀门之间。
可选地，还包括：
气液分离器，连接在所述冷却板的管道的出口与所述压缩机的入口之间。
可选地，所述压缩机、冷凝器为动车的空调系统的压缩机、冷凝器。
可选地，预储在所述储液罐内的相变材料为：1,1,1,2-四氟乙烷。
相对于采用六氟丙烷作为灭火剂向电池模组本体喷发的技术方案，六氟丙烷呈泡沫状附在电池模组本体上，只能起到一定的隔氧效果，无法带走热量，而本实用新型实施例技术方案，除了以高压喷发而实现隔氧外，还能迅速降温，从根本上阻挡电池模组本体的燃烧，其效果大大优于六氟丙烷。
另外，相对于现有技术在箱体1内大量包覆防火材料的技术方案，本实施例能大大降低材料成本，并且，采用包覆防火材料的技术方案是在封闭热量的代价对电池模组的燃烧路径作一定的阻挡。而本实施例既能从燃烧要素的根本上，同时迅速降温，迅速隔氧，从根本上阻挡燃烧，本实施例在控制电池模组的热扩散上效果更佳，更为可靠。
附图说明
图1为本实用新型实施例1提供的锂离子电池模组结构示意图；
图2为本实用新型实施例1提供的控制锂离子电池模组热扩散的系统原理示意图；
图3为本实用新型实施例1提供的相变材料到冷却板的路由示意图；
图4为本实用新型实施例1提供的相变材料到喷发装置的路由示意图。
附图标记：
1：箱体； 2：冷却板； 3: 喷发装置； 4：探测装置；
5：第一膨胀阀； 6：第二膨胀阀； 7：第一阀门； 8：第二阀门；
9：储液罐； 10：泄压阀； 11：压缩机； 12：冷凝器；
13：气液分离器； 14：电池管理系统。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
实施例1：
参见图1-4所示。
本实施例提供了一种新型的锂离子电池模组，该电池模组主要包括：箱体1、电池模组本体（图中未画出）、冷却板2、喷发装置3、探测装置4，其中电池模组本体、冷却板2、喷发装置3、探测装置4共同设置在箱体1内。
其中电池模组本体由多个电芯串并联组成，为箱体1内的主要部件，图中未画出，一般但不限于位于冷却板2的顶面。
冷却板2与电池模组本体面对面紧贴，以与电池模组本体进行热交换，以对电池模组本体进行散热，冷却板2内设置有以供冷媒流通的管道，管道的入口与膨胀阀（记为第一膨胀阀5，其可以但不限于为电子膨胀阀）的出口相连接，第一膨胀阀5的入口与一阀门（记为第一阀门7，其可以但不限于为电磁阀，其可以设置在箱体1内也可以但不限于设置于箱体1外）的出口相连接。冷却板2对电池模组本体进行降温的工作原理是，打开第一阀门7、第一膨胀阀5，液态的相变材料经过第一阀门7到达第一膨胀阀5，第一膨胀阀5对液态的相变材料进行释压，相变材料由液态转换为高压气态，高压气态的相变材料进入冷却板2的管道，与冷却板2发生热交换，吸收冷却板2的热量，使冷却板2的温度降低，冷却板2与电池模组本体发生热交换，对电池模组本体进行降温，避免电池模组本体的温度超过其正常温度范围，在热交换后，相变材料的气压下降，在管道的出口输出低压气态的相变材料。
在本实施例中，使冷却板2内的管道呈迂回状地分布在冷却板2内，以提高管道与冷却板2的接触面积，提高热交换效率。
喷发装置3设置于箱体1内，正对电池模组本体，本实施例的喷发装置3集成有一膨胀阀（记为第二膨胀阀6，其可以但不限于为电子膨胀阀）以及紧连接在第二膨胀阀6后的喷发装置3，其中喷头的数量可以为一个，但优选设置多个喷头，优选喷头环绕正对电池模组本体。在应用时，第二膨胀阀6的前端通过一阀门（记为第二阀门8，可以但不限于为电磁阀，其可以设置在箱体1内也可以但不限于设置于箱体1外）接入液态的相变材料，其中液态的相变材料可以但不限于预储有储液罐9中，喷发装置3在电池管理系统14的控制下工作。喷发装置3的工作原理是，如果当前探测到箱体1内的电池模组本体处于起火状态时，电池管理系统14控制第二阀门6打开，液态的相变材料经过第二阀门8到达第二膨胀阀6，在第二膨胀阀6进行一定程度的释压相变材料由液态转换为高压的气态，紧连接在第二膨胀阀6后的喷头将该高压气态的相变材料向电池模组本体喷发。喷发的高压气态的相变材料与电池模组本体的外表面充分接触，进行热交换，带走电池模组本体上的热量，使其温度迅速下降。并且，在高压气态的相变材料使电池模组本体周围的空气的氧气含量迅速下降，降低电池模组本体周围的氧气含量，起到阻隔氧气的效果，终止或延缓燃烧，达到快速灭火的目的。本实施例从降低温度，降低空气的含氧量两方面同时阻止电池模组本体的燃烧以最大效率地阻止燃烧延缓燃烧阻，避免热扩散造成电池模组爆炸重大事故。并且，本实施例的采用的灭火材料为高压气态喷发后以气态的方式迅速散发迅速带走热量，而不会粘在电池模组本体的表面，一方面有利于迅速降温，另一方面避免灭火材料粘于电池模组本体表面，造成对电池模组本体的伤害。
探测装置4设置于箱体1内，探测装置4用于实时监测箱体1内的电池模组本体的温度，以及实时监测箱体1内的气体浓度。比如可以但不限于将至少一个温度探测装置安装在电池模组本体的表面，温度探测装置优选多个，分别位于电池模组本体表面的不同位置，以提高温度探测的精确度，并且采用多个温度探测装置分布式分布的设计有利于避免单个探测装置4误报。
气体浓度探测装置设置在箱体1内的任意位置，优选但不限于设置有两个或两个以上，分布在箱体1内的不同位置，提高气体浓度探测的探测精度，避免单个探测装置4误报。其中探测的气体浓度具体为，探测电池模组本体燃烧时的气体产物在空气中的浓度，以空气中二氧化碳CO2的浓度为主，并且，本实施例还进一步探测氢气H2、CH4和/或C2H4在当前空气中的浓度，从而根据多种气体的浓度参数进行综合判定当前电池模组本体是否发生燃烧，提高探测精度，避免由于单个探测功能或探头失效而导致未能即使发现燃烧情况。
相对于现有技术根据当前的温度值而探测箱体1内部是否发生燃烧的技术方案，本实施例还进一步引入了气体浓度的实时监测，使其与温度探测一起综合判定，利用气体的散发性强的性质，能进一步提高发现燃烧的及时性，提高监测的可靠性。
探测装置4通过采集电路或采集线束与电池管理系统14（Battery ManageSystem，简称BMS）电连接，探测装置4将温度探测数据、各气体浓度数据发送至电池管理系统14，电池管理系统14根据当前的控制算法，根据当前温度、温升速率及各气体浓度进行计算，综合判定箱体1内的电池模组本体的状态，根据不同的状态，控制系统中的第一阀门7、第二阀门8、第一膨胀阀5、第二膨胀阀6的通断。具体可以但不限于将电池模组本体的状态分为以下状态：
1、正常状态：电池模组本体的温度处于正常工作温度内，未监测到预定的燃烧气体或监测到燃烧气体的浓度极低，在合理范围内。此时可以但不限于电池管理系统14关闭第一阀门7、第二阀门8、第一膨胀阀5、第二膨胀阀6，以维持较低的系统损耗。
2、高温状态，电池模组本体的温度超过预定的正常工作温度范围，但未达到第一告警状态，保持第二阀门8、第二膨胀阀6关断，打开第一阀门7、第一膨胀阀5，向第一阀门7通入液态的相变材料，液态的相变材料在第一膨胀阀5处适当释压转换为高压气态，以高速在冷却板2内的迂回的管道内流通，与冷却板2快速进行热交换，实现快速降温。
3、告警状态，当电池模组本体当前的温度值、温升速率、某气体浓度达到一定的危险状态，但是未达到燃烧程度时，电池管理系统14保持第一阀门7、第一膨胀阀5打开，第二阀门8、第二膨胀阀6关断，继续通过冷却板2对电池模组本体进行降温，并且对外发送警告信号，比如但不限于触发声音告警以及在控制面板弹出告警对话框，提醒用户查看以排除故障，避免意外。
4、起火状态，当电池模组本体当前的温度值、温升速率、某气体浓度达到一定的程度时，判定为起火状态。此时关断第一阀门7，关断第二膨胀阀6，打开第二阀门8、以及集成在喷发装置3上的第二膨胀阀6，打开储液罐9的出液口，将系统中全部相变材料通过第二阀门8，经由喷发装置3的第二膨胀阀6释压，各喷头以高压气态向电池模组本体的表面喷发出去，对电池模组本体进行迅速降温及氧气隔断，以有效灭火。
需要说明的是，本实施例可以在储液罐9中预存液相的相变材料，并使储液罐9内的液态的相变材料的存储量不低于一定的水平，以确保在电池模组本体发生起火状态时，本系统的相变材料的喷发量达到一定的水平，提高灭火的效果。
另外，在本实施例的锂离子电池模组的箱体1设置成密封状，在箱体1上设置有泄压阀10，当箱体1内的气压大于泄压阀10的泄压阈值时，泄压阀10打开，直到箱体1内的气压下降到小于泄压阈值时，泄压阀10关闭。采用本技术方案有利于提高气态的相变材料与电池模组本体的接触时间，提高换热降温效果，在气压达到一定程度后向外排气泄压，使热量迅速排出，有助于提高降温效果，避免箱体1内的气压过大而导致箱体1爆炸。
本实施例还可以进一步对冷凝器12出来的相变材料进行回收循环利用，参见示，在冷却板2的管道出口后顺次连接有压缩机11、冷凝器12，冷凝器12的出口端连接储液罐9的进液管，储液罐9的出液管与第一阀门7、第二阀门8共同连接，相变材料的路径为：从冷却板2的管道出来的相变物质进入压缩机11，进一步压缩后转换为高压高温的气态后进入冷凝器12，转换为高压液态，然后进入储液罐9，以液态存储在储液罐9中。储液罐9的液态的相变材料从出液罐分别通过第一阀门7进入冷却板2，或者通过第二阀门8进入喷发装置3。采用本技术方案的回收循环利用的技术方案，有利于降低成本。
作为本实施例的示意，还进一步在冷却板2的管道的出口与压缩机11的进气口之间连接气液分离器13，以在分离混杂在其中的液态物质（一般为水分）后再将分离后的气体输入压缩机11，避免影响压缩机11工作损害压缩机11。
作为本实施例的示意，本实施料的压缩机11、冷凝器12、气液分离器13、储液罐9均设置在电池系统的箱体1外，优选但不限于可以复用动车的空调系统中的相应设备，以降低系统成本，降低系统体积。
作为本实施例的示意，本实施例采用1,1,1,2-四氟乙烷（R134a）作为本系统的控制热扩散的相变材料，其可以但不限于复用动车的空调系统中的制冷剂。
本实施例提供过的一种控制锂离子电池模组热扩散的方法，其主要包括以下步骤：
步骤101: 实时监测箱体1内的电池模组本体的温度，实时监测箱体1内的气体浓度，将监测结果实时发送至电池管理系统14。
本步骤的工作原理详见上文的探测装置4的工作原理描述。
在本实施例中，采用多个温度传感器、多个气体浓度传感器的技术方案，防止单一期间发生故障导致误报。
步骤102：根据电池模组本体的当前温度、当前温升速率以及箱体1内的气体浓度判定所述电池模组本体当前的状态。
电池管理系统14中预设有热扩散控制软件。
电池管理系统14在收到探测参数后，根据电池模组本体的当前温度，计算当前的温升速率。
根据电池管理系统14当前的温度、温升速率以及箱体1内的各气体浓度，确定电池模组本体当前处于正常状态、高温状态、告警状态、起火状态中何种。
作为本实施例的示意，在本实施例中，本发明人采用以下复合控制方法：
电池管理系统14在收到各探测装置4发送的各温度探测值、各气体浓度探测值后，可以但不限于采用各探测值之和除以个数的方式，计算各探测装置4探测的探测值的平均值，分别得到温度值平均值，温升速率平均值，各气体浓度平均值；
也可以但不限于去除最高值、最低值后计算剩余探测值的总和与个数之间的商作为平均值，分别得到温度值平均值，温升速率平均值，各气体浓度平均值；
本实施例还分别为温度值T、温升速率ΔT/t、各气体浓度δ（本实施例以CO2的气体浓度为示意）设置对应的权重因子，设权重因子分别为：a、b、c，根据温度值平均值，温升速率平均值，气体浓度平均值计算他们的权重值：a*T+b*ΔT/t+c*δ，根据该权重值对电池模组本体的状态进行判定。比如设定分别设置有对应告警状态的临界值（记为初级告警临界值）、对应起火状态的临界值（记为起火临界值）。
如果温度值高于正常的温度区间，且当前的权重值小于初级告警临界值时，则认为电池模组本体当前处于高温状态，保持第二阀门8关断，打开第一阀门7，打开第一膨胀阀5，向冷却板2内的管道通入高压的气态的相变材料，以通过冷却板2对电池模组本体进行降温，使其温度降低到其正常温度区间内，确保电池模组本体的正常工作，避免温度升高而导致情况恶化。
如果当前的权重值等于或大于初级告警临界值而小于起火临界值时，则认为电池模组本体当前处于告警状态，除了继续冷却板2降温外，还进一步触发系统告警，系统发出告警信息，包括但不限于启动蜂鸣器，在管理界面弹出告警信息，提醒用户以及维修人员检查提醒用户进行故障排除。
如果根据当前的探测参数，确定电池模组本体当前温度值处于预设的正常温度区间内时，还可以但不限于关断第一阀门7，关断第二阀门8，关断第一膨胀阀5，关断第二膨胀阀6，以降低系统损耗。
步骤103：如果判定电池模组本体当前处于起火状态，电池管理系统14关断相变材料通向冷却板2的通道，打开通向喷发装置3的通道，将全部相变材料以高压气态向电池模组本体喷发出去。
如果当前的权重值等于或大于起火临界值时，则认为电池模组本体当前处于起火状态，关断冷却板2降温外，启动喷发装置3通道，启动喷发装置3，将系统中的全部相变材料以高压气态向模组电池本体喷发，进行直接接触热交换，迅速换热以及快速压缩空气降低氧含量，隔断氧气，进行有效灭火。
作为本实施例的示意，本实施例除了根据测定值计算上述的权重值，从而利用权重值判定电池模组本体的状态时，还进一步设置了温升速率极限值、气体浓度极限值，使无论根据当前权重值大小，当温升速率达到温升速率极限值，或者气体浓度达到预定的气体浓度极限值时，均判定电池模组本体当前处于起火状态，以进入灭火控制流程，有效灭火，采用该技术方案有利于避免探测装置4损坏而导致温度或气体浓度探测失效的问题，避免由于部分探测装置4失效而无法及时发现起火状态的情况，采用该技术方案有利于提高探测的可靠性及安全性。
为了方便对本实用新型进行进一步了解，以下进一步对本实施例的效果进行说明：
本实施例以R134a作为相变材料为例，在温度为26oC，绝对压力为0.68543Mpa下。
R134a在液态下，其液态密度为1202.9 Kg/m³，液态焓量为235.97；
R134a在气态下，其气态体积质量0.03000m³/Kg，气态焓量为412.84。
根据式：ΔH=(U2-U1)+P(V2-V1) （1），
其中ΔH=（U2-U1）为气态到液态的能量变化值，由气态到液态为放热过程，能量减小，ΔH<0；由液态到气态为吸热过程，能量增大, ΔH>0。
P为绝对压力值；
(V2-V1)：气态到液态的体积变化量，由气态到液态体积变小；由液态到气态体积增大。
根据气态体积质量计算其气态密度：1/0.03=33.33（Kg/m³），则1202.9KG的相变材料R134a的气态体积为1202.9*33.33=40092.6，带入式（1）得：
U2-U1=ΔU=ΔH-P(V2-V1)
=1202.9*(412.84-235.97)-0.68543*(40092.6-1)
=185491.8(KJ)
则，每1KG相变材料R134a从气态到液态的热量变化量为：
ΔU=185491.8/1202.9=154.2（KJ），
即每1 KG相变材料R134a从液态到气态的吸热量为154.2KJ。
由上可见，1 KG的相变材料R134a在设定条件下由液态变换成为气态可以快速吸收箱内154.2KJ的热量，实现快速散热，并且可以产生33.33立方米（在绝对压力值不变情况下计得）的气体，该气体以高压喷发至箱体1内，产生剧烈气流，气态的相变材料与电池模组本体充分接触，挤压位于电池模组周围的空气（含氧气），起到隔氧效果，降低箱体1内的空气的含氧量。在箱体1内的其他达到箱体1上的泄压阀10的泄压阈值时，与利用气体排出箱内空气（含氧气）起到延缓热扩散的效果。
相对于采用六氟丙烷作为灭火剂向电池模组本体喷发的技术方案，六氟丙烷呈泡沫状附在电池模组本体上，只能起到一定的隔氧效果，无法带走热量，而本实施例技术方案，除了以高压喷发而实现隔氧外，还能迅速降温，从根本上阻挡电池模组本体的燃烧，其效果大大优于六氟丙烷。
另外，相对于现有技术在箱体1内大量包覆防火材料的技术方案，本实施例能大大降低材料成本，并且，采用包覆防火材料的技术方案是在封闭热量的代价对电池模组的燃烧路径作一定的阻挡。而本实施例既能从燃烧要素的根本上，同时迅速降温，迅速隔氧，从根本上阻挡燃烧，本实施例在控制电池模组的热扩散上效果更佳，更为可靠。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池模组，其特征是，包括：
箱体，
电池模组本体，由复数个电芯串并联组成，设置于所述箱体内，
冷却板，设置于所述箱体内，所述冷却板紧贴在所述电池模组本体的表面，在所述冷却板内设置有管道，所述管道的入口的前端分别连接有第一膨胀阀、第一阀门，
喷发装置，设置于所述箱体内，所述喷发装置包括第二膨胀阀、以及连接在所述第二膨胀阀的后端的喷头，所述喷头正对所述电池模组本体；
探测装置，设置于所述箱体内，用于实时监测箱体内的电池模组本体的温度以及实时监测箱体内的气体浓度，以向电池管理系统输出所述电池模组本体的当前温度及所述箱体内的气体浓度，以供所述电池管理系统根据所述电池模组本体的当前温度及所述箱体内的气体浓度，控制所述第一阀门、第一阀门、第一膨胀阀、第二膨胀阀的通断，所述气体浓度为所述电池模组本体燃烧时产生的各气体在空气中的气体浓度。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征是，
所述喷发装置设置有并联的复数个喷头，各所述喷头分布在所述电池模组本体的周围。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征是，
所述箱体为密封状，在所述箱体上设置由泄压阀，
当所述箱体内的气压上升至所述泄压阀的泄压阈值时，所述泄压阀处于打开状态，向外排出空气，当所述箱体内的气压小于所述泄压阈值时，所述泄压阀处于关闭状态。
4.一种控制锂离子电池模组热扩散的系统，其特征是，包括：
权利要求1或2或3所述的锂离子电池模组，
压缩机，连接在所述冷却板的管道的出口与泠凝器的入口之间，
冷凝器，连接在所述压缩机的出口与第一阀门以及所述压缩机的出口与第二阀门之间。
5.根据权利要求4所述的控制锂离子电池模组热扩散的系统，其特征是，
还包括：储液罐，设置在所述泠凝器的出口与所述第一阀门之间，以及位于所述冷凝器的出口与所述第一阀门之间。
6.根据权利要求4所述的控制锂离子电池模组热扩散的系统，其特征是，还包括：
气液分离器，连接在所述冷却板的管道的出口与所述压缩机的入口之间。
7.根据权利要求4所述的控制锂离子电池模组热扩散的系统，其特征是，
所述压缩机、冷凝器为动车的空调系统的压缩机、冷凝器。
8.根据权利要求5所述的控制锂离子电池模组热扩散的系统，其特征是，
预储在所述储液罐内的相变材料为：1，1，1，2-四氟乙烷。
CN202021322236.4U 2020-07-02 2020-07-07 控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组 Expired - Fee Related CN212542540U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2020106281377 2020-07-02
CN202010628137 2020-07-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN212542540U true CN212542540U (zh) 2021-02-12

Family

ID=72457336

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202021322236.4U Expired - Fee Related CN212542540U (zh) 2020-07-02 2020-07-07 控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组
CN202010648138.8A Pending CN111682287A (zh) 2020-07-02 2020-07-07 控制锂离子电池模组热扩散的系统及方法及锂离子电池模组

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010648138.8A Pending CN111682287A (zh) 2020-07-02 2020-07-07 控制锂离子电池模组热扩散的系统及方法及锂离子电池模组

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN212542540U (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112721736A (zh) * 2021-01-14 2021-04-30 哈尔滨工程大学 一种具有冷却和灭火功能的一体式动力电池热管理系统
CN113300020B (zh) * 2021-04-26 2022-11-11 山东大学 一种防爆电池及防爆方法
CN113488716A (zh) * 2021-06-08 2021-10-08 同济大学 一种储能电站锂离子电池的降温灭火方法及装置
CN113289289A (zh) * 2021-07-07 2021-08-24 傲普(上海)新能源有限公司 一种电池包洁净消防装置及其消防方法
CN113715646A (zh) * 2021-09-15 2021-11-30 广州巨万智能科技股份有限公司 一种电动车防爆防易燃电池充电保护装置
CN114404839A (zh) * 2021-12-02 2022-04-29 国网湖南省电力有限公司 锂电池储能舱安全监控应急系统及方法
CN115764080B (zh) * 2022-12-15 2023-11-14 广州星翼智慧能源技术有限公司 一种电池热失控智能控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111682287A (zh) 2020-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN212542540U (zh) 控制锂离子电池模组热扩散的系统及锂离子电池模组
CN111092269A (zh) 一种锂离子电池箱抑爆装置及方法
CN109568833A (zh) 一种动力电池包防复燃自动灭火装置与方法
CN110013626A (zh) 一种车载锂离子电池包分级式灭火系统及其控制策略
CN109985335A (zh) 一种新能源汽车用锂离子电池的分离式自动灭火系统
CN112103445B (zh) 消防装置、箱体组件、电池、用电装置及制备电池的方法
CN211455884U (zh) 一种锂离子电池箱抑爆装置
CN103943799A (zh) 在车辆电池释放气体时提供安全措施的设备和方法
CN206541906U (zh) 动力电池包及车辆
CN114100023A (zh) 一种储能电站热失控三级预警及消防联动系统
CN114614161A (zh) 一种基于换热、消防及热安全一体的电池系统
CN217908676U (zh) 一种电化学储能舱火灾抑制系统
CN109585946A (zh) 锂离子电池组热失控处理系统与方法
CN107623147A (zh) 新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置及其使用方法
WO2024077789A1 (zh) 电池及用电装置
CN112038560A (zh) 一种电池包热失控预警灭火系统
CN112843543A (zh) 一种储能电站电池组降温灭火装置
CN107706475A (zh) 一种具有自动灭火装置的梯次利用电池包及控制方法
CN209575563U (zh) 一种全氟己酮电动客车动力锂离子电池箱火灾防控装置
WO2022012465A1 (zh) 具有智能定点灭火功能的电池包
CN114899509A (zh) 一种多触发方式的新能源汽车动力电池自动降温及灭火装置
CN215585307U (zh) 电池灭火系统
CN110534821A (zh) 抑制锂电池热失控的保护装置及其使用方法
CN209200034U (zh) 电池包和车辆
CN207558999U (zh) 一种具有自动灭火装置的梯次利用电池包

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210212