CN215834593U - 一种锂离子电池智能冷却降温系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种锂离子电池智能冷却降温系统，包括用于放置锂离子电池组的封装壳体，所述封装壳体内设有氟化液并使锂离子电池组浸泡于其中，所述封装壳体还设有循环进口及循环出口，所述封装壳体外部设有连接于循环进口与循环出口之间，用于给氟化液降温的换热装置；所述封装壳体内设有用于检测氟化液温度的温度传感器，所述封装壳体最高处设有气体烟雾传感器及单向排气阀；还包括用于接收温度传感器、气体烟雾传感器测量参数，并控制换热装置工作的控制装置。本实用新型能够监测电池状态，包括温度、释放气体等，监测到电池异常信号，对异常信号划分等级，制定不同的冷却策略方案，通过控制装置控制换热装置的运行，完成冷却的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池组的热失控领域，具体涉及一种锂离子电池智能冷却降温系统。
背景技术
国内外对锂离子电池的研究主要集中在，寻找高能量密度的电极材料、隔膜材料和电解质材料，如固体电解质被认为是未来锂离子在电池的发展方向，但目前存在固体电解质与级片紧密性较差，界面阻抗较高，锂离子在界面之间的传输受阻。在目前一段时间内，锂离子电池热失控问题始终是研究者争相研究的方向。
目前国内外研究者普遍认为，锂离子电池发生热失控时，通常会伴随着剧烈的放热化学反应，引起冒烟、起火甚至爆炸伤害，锂离子热失控失效诱因按来源分，可分为两个过程：
1、使用过程：通常由机-电-热滥用诱因引起，如电池过充、过放；
2、设计制造过程：设计缺陷，制造过程引入杂质，也可能在长期循环过程中触发电池热失控，如电池短路。
按照热失控过程阶段划分，可分为两个阶段：
第一阶段是单体电池热失控：这个阶段只有异常单体电池出现温度升高，如果热量得不到及时释放，会引起周围电池单体产生升温，达一定程度后，会发生热失控，同时会伴随氢气的释放，继而诱发第二阶段；
第二阶段是整个电池组热失控：进一步引起燃烧爆炸，由于锂离子电池电极材料，在一定情况下，会与隔膜及电解质发生化学反应，释放出大量热量，因此会进一步加剧整个电池组的热失控；
总之，热失控是造成锂离子电池冒烟、起火、爆炸最主要的原因，热失控会伴随着温度的剧烈升高，同时温度升高又会加剧热失控，基于以上对热失控的认识，可采用合理的外部或内部手段来对锂离子电池温度进行监控，能有效的降低热失控的危险程度，提升锂离子电池使用的安全性。
实用新型内容
基于上述问题，本实用新型目的在于提供一种能够监测电池状态，包括温度、释放气体等，监测到电池异常信号，对异常信号划分等级，制定不同的冷却策略方案，通过控制装置控制换热装置的运行，完成冷却的锂离子电池智能冷却降温系统。
针对以上问题，提供了如下技术方案：一种锂离子电池智能冷却降温系统，包括用于放置锂离子电池组的封装壳体，所述封装壳体内设有氟化液并使锂离子电池组浸泡于其中，所述封装壳体还设有循环进口及循环出口，所述封装壳体外部设有连接于循环进口与循环出口之间，用于给氟化液降温的换热装置；所述封装壳体内设有用于检测氟化液温度的温度传感器，所述封装壳体最高处设有气体烟雾传感器及单向排气阀；还包括用于接收温度传感器、气体烟雾传感器测量参数，并控制换热装置工作的控制装置。
上述结构中，通过温度传感器测量封装壳体内的氟化液温度，当控制装置得到温度超过预设值的参数时，会控制换热装置进行换热降温，从而减小电池包内的温度，气体烟雾传感器用于检测H2（氢气），它是锂离子电池在充电过程中负极材料与SEI膜反应释放的气体，可视为热失控发生时的特征气体；气体烟雾传感器及单向排气阀位于封装壳体最高处可有效检测位于氟化液上方的气体，并通过单向排气阀排出封装壳体内受热膨胀的气体，平衡内外压差。
本实用新型进一步设置为，所述换热装置包括换热器及换热泵。
上述结构中，温度传感器测量电池包内的氟化液温度超过预设值，或/及气体烟雾传感器检测到H2（氢气）时，温度传感器、气体烟雾传感器通过模拟量与数字量的转换，将信号输入到控制装置的单片机中，会控制换热泵工作，氟化液经换热器降温后重新进入封装壳体冷却锂离子电池组，待氟化液温度正常后，换热泵关闭。
本实用新型进一步设置为，还包括通过控制装置控制的断电报警装置，所述锂离子电池组与封装壳体共同构成的电池包，所述断电报警装置包括设置于电池包的充或/及放电路径上的断电执行机构。
上述结构中，断电执行机构可用于控制电池包的充或/及放电路径的切断，电池包的供电及外部负载，降低或杜绝电池包的负载，使其能尽可能的回归到稳定状态。
本实用新型进一步设置为，所述断电报警装置还包括以声或/及光为报警模式的报警部件。
上述结构中，当断电执行机构启动后，报警部件随之工作进行提醒，报警部件可以为警示灯或/及蜂鸣器。
本实用新型进一步设置为，所述控制装置的单片机内设定有三个温度阈值，分别为低、中、高，对应控制换热泵三档转速实现三组循环模式。
上述结构中，根据电池包内氟化液不同的温度，使控制装置的单片机给出不同的处理模式，低、中、高温度阈值分别对应换热泵的三档转速，保证经济性，也便于记录温度曲线。
本实用新型进一步设置为，所述换热器上设有换热风扇，所述单片机内设定的低、中、高有三个温度阈值同时对应控制换热风扇三档转速实现三组冷却转速。
上述结构中，根据电池包内氟化液不同的温度，控制换热泵的三档转速的同时控制换热风扇的转速，保证经济性。
本实用新型进一步设置为，所述控制装置的单片机内设定有三个温度阈值，分别为低、中、高，当温度传感器检测到氟化液温度超过任一一个温度阈值，且持续时间超过单片机设定的时间阈值时，单片机控制断电报警装置断开电池包的充或/及放电路径。
上述结构中，当温度传感器测得电池包内的温度超过任一一个温度阈值，并使控制装置的单片机给出不同的处理模式后，单位时间内（如设定10S、20S、30S）如电池包内的氟化液温度并未快速下降到单片机内设定的三个温度阈值中最低温度阈值以下时，意味着电池包的温度正在急剧增大，实行自动断电（切断充电或放电电路）措施，以降低或杜绝电池包的负载，使其能尽可能的回归到稳定状态的同时发出报警信号，给人提供做出应急处理的准备，同时减少或避免对其它用电设施造成连带损害的概率。
本实用新型进一步设置为，所述温度传感器为气压温度传感器。
上述结构中，气体烟雾传感器采用MQ-2气体烟雾传感器，MQ-2常用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测，因此，MQ-2可以准确来说是一个多种气体探测器，其探测范围极其的广泛，具有灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单的优点。
本实用新型进一步设置为，所述循环出口位于封装壳体底部，所述循环进口位于封装壳体顶部并远离循环出口的一侧。
上述结构中，能保证经过散热后的氟化液能够从上往下流动，提供良好的降温效果。
本实用新型进一步设置为，所述氟化液吸收锂离子电池组的热量后从循环出口经换热器、换热泵后流回循环进口注入封装壳体实现换热循环；所述温度传感器位于封装壳体内腔的循环出口位置处。
上述结构中，将换热泵置于氟化液流动方向的换热器下游，减少换热泵受温度影响，从而延长环热泵使用寿命。
本实用新型进一步设置为，断电执行机构可以为接触器、固态继电器等。
本实用新型的有益效果：通过温度传感器测量封装壳体内的氟化液温度，当控制装置得到温度超过预设值的参数时，会控制换热装置进行换热降温，从而减小电池包内的温度，气体烟雾传感器用于检测H2（氢气），它是锂离子电池在充电过程中负极材料与SEI膜反应释放的气体，可视为热失控发生时的特征气体；气体烟雾传感器及单向排气阀位于封装壳体最高处可有效检测位于氟化液上方的气体，并通过单向排气阀排出封装壳体内受热膨胀的气体，平衡内外压差；针对锂离子电池组发生短路、过冲时容易在锂离子电池组内部产生大量热量、气体，热量的累计使得锂离子电池组温度升高，同时使得气体膨胀，造成内部压力增高，严重甚至造成锂离子电池组爆炸等严重安全事故。因此，通过控制装置来控制氟化液的流动和流速大小，对氟化液进行冷却，温度传感器及气体烟雾传感器检测到温度升高超过预设温度或检测到热失控特征气体H2（氢气）时，控制装置会将这个信号进行处理，同时启动换热泵，氟化液开始在循环冷却，同时膨胀的气体从单向排气阀排出，大幅降低可燃气体浓度和温度，保证锂离子电池组尽可能不会发生燃烧爆炸，有效降低锂离子电池组安全隐患，提高锂离子电池组使用安全性。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的电路图。
图中标号含义：10-封装壳体；11-循环进口；12-循环出口；13-温度传感器；14-气体烟雾传感器；15-单向排气阀；20-锂离子电池组；30-换热装置；31-换热器；32-换热泵；40-控制装置；50-断电报警装置；51-断电执行机构；52-报警部件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参考图1及图2，如图1及图2所示的一种锂离子电池智能冷却降温系统，包括用于放置锂离子电池组的封装壳体10，所述封装壳体10内设有氟化液（图中未示出）并使锂离子电池组20浸泡于其中，所述封装壳体10还设有循环进口11及循环出口12，所述封装壳体10外部设有连接于循环进口11与循环出口12之间，用于给氟化液降温的换热装置30；所述封装壳体10内设有用于检测氟化液温度的温度传感器13，所述封装壳体10最高处设有气体烟雾传感器14及单向排气阀15；还包括用于接收温度传感器13、气体烟雾传感器14测量参数，并控制换热装置30工作的控制装置40。
上述结构中，通过温度传感器13测量封装壳体10内的氟化液温度，当控制装置40得到温度超过预设值的参数时，会控制换热装置30进行换热降温，从而减小电池包内的温度，气体烟雾传感器14用于检测H2（氢气），它是锂离子电池在充电过程中负极材料与SEI膜反应释放的气体，可视为热失控发生时的特征气体；气体烟雾传感器14及单向排气阀15位于封装壳体10最高处可有效检测位于氟化液上方的气体，并通过单向排气阀15排出封装壳体10内受热膨胀的气体，平衡内外压差。
本实施例中，所述换热装置30包括换热器31及换热泵32。
上述结构中，温度传感器13测量电池包内的氟化液温度超过预设值，或/及气体烟雾传感器14检测到H2（氢气）时，温度传感器13、气体烟雾传感器14通过模拟量与数字量的转换，将信号输入到控制装置40的单片机中，会控制换热泵32工作，氟化液经换热器31降温后重新进入封装壳体10冷却锂离子电池组20，待氟化液温度正常后，换热泵32关闭。
本实施例中，还包括通过控制装置40控制的断电报警装置50，所述锂离子电池组20与封装壳体10共同构成的电池包，所述断电报警装置50包括设置于电池包的充或/及放电路径上的断电执行机构51。
上述结构中，断电执行机构51可用于控制电池包的充或/及放电路径的切断，电池包的供电及外部负载，降低或杜绝电池包的负载，使其能尽可能的回归到稳定状态。
本实施例中，所述断电报警装置50还包括以声或/及光为报警模式的报警部件52。
上述结构中，当断电执行机构51启动后，报警部件52随之工作进行提醒，报警部件52可以为警示灯或/及蜂鸣器。
本实施例中，所述控制装置40的单片机内设定有三个温度阈值，分别为低、中、高，对应控制换热泵32三档转速实现三组循环模式。
上述结构中，根据电池包内氟化液不同的温度，使控制装置40的单片机给出不同的处理模式，低、中、高温度阈值分别对应换热泵32的三档转速，保证经济性，也便于记录温度曲线。
本实施例中，所述换热器31上设有换热风扇，所述单片机内设定的低、中、高有三个温度阈值同时对应控制换热风扇三档转速实现三组冷却转速。
上述结构中，根据电池包内氟化液不同的温度，控制换热泵32的三档转速的同时控制换热风扇的转速，保证经济性。
本实施例中，所述控制装置40的单片机内设定有三个温度阈值，分别为低、中、高，当温度传感器13检测到氟化液温度超过任一一个温度阈值，且持续时间超过单片机设定的时间阈值时，单片机控制断电报警装置50断开电池包的充或/及放电路径。
上述结构中，当温度传感器13测得电池包内的温度超过任一一个温度阈值，并使控制装置40的单片机给出不同的处理模式后，单位时间内（如设定10S、20S、30S）如电池包内的氟化液温度并未快速下降到单片机内设定的三个温度阈值中最低温度阈值以下时，意味着电池包的温度正在急剧增大，实行自动断电（切断充电或放电电路）措施，以降低或杜绝电池包的负载，使其能尽可能的回归到稳定状态的同时发出报警信号，给人提供做出应急处理的准备，同时减少或避免对其它用电设施造成连带损害的概率。
本实施例中，所述温度传感器13为气压温度传感器。
上述结构中，气压温度传感器选用Bosch（博世） Sensortec的BMP180，是一种高精度数字气压和温度传感器，使用BMP180可以测量环境温度、压力和高度的测量；气体烟雾传感器采用MQ-2气体烟雾传感器，MQ-2常用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测，因此，MQ-2可以准确来说是一个多种气体探测器，其探测范围极其的广泛，具有灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单的优点。
本实施例中，所述循环出口12位于封装壳体10底部，所述循环进口11位于封装壳体10顶部并远离循环出口12的一侧。
上述结构中，能保证经过散热后的氟化液能够从上往下流动，提供良好的降温效果。
本实施例中，所述氟化液吸收锂离子电池组20的热量后从循环出口12经换热器31、换热泵32后流回循环进口11注入封装壳体10实现换热循环；所述温度传感器13位于封装壳体10内腔的循环出口12位置处。
上述结构中，将换热泵32置于氟化液流动方向的换热器31下游，减少换热泵32受温度影响，从而延长环热泵32使用寿命。
本实施例中，断电执行机构51可以为接触器、固态继电器等。
本实施例中，单向排气阀可采用电磁阀代替，当气压温度传感器测得电池包内的气压超过单片机预设的压力阈值时，控制电磁阀开启排气模式。
本实用新型的有益效果：通过温度传感器13测量封装壳体10内的氟化液温度，当控制装置40得到温度超过预设值的参数时，会控制换热装置30进行换热降温，从而减小电池包内的温度，气体烟雾传感器14用于检测H2（氢气），它是锂离子电池在充电过程中负极材料与SEI膜反应释放的气体，可视为热失控发生时的特征气体；气体烟雾传感器14及单向排气阀15位于封装壳体10最高处可有效检测位于氟化液上方的气体，并通过单向排气阀15排出封装壳体10内受热膨胀的气体，平衡内外压差；针对锂离子电池组20发生短路、过冲时容易在锂离子电池组20内部产生大量热量、气体，热量的累计使得锂离子电池组20温度升高，同时使得气体膨胀，造成内部压力增高，严重甚至造成锂离子电池组20爆炸等严重安全事故。因此，通过控制装置40来控制氟化液的流动和流速大小，对氟化液进行冷却，温度传感器13及气体烟雾传感器14检测到温度升高超过预设温度或检测到热失控特征气体H2（氢气）时，控制装置40会将这个信号进行处理，同时启动换热泵32，氟化液开始在循环冷却，同时膨胀的气体从单向排气阀15排出，大幅降低可燃气体浓度和温度，保证锂离子电池组20尽可能不会发生燃烧爆炸，有效降低锂离子电池组20安全隐患，提高锂离子电池组20使用安全性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池智能冷却降温系统，包括用于放置锂离子电池组的封装壳体，其特征在于：所述封装壳体内设有氟化液并使锂离子电池组浸泡于其中，所述封装壳体还设有循环进口及循环出口，所述封装壳体外部设有连接于循环进口与循环出口之间，用于给氟化液降温的换热装置；所述封装壳体内设有用于检测氟化液温度的温度传感器，所述封装壳体最高处设有气体烟雾传感器及单向排气阀；还包括用于接收温度传感器、气体烟雾传感器测量参数，并控制换热装置工作的控制装置。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述换热装置包括换热器及换热泵。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：还包括通过控制装置控制的断电报警装置，所述锂离子电池组与封装壳体共同构成的电池包，所述断电报警装置包括设置于电池包的充或/及放电路径上的断电执行机构。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述断电报警装置还包括以声或/及光为报警模式的报警部件。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述控制装置的单片机内设定有三个温度阈值，分别为低、中、高，对应控制换热泵三档转速实现三组循环模式。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述换热器上设有换热风扇，所述单片机内设定的低、中、高有三个温度阈值同时对应控制换热风扇三档转速实现三组冷却转速。
7.根据权利要求3所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述控制装置的单片机内设定有三个温度阈值，分别为低、中、高，当温度传感器检测到氟化液温度超过任一一个温度阈值，且持续时间超过单片机设定的时间阈值时，单片机控制断电报警装置断开电池包的充或/及放电路径。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述温度传感器为气压温度传感器。
9.根据权利要求2所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述循环出口位于封装壳体底部，所述循环进口位于封装壳体顶部并远离循环出口的一侧。
10.根据权利要求9所述的一种锂离子电池智能冷却降温系统，其特征在于：所述氟化液吸收锂离子电池组的热量后从循环出口经换热器、换热泵后流回循环进口注入封装壳体实现换热循环；所述温度传感器位于封装壳体内腔的循环出口位置处。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115621587A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-17 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种电池包、用电装置和电池包的热失控检测与控制方法 |
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2021
- 2021-08-21 CN CN202121980250.8U patent/CN215834593U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115621587A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-17 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种电池包、用电装置和电池包的热失控检测与控制方法 |
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