CN218827426U - 一种电池热失控气体冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池热失控气体冷却系统，属于动力电池技术领域，包括电池箱体和外部冷媒回路，所述电池箱体的内部设置有第一冷却单元，所述外部冷媒回路与第一冷却单元连通；还包括电能转换分配模块和低压蓄电单元，所述电能转换分配模块将电池箱体和外部冷媒回路电性连接，所述低压蓄电单元与电能转换分配模块电性连接。本实用新型在电芯热失控时，外部冷媒回路仍然可以工作，从而能够及时冷却电芯。

Description

一种电池热失控气体冷却系统

技术领域

本实用新型涉及动力电池技术领域，具体地说，涉及一种电池热失控气体冷却系统。

背景技术

传统汽车工业引发的全世界范围内的能源问题与环境问题，使研发新能源电动汽车成为当今世界的紧迫任务。新能源电动汽车是解决汽车交通所面临的能源与环境问题的有效途径。动力电池系统是新能源电动汽车动力系统中最重要的组成部分，新能源汽车的动力电池系统是由成百上千的电芯以串并联的方式组合在一起的，其安全问题就不仅仅是电池单体的安全问题，而是电池组的安全问题，因此保证动力电池系统的安全性至关重要。

现阶段对电池功率的要求也越来越高，对电池的安全性、可靠性和一致性提出了更高的要求，尤其是电池系统的热扩散防护已经成为行业发展的重点技术之一。电池系统内部电芯热失控时会产生大量的高温的固体微粒喷射物和高温高压的有毒有害气体，有时会伴随着温度极高的燃烧现象。如果不能够及时对热失控的电芯进行冷却，将会在电池系统内部形成热扩散，引发周围的电芯发生热失控，造成更大的人员伤害和财产损失。因此，如何在电芯热失控发生时及时进行冷却，防止引发电池系统内部热扩散，成为电池系统热扩散防护设计的关键技术之一。

实用新型内容

1.实用新型所要解决的技术问题

针对现有技术中热失控的电芯不能及时冷却导致电池系统内部形成热扩散而引发周围的电芯发生热失控的问题，本实用新型提出一种电池热失控气体冷却系统，在电芯热失控时及时，外部冷媒回路仍然可以工作，从而能够及时冷却电芯。

2.技术方案

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电池热失控气体冷却系统，包括电池箱体和外部冷媒回路，所述电池箱体的内部设置有第一冷却单元，所述外部冷媒回路与第一冷却单元连通；还包括电能转换分配模块和低压蓄电单元，所述电能转换分配模块将电池箱体和外部冷媒回路电性连接，所述低压蓄电单元与电能转换分配模块电性连接。

进一步的，所述电池箱体的内部设置有电芯，所述第一冷却单元与电芯接触。

进一步的，所述第一冷却单元至少设置一个，第一冷却单元设置在电芯的顶部、底部和/或侧壁面。

进一步的，所述外部冷媒回路包括冷媒压缩机，冷媒压缩机的通过管路依次连接第二冷却单元、第二电子膨胀阀、干燥储液罐和冷凝器，所述冷凝器通过管路连接冷媒压缩机形成回路；所述第一冷却单元一端直接接入冷媒压缩机，另一端经干燥储液罐和冷凝器后接入冷媒压缩机。

进一步的，所述干燥储液罐和第一冷却单元之间的管路上设置有第一电子膨胀阀，所述第一电子膨胀阀位于电池箱体的外部。

进一步的，所述电能转换分配模块通过导线与所述冷媒压缩机连接，所述电能转换分配模块的另一端通过导线与电池箱体上的导电结构连接。

进一步的，所述电能转换分配模块上设置有高压输出口，电能转换分配模块通过高压输出口与高压用电设备连接，为高压用电设备供电；所述高压输出口与外部冷媒回路并联。

进一步的，所述高压输出口至少设置一个。

进一步的，所述高压输出口安装在所述电能转换分配模块的内部或外部，用于给高压用电设备提供高压电能。

进一步的，所述电能转换分配模块包括继电器、熔断器、线缆和高低压转换组件，所述继电器、熔断器和高低压转换组件通过线缆连接。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种电池热失控气体冷却系统，第一冷却单元与外部冷媒回路连通，使得第一冷却单元内的冷媒可以与外部冷媒回路进行流通和热交换，提高第一冷却单元的冷却效果。电能转换分配模块具有双向调节功能，即可以将电池箱体内电池系统输出的高压电能转换成低压电能供给并储存在低压蓄电单元中，也可以将低压蓄电单元的电能转换为高压电能供给外部冷媒回路或其他高压用电设备。与传统的冷却方式相比，在电池箱体内的电池系统发生电芯热失控时，电池系统发生高压断电，此时电能转换分配模块可以将低压蓄电单元的低压电能转换为为高压电能供给外部冷媒回路，外部冷媒回路因此可以继续运行，将热失控电芯所散发的热量通过逆卡诺循环排放到环境中，及时冷却电芯。

(2)本实用新型的一种电池热失控气体冷却系统，第一冷却单元与电芯接触，能够使电芯得到充分的冷却，进一步提高冷却效果。第一冷却单元设置在电芯的顶部、底部和/或侧壁面，可以多方位、多角度地冷却电芯。第一冷却单元通过管路连接到外部冷媒回路中，外部冷媒回路中的冷媒压缩机运行，冷媒从第一冷却单元流动到外部冷媒回路中，经过外部冷媒回路中各个冷却部件冷却再回到第一冷却单元，提高电芯冷却效率。第一电子膨胀阀在电池系统需要冷却或者加热时，可以控制流经第一冷却单元的冷媒流量、温度和压力，提高冷却或加热的精度。

(3)本实用新型的一种电池热失控气体冷却系统，导线是电能转换分配模块、电池箱体和冷媒压缩机之间电流交互的媒介。在电池系统正常工作时，导线将电池箱体内的高压电流传递给电能转换分配模块，电能转换分配模块直接将高压电流分配给冷媒压缩机。在电芯热失控时，导线将低压蓄电单元内的低压电流传递给电能转换分配模块，电能转换分配模块再将低压电流转换为高压电流传递给冷媒压缩机。高压输出口能够为用电设备上的高压用电器提供高压电，高压输出口与外部冷媒回路并联，则高压输出口可以与外部冷媒回路并行运行；并且高压输出口至少设置一个，则能够为更多的用电器供电，提高电池的使用效率。高压输出口的位置可以根据电能转换分配模块的结构进行灵活调整，电能转换分配模块将继电器、熔断器和高低压转换组件集成一体，有利于减小其体积。

附图说明

在附图中，尺寸和比例不代表实际产品的尺寸和比例。附图仅仅是说明性的，并且为了清楚起见，省略了某些非必要的元件或特征。

图1是本实用新型实施例的电池热失控气体冷却系统的结构原理图。

示意图中的标号说明：

1、电池箱体；2、第一冷却单元；3、外部冷媒回路；301、冷媒压缩机；302、第二冷却单元；303、第二电子膨胀阀；304、干燥储液罐；305、冷凝器；306、管路；4、电能转换分配模块；5、低压蓄电单元；6、第一电子膨胀阀；7、导线；8、高压输出口。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，其他方式同样落入本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“液平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

参照图1，本实施例提供一种电池热失控气体冷却系统，包括电池箱体1和外部冷媒回路3，电池箱体1是电池系统内部零件的承载结构，其作用在于承载电池系统内部的零件，并满足设计所需的机械强度、刚度、防水防尘、耐腐蚀性等要求。电池箱体1的内部设置有第一冷却单元2，外部冷媒回路3与第一冷却单元2连通，使得第一冷却单元2内的冷媒可以与外部冷媒回路3进行流通和热交换，提高第一冷却单元2的冷却效果。该冷却系统还设置有电能转换分配模块4和低压蓄电单元5，电能转换分配模块4将电池箱体1和外部冷媒回路3电性连接，低压蓄电单元5与电能转换分配模块4电性连接。电能转换分配模块4具有双向调节功能，即可以将电池箱体1内电池系统输出的高压电能转换成低压电能供给并储存在低压蓄电单元5中，也可以将低压蓄电单元5的电能转换为高压电能供给外部冷媒回路3或其他高压用电设备使用。与传统的冷却方式相比，在电池箱体1内的电池系统发生电芯热失控时，电池系统发生高压断电，此时电能转换分配模块4可以将低压蓄电单元5的低压电能转换为高压电能供给外部冷媒回路3，外部冷媒回路3因此可以继续运行，将热失控电芯所散发的热量通过逆卡诺循环排放到环境中，及时冷却电芯。需要说明的是，本实施例中的第一冷却单元2为蒸发器，蒸发器在电芯正常工作时起到对电芯进行冷却、加热和均温作用。当有电芯发生热失控时，能够及时带走电芯热失控产生的热量，防止热失控扩散至其它电芯。低压蓄电单元5为低压蓄电池，其作用在于储存电能转换分配模块4输出的低压电能，并在电池系统断电后给电能转换分配模块4提供8V～27V的电压。这里的低压蓄电池并非电池箱体1中的电芯，一般可以是整车上的汽车电瓶，汽车电瓶通过电线与电能转换分配模块4连接。

本实施例中，作为进一步的改进，电池箱体1的内部设置有电芯，第一冷却单元2与电芯接触，第一冷却单元2可以将冷媒直接传递到电芯的表面，减少了传递的中间路径，避免冷媒在传播过程中温度升高，能够使电芯得到充分的冷却。第一冷却单元2至少设置一个，第一冷却单元2设置在电芯的顶部、底部和/或侧壁面，可以多方位、多角度地冷却电芯，进一步提高冷却效果。

本实施例中，参照图1，外部冷媒回路3包括冷媒压缩机301，冷媒压缩机301的通过管路306依次连接第二冷却单元302、第二电子膨胀阀303、干燥储液罐304和冷凝器305，冷凝器305通过管路306连接冷媒压缩机301形成回路。冷媒压缩机301能够吸入低温低压的气态冷媒并压缩成高温高压的气态冷媒，冷凝器305将冷媒压缩机301输出的高温高压的气态冷媒冷却后形成高温高压的液态冷媒后输出，在此过程中，将气态冷媒携带的热量排放到环境中。干燥储液罐304的作用在于储存和干燥冷媒。第二冷却单元302安装在整车上，其作用是将低温低压的液态冷媒汽化，并从驾驶舱的环境中吸收热量，达到给驾驶舱冷却的目的。第二电子膨胀阀303安装在整车上，其作用是将高温高压的液态冷媒的压力降低，使冷媒变为低温低压的液态，并通过调节流量，达到控制第二冷却单元302冷却能力的目的。第一冷却单元2一端直接接入冷媒压缩机301，另一端经干燥储液罐304和冷凝器305后接入冷媒压缩机301。外部冷媒回路3中的冷媒压缩机301运行，冷媒从第一冷却单元2流动到外部冷媒回路3中，经过外部冷媒回路3中各个冷却部件冷却再回到第一冷却单元2，提高电芯冷却效率。

本实施例中，参照图1，电能转换分配模块4通过导线7与冷媒压缩机301连接，电能转换分配模块4的另一端通过导线7与电池箱体1上的导电结构连接。导线7是电能转换分配模块4、电池箱体1和冷媒压缩机301之间电流交互的媒介。在电池系统正常工作时，导线7将电池箱体1内的高压电流传递给电能转换分配模块4，高压电流电压范围为100～800V，电能转换分配模块4直接将高压电流分配给冷媒压缩机301，使冷媒压缩机301工作。在电芯热失控时，导线7将低压蓄电单元5内的低压电流传递给电能转换分配模块4，电能转换分配模块4再将低压电流转换为高压电流传递给冷媒压缩机301，使冷媒压缩机301工作。参照图1，外部冷媒回路3和第一冷却单元2之间的管路306上设置有第一电子膨胀阀6，第一电子膨胀阀6位于电池箱体1的外部。第一电子膨胀阀6在电池系统需要冷却或者加热时，可以控制流经第一冷却单元2的冷媒流量、温度和压力，提高对电芯冷却或加热的精度。

本实施例中，参照图1，电能转换分配模块4上设置有高压输出口8，需要说明的是，电能转换分配模块4通过导线7与高压用电设备连接，当导线7未与高压用电设备连接时，导线7的自由端即为高压输出口8。高压输出口8能够为用电设备上的高压用电器提供高压电。高压输出口8与外部冷媒回路3并联，高压输出口8可以与外部冷媒回路3并行运行，即在外部冷媒回路3运行的同时，其他用电设备也能运行。高压输出口8至少设置一个，则能够为更多的用电器供电，提高电池的使用效率。高压输出口8安装在电能转换分配模块4的内部或外部，用于给高压用电设备提供高压电能。高压输出口8的位置可以根据电能转换分配模块4的结构进行灵活调整，方便进行电路设计。需要说明的是，电能转换分配模块4包括继电器、熔断器、线缆和高低压转换组件，继电器、熔断器和高低压转换组件通过线缆连接，具有电能分配和高低压相互转换的功能。电能转换分配模块4将继电器、熔断器和高低压转换组件集成一体，有利于减小整个模块的体积。

工作方式：当电池系统正常工作时，依据驾驶舱，即上述的外部冷媒回路3，和电池系统的冷却需求，通过第一电子膨胀阀6和第二电子膨胀阀303调节各自冷媒回路中的冷媒流量和压力，实现驾驶舱和电池系统的冷却功能，并联的两个冷媒回路可单独工作，也可同时工作。此时冷媒压缩机301的工作电能是由电池系统输出并通过电能转换分配模块4直接分配给冷媒压缩机301的电能。

当电池系统内部有电芯热失控时，电池系统高压电会断开，低压蓄电池成为电能的提供装置，并通过电能转换分配模块4将低压电转换为冷媒压缩机301所需的高压电能，维持冷媒压缩机301工作。与此同时，第二电子膨胀阀303关闭，第一电子膨胀阀6单独工作，电池的冷却回路成为唯一工作的冷却回路，此时给予第一冷却单元2最大的冷却能力，达到快速带走电芯热失控散发的热量，防止电池系统内部热扩散的目的。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池热失控气体冷却系统，包括电池箱体(1)和外部冷媒回路(3)，所述电池箱体(1)的内部设置有第一冷却单元(2)，所述外部冷媒回路(3)与第一冷却单元(2)连通；其特征在于，还包括电能转换分配模块(4)和低压蓄电单元(5)，所述电能转换分配模块(4)将电池箱体(1)和外部冷媒回路(3)电性连接，所述低压蓄电单元(5)与电能转换分配模块(4)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述电池箱体(1)的内部设置有电芯，所述第一冷却单元(2)与电芯接触。

3.根据权利要求2所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述第一冷却单元(2)至少设置一个，第一冷却单元(2)设置在电芯的顶部、底部和/或侧壁面。

4.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述外部冷媒回路(3)包括冷媒压缩机(301)，冷媒压缩机(301)的通过管路(306)依次连接第二冷却单元(302)、第二电子膨胀阀(303)、干燥储液罐(304)和冷凝器(305)，所述冷凝器(305)通过管路(306)连接冷媒压缩机(301)形成回路；所述第一冷却单元(2)一端直接接入冷媒压缩机(301)，另一端经干燥储液罐(304)和冷凝器(305)后接入冷媒压缩机(301)。

5.根据权利要求4所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述干燥储液罐(304)和第一冷却单元(2)之间的管路(306)上设置有第一电子膨胀阀(6)，所述第一电子膨胀阀(6)位于电池箱体(1)的外部。

6.根据权利要求4所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述电能转换分配模块(4)通过导线(7)与所述冷媒压缩机(301)连接，所述电能转换分配模块(4)的另一端通过导线(7)与电池箱体(1)上的导电结构连接。

7.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述电能转换分配模块(4)上设置有高压输出口(8)，电能转换分配模块(4)通过高压输出口(8)与高压用电设备连接，为高压用电设备供电；所述高压输出口(8)与外部冷媒回路(3)并联。

8.根据权利要求7所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述高压输出口(8)至少设置一个。

9.根据权利要求7所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述高压输出口(8)安装在所述电能转换分配模块(4)的内部或外部，用于给高压用电设备提供高压电能。

10.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却系统，其特征在于，所述电能转换分配模块(4)包括继电器、熔断器、线缆和高低压转换组件，所述继电器、熔断器和高低压转换组件通过线缆连接。

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