CN218996914U - 一种电池热失控气体冷却阻火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池热失控气体冷却阻火系统，属于动力电池技术领域，包括用于装载电芯的电池壳体，电池壳体上设置有排气孔，所述排气孔中安装有压力平衡阀；还包括第一冷却单元，所述第一冷却单元安装在电池壳体上对应排气孔的位置处，第一冷却单元覆盖所述排气孔的开口，且所述第一冷却单元与用电设备冷媒管路连接。本实用新型能够通过第一冷却单元来降低电池热失控时电池壳体向外喷出的气体和火焰的温度，从而达到降温灭火的目的，可以防止或减轻气体或火焰直接喷射造成的人员和物品伤害。

Description

一种电池热失控气体冷却阻火系统

技术领域

本实用新型涉及动力电池技术领域，具体地说，涉及系统一种电池热失控气体冷却阻火系统。

背景技术

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，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多有害气体，有时会伴随着温度极高的燃烧现象。这些高温高压气体和火焰可以通过电池系统的防爆阀、透气阀及其安装孔向电池系统外部喷射，造成人员伤害和财产损失。因此，如何降低向外喷出的气体温度和阻断火焰，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

针对现有技术中电芯热失控时高温高压气体和火焰会向电池系统外部喷射造成人员伤害和财产损失的问题，本实用新型提出一种电池热失控气体冷却阻火系统，能够降低向外喷出的气体温度和阻断火焰。

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阻火系统，包括用于装载电芯的电池壳体，电池壳体上设置有排气孔，所述排气孔中安装有压力平衡阀；还包括第一冷却单元，所述第一冷却单元安装在电池壳体上对应排气孔的位置处，第一冷却单元覆盖所述排气孔的开口，且所述第一冷却单元与用电设备冷媒管路连接。

进一步的，所述第一冷却单元位于电池壳体的内部，第一冷却单元安装在电池壳体上对应压力平衡阀的输入口位置处，所述第一冷却单元覆盖所述排气孔及压力平衡阀的输入口。

进一步的，所述电池壳体的内部设置有第二冷却单元，所述第二冷却单元与电芯接触。

进一步的，还包括电池冷媒管路，所述电池冷媒管路将第一冷却单元、第二冷却单元并联接入所述用电设备冷媒管路。

进一步的，所述第一冷却单元位于电池壳体的外部，第一冷却单元安装在电池壳体上对应压力平衡阀的输出口位置处，第一冷却单元与电池壳体的外壳紧密贴合或通过其它密封形式保证第一单元与箱体之间的密封性，且包裹住所述排气孔及压力平衡阀的输出口。

进一步的，还包括电池冷媒管路，所述电池冷媒管路将第一冷却单元接入用电设备冷媒管路。

进一步的，所述第一冷却单元的冷媒进口管路、出口管路分别设置有第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀和第二控制阀均与控制单元连接。

进一步的，所述用电设备冷媒管路包括压缩机，所述压缩机的一端依次连接冷凝器、干燥储液罐、第一电子膨胀阀和第三冷却单元，第三冷却单元连接压缩机的另一端形成循环回路；所述用电设备冷媒管路分别连通所述第一冷却单元的冷媒进口管路和出口管路。

进一步的，还包括第二电子膨胀阀，第二电子膨胀阀设置在电池壳体的外部，所述第二电子膨胀阀连通用电设备冷媒管路和所述电池冷媒管路。

进一步的，所述第一冷却单元为蒸发器，蒸发器包括外部框状的冷媒主管路和内部的多个散热翅片，多个所述散热翅片形成网状结构。

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阻火系统，压力平衡阀能够平衡电池系统工作时电池壳体内外的气体压力，以及在电芯热失控时可对电池壳体外实施气体排放。第一冷却单元能够将压力平衡阀连同排气孔一起包覆，并且第一冷却单元与用电设备冷媒管路连接，在电芯热失控时，产生的高温气体在经过第一冷却单元时，气体和火焰温度会急剧下降，导致火焰熄灭，因此第一冷却单元能够对火焰进行阻断，可以防止或减轻气体或火焰直接喷射造成的人员和物品伤害。

(2)本实用新型的一种电池热失控气体冷却阻火系统，第一冷却单元可以设置在电池壳体的内部或外部，可以根据电芯结构灵活布置第一冷却单元位置。当第一冷却单元设置在电池壳体内部时，在电芯上还设置有一个或多个第二冷却单元，第二冷却单元能够冷却电芯。电池冷媒管路设置在电池壳体内部，电池冷媒管路能够将第一冷却单元和第二冷却单元接入用电设备冷媒管路，能够促进冷媒进行流通及交换，促进电芯降温。当第一冷却单元设置在电池壳体的外部时，电池冷媒管路相应设置在电池壳体外部，能够促进第一冷却单元内的冷媒交换，提高降温效果。

(3)本实用新型的一种电池热失控气体冷却阻火系统，控制单元能够控制第一控制阀和第二控制阀的开闭，可以使第一冷却单元接通冷媒或关闭冷媒。用电设备冷媒管路通过压缩机运转使得冷媒在管路中循环运转，并且用电设备冷媒管路与第一冷却单元的冷媒进口、出口管路连接，使得冷媒可以在用电设备和电池系统之间进行热交换。第二电子膨胀阀能够将用电设备冷媒管路和电池冷媒管路连通，并且可以对冷媒的温度、压力和流量进行调节。第一冷却单元为蒸发器，蒸发器的外部框状冷媒主管路能够容纳冷媒并方便冷媒流通，能够进一步降低喷出气体的温度，网状结构的翅片能够大幅提高降温效率，从而进一步使火焰温度急剧降低导致火焰熄灭，实现火焰阻断，阻止火焰喷出。

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1的电池热失控气体冷却阻火系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的电池热失控气体冷却阻火系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3的电池热失控气体冷却阻火系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的第一冷却单元的截面结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、电池壳体；2、排气孔；3、压力平衡阀；4、第一冷却单元；5、第二冷却单元；6、第一控制阀；7、第二控制阀；8、控制单元；9、压缩机；10、冷凝器；11、第三冷却单元；12、第一电子膨胀阀；13、干燥储液罐；14、第二电子膨胀阀；15、冷媒主管路；16、散热翅片；100、用电设备冷媒管路；200、电池冷媒管路。

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”、“第三”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1

参照图1-图3，本实施例提供一种电池热失控气体冷却阻火系统，包括用于装载电芯的电池壳体1，电池壳体1还是电池系统内其他零件的承载结构。电池壳体1上设置有排气孔2，排气孔2中安装有压力平衡阀3，压力平衡阀3的主要作用是平衡电池系统工作时电池壳体1内外的气体压力，以及在电芯热失控时可对电池壳体1外实施气体排放，防止电池壳体1内部压力过大导致爆炸现象。电池壳体1的内部还安装有第一冷却单元4，第一冷却单元4安装在电池壳体1上对应压力平衡阀3的输入口位置处，第一冷却单元4覆盖排气孔2及压力平衡阀3的输入口。第一冷却单元4与用电设备冷媒管路100连接，当电芯失控时，产生的高温气体以及火焰在经过第一冷却单元4时，冷媒通过用电设备冷媒管路100流通，进行热交换，气体及火焰温度会急剧下降，火焰也因此熄灭。因此，第一冷却单元4能够对火焰进行阻断，进而可以防止或减轻气体、火焰直接喷射造成人员和物品伤害。

本实施例中，作为进一步的改进，参照图1，电池壳体1的内部设置有第二冷却单元5，第二冷却单元5与电芯接触，第二冷却单元5可以布置在电芯的顶部、底部和电芯间隙中的任意一个位置或多个位置上。第二冷却单元5主要用来降低电芯的温度，防止电芯温度过高影响电芯的性能。相应的，在电池壳体1的内部设置有电池冷媒管路200，电池冷媒管路200将第一冷却单元4和第二冷却单元5的冷媒出口相互连接、冷媒进口相互连接，从而使第一冷却单元4、第二冷却单元5并联接入用电设备冷媒管路100，用电设备冷媒管路100可以促进冷媒在电池系统中循环。需要说明的是，此处的第一冷却单元4和第二冷却单元5均采用蒸发器作为冷却单元。

本实施例中，电芯失控需要检测和预测，然后从而控制第一冷却单元4的冷媒流通。参照图1，在第一冷却单元4的进口管路和出口管路分别设置有第一控制阀6和第二控制阀7，并且第一控制阀6和第二控制阀7均与控制单元8连接。控制单元8设置在电池壳体1的内部，控制单元8能够更好地对电芯的热失控进行检测和预测。需要说明的是，这里的第一控制阀6和第二控制阀7均为电磁阀，控制单元8为控制器。

实施例2

本实施例中，第一冷却单元4的安装位置与实施例1中不同，参照图2，第一冷却单元4位于电池壳体1的外部，第一冷却单元4安装在电池壳体1上对应压力平衡阀3的输出口位置处，第一冷却单元4与电池壳体1的外壳紧密贴合或通过其它密封形式保证第一单元与箱体之间的密封性，且第一冷却单元4包裹住排气孔2及压力平衡阀3的输出口。第一冷却单元4设置在电池壳体1的外部同样能起到降温阻火的作用，同时也可以减小占用电池壳体1的内部空间，能够在有限的电池壳体1内部尽量增加电芯的尺寸，从而增大电芯的容量。

本实施例中，在第一冷却单元4设置在电池壳体1外部的情况下，参照图2，电池冷媒管路200设置在电池壳体1的外部，电池冷媒管路200将第一冷却单元4接入用电设备冷媒管路100。同样的，在第一冷却单元4的冷媒进口管路、出口管路分别设置有第一控制阀6和第二控制阀7，第一控制阀6和第二控制阀7均与控制单元8连接。不同的是，此处的控制单元8设置有两个，包括第一控制器和第二控制器。第一控制器设置在电池壳体1的内部，其主要作用是对电芯的热失控进行检测和预测，并将电芯热失控报警信号传递给第二控制器。第二控制器设置在电池壳体1的外部，其主要作用是接收第一控制器发出的电芯热失控报警信号，并发出第一控制阀6和第二控制阀7的通断命令。

实施例3

本实施例中，在实施例2的基础上，在电池壳体1的内部额外设置了第二冷却单元5，第二冷却单元5与电芯接触，能够起到对电芯降温的作用。参照图3，电池冷媒管路200包括电池壳体1内部的管路，也包括电池壳体1外部的部分管路，该部分管路包括了第一冷却单元4、第一控制阀6和第二控制阀7所在的管路。

需要说明的是，无论是实施例1、实施例2还是实施例3，用电设备冷媒管路100的构成都是一样的，这里的用电设备冷媒管路100通常是汽车冷媒管路。参照图1、图2和图3，用电设备冷媒管路100包括压缩机9的一端依次连接冷凝器10、干燥储液罐13、第一电子膨胀阀12和第三冷却单元11，第三冷却单元11连接压缩机9的另一端形成循环回路。用电设备冷媒管路100通过压缩机9运转使得冷媒在管路中循环运转，并且用电设备冷媒管路100与第一冷却单元4的冷媒进口、出口管路连通，使得冷媒可以在用电设备和电池系统之间进行热交换。此处的第三冷却单元11同样为蒸发器。在用电设备冷媒管路100和电池冷媒管路200之间还设置有第二电子膨胀阀14，第二电子膨胀阀14设置在电池壳体1的外部，第二电子膨胀阀14连通用电设备冷媒管路100和电池冷媒管路200，并且可以对冷媒的温度、压力和流量进行调节。两个实施例中，为了进一步提高气体降温和阻火效率，蒸发器的结构是相同的，参照图4，蒸发器包括外部框状的冷媒主管路15和内部的多个散热翅片16，多个散热翅片16形成网状结构。冷媒主管路15能够供冷媒流动，进而降低喷出气体和火焰的温度，网状结构的翅片能够大幅提高降温效率，从而使得火焰温度急剧降低导致火焰熄灭，实现火焰阻断，阻止火焰喷出。

工作原理：当电池系统正常工作时，第一电磁阀和第二电磁阀处于常闭状态，第一冷却单元4即第一蒸发器处于非工作状态，内部充满冷媒但不流动。

当控制单元8检测或预测到有电芯热失控发生时，发出第一和第二电磁阀打开的命令后，第一和第二电磁阀打开，第一冷却单元4及相连管路中的冷媒开始流动，电芯热失控产生的高温气体通过第一冷却单元4，第一冷却单元4内部的液态冷媒蒸发吸热，从而使高温气体温度降低后通过压力平衡阀3排放到电池壳体1外，同时火焰通过第一冷却单元4的阻火部件的网状截面后温度降低并熄灭，达到阻断火焰的作用。

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阻火系统，包括用于装载电芯的电池壳体(1)，电池壳体(1)上设置有排气孔(2)，所述排气孔(2)中安装有压力平衡阀(3)；其特征在于，还包括第一冷却单元(4)，所述第一冷却单元(4)安装在电池壳体(1)上对应排气孔(2)的位置处，第一冷却单元(4)覆盖所述排气孔(2)的开口，且所述第一冷却单元(4)与用电设备冷媒管路(100)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，所述第一冷却单元(4)位于电池壳体(1)的内部，第一冷却单元(4)安装在电池壳体(1)上对应压力平衡阀(3)的输入口位置处，所述第一冷却单元(4)覆盖所述排气孔(2)及压力平衡阀(3)的输入口。

3.根据权利要求2所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，所述电池壳体(1)的内部设置有第二冷却单元(5)，所述第二冷却单元(5)与电芯接触。

4.根据权利要求3所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，还包括电池冷媒管路(200)，所述电池冷媒管路(200)将第一冷却单元(4)、第二冷却单元(5)并联接入所述用电设备冷媒管路(100)。

5.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，所述第一冷却单元(4)位于电池壳体(1)的外部，第一冷却单元(4)安装在电池壳体(1)上对应压力平衡阀(3)的输出口位置处，第一冷却单元(4)与电池壳体(1)的外壳紧密贴合且包裹住所述排气孔(2)及压力平衡阀(3)的输出口。

6.根据权利要求5所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，还包括电池冷媒管路(200)，所述电池冷媒管路(200)将第一冷却单元(4)接入用电设备冷媒管路(100)。

7.根据权利要求2或5所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，所述第一冷却单元(4)的冷媒进口管路、出口管路分别设置有第一控制阀(6)和第二控制阀(7)，所述第一控制阀(6)和第二控制阀(7)均与控制单元(8)连接。

8.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，所述用电设备冷媒管路(100)包括压缩机(9)，所述压缩机(9)的一端依次连接冷凝器(10)、干燥储液罐(13)、第一电子膨胀阀(12)和第三冷却单元(11)，第三冷却单元(11)连接压缩机(9)的另一端形成循环回路；所述用电设备冷媒管路(100)分别连通所述第一冷却单元(4)的冷媒进口管路和出口管路。

9.根据权利要求4或6所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，还包括第二电子膨胀阀(14)，第二电子膨胀阀(14)设置在电池壳体(1)的外部，所述第二电子膨胀阀(14)连通用电设备冷媒管路(100)和电池冷媒管路(200)。

10.根据权利要求1所述的一种电池热失控气体冷却阻火系统，其特征在于，所述第一冷却单元(4)为蒸发器，蒸发器包括外部框状的冷媒主管路(15)和内部的多个散热翅片(16)，多个所述散热翅片(16)形成网状结构。

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