一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，包括用于對電池箱內(nèi)電池進行降溫處理的液冷系統(tǒng)，所述液冷系統(tǒng)包括儲液箱、液冷泵、散熱器與液管，所述液管包括布設(shè)于電池箱外部的連接管與布設(shè)于電池之間的冷卻管，所述冷卻管的材質(zhì)為塑膠材料，所述塑膠材料的熱變形溫度位于所述電池使用最高溫度與電池?zé)崾Х€(wěn)溫度之間；所述液冷系統(tǒng)連接有加壓器，所述加壓器對液冷系統(tǒng)進行加壓，并使與熱失穩(wěn)電池相接觸發(fā)生熱變形的冷卻管炸開而對相鄰電池進行降溫。通過加壓器施壓，當(dāng)電池?zé)崾Х€(wěn)時產(chǎn)生大量的熱量使冷卻管變形而爆破，液體噴濺到電池周圍降低電池以及周圍電池的溫度，進而抑制電池?zé)崾Х€(wěn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而保證電池系統(tǒng)的安全。
【專利說明】一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，由于能源成本以及環(huán)境污染的問題越來越突出，純電動汽車以及混合動力汽車以其能夠大幅消除甚至零排放汽車尾氣的優(yōu)點，受到政府以及各汽車企業(yè)的重視，然而純電動以及混合動力汽車尚有很多技術(shù)問題需要突破，電池?zé)崾Х€(wěn)便是其中最為重要的問題之一。安全性問題一直是動力鋰離子電池研發(fā)生產(chǎn)的頭號難題，隨著電池起火、爆炸事故頻現(xiàn)報端，動力鋰電池安全問題再次被推至輿論的風(fēng)口浪尖。
[0004]鋰電池的熱穩(wěn)定性表現(xiàn)為耐溫性，有些鋰電池電池耐溫性高一些，有些鋰電池耐溫性差一些，耐溫性差的更容易熱失控(又叫熱失穩(wěn))，引發(fā)起火等事故。熱失控是電池故障的一種整體性表現(xiàn)，發(fā)生在電池內(nèi)部的可能是被擠壓、穿刺或過度充電后使電池內(nèi)部發(fā)生了短路；另外，電解液膜也有一定的溫度限制，超過臨界點即有可能起火。
[0005]在鋰電池充放電的過程中，電池本身和大電流通路上的組件會產(chǎn)生熱量,并且由于動力電池包發(fā)熱密度大，散熱空間小，容易造成熱量積累。另外電池在溫度非常規(guī)升高或者外力碰撞等因素作用下，電池便會自己失穩(wěn)，內(nèi)部能量通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，而大量的熱傳遞到與其緊挨的其他電池周圍，使得周圍的電池溫度也迅速升高，從而溫度誘導(dǎo)周圍電池產(chǎn)生熱失穩(wěn)，以此類推產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，威脅了整車的安全，甚至威脅乘車人員的安全。電池?zé)崾Х€(wěn)是一個非常嚴(yán)重的安全問題，出現(xiàn)了電池?zé)崾Х€(wěn)基本上是汽車發(fā)生了交通事故造成了電池包破壞或者電池系統(tǒng)由于某些原因短路造成溫度急劇上升，如果熱失穩(wěn)得不到控制，輕者電池包燒毀，嚴(yán)重的車毀人亡。所以，一旦發(fā)生熱失穩(wěn)電池系統(tǒng)即停止工作。
[0006]現(xiàn)有解決熱失穩(wěn)的技術(shù)方案一般是通過增加電池間距或增添電池間的填充物，但是這些方案都會降低整個電池包的單位體積或者單位質(zhì)量的能量，即會降低能量密度，且不能很好的解決電池?zé)崾Х€(wěn)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是提供一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，使得電池系統(tǒng)工作時產(chǎn)生熱失穩(wěn)也能夠得到及時控制，從而保證電池系統(tǒng)的安全及整車和人員的安全。
[0008]為了達到上述效果，本發(fā)明提供一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，包括用于對電池箱內(nèi)電池進行降溫處理的液冷系統(tǒng)，所述液冷系統(tǒng)包括儲液箱、液冷泵、散熱器與液管，所述液管包括布設(shè)于電池箱外部的連接管與布設(shè)于電池之間的冷卻管，所述冷卻管的材質(zhì)為塑膠材料，所述塑膠材料的熱變形溫度位于所述電池使用最高溫度與電池?zé)崾Х€(wěn)溫度之間；所述液冷系統(tǒng)連接有加壓器，所述加壓器對液冷系統(tǒng)進行加壓，并使與熱失穩(wěn)電池相接觸發(fā)生熱變形的冷卻管炸開而對相鄰電池進行降溫。
[0009]因為液體的壓力是可以傳導(dǎo)的，所以本專利中加壓器可連接在液冷系統(tǒng)中任何位置，如儲液箱或連接管的任一段上。
[0010]本專利中冷卻管采用的是塑膠材料，而連接管的材質(zhì)不限，一般可為塑膠、鋼等。其中塑膠材料的熱變形溫度是指對塑料或橡膠材料施加一定的負(fù)荷，并以一定的速度升溫，當(dāng)達到規(guī)定形變時所對應(yīng)的溫度。一般情況下塑膠材料在溫度升高時，其承受壓力的能力會迅速下降。本專利就是利用塑膠材料的這種特性，而選擇熱變形溫度合適的材料來做冷卻管，當(dāng)某電池發(fā)生熱失穩(wěn)時，其釋放出的大量熱量使冷卻管快速升溫而產(chǎn)生熱變形，由于加壓器施加一定壓力使該段冷卻管爆炸，將液體釋放出來對相鄰電池進行降溫，避免發(fā)生電池?zé)崾Х€(wěn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
[0011]所以，符合本專利要求的冷卻管的塑膠材料有PVC、PU、PE、PP管、硅膠管，以及有機材料改性材料管等。
[0012]進一步，所述加壓器與儲液箱連接；所述儲液箱的出口端與液冷泵連接，所述液冷泵的出口端通過第一接頭與布設(shè)于電池之間的冷卻管進口端連接；所述冷卻管的出口端通過第二接頭與散熱器的入口端連接，所述散熱器的出口端與儲液箱的入口端連接；所述儲液箱與液冷泵、液冷泵與第一接頭、第二接頭與散熱器、散熱器與儲液箱之間均通過連接管連接。
[0013]更進一步，所述第二接頭通過三通閥分別與散熱器、儲液箱連接，所述散熱器為風(fēng)冷換熱器。
[0014]本專利的另一種方案是，還包括用于監(jiān)控電池充、放電及溫度的電池管理系統(tǒng)BMS,所述電池管理系統(tǒng)BMS與所述加壓器之間通過電纜連接。
[0015]電池管理系統(tǒng)BMS，其主要就是為了智能化管理及維護各個電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。目前使用較多的是正菱科技的ZK系列，其主要是由主控單元、采集單元、顯示單元等組成，是現(xiàn)有成熟的系統(tǒng)，可直接購買來安裝在電池組中即可，故在本專利中就不對其作詳細(xì)描述。
[0016]所以本發(fā)明的增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)有兩種工作模式:
一、加壓器施加一定的預(yù)壓，當(dāng)電池因熱失穩(wěn)產(chǎn)生大量的熱，使液冷管路因升溫而軟化，加壓器使進入液冷管內(nèi)的液體產(chǎn)生一定壓力，其進入液冷管后使液冷管在壓力作用下爆破，則液體噴濺到電池周圍，降低電池以及周圍電池的溫度，進而抑制電池?zé)崾Х€(wěn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而保證電池系統(tǒng)的安全。
[0017]二、本發(fā)明將電池管理系統(tǒng)BMS與加壓器之間通過電纜連接，通過電池管理系統(tǒng)BMS檢測到每個電池模組的管路進出口處的溫度差來驅(qū)動加壓器的開啟，具體如下:
當(dāng)局部某個電池產(chǎn)生熱失穩(wěn)，在相對較短的時間內(nèi)就會放出大量的熱，最終會導(dǎo)致進出該電池模組的液冷管兩端的溫度產(chǎn)生極大的差異，如正常情況下液冷管進出口的溫度差一般在15°C以下，而此時溫度差值將迅速超過30°C或更高。電池管理系統(tǒng)BMS檢測到溫度異常，則啟動加壓器對液冷管中的液體進行加壓，使整個液體有較高的壓力。而此時熱失穩(wěn)電池周圍的液冷管的溫度迅速升高，其承受壓強的能力大為減弱，導(dǎo)致其爆破，液冷管內(nèi)的大量液體噴濺到失穩(wěn)電池極其周圍，使熱失穩(wěn)電池周圍的電池溫度維持在相對較低的溫度范圍內(nèi)，從而阻斷電池?zé)崾Х€(wěn)的連鎖反應(yīng)，保證電池的安全性，進而保證整車的安全性。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
[0020]圖1是本發(fā)明第一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明第二種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1-電池箱，2-冷卻管，3-三通閥，4-風(fēng)冷換熱器，5-儲液箱，6-加壓器，7-液冷泵，8-電池管理系統(tǒng)BMS，9-第一接頭，10-第二接頭。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]實施例1
如圖1所示是本專利的第一種結(jié)構(gòu)，一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，包括用于對電池箱I內(nèi)電池進行降溫處理的液冷系統(tǒng)，所述液冷系統(tǒng)包括儲液箱5、液冷泵7、風(fēng)冷換熱器4與液管，所述液管包括布設(shè)于電池箱外部的連接管與布設(shè)于電池之間的冷卻管2，所述儲液箱5連接有加壓器6，所述加壓器6對冷卻管2進行加壓。所述儲液箱5的出口端與液冷泵7連接，所述液冷泵7的出口端通過第一接頭9與布設(shè)于電池之間的冷卻管2進口端連接；所述冷卻管2的出口端通過第二接頭10與風(fēng)冷換熱器4的入口端連接，所述風(fēng)冷換熱器4的出口端與儲液箱5的入口端連接；所述儲液箱5與液冷泵7、液冷泵7與第一接頭
9、第二接頭10與風(fēng)冷換熱器4、風(fēng)冷換熱器4與儲液箱5之間均通過連接管連接。
[0023]所述冷卻管2的材質(zhì)為塑膠材料，其熱變形溫度位于所述電池使用最高溫度與電池?zé)崾Х€(wěn)溫度之間；加壓器6給液冷系統(tǒng)施加一定的預(yù)壓，當(dāng)某電池因熱失穩(wěn)產(chǎn)生大量的熱時，會使冷支管因升溫而產(chǎn)生熱形，其承受壓力大為減少，從而在加壓器6施加的壓力作用下爆破，其液體則噴濺到電池周圍，降低電池以及周圍電池的溫度，進而抑制電池?zé)崾Х€(wěn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而保證電池系統(tǒng)的安全。并使與熱失穩(wěn)電池相接觸發(fā)生熱變形的冷卻管炸開而對相鄰電池進行降溫。
[0024]進一步，所述第二接頭10通過三通閥3分別與風(fēng)冷換熱器4、儲液箱5連接，可選擇液冷系統(tǒng)在天冷時通過對儲液箱進行加熱而對電池箱進行加熱，通過三通閥3來切換液體通路使用。
[0025]實施例2
如圖2所示是本專利的第二種結(jié)構(gòu)，與第一種結(jié)構(gòu)不同的是將所述加壓器6與設(shè)于電池箱內(nèi)用于監(jiān)控電池充、放電及溫度的電池管理系統(tǒng)BMS 8之間通過電纜連接，加壓器6通過電池管理系統(tǒng)BMS 8反饋的溫度進行增大液冷系統(tǒng)的壓力，而使冷卻管及時爆炸。
[0026]即當(dāng)局部某個電池產(chǎn)生熱失穩(wěn)時，在相對較短的時間內(nèi)就會放出大量的熱，最終會導(dǎo)致進出該電池模組的液冷管兩端的溫度產(chǎn)生極大的差異。電池管理系統(tǒng)BMS 8監(jiān)控到該溫度異常時，啟動加壓器6對液管中的液體進行加壓。而此時冷卻管2因溫度迅速升高變形而大大降低其承受壓強的能力，導(dǎo)致其爆破，冷卻管2內(nèi)的大量液體噴濺到失穩(wěn)電池極其周圍，使熱失穩(wěn)電池周圍的電池溫度維持在相對較低的溫度范圍內(nèi)，從而阻斷電池?zé)崾Х€(wěn)的連鎖反應(yīng)，保證電池的安全性，進而保證整車的安全性。
[0027]實施例3
本實施例以18650鋰電池組為例進行說明，該鋰電池組重量約45g，共有6顆相同的單體電池。該電池組的綜合比熱容經(jīng)過測量約1000J/kg°C，單體電池3.7V 2.2AH的總能量約26640J ;而液冷系統(tǒng)中液體的比熱容通常在1000-3000J/kg°C，電池系統(tǒng)正常使用最高溫度為65°C，電池?zé)崾Х€(wěn)溫度為135°C。
[0028]當(dāng)單體電池發(fā)生熱失穩(wěn)后能量全部轉(zhuǎn)化為熱量，則會造成溫度升高約102°C，此時其相鄰電池的平均溫度最高可以達到65+102=167°C。由于電池本身存在一定的溫差，其單體電池芯局部溫度會超過167 °C，這一溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電池?zé)崾Х€(wěn)溫度，會導(dǎo)致電池組內(nèi)電池相繼發(fā)生鏈?zhǔn)綗崾Х€(wěn)反應(yīng)，威脅了整車的安全。
[0029]當(dāng)使用本專利系統(tǒng)后,通過加壓器使冷卻管爆炸而噴濺出液體,可使電池最高溫度降到100°C以下，計算得出只需要噴濺出137g的導(dǎo)熱油便可將溫度降到遠(yuǎn)低于電池?zé)崾Х€(wěn)的100°C以下。從而保證在發(fā)生熱失穩(wěn)時能保證電池系統(tǒng)的安全，保證整車及乘車人員的安全。
[0030]以上實施例并非僅限于本發(fā)明的保護范圍，所有基于本發(fā)明的基本思想而進行修改或變動的都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，包括用于對電池箱內(nèi)電池進行降溫處理的液冷系統(tǒng)，所述液冷系統(tǒng)包括儲液箱、液冷泵、散熱器與液管，所述液管包括布設(shè)于電池箱外部的連接管與布設(shè)于電池之間的冷卻管，其特征在于:所述冷卻管的材質(zhì)為塑膠材料，所述塑膠材料的熱變形溫度位于所述電池使用最高溫度與電池?zé)崾Х€(wěn)溫度之間；所述液冷系統(tǒng)連接有加壓器，所述加壓器對液冷系統(tǒng)進行加壓，并使與熱失穩(wěn)電池相接觸發(fā)生熱變形的冷卻管炸開而對相鄰電池進行降溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，其特征在于:所述加壓器與儲液箱連接；所述儲液箱的出口端與液冷泵連接，所述液冷泵的出口端通過第一接頭與布設(shè)于電池之間的冷卻管進口端連接；所述冷卻管的出口端通過第二接頭與散熱器的入口端連接，所述散熱器的出口端與儲液箱的入口端連接；所述儲液箱與液冷泵、液冷泵與第一接頭、第二接頭與散熱器、散熱器與儲液箱之間均通過連接管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二接頭通過三通閥分別與散熱器、儲液箱連接，所述散熱器為風(fēng)冷換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓液冷抑制電池?zé)崾Х€(wěn)系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于監(jiān)控電池充、放電及溫度的電池管理系統(tǒng)BMS，所述電池管理系統(tǒng)BMS與所述加壓器之間通過電纜連接。
【文檔編號】H01M10/625GK103985921SQ201410203166
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】李樹民, 袁承超, 周鵬 申請人:華霆（合肥）動力技術(shù)有限公司