一种电动汽车电池模组热失控安全消防系统及方法 |
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| 申请号 | CN201610995079.5 | 申请日 | 2016-11-11 | 公开(公告)号 | CN106571503A | 公开(公告)日 | 2017-04-19 |
| 申请人 | 华中科技大学; | 发明人 | 李顶根; 邓原冰; 窦汝振; 辛明华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种电动 汽车 电池 模组热失控安全消防系统，该系统包括：电芯(9)，多 块 电芯并联组成一个电池块，多个电池块 串联 组成电池模组； 外壳 (8)，其内部等间距布置有防火材料(7)；储液槽(4)用于对电池模组进行冷却降温；消防 阀 门 (2)，其用于控制液体的流动； 温度 传感器 (5)和 压 力 传感器 (6)，用于监测所述电池模组的温度和气体 信号 并传递给 控制器 ；控制器(1)，用于根据所述温度和气体压力信号控制所述消防阀门(2)的开闭，从而对电池模组进行冷却降温，从而起到抑制电芯热失控的作用。本发明还公开了一种应用所述系统的消防方法。本发明的消防系统和方法，有效对电池模组的热失控进行抑制，且自动化程度高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电动汽车电池模组热失控安全消防系统，其特征在于：该系统包括： |
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| 说明书全文 | 一种电动汽车电池模组热失控安全消防系统及方法技术领域背景技术[0002] 现代电动汽车动力电池普遍采用锂电池，而应用于电动汽车锂电池的型号主要为圆柱的18650电池和软包的聚合物电池。随着新能源汽车行业的发展，人们对于锂电池续航里程的需求也变得越来越高。而在一定质量下，增大电动汽车的续航里程就需要提高锂电池自身的能量密度。而随着电芯能量密度的提高，电池的热稳定性越来越难得到保障，因为热失控发生起火、爆炸的事故也越来越多。因此，对于锂电池热失控安全消防的研究工作存在尤为重要的意义。 [0003] 该系统包括电芯、封装外壳、双向的导流管(导流管上装有可由控制器控制的安全阀)、储液槽、液体循环泵、温度感应器和气体感应器、控制器。该系统在电池模组正常运行时，导流管内的液体由液体循环泵提供动力在模组中流动，可以冷却电芯，起到热管理的作用。在电池系统发生热失控时，控制器打开导流管上的安全阀，导流管内的消防液体喷出，降低电池模组局部温度，抑制电芯热失控恶化。模组中的每9块电芯由防火材料隔离开来，当有电芯发生热失控时，防火材料可以隔离热失控电芯，抑制热失控在模组中继续传播。 [0004] 专利文献US 2010/0136404 A1公开了一种电池模组热失控阻断结构，如图1所示，其简单的将高能量密度的电芯用隔热材料隔开，在大电池模组里划分小电池模组，以减小电池模组内的温差，使电池在使用过程中一致性更好，发生热失控的风险更小。在将电芯隔开以后，如模组内有电芯发生热失控，隔热材料则可将热失控阻断在小范围，从而阻断热失控的传播，防止热失控继续蔓延至周围电芯。但该电池模组热失控阻断结构中存在如下问题： [0005] (1)该电池模组热失控阻断结构只是用简单的隔热材料将电池模组分开，而并没有指出如何降低电池包热失控的风险； [0006] (2)该电池模组热失控阻断结构中没有涉及热管理的成分； [0007] (3)该电池模组热失控阻断结构没有指出在电池包发生热失控后，如何抑制热失控，也没有指出如何消防。 发明内容[0008] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种电动汽车电池模组热失控安全消防系统及应用该系统的消防方法，其目的在于通过温度传感器和气体传感器监测所述电芯的温度和气体信号并反馈给控制器，控制器控制控制动力循环泵的转速，从而控制液体的流速，对所述电池模组进行冷却降温，此外控制器控制所述消防阀门的开闭，控制所述液体的喷射，从而进一步对所述电芯热失控进行抑制。 [0009] 为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种电动汽车电池模组热失控安全消防系统，其特征在于：该系统包括： [0010] 电芯，多块电芯并联组成一个电池块，多个电池块串联组成电池模组； [0011] 外壳，其为方形盒状结构，内部等间距布置有防火材料，从而形成多个格状腔室，用于安放所述电池模组； [0012] 储液槽，其为两个，分设于所述外壳的两侧，一导流管依次穿过所述电池模组的各电芯底部后，两端分别与该两个储液槽连通，储液罐中的冷却介质可通过在导流管中流动实现对电池模组各电芯的冷却降温； [0013] 消防阀门，其设置于所述电芯与所述导流管的交点处，用于控制冷却介质的流动； [0014] 温度传感器和压力传感器，其设置于所述格状腔室内，用于监测所述电池模组的温度和气体信号； [0015] 控制器，其安装于所述外壳的边缘，用于根据所述温度和气体压力信号控制所述消防阀门的开闭，从而对电池模组进行冷却降温，从而起到抑制电芯热失控的作用。 [0017] 进一步地，所述储液槽的槽口处各设有一个动力循环泵，用于为冷却介质流动提供动力。 [0018] 进一步地，所述控制器根据所述温度和气体压力信号控制所述动力循环泵的转速，从而控制冷却介质的流速。 [0019] 进一步地，所述导流管为铜制管道。 [0020] 进一步地，所述温度传感器和压力传感器均布置于所述格状腔室的四角和中心处。 [0021] 按照本发明的另一个方面，提供一种应用所述的一种电动汽车电池模组热失控安全消防系统的消防方法，其特征在于：该方法包括如下步骤： [0022] (1)所述温度传感器实时监测所述电芯的温度信号并传递给所述控制器； [0023] (2)当所述温度超过某范围时，控制器控制控制动力循环泵的转速，从而控制冷却介质的流速，对所述电池模组进行冷却降温； [0024] (3)当所述温度超过某临界值或所述气体传感器监测到所述电芯有气体释出时，所述控制器控制开启所述消防阀门，导流管内冷却介质喷出对所述电芯降温，从而抑制所述电芯热失控。 [0025] 进一步地，所述温度范围为-20℃～45℃时，所述冷却介质的流速为10m/s。 [0026] 进一步地，所述温度范围为45℃～80℃时，所述冷却介质的流速为15m/s。 [0027] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果： [0028] (1)本发明的技术方案中，通过温度传感器和气体传感器监测所述电芯的温度和气体信号并反馈给控制器，控制器控制控制动力循环泵的转速，从而控制液体的流速，对所述电池模组进行冷却降温，此外控制器控制所述消防阀门的开闭，控制所述液体的喷射，从而进一步对所述电芯热失控进行抑制。 [0029] (2)本发明的技术方案中，外壳为方形盒状结构，内部等间距布置有防火材料，从而形成多个格状腔室，当所述电芯温度升高发生热失控时，所述防火材料可以对其进行隔离，阻止热失控进一步蔓延。 [0031] 图1为现有技术实施例的一种电池模组热失控阻断结构示意图； [0032] 图2为本发明实施例的一种车用动力锂离子电池热失控预警系统的结构示意图； [0033] 图3为本发明实施例的一种车用动力锂离子电池热失控预警系统的系统信号传输图。 [0034] 图2中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：1-控制器、2-消防阀、3-动力循环泵、4-储液槽、5-温度传感器、6-气体传感器、7-防火材料、8-外壳、9-电芯。 具体实施方式[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0036] 图2为本发明实施例的一种车用动力锂离子电池热失控预警系统的结构示意图。如图2所示，该系统包括： [0037] 81块18650电芯9，每9块电芯并联组成一个电池块，每9个电池块串联成电池模组； [0038] 外壳8，其为方形盒状结构，内部等间距布置有防火材料7，从而形成多个格状腔室，用于安放所述电池模组； [0039] 2个50mm*50mm*50mm的储液槽4，所述外壳两端各一个；储液槽连4连接两根直径为3mm，长度为250mm的铜制导流管，导流管置于所述电芯9的底部，所述导流管上附有可由控制器1控制的消防阀门2；在储液槽4的槽口各有一个动力循环泵3，用于为液体流动提供动力； [0041] 如图2所示，系统还包括1个连接温度气体感应器、导流管消防阀、液体循环泵、控制器的完整电路。 [0042] 电池模组正常运行时，导流管中有冷却介质流过，起到冷却作用，控制模组内部温差，防止局部温度过高，确保电芯9不会发生热失控；在模组运行过久时，模组内部局部温度过高，部分电芯有发生热失控的隐患时，安装在电芯上的温度传感器5和气体传感器6可以检测到发生热失控电芯的温度和气体信号，并将该信号传递给电池模组的控制器1，控制器1得到信号以后开启导流管装有的消防阀门2，消防阀打开，导流管内的液体喷射到发生热失控的电芯上，可以降低电芯温度，阻止热失控继续加剧，起到抑制电芯热失控的作用。 [0043] 此外，电池模组内的每9块电芯都由阻燃防火材料7隔离开来，在电芯发生热失控时，隔离栏可以起到隔离电芯热失控在模组内传播的作用。 [0044] 本发明的一个实施例一种电动汽车电池模组热失控安全消防方法应用上述电动汽车电池模组热失控安全消防系统完成。图3为本发明实施例的一种车用动力锂离子电池热失控预警系统的系统信号传输图。如图3所示，该方法包括如下步骤： [0045] (1)在模组正常工作时，温度感应器监测到模组温度为-20℃到45℃，控制器控制液体循环泵，使导流管中的冷却介质在导流管中以10m/s的速度流动，对所述电芯9进行冷却降温； [0046] (2)如模组温度继续升高，达到45℃以上，则控制器控制液体循环泵加大功率，使导流管中的液体以15m/s的流速流动，对所述电芯9进行冷却降温； [0047] (3)如模组温度超过80℃，或者气体感应器监测到模组内电芯有气体释出，温度气体感应器将信号传输给控制器，控制器打开导流管上的消防阀门，导流管内的液体喷出，及时降低模组内电芯温度，抑制热失控发生。 |
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