储能/电动
汽车的电
力系统是由多个电池模
块组成的,而电池模块又由多个电池
单体组成。由于追求电池组的
能量密度,电池模块中的电池单体排列非常紧密,以至于电池模块内的热量容易积聚,尤其是整个模块的中间部位,
温度往往高于其他部位。当模块中部分电池单体的热量积聚到一定程度之后,可能会导致热失控的现象发生。而且热失控会在电池模块内蔓延,导致其他正常工作的电池单体温度迅速升高,从而使得整个电池模块发生热失控,这是极其危险的,特别是在封闭的电池箱内。
申请号为CN201280043177.9,名称为“电池组灭火装置”的
专利申请公开了一种在电池组着火时能够抑制所述电池组发生火灾的装置。该灭火装置包括:
火灾探测传感器,其用于检测电池组着火与否;
灭火剂容器,在其内部空间容纳灭火剂;及控制单元,其用于在通过所述火灾探测传感器检测到火灾发生时使所述灭火剂容器中的所述灭火剂注入至所述电池组的内部。
该专利中的火灾探测传感器用于探测电池组着火与否,证明其灭火装置在电池组内出现明火才开始工作。事实上,电池组在热失控初期的表现形式是冒烟,表现出明显症状的电池单体温度迅速飙升,一旦某个电池单体开始发生热失控,便不断地产生
热能并可能将相邻电池单体加热到高于热失控的
临界温度,使这些健康电池单体进入热失控。这种现象会迅速蔓延不断产生热量,直到将其他相邻电池单体加热至热失控状态。
申请号为CN201410186474.X,名称为“一种电动汽车高防
水保温电池箱”的专利申请中公开了一种电池箱,它包括密封的
箱体和箱体内的若干电池单元,还包括设置于箱体内且与若干电池单元相连的
散热装置。每个电池单元设置加热装置,所述的箱体内还设置通过控制
电路与加热装置相连的电池箱
控制器,还设计了中空散热板为每块电池单元模块散热,保证电池单元模块散热均匀,提高散热效率。该专利中公开的技术方案可以解决电池组在正常工作状态时电池单体的 温度均匀性问题,但是由于散热板起到了热量传导作用,一旦某个电池单体发生热失控,热量会迅速传导至其他正常电池单体,导致热失控迅速蔓延。
公开号为US20100136391A1,
发明名称为“Active thermal runaway mitigation system for use within a battery pack”的专利申请公开了一种电池组,包括电池热失控控制系统,该系统包括至少一根设置在电芯附近的含有液体的管道,该管道在靠近电芯的
位置具有多个破裂点,每个破裂点在预设温度可以破裂,该预设温度低于管道的熔点,一旦破裂,管道中的液体就可以释放出来对电芯进行冷却。该发明中的技术方案可以在电芯发生热失控时对其进行一定的
温度控制。但是,由于电芯是暴露在空气中的,当某个电芯出现热失控时,很可能会在第一时间出现明火并引发燃烧,此时电池中的所有可燃物质与
氧气充分反应,释放大量的热量。即便随后
冷却液管道破裂释放液体,所产生的大量热量需要大量的液体,这严重影响了热控制的效果。同时明火产生的火焰扩展也会造成周边电芯被快速灼烧而造成进一步的热失控发生。
申请号为CN201220017950.1,名称为“安全电池组”,描述了一种将电池浸没在绝缘封闭液体中的方法,该方法把电芯和空气隔绝,当某个电芯出现热失控时,电芯中喷射出的可燃气体首先遇到封闭液体而被冷却,从而有效避免了明火和燃烧的发生。电池中相当量的可燃物以烟雾形式释放,大大减少了总的发热量。但是,即便如此,电芯热失控时产生的热量仍然相当可观,能够将自身加热到400摄氏度甚至更高。而出于控制重量和体积的考虑,每个电池模块中的绝缘封闭液数量通常十分有限,难以充分吸收或者带走这些热量,无法实现把电池的温度控制在热失控点以下的功能。于是这些热量将把相邻电芯也加热到热失控温度以上,从而引发更多电芯的热失控,使得整个电池模块或者电池系统呈现
加速热失控的状况,并最终导致电池组系统的崩溃。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池组,包括电池箱和电池模块,所述电池模块设置在电池箱内,所述电池模块由数个电池单体组成,所述电池箱内还设置封闭液,所述电池模块至少部分浸入封闭液中,所述电池箱内设置至少一根冷却管道,所述冷却管道至少有一部分在达到预设温度后
熔化破裂,所述冷却管道内设置冷却液,所述冷却液的
汽化潜热高于或者等于封闭液的
热容或者
汽化潜热。
将电池模块浸入封闭液中能够避免外部水气的损害,延长使用寿命;而且还起到了散热的作用,有利于电池组内部的温度均匀。当电芯一旦出现热失控,封闭液能够有效地隔绝空气,避免产生明火甚至火焰,大大减少了总的产热量。
在电池箱内设置冷却管道,且冷却管道内设置冷却液,有利于对电池模块进行散热。所述冷却管道至少有一部分在达到预设温度后熔化破裂,此时大量的冷却液从冷却管道中迅速流出,通
过冷却液的温升和/或
相变吸收热量,将电池模块温度控制在电池组的热失控温度之下,可以有效控制热失控的蔓延。
根据本发明的目的,冷却液的汽化潜热高于或者等于封闭液的热容或者汽化潜热。因此,当电池组中某个电池发生热失控,温度达到冷却液的汽化温度时,冷却液就能够通过相变吸收大量热量,迅速把热失控发生之后的温度降低到热失控点之下,避免热失控的进一步蔓延,从而避免整个电池系统发生连
锁反应而崩溃。
作为优选,所述预设温度低于电池模块的热失控温度。
根据电池组的正常
工作温度范围,通常所述预设温度在70~150℃之间;优选地,所述预设温度在70~130℃之间;更优选地,所述预设温度为100℃;或者所述预设温度为130℃。
在电池模块正常工作的情况下,冷却管道起到常规的冷却作用,当电池模块因局部热失控而达到预设温度后,冷却管道熔化破裂并释放出内部的冷却液,冷却液进行相变,能够吸收更多的热量,从而有效控制热失控的蔓延。
根据本发明的一种实施方式,冷却管道中熔化破裂部分的材料选自低熔点
合金或低熔点
聚合物。本发明中的低熔点一般指熔点低于200℃。
通常,上述低熔点聚合物选自POE(乙烯和丁烯的共聚物)、EVA(乙烯和
醋酸的共聚物)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PU(聚
氨基
甲酸酯)、PA(尼龙)和CPVC(氯化聚氯乙烯)中的至少一种。
低熔点合金选自Ga、In、Sn、Bi、Pb、Cd和Zn中的至少一种。
作为优选,所述封闭液包括
凝固点低于-30℃、分解温度高于70℃的绝缘阻燃液体。
封闭液为具有绝缘、
阻燃性能的冷却液体,同时具备低于-30℃的凝固点、高于70℃的分解温度。
根据本发明的一种实施方式,上述封闭液包含凝固点低于-30℃、沸点高于70℃的绝缘阻燃液体。
作为优选,所述封闭液选自
硅油、
变压器油、氟氯
烃、氟代烃、氯代烃和氢氟醚中的至少一种。上述物质具备较好的绝缘性能,同时还具有较高的
稳定性。
根据本发明的一种实施方式,所述冷却液的相变温度在70~150℃之间。
作为优选,所述冷却液选自水和水溶液中的至少一种。优选地,所述水溶液选自醇的水溶液。进一步地,所述醇可以选自乙二醇、1,2-亚乙基二醇、丙二醇、1,3-丁二醇、己二醇、二甘醇和丙三醇等中的至少一种,上述物质的水溶液可以有效降低凝固点,提升低温环境中的工作性能。
作为优选,所述冷却液选自氟氯烃、氟代烃、氯代烃和氢氟醚中的至少一种。上述物质能够快速汽化,具备较高的汽化潜热,能够快速带走足够的热量。
作为优选,所述冷却管道中的至少一部分浸入封闭液中。
为了使管道熔化后冷却液能顺利流出对电池模块进行冷却,优选冷却液的液压高于所述封闭液的液压。
冷却管道可以是一端封闭、另一端开口的盲管,也可以是两端都是开口的通管。当使用盲管时,电池在正常工作状态下,冷却液不起作用;而当热失控发生时,从冷却管道流出冷却液起降温、控制热失控蔓延的作用。当使用通管时,在电池正常工作状态下,冷却液还可通过外部循环承担传递热量的
角色。
作为优选,所述电池模块在电池箱内倒置放置,使得所述电池模块中的极
耳浸没在封闭液中。
电池模块即电池单体倒置放置,是指将电池单体极耳朝下,可以在封闭液较少的情况下使极耳浸入封闭液中。对于电池单体来说极耳的发热量相对较大,对其使用封闭液进行散热,效果更好,且有利于电池模块的绝缘。
本发明的另一种实施方式中,冷却管道外壁设置导热装置,使得电池模块的温度更容易传导至冷却管道。若某个电池单体发生热失控,则导热装置能迅速将热量传导至冷却管道,使得冷却管道熔化破裂,释放出冷却液,从而控制电池模块的温度,避免热失控的蔓延。
对于软
包装电池来说,极耳的封装位置是相对容易发生破口的位置,此时电池内部的活性物质可能从破口处漏出,将电池单体倒置有利于减少漏出物质暴露 在空气中的时间,一旦发生
泄漏,使之迅速流入封闭液中,提升了安全性能。
根据本发明的目的,当发生热失控时,冷却管道熔化破裂,冷却液进入电池箱,当温度达到冷却液的沸点后开始相变吸热,同时电池箱内的压力也会迅速上升。为了冷却液能够迅速相变吸收更多的热量,也为了整个电池组的安全,所述电池箱上设置泄压
阀,优选设置单向
泄压阀,使冷却液相变生产的气体在达到一定压力后可以快速排出,进一步提高安全性能。
作为优选,所述电池箱上设置出液口和入液口,所述冷却管道的两个开口分别连接出液口和入液口。
冷却液在冷却管道中流动可以将电池箱中的热量带出,在电池正常工作状态时实现
热管理;另一方面,当发生热失控冷却管道熔化破裂后,可以有大量的冷却液通过入液口进入,对电池模块快速降温。
根据另一种实施方式,出液口和入液口均设置在封闭液液面的上方。
将出液口和入液口设置在封闭液液面的上方可以避免冷却管道发生熔化之后,设置在电池箱内的封闭液通过出液口进入循环系统。同时也能够使得电池箱保存更多的冷却液,便于电池模块的冷却。
作为另一种优选的实施方式,所述电池箱上设置入液口,所述冷却管道的开口连接入液口,所述冷却管道在电池箱内且另一端封闭
此时,冷却管道中的冷却液并不循环,主要是在冷却管道熔化破裂后,将储液罐中的大量冷却液导入电池箱内,从而对电池组进行冷却,尽量避免热失控的进一步蔓延。
本发明还保护一种电池组系统,包括如上所述电池组,所述电池系统还包括储液罐,储液罐通过输送管道与电池箱连接。所述储液罐内设置冷却液,所述储液罐通过输送管道与入液口,或出液口和入液口连通。
由于冷却管道容量有限,大量的冷却液可以存储在冷却液容器中,在正常情况下冷却管道中的冷却液可以循环流动,将封闭液的热量带出,从而起到对电池组的冷却作用。而当电池模块即将发生热失控或已经发生热失控后,对散热的需求急剧增加。冷却管道因达到热失控温度而熔化破裂后,大量冷却液可以进入电池箱内,对电池模块进行快速冷却,避免热失控的蔓延。
根据本发明的一种实施方式,储液罐可以通过输送管道与多个电池组(至少 两个)连接。由于同一
电动车上多个电池组同时发生热失控的可能性较小,通常控制某个发生热失控的电池组就能避免热失控蔓延至其他电池组。采用多个电池组共用一个储液罐能节约车内空间,减轻整个电池组系统的重量,有效提高整个供电系统的
能量密度,同时也能满足阻止热失控蔓延的需求。
作为另一种优选的实施方式,在单个电池组发生热失控时,储液罐向该电池箱内注入冷却液,若该电池箱内的温度不能迅速得到控制,则将其他正常工作的电池箱中的冷却液也注入该电池箱,以获得更好的温控效果。
使用本发明公开的技术方案之后,电池模块的温度更加均匀,减少局部温度积聚的情形。电池模块发生局部热失控后,封闭液首先保障不产生明火,减少热失控后的发热量;同时冷却管道受热熔化破裂,释放出冷却液,利用冷却液发生相变吸收热量,从而有效控制电池模块的温度,使得电池组内的温度得到有效控制,阻止热失控的蔓延。即使进入的冷却液不足以完全控制热失控的蔓延,也可以将大大延迟热失控的蔓延,将损失降到最低。采用多个电池组共用一个储液罐能节约车内空间,减轻整个电池组系统的重量,有效提高整个供电系统的能量密度,同时也能满足阻止热失控蔓延的需求。
附图说明
图1是本发明公开的
实施例1、2、3的电池组的结构示意图;
图2是本发明公开的实施例4的电池组的结构示意图;
图3是本发明公开的实施例5、6的电池组的结构示意图;
图4是本发明公开的实施例7的电池组的结构示意图;
图5是本发明公开的实施例8、9的电池组的结构示意图;
图6是本发明公开的实施例7的电池组系统的结构示意图;
图7是本发明公开的实施例8、9的电池组系统的结构示意图;
其中,1.电池箱,11.冷却管道,111.冷却管道A,112冷却管道B,12.入液口,13.出液口,14.封闭液,15.导热装置,2.电池模块,3.储液罐。
实施例1
如图1所示,本发明公开一种电池组,包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭 液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用硅油作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11内设置冷却液,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为70℃。在电池模块2正常工作的情况下,冷却管道11起到常规的冷却作用,冷却液为水。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,大量冷却液可以通过冷却管道11的破口流出,通过相变吸收大量的热量,从而控制电池模块2的温度的上升。
实施例2
如图1所示,本发明公开一种电池组,包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用硅油作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11内设置冷却液,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为70℃。在电池模块2正常工作的情况下,冷却管道11起到常规的冷却作用,冷却液为氟代烃。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,大量冷却液可以通过冷却管道11的破口流出,通过相变吸收大量的热量,从而控制电池模块2的温度的上升。
实施例3
如图1所示,本发明公开一种电池组,包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用氢氟醚作为封闭液14。
电池箱1内设置一根冷却管道11,环管道内设置冷却液,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为100℃。在电池模块2正常工作的情况下,冷却管道11起到常规的冷却作用,冷却液为乙二醇水溶液。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,大量冷却液可以通过冷却管道11的破口流出,通过相变吸收大量 的热量,从而控制电池模块2的温度的上升。
实施例4
如图2所示,本发明公开一种电池组,包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用硅油作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道A111和冷却管道B112,冷却管道A111和冷却管道B112内设置冷却液,冷却管道A111和冷却管道B112的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为130℃。在电池模块2正常工作的情况下,冷却管道11起到常规的冷却作用。
电池箱1上设置出液口13和入液口12,冷却管道A111和冷却管道B112分别连接出液口13和入液口12。冷却液在冷却管道A111和冷却管道B112中循环可以将封闭液14中的热量带出,避免热量积聚在电池箱1中对电池模块2造成损害。冷却液存储在电池箱外的冷却液容器中,冷却液为水。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道A111和/或冷却管道B112达到预设温度而熔化破裂,大量冷却液可以通过破口流出,通过相变吸收大量的热量,从而控制电池模块2的温度的上升。
实施例5
如图3所示,本发明公开一种电池组,包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用硅油作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11内设置冷却液,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为130℃。在电池模块2正常工作的情况下,冷却管道11起到常规的冷却作用。冷却管道11的外壁上设置了导热装置15,该实施例中,采用导热翅片作为导热装置15。
电池箱1上设置出液口13和入液口12,冷却管道11连接出液口13和入液口12。冷却液在冷却管道11中循环可以将封闭液14中的热量带出,避免热量积聚在电池箱1中对电池模块2造成损害。冷却液存储在电池箱1外的冷却液容 器中,冷却液为水。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,大量冷却液可以通过破口流出,通过相变吸收大量的热量,从而控制电池模块2的温度的上升。
实施例6
如图3所示,本发明公开一种电池组,包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用氢氟醚作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11内设置冷却液,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为200℃。在电池模块2正常工作的情况下,冷却管道11起到常规的冷却作用。冷却管道11的外壁上设置了导热装置15,该实施例中,采用导热翅片作为导热装置15。
电池箱1上设置出液口13和入液口12,冷却管道11连接出液口13和入液口12。冷却液在冷却管道11中循环可以将封闭液14中的热量带出,避免热量积聚在电池箱1中对电池模块2造成损害。冷却液存储在电池箱1外的冷却液容器中,冷却液为乙二醇水溶液。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,大量冷却液可以通过破口流出,通过相变吸收大量的热量,从而控制电池模块2的温度的上升。
实施例7
如图6所示,本发明公开一种电池组系统,包括两个如图4中的电池组和储液罐3。该电池组包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用氢氟醚作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为70℃。电池箱1上设置入液口12,冷却管道11为一端开口另一端封闭的盲管,冷却管道11开口的一端连接入液口12。冷却液为乙二醇水溶液。
电池箱1的外部设置储液罐3,储液罐3内部设置冷却液,储液罐3通过输送管道与电池箱1连接,并且连接至冷却管道11。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,储液罐3中的冷却液通过入液口12进入电池箱1内,通过相变吸收大量的热量,控制电池模块2的温度的上升。
实施例8
如图7所示,本发明公开一种电池组系统,包括两个如图5中的电池组和储液罐3。该电池组包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用氢氟醚作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为100℃。电池箱1上设置出液口13和入液口12,冷却管道11分别连接出液口13和入液口12。冷却液在冷却管道11中循环可以将封闭液14中的热量带出,避免热量积聚在电池箱1中对电池模块2造成损害,冷却液为乙二醇水溶液。
电池箱1的外部设置储液罐3,储液罐3内部也设置冷却液,储液罐3通过输送管道与电池箱1连接,并且连接至冷却管道11,储液罐3内的冷却液流经输送管道后通过入液口12流入冷却管道11内并从出液口13流出,最后通过输送管道流入储液罐3,从而形成完整的冷却液的循环。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,储液罐3中的冷却液通过入液口12进入电池箱1内,通过相变吸收大量的热量,控制电池模块2的温度的上升。
实施例9
如图7所示,本发明公开一种电池组系统,包括两个如图5中的电池组和储液罐3。该电池组包括电池箱1和电池模块2,电池模块2设置在电池箱1内,电池箱1内还设置封闭液14,将电池模块2浸入封闭液14中,将电池单体极耳朝下设置,使得电池模块2的极耳浸没在封闭液14中,本实施例中采用氢氟醚作为封闭液14。
电池箱1内设置冷却管道11,冷却管道11的管壁的熔化温度为预设温度,预设温度为100℃。电池箱1上设置出液口13和入液口12,冷却管道11分别连接出液口13和入液口12。冷却液在冷却管道11中循环可以将封闭液14中的热量带出,避免热量积聚在电池箱1中对电池模块2造成损害,冷却液为乙二醇水溶液。
电池箱1的外部设置储液罐3,储液罐3内部也设置冷却液,储液罐3通过输送管道与电池箱1连接,并且连接至冷却管道11,储液罐3内的冷却液流经输送管道后通过入液口12流入冷却管道11内并从出液口13流出,最后通过输送管道流入储液罐3,从而形成完整的冷却液的循环。
电池模块2发生热失控后,局部温度迅速上升,冷却管道11达到预设温度而熔化破裂,储液罐3中的冷却液通过入液口12进入电池箱1内,通过相变吸收大量的热量,控制电池模块2的温度的上升。