一种动力电池热失控降温灭火液冷装置、监控系统及方法与流程

本发明涉及新能源汽车动力电池热管理技术领域，特别是涉及一种具备电池热失控降温灭火功能的动力电池热失控降温灭火液冷装置、监控系统及方法。

背景技术：

目前新能源汽车主要采用三元锂离子电池和磷酸铁锂电池作为动力能源供电。锂电池在使用过程中，电池总体上会出现发热的现象，如果这些热量不能及时得到散发，将会不断地积聚，从而使电池不断升温，不仅会影响电池的各项性能指标，而且会造成电池的热失控，还极有可能使电池出现不可逆转的损坏，甚至起火、爆炸，引发火灾，造成安全事故，导致无法弥补的经济损失和人身安全危险；进一步，锂电池在使用过程中，也有可能在充放电过程中出现异常，例如内部短路、外部短路等，此时电池也会出现急剧发热的现象，进而造成电池的热失控。此外，锂电池在生产过程中，也有可能出现未能及时检验出的瑕疵，同样给锂电池的正常使用带来安全隐患，一旦发生电池的热失控，必然导致一系列严重的后果。因此，目前亟需一种有效监控及有效处理新能源汽车动力电池热失控的措施或方法。

技术实现要素：

本发明针对现有的新能源汽车动力电池一旦发生热失控，极易造成安全事故，导致无法弥补的经济损失和人身安全损失，并且目前没有任何有效监控及有效处理现有的新能源汽车动力电池热失控的措施或方法，提供了一种动力电池热失控降温灭火液冷装置，该液冷装置包括采用高温可熔化材料制作而成的若干个液冷单元且内部有冷却液，当电池单体热失控温度超过高温可熔化材料的熔点时，液冷单元本体熔化进而冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火，能够第一时间针对电池单体热失控问题消除安全隐患，保证了电动汽车系统的安全性和可靠性。本发明还涉及一种动力电池热失控监控系统及方法。

本发明的技术方案如下：

一种动力电池热失控降温灭火液冷装置，用于动力电池包内的电池单体热失控监控，其特征在于，所述液冷装置包括若干个液冷单元，各所述液冷单元均包括液冷单元本体和液冷单元本体内的冷却液，所述液冷单元本体采用高温可熔化材料制作而成，各所述液冷单元本体均具有与电池单体表面相匹配的结构且各所述液冷单元本体分别通过各自的相匹配的结构与相应的电池单体表面紧密贴合，各所述液冷单元依次连通，当电池单体热失控温度超过所述高温可熔化材料的熔点时，所述液冷单元本体熔化进而所述液冷单元本体内的冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火。

所述液冷单元的液冷单元本体采用高温可熔化金属材料制作而成。

所述液冷单元本体采用高温可熔化材料的熔点为120℃。

所述冷却液为高绝缘性且大热容量的液体工质。

一种动力电池热失控监控系统，其特征在于，包括上述的动力电池热失控降温灭火液冷装置，还包括电池箱体、水泵、散热器和循环管路，所述电池箱体内置由各电池单体构成的电池包，所述电池箱体密封设置且各电池单体的极性端子从电池箱体内伸出，所述液冷装置的各液冷单元分别通过各自的相匹配的结构与相应的电池单体表面紧密贴合，各所述液冷单元依次连通且通过两终端的连通口连接循环管路，所述循环管路从所述电池箱体内引出，所述水泵和散热器串联设置在从所述电池箱体引出的循环管路上，在为电池单体散热时，所述冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，进而所述冷却液吸收电池单体热能后再由散热器放热；在为电池单体降温或灭火时，所述液冷装置的液冷单元本体熔化进而冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火。

所述液冷系统还包括加热器，所述加热器连接至所述循环管路，在为电池单体加热时，所述冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，进而所述冷却液吸收加热器热能后再放热至电池单体。

所述电池箱体具有三层结构，由内至外依次为电池箱内壳、电池箱保温层和电池箱外壳；

和/或，所述水泵为电子水泵。

所述电池包包括多个电池模组，各所述电池模组均由电池单体串并联方式构成且各电池模组之间相互隔离，在为电池单体降温或灭火时，所述液冷装置的液冷单元本体熔化进而冷却液进入相应的电池模组对电池单体降温冷却或灭火。

一种动力电池热失控监控方法，其特征在于，将电池包置入密封设置的电池箱体内且将各电池单体的端子从电池箱体内伸出，采用若干个液冷单元分别与相应的电池单体表面紧密贴合，液冷单元包括采用高温可熔化材料制作的液冷单元本体以及在液冷单元本体内设置的冷却液，各液冷单元依次连通且通过两终端的连通口连接循环管路，将所述循环管路从所述电池箱体内引出且依次连接水泵和散热器，在为电池单体散热时，所述冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，进而所述冷却液吸收电池单体热能后再由散热器放热；当电池单体热失控温度超过所述高温可熔化材料的熔点时，所述液冷单元本体熔化进而所述冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火。

将加热器连接至所述循环管路，在为电池单体加热时，所述冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，进而所述冷却液吸收加热器热能后再放热至电池单体；

和/或，将电池包分为多个电池模组，将各所述电池模组均各自隔离设置，当电池单体热失控温度超过所述高温可熔化材料的熔点时，所述液冷单元本体熔化进而所述冷却液进入相应的电池模组对电池单体降温冷却或灭火。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及的一种动力电池热失控降温灭火液冷装置，包括若干个液冷单元，采用高温可熔化材料制作而成的液冷单元本体贴敷至电池单体表面，通过液冷装置终端的连通口可以用于连接至循环管路，也即是说，该液冷装置在应用时可以作为循环管路中的一部分应用，结构简单精巧，电池热失控时液冷单元熔化破裂冷却液进入电池包进而降温灭火，实际应用时再无需其它的特殊结构或专门的监控用温度传感器等部件，提高可靠性并有效降低成本；当电池单体热失控温度超过高温可熔化材料的熔点时，液冷单元本体熔化进而液冷单元本体内的冷却液(即循环管路内的冷却液)进入电池包对电池单体降温冷却或灭火，该液冷装置能够第一时间针对电池单体热失控问题进行处理，消除安全隐患，有效预防动力电池热失控引发的诸如火灾等事故，提供了一种有效监控及有效处理现有的新能源汽车动力电池热失控的装置措施及安全机制，保证了电动汽车系统的安全性和可靠性，排除了电动汽车的进一步推广和应用的安全隐患。进一步，该液冷装置的各液冷单元均具有与电池单体表面相匹配的结构且各液冷单元分别通过各自的相匹配的结构与相应的电池单体表面紧密贴合，这种结构设置进一步提高了液冷装置感应温度变化的灵敏度和反应速度，实现接触换热的同时，进一步提高换热效率，各液冷单元集成了冷却和灭火功能，即在该液冷装置在电池使用过程中，能起到冷却电池单体的功能，当电池单体出现热失控时，液冷单元本体熔化进而冷却液直接进入电池单体表面，起到迅速降温灭火的功能，确保当发生动力电池热失控时能够及时监控响应并处理，从而大大提高了电动汽车系统的安全性和可靠性，适应于新一代新能源电动汽车的推广和应用。

本发明还涉及一种动力电池热失控监控系统，采用上述动力电池热失控降温灭火液冷装置，结合电池箱体(密封设置)、水泵、散热器、加热器、循环管路等部件，冷却液贯通于液冷单元本体和循环管路，冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，在处于高温情况下通过冷却液吸收电池单体热能后再由散热器放热进而为电池单体散热；在处于电池热失控情况下通过液冷单元本体熔化进而冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火；在处于低温情况下通过冷却液吸收加热器热能后再放热至电池单体为电池单体加热。综上，本发明提出的液冷系统，针对电池单体高温散热、低温加热处理的同时，进一步针对电池单体热失控进行液体浸泡直接降温冷却或灭火，增加并优化了电动汽车动力电池热管理系统功能，进一步预防并排除电动汽车系统安全隐患，提高了电动汽车系统的安全性和可靠性。

本发明还涉及一种动力电池热失控监控方法，相应于上述动力电池热失控系统，该监控方法步骤简单，实用性高，可以实现行之有效地进行新能源汽车动力电池热失控安全防护，为新一代电动汽车车载动力电池热管理系统提供更佳的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明动力电池热失控监控系统的一种优选结构示意图。

图2为本发明涉及的电池包的优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－电池箱体；101－电池箱内壳；102－电池箱保温层；103－电池箱外壳；2－电池单体；201－电池单体的极性端子；3－液冷装置；4－循环管路；5－冷却液；6－电子水泵；7－散热器；8－加热器；9－电池包；901－电池模组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明公开了一种动力电池热失控降温灭火液冷装置，用于动力电池单体热失控监控。在电动汽车电池管理系统中，电池单体以串并联方式构成电池包，具体来说即，电池单体在实际电池包中以串并联方式形成电池模组，进而电池模组构成电池包(即动力电池包)。该液冷装置包括若干个液冷单元，各液冷单元均包括液冷单元本体和液冷单元本体内的冷却液，液冷单元本体采用高温可熔化材料制作而成，优选可以采用高温可熔化金属材料制作而成，至少应当选取导热性好、导电性差、绝缘性好、非易燃、较易溶于液体的高温可熔化金属材料，如采用低熔点合金。冷却液优选为绝缘性能好且热容量大的液体工质，如50％乙二醇。各液冷单元本体均具有与电池单体表面相匹配的结构且各液冷单元本体分别通过各自的相匹配的结构与相应的电池单体表面紧密贴合，各液冷单元依次连通，在正常使用时，液冷装置用于给电池单体降温，当电池单体热失控温度超过高温可熔化材料的熔点时，液冷单元本体熔化(即液冷单元本体熔化破裂，优选进一步溶解)进而液冷单元本体内的冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火，即针对电池单体热失控进行液体浸泡直接迅速降温冷却或灭火，当然，该液冷装置由固体熔化至液体同样可以起到吸热降温冷却作用。故该液冷装置集成了对电池单体进行冷却和灭火功能，在实现热管理功能的同时预防电池单体热失控时引发的火灾。

一种优选的实施例中，液冷单元本体采用高温可熔化材料的熔点为120℃，这样，当电池单体在温度大于120℃时，即三元锂离子电池热失控临界点，与电池单体表面贴敷的液冷单元本体熔化，进而液冷装置内的冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火。当然，在实际应用中如采用其它类电池时，可以根据该种电池的热失控临界点温度合理选择相应的高温可熔化材料。

本发明还公开了一种动力电池热失控监控系统，如图1所示的一种优选实施例，包括电池箱体1、电子水泵6、散热器7、加热器8、循环管路4，还包括上述的动力电池热失控降温灭火液冷装置3，其中，电池箱体1内置电池包，电池箱体1密封设置，优选地，电池箱体1可以具有三层结构，由内至外依次为电池箱内壳101、电池箱保温层102和电池箱外壳103，以进一步增强电池箱体1的密封保温性能；各电池单体2的极性端子201从电池箱体1内伸出，液冷装置3的各液冷单元分别通过各自的相匹配的结构与相应的电池单体2表面紧密贴合，各液冷单元依次连通且通过两终端的连通口连接循环管路4，即冷却液5在液体单元本体和循环管路4中贯通，循环管路4从电池箱体1内引出且依次连接电子水泵6、加热器8和散热器7，即电子水泵6、加热器8和散热器7串联设置在从电池箱体1引出的循环管路4上。在例如处于高温情况需要为电池单体2散热时，冷却液5(冷却液5优选可以是高绝缘性且大热容量的液体)在电子水泵6控制下经由循环管路4循环流动，进而冷却液5吸收电池单体2热能后再由散热器7放热；在例如处于低温情况需要为电池单体2加热时，冷却液5在电子水泵6控制下经由循环管路4循环流动，进而冷却液5吸收加热器8热能后再放热至电池单体2；即在正常系统使用中，液冷装置用于给动力电池包的电池单体降温，实现热管理功能，使用中液冷装置贴敷在电池单体表面，实现接触传热，具有较高的传热效率。在例如处于电池热失控情况需要为电池单体2降温或灭火时，电池单体2热失控温度超过高温可熔化材料的熔点，液冷装置3的液冷单元本体熔化进而冷却液5迅速进入电池包，从而实现对热失控的电池单体2降温冷却或灭火。

优选地，如图2所示，还可以进一步将电池包9划分为多个电池模组901，各电池模组901均包括多个电池单体2，也可以说是各电池模组901均由电池单体2串并联方式构成且各电池模组901之间相互隔离，故而在为电池单体2降温或灭火时，液冷装置3的液冷单元本体熔化进而冷却液5进入相应的电池模组901(即发生电池单体热失控的电池模组)对电池单体2降温冷却或灭火。上述优化设置的优点是，将多个电池单体分区域各自隔离，一旦电池单体发生热失控，液冷装置内的冷却液全部进入发生电池单体热失控的电池模组，专门重点集中进行降温冷却或灭火，并将发生热失控的区域有效隔离，冷却液不进入未发生热失控的区域，防止事故区域扩散，减少事故处理波及区域，降低经济损失。

本发明还涉及一种动力电池热失控监控方法，该方法与动力电池热失控监控系统相对应，可理解为是实现本发明动力电池热失控监控系统的方法。本发明的动力电池热失控监控方法具体步骤如下：

可以参考图1，将电池包置入密封设置的电池箱体内且将各电池单体的端子从电池箱体内伸出，采用若干个液冷单元分别与相应的电池单体表面紧密贴合，液冷单元包括采用高温可熔化材料制作的液冷单元本体以及在液冷单元本体内设置的冷却液，也就是说，采用上述的动力电池热失控降温灭火液冷装置，将液冷装置的各液冷单元分别通过各自的相匹配的结构与相应的电池单体表面紧密贴合，各液冷单元依次连通且通过两终端的连通口连接循环管路，将循环管路从所述电池箱体内引出且依次连接水泵和散热器，在为电池单体散热时，冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，进而冷却液吸收电池单体热能后再由散热器放热；当电池单体热失控温度超过所述高温可熔化材料的熔点时，液冷单元本体熔化进而冷却液进入电池包对电池单体降温冷却或灭火。

优选地，参考图1，还可以将加热器连接至循环管路，在为电池单体加热时，冷却液在水泵控制下经由循环管路循环流动，进而冷却液吸收加热器热能后再放热至电池单体。

更优选地，参考图2，还可以将电池包分为多个电池模组，将各电池模组均各自隔离设置，当电池单体热失控温度超过所述高温可熔化材料的熔点时，液冷单元本体熔化进而冷却液进入相应的电池模组对电池单体降温冷却或灭火。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。