锂离子电池包热失控控制系统用水箱结构的制作方法

本实用新型属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种新能源汽车锂离子电池包热失控控制系统。

背景技术：

近几年国家推动新能源汽车快速发展的同时，对电动汽车的安全问题越来越重视，而安全问题主要还是针对锂离子电池的热失控，所谓热失控就是锂离子电池内部由于各种因素，产热速率很快，而锂离子电池的散热速率较慢，导致大量的热量在锂离子电池的内部积聚，诱发了一系列的副反应。例如负极SEI膜分解(100-120℃)，正极活性物质分解，释放出氧化性很高的游离氧，与电解液发生氧化反应，这些副反应会进一步导致锂离子电池内部的热量积聚，压力增大，最终导致锂离子电池起火爆炸，威胁使用者的生命和财产安全。

目前针对锂离子电池的热失控问题在国内主要还是采用预防性措施，即使我们预防的再好，也会有小概率发生热失控，本发明的意义在于使锂离子电池热失控变为热可控，将锂离子电池的热失控阻断在热扩散阶段，换句话说就是在电池包发生热失控前就将其阻断。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种新能源汽车锂离子电池包热失控控制系统，以将锂离子电池的热失控阻断在热扩散阶段，使热量能够在10s内得到控制，在电池包发生热失控前就将其阻断。本实用新型重点保护该系统采用的水箱结构：

其底部设有分别连通水箱内外的进水管和出水管，且所述进水管和出水管各自位于水箱内部的管路端口之间存有空隙；水箱内部还设有导向机构以及能沿导向机构垂直升降的漂浮体，漂浮体下方固接有一漂浮管路；水箱上部还设有一通气管，且该通气管的位于水箱内的端口位于水箱内防冻液液面之上；

至少两组电池包组，每组电池包组包括若干个电池包；

所述电池包的包体内设有模组和液冷板，液冷板位于电池包的底部，模组与电池包的包体内壁之间存有空隙，该空隙围构成电池包内腔；模组置于液冷板之上且与液冷板固定接触，液冷板中的液体通道的出水口和进水口伸出电池包包体外，所述液冷板上设有一受BMS控制用于控制液体通道与电池包内腔通断的液冷板排放阀；电池包的包体顶端设有排气阀。

相对于现有技术，采用本实用新型所述的水箱结构的新能源汽车锂离子电池包热失控控制系统具有以下优势：

a、形成绝缘报警与高温报警的双重报警、双重保护；b、控制副反应，防冻液对电池包内部进行充盈，排除氧气，降低反应强度；c、吸收电池包已经产生的热量，防冻液具有比较大的比热容，单位体积可以吸收比较多的热量；d、消耗剩余电能，防冻液是导电的，可以对电池组进行放电，释放能量。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本系统组成部分之一的三通阀原理示意图；

图2为电池包结构原理示意图；

图3为水箱结构原理图；

图4为水箱内防冻液液面下降至最低时的结构状态示意图；

图5为本系统正常状态下的结构状态示意图；

图6为系统中B1电池包出现热失控为例时的状态示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

首先介绍本系统中的组成部件：

三通阀，如图1所示，由BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM电池管理系统)控制三通阀的通路切换，三通阀的出水端连通电池包防冻液进口(电池包端)，另两个进水端分别连接并选通水泵端和水箱端(即由BMS控制，热失控前使电池包端与水泵端连通，或热失控后使电池包端与水箱端连通)，中间由液冷管路过渡。

电池包，如图2的电池包的结构原理示意图所示，所述电池包的包体内设有模组41和液冷板42，液冷板42位于电池包的底部，模组41与电池包的包体内壁之间存有空隙，该空隙围构成电池包内腔43；模组31置于液冷板42之上且与液冷板42固定接触，液冷板中的液体通道的出水口和进水口伸出电池包包体外(图中未示)，所述液冷板上设有一受BMS控制用于控制液体通道与电池包内腔通断的液冷板排放阀44，该阀门开启或者破坏后，液冷板的液体通道就会与电池包内腔相通，使液冷系统中的防冻液经液冷板42 的液体通道及该排放阀注入电池包内腔43中。电池包的包体顶端设计有排气阀45，该排气阀45负责连接电池包内腔43与电池包外部，所述排气阀采用单向且仅排气不排液的排气阀，以便在防冻液注入电池包内腔时，电池包内腔中的气体的排出。

进一步，液冷板上的液冷板排放阀44可采用开关阀、热熔阀、机械破坏式阀、感应阀等形式之一，开关阀是受BMS控制阀体打开，使液冷板内腔与外界相通；热熔阀是BMS控制阀体上的加热机构，使温度升高，将阀隔膜热熔破坏，使液冷板液体通道与电池包内腔相通；机械破坏式阀是BMS控制机械结构，与阀膜接触，产生作用力，将阀膜破坏，使液冷板液体通道与电池包内腔相通；感应阀是阀体感应外界温度来控制阀的启闭，使液冷板液体通道与电池包内腔相通。

水箱1，如图3的水箱结构原理图所示，水箱1底部设有分别连通水箱内外的进水管Y和出水管X，且所述进水管Y和出水管X各自位于水箱内部的管路端口(Y1、X1)之间存有空隙；水箱内部还设有导向机构11以及能沿导向机构垂直升降的漂浮体12，漂浮体12下方固接有一漂浮管路13；水箱上部还设有一通气管Z，且该通气管的位于水箱内的端口位于水箱内防冻液液面之上；

当漂浮体12下降至最低处时，如图4所示，所述漂浮管路13容纳进所述进水管Y和出水管X各自位于水箱内部的管路端口(Y1、X1)之间的空隙，且所述漂浮管路的两端口分别与进水管和Y出水管X各自位于水箱内部的管路端口(Y1、X1)对接连通。

如图5所示，介绍本实用新型的能源汽车锂离子电池包热失控控制系统的结构组成：

包括至少两组电池包组，每组电池包组包括若干个电池包，所述电池包结构前面已介绍，每组电池包组对应匹配一个由BMS控制选通的三通阀，电池包组中的各电池包的液冷板中的液体通道的进水口并联接入所属三通阀的电池包连通端，三通阀的另两端即水泵连通端和水箱连通端分别连接并由 BMS控制能分别选通水泵2的出水端和水箱的通气管Z；所述水箱1的出水管X与水泵2的进水端联通；

各电池包组中的各电池包的液冷板中的液体通道的出水口并联接入水箱1的进水管Y。

如图5所示，本示例以A组和B组两组电池包组为例，每组各由5个电池包组成，如图中所示的A1～A5、B1～B5；A组对应电池包组对应匹配一个由 BMS控制选通的三通阀a，B组对应电池包组对应匹配一个由BMS控制选通的三通阀b；

电池包在处于正常情况时，如图3所示，水箱内存有防冻液，防冻液将漂浮体浮起来，漂浮体的漂浮管路不阻断水箱内部的进水管和出水管端口与水箱内部的防冻液的吸、排，三通阀的状态是电池包连通端与水泵连通端相连通，整个控制系统内的防冻液循环路线为：水箱-水泵-电池包液冷板(所有电池包)-水箱；如图5所示，水箱1的通气管Z与三通阀a和三通阀b 的管路采用虚线代表未被选通。

如果BMS监测到某个电池包或者某几个电池包单体温度≥90℃即发生热失控时，为将本发明阐述明白，以一个电池包为例，如图6所示的B1电池包，在进行高温报警的同时，B1电池包内的液冷板排放阀44被BMS控制打开，使B1电池包内的液冷板的液体通道与B₁电池包内腔相通，使B1液体通道压力降低，并且为电池包注液提供入口，防冻液经液体通道的液冷板排放阀44注入电池包内腔中；

同时A组电池包组(正常电池包组)所属的a三通阀被切换为与水箱1 的通气管Z相通，关闭了其与水泵出水端的通路，减小分流量，提高对B组电池包组的B1包注液效率，保证热失控电池包B1内腔能够被防冻液快速充盈，以便给其内的模组冷却降温。正常电池包的闭环管路路径变为：水箱(排气管Z)-电池包液冷板-水箱(进水管Y)，由于水箱与三通阀a连通的管路端口(即排气管Z)位于水箱上部，且该管路端口位于水箱内防冻液液面之上，相当于该管路端口只与水箱内空气连通；

B组电池包组所属的三通阀b仍维持电池包端与水泵端连通的状态，如图6所示，防冻液在水泵的带动下注入B组，并且由于B组的B1电池包液冷板的液体通道与电池包内腔相通，压力降低，流阻减小，所以液冷系统中的防冻液会被注入B1电池包内，如果B1电池包被防冻液充满，水箱内还有防冻液剩余，则随着B1电池包压力增加，系统内的防冻液就会在B块内沿水箱-水泵-B2、B3...循环；

如果B1电池包未被防冻液充满，则如图4所示，水箱内的漂浮体12会随着液位下降沿导向机构11下移，使得漂浮管路13落在水箱的进水管X和出水管Y中间，将进、出水管接通，系统内的防冻液循环变为A块-水箱内 (进水管-漂浮管路13-出水管)-水泵-B₁，将液冷系统内防冻液全部收集以注入到B1电池包内，将B1电池包充盈。

将防冻液注入热失控电池包有几个显著的功效：a、进行绝缘报警，与高温报警形成双重报警、双重保护；b、控制副反应，防冻液对电池包内部进行充盈，排除氧气，降低反应强度；c、吸收电池包已经产生的热量，防冻液具有比较大的比热容，单位体积可以吸收比较多的热量；d、消耗剩余电能，防冻液是导电的，可以对电池组进行放电，释放能量。

通过控制水泵流量来使热失控的电池包在10s内被防冻液充盈。

多个电池包热失控控制策略同上，当某几个块内有电池包热失控时，热失控电池包内的液冷板阀被控制打开，同时其他块的三通阀会被控制与水箱相通。

通过控制单包热失控或者少数几个电池包热失控来阻断热量向其他电池包蔓延。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。