基于坐标定位的锂离子电池系统定向冷却灭火装置及方法

本发明涉及锂电池，尤其是涉及一种于坐标定位的锂离子电池系统定向冷却灭火装置及方法。

背景技术：

1、锂离子电池凭借其能量密度、循环寿命等方面的优势在交通运输、消费类电子产品、储能系统中已获得广泛认可和量产利用。然而，随着市场和用户对电池能量密度持续提出更高的要求，采用高镍三元正极材料的高比能电池热稳定性有所降低，产热严重，大大增加了热失控引发的安全事故风险。因此，电动汽车、储能电站的发展需求对锂离子电池系统的热安全的热管理与热安全防护设计提出了更高的要求。

2、目前，对锂离子电池系统热失控蔓延防护的方法主要有三种，一是基于液冷系统散热延缓的方法；二是基于电池单体间隔热的方法；三是基于电池热失控后消防灭火的方法。

3、对于锂离子电池系统热失控蔓延的安全防护，大多存在“散热效率不足”、“不计成本”、“滞后”等特点，且电池系统火灾存在“复燃”现象，目前没有较好的可推广的方法。

4、此外，因为热失控过程反应机理非常复杂，不同材料体系电池间存在较大差异，目前尚无较为可靠的普适性安全防护方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种于坐标定位的锂离子电池系统定向冷却灭火装置及方法，本发明利用可旋转喷头与电池阀口坐标定位实现精确冷却、灭火，具有结构简单、加工装配方便、易于维护等优点。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种基于坐标定位的锂电池系统定向冷却及灭火装置，用于对锂电池组进行定向冷却或灭火控制，该装置包括设置在电池单体间及两端电池单体外侧的隔热垫、设置在锂离子电池组下端的底部液冷板、用于喷淋冷却剂或灭火剂的可旋转喷头、以及控制模块；所述隔热垫上设置有测温单元；所述控制模块分别与测温单元和可旋转喷头连接；

4、根据测温单元测取的各电池单体前后表面温度判断失控电池单体或温升异常电池单体编号及所在位置，通过控制模块调整可旋转喷头的喷头方向进行定向冷却或灭火。

5、优选地，所述可旋转喷头为流速可调的可旋转喷头。

6、优选地，所述装置还包括铰链结构，用于对可旋转喷头进行定角旋转控制。

7、优选地，所述锂电池组中的电池单体上方均设置有定向喷阀；所述可旋转喷头的喷头方向与所述定向喷阀阀口中心坐标连线上各节电池阀口中心点位置相对应。

8、优选地，所述定向喷阀为泄压阀。

9、优选地，所述测温单元为薄膜测温单元。

10、优选地，所述控制模块与测温单元无线连接。

11、根据本发明的第二方面，提供了一种基于坐标定位的锂电池系统定向冷却以及灭火方法，采用所述的装置，该方法包括以下步骤：

12、步骤s1、实时获取测温单元测取的各电池单体前后表面温度数据；

13、步骤s2、进行一次温度检测判断，若温度超过热安全温度阈值t1，则可旋转喷头追踪目标电池坐标进行灌注灭火剂进行灭火，否则执行步骤s3；

14、步骤s3、进行二次温度检测判断，若温度超过热管理温度阈值t2，则可旋转喷头喷射冷却液喷雾，进行导热、汽化吸热协同冷却，否则待温度降至设定范围内停止底部液冷板的冷却操作。

15、根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。

16、根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、1)结构简单：仅需采用可旋转喷头装置作用原理即可实现喷头方向调节，易于实现；

19、2)成本低、效率高：通过调整喷头方向与电池阀口位置坐标连线实现定向冷却/灭火，冷却/灭火剂用量/成本更低，效率更高；且相较于现有技术方案，定向冷却/灭火会使冷却/阻断热失控蔓延速率更快；绝缘液体喷淋到电池表面可实现协同降温、汽化吸热；灌注于灭火状态下可实现汽化稀释可燃气体或氧气浓度，提升电池系统爆炸极限；

20、3)迁移性好：适用范围广，可广泛应用于各种材料体系及封装形式的有定向喷阀的电池；

21、4)可靠性高：电池在充放电及老化过程阀口位置固定，且横纵向无明显位移，可实现全生命周期中装置的有效作业；

22、5)精度高：通过电池单体间隔热垫可实现薄膜测温单元的布置，可缓冲吸收电池充放电过程的微小形变。结合电池间及两端电池外侧薄膜测温单元，可实现各节电池前后表面温度的测量，准确判断失控电池或温升异常电池编号及所在位置，精确定位坐标；

23、6)轻量化：电池系统中信号通过无线传输，可减少线束及系统构件质量、体积；

24、7)智能化：本发明所提出系统可结合电池管理系统，在需灭火时增大流量，冷却时切换为细水雾，实现冷却/灭火智能调节；

25、8)分布式控制：本发明所提出系统可在电池系统中各模组/部分分布喷头，实现分布冷却/灭火控制。

技术特征：

1.一种基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，用于对锂电池组(2)进行定向冷却或灭火控制，其特征在于，该装置包括设置在电池单体间及两端电池单体外侧的隔热垫(1)、设置在锂离子电池组下端的底部液冷板(3)、用于喷淋冷却剂或灭火剂的可旋转喷头(4)、以及控制模块(5)；所述隔热垫(1)上设置有测温单元(11)；所述控制模块(5)分别与测温单元(11)和可旋转喷头(4)连接；

2.根据权利要求1所述的基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，其特征在于，所述可旋转喷头(4)为流速可调的可旋转喷头(4)。

3.根据权利要求1所述的基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，其特征在于，所述装置还包括铰链结构(6)，用于对可旋转喷头(4)进行定角旋转控制。

4.根据权利要求3所述的基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，其特征在于，所述锂电池组(2)中的电池单体上方均设置有定向喷阀(21)；所述可旋转喷头(4)的喷头方向与所述定向喷阀(21)阀口中心坐标连线上各节电池阀口中心点位置相对应。

5.根据权利要求4所述的基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，其特征在于，所述定向喷阀为泄压阀。

6.根据权利要求1所述的基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，其特征在于，所述测温单元(11)为薄膜测温单元。

7.根据权利要求1所述的基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置，其特征在于，所述控制模块(5)与测温单元(11)无线连接。

8.一种基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置，该方法包括以下步骤：

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求8中所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种基于坐标定位的锂电池系统定向冷却灭火装置及方法，用于对锂电池组进行定向冷却或灭火控制，该装置包括设置在电池单体间及两端电池单体外侧的隔热垫、设置在锂离子电池组下端的底部液冷板、用于喷淋冷却剂或灭火剂的可旋转喷头、以及控制模块；所述隔热垫上设置有测温单元；所述控制模块分别与测温单元和可旋转喷头连接；根据测温单元测取的各电池单体前后表面温度判断失控电池单体或温升异常电池单体编号及所在位置，通过控制模块调整可旋转喷头的喷头方向进行定向冷却或灭火。与现有技术相比，本发明利用可旋转喷头与电池阀口坐标定位实现精确冷却、灭火，具有结构简单、加工装配方便、易于维护等优点。

技术研发人员：陈思琦,魏学哲,戴海峰,张广续,朱哲慧,陈锴鑫
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13