CN112993439A - 一种电池隔热阻燃防爆*** - Google Patents

一种电池隔热阻燃防爆*** Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种电池隔热阻燃防爆***，涉及电池热管理技术领域。该***包括包裹于电池电芯外、由发泡材料形成的基质层以及排布于基质层外的激发材料管路；激发材料管路内存储有用于激发发泡材料使其相变固化的激发材料，激发材料可在高温作用下自动流出激发材料管路。本发明于电池外包裹发泡材料基质层，利用发泡材料的隔热性降低对邻近电池的热量传递，防止波及其他电池；同时，利用发泡材料的吸热膨胀性能，降低电池的温度，且进一步挤压电池间的缝隙，阻断火焰的传播；有效实现了集降温隔离阻燃防爆为一体的主动保护方式，安全高效，在一定程度上降低了由于连锁效应引发的电池热失控及电池复燃的风险，阻止了事故的进一步扩大。

Description

一种电池隔热阻燃防爆***
技术领域
本发明涉及电池热管理技术领域，具体涉及一种电池隔热阻燃防爆***。
背景技术
近年来，国内外新能源汽车及相关技术得到长足发展，电池作为电动汽车的能量储存装置，也得到了大量的应用。电池驱动技术作为新能源汽车的核心技术动为人类新能源的开发利用提供了新的思路。
然而，电池的广泛应用也带来了新的安全隐患，国内外动力电池火灾和***事故时有发生。据不完全统计，自2016年以来，国内新能源汽车火灾事故已发生200余起，半数以上的事故源于电池，不断发生的事故引发了人们对电动汽车安全性的质疑。于此同时，人们对电池续航和寿命的要求也不断提高，导致电池的能量密度越来越高，这对电池的安全性也提出了更严格的要求。
目前，现行的电动汽车用动力蓄电池安全要求(GB38031-2020)缺乏有效防火、控火措施，在火灾发生时能够采取的措施十分有限。主要缺陷在于：1.在电池安全保护思路层面，传统保护思路为电池的正常发热提供被动保护，即在电池未发生热失控时采取风冷散热。此保护思路未考虑控制发热量巨大的热失控情景；2.受电池结构的影响，现有技术无法将灭火剂喷射进电池内部，电池火灾控制难度大、复燃可能性高；3.市面售电池种类繁杂，电池更新换代加快，与之对应的防火防爆***需要及时适配。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种电池隔热阻燃防爆***，在电池温度异常时采取降温隔离阻燃防爆为一体的主动保护方式，安全高效，在一定程度上降低了由于连锁效应引发的电池热失控及电池复燃的风险，阻止事故的扩大化。
根据本发明的目的提出的一种电池隔热阻燃防爆***，包括包裹于电池电芯外、由发泡材料形成的基质层以及排布于基质层外的激发材料管路；所述激发材料管路内存储有用于激发发泡材料使其相变固化的激发材料，所述激发材料可在高温作用下自动流出激发材料管路。
优选的，所述电池上还设置有用于存储激发材料的激发材料罐，所述激发材料管路与激发材料罐连通，并于连接处设置有常闭的瓶头阀；所述瓶头阀的下游设置有可在压力作用下自动开启的带阀瓣的控制阀门，所述控制阀门下游设置有流量开关。
优选的，每一所述电池对应设置有两个激发材料罐。
优选的，所述激发材料管路内控制阀门下游管壁上还设置有应急启动阀；所述隔热阻燃防爆***还包括一设置于电池外的电控模组，所述瓶头阀和应急启动阀与电控模组电连接，并可在电控模组的控制下开启。
优选的，所述激发材料管路为双层管，包括内层管路和外层管路；其中，内层管路由热敏材料制成，供激发材料流通；外层管路管壁上开设有用于释放激发材料的释放孔。
优选的，所述释放孔设置于外层管路朝向基质层的一侧。
优选的，所述激发材料管路蛇形排布于基质层外。
优选的，所述隔热阻燃防爆***还包括一设置于电池外、用于对电池温度实时监测的温控模组。
优选的，所述基质层与电池电芯之间还设置有电池热控制层，并由电池热控制组件进行控制。
与现有技术相比，本发明公开的一种电池隔热阻燃防爆***的优点是：
(1)本发明于电池外包裹发泡材料基质层，并于基质层外布置存储有激发材料的管路，在某一电池发生不可逆转的热失控时，基质层外管路的内层管路受热破裂，由外层管路释放激发材料，与发泡材料反应使得发泡材料迅速固化并具有一定的机械强度，将失控电池包裹，并利用发泡材料的隔热性降低对邻近电池的热量传递，防止波及其他电池；同时，利用发泡材料的吸热膨胀性能，降低电池的温度，且进一步挤压电池间的缝隙，阻断火焰的传播。本发明采取降温隔离阻燃防爆为一体的主动式保护方法，安全高效，在一定程度上降低了由于连锁效应引发的电池热失控及电池复燃的风险，阻止事故的扩大化。
(2)本发明利用热敏材料在特定温度下破裂的特性，将其作为温控开关使用，在电池发生不可逆转的热失控情况下，及时释放激发材料，使得发泡材料迅速固化，包裹电池。
(3)本发明还设置有电控模组，用于人工控制应急启动阀和瓶头阀的启闭，在车辆发生事故时，为避免因巨大的外力碰撞等因素导致电池失火，人工开启应急启动阀和瓶头阀，释放激发材料，使得发泡材料迅速固化，对整车电池组进行隔离防护，以防止极端情况下因电池失火造成的事故。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的一种电池隔热阻燃防爆***的立体图。
图2为电池外包裹层的局部剖面图。
图3为激发材料管路布置图。
图4为连接管路与激发材料管路配合连接结构图。
图5为激发材料管路截面图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1-温控模组；2-电控模组；3-电池热控制组件；4-电池；41-电芯；5-激发材料管路；51-内层管路；52-外层管路；521-释放孔；6-激发材料罐；7-瓶头阀；8-控制阀门；81-阀瓣；82-转轴；9-电池热控制层；10-基质层；11-应急启动阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图5示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其结构进行了详细的剖析。
如图1所示的一种电池隔热阻燃防爆***，包括温控模组1、电池热控制层9、对电池热控制层9进行控制的电池热控制组件3以及用于在电池4发生热失控情况下自动启动的热管理***。
温控模组1设置于电池4外，包括温度传感器，用于对电池4温度实时监测。
电池热控制层9包裹于电池4电芯41外，当温控模组1监测到电池4温度出现异常时，在常规电池热控制组件3的控制下使用液冷复合PCM冷却方案，对电池4温度进行控制。电池热控制组件3设置于电池4外。
如图2所示，热管理***包括包裹于电池热控制层9外、由发泡材料形成的基质层10、排布于基质层10外的激发材料管路5以及激发材料罐6。
如图5所示，激发材料管路5用于供激发材料流通，为双层管，包括内层管路51和外层管路52。其中，内层管路51由热敏材料制成，供激发材料流通。外层管路52管壁上朝向基质层10的一侧开设有用于释放激发材料的释放孔521。在某一电池4发生不可逆转的热失控，电池4温度异常升高，达到一定阈值时，内层管路51受热破裂，激发材料由外层管路52上的释放孔521流出，与发泡材料反应使得发泡材料迅速固化并具有一定的机械强度，将失控电池4包裹，在55s内将热失控电池与其他正常电池4隔离开，防止正常电池4被引燃发生热失控的连锁反应。具体的，如图3所示，激发材料管路5蛇形排布于基质层10外。
激发材料罐6设置于电池4外，与激发材料管路5连通，内部存储有用于激发发泡材料使其相变固化的激发材料，比如水。激发材料罐6与激发材料管路5连接处设置有常闭的瓶头阀7，瓶头阀7的下游设置有可在压力作用下自动开启的带阀瓣81的控制阀门8，该控制阀门8下游设置有流量开关。在内层管路51受热破裂，激发材料由外层管路52上的释放孔521流出时，流量开关检测到液体流动信号，输出电信号至瓶头阀7，瓶头阀7为电磁阀，可在电信号的控制下开启，激发材料罐6内的激发材料涌出。此时，激发材料管路5内控制阀门8前后侧出现压力差，其上游的激发材料于压力作用下冲向控制阀门8，控制阀门8上的阀瓣81沿控制阀门8上的转轴82旋转打开，使得激发材料流入激发材料管路5，并由释放孔521流出。为防止电磁阀失效，瓶头阀7也可以机械开启，在控制阀门8后激发材料管路5上设置启动管路连接瓶头阀7，当控制阀门8打开后，启动管路内液体压力上升顶开瓶头阀7。具体的，每一电池4对应设置有两个激发材料罐6，以防止单个激发材料罐6故障导致激发材料无法释放。
进一步的，如图4所示，该隔热阻燃防爆***还包括一设置于电池4外的电控模组2，用以在车辆发生事故时，手动启动热管理***，对电池4进行隔离防护，避免因巨大的外力碰撞等事故因素导致的电池4失火。激发材料管路5内控制阀门8下游管壁上还设置有应急启动阀11，瓶头阀7和应急启动阀11分别与电控模组2电连接，并在电控模组2的控制下开启。在人工应急启动时，电控模组2打开应急启动阀11和瓶头阀7，激发材料罐6内的激发材料在罐内的压力作用下，冲开控制阀门8的阀瓣81，流入激发材料管路5中，使内层管路51受压破裂释放激发材料，保证在应急启动时控制阀门8响应时间小于2S。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，包括包裹于电池(4)电芯(41)外、由发泡材料形成的基质层(10)以及排布于基质层(10)外的激发材料管路(5)；所述激发材料管路(5)内存储有用于激发发泡材料使其相变固化的激发材料，所述激发材料可在高温作用下自动流出激发材料管路(5)。
2.根据权利要求1所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述电池(4)上还设置有用于存储激发材料的激发材料罐(6)，所述激发材料管路(5)与激发材料罐(6)连通，并于连接处设置有常闭的瓶头阀(7)；所述瓶头阀(7)的下游设置有可在压力作用下自动开启的带阀瓣(81)的控制阀门(8)，所述控制阀门(8)下游设置有流量开关。
3.根据权利要求2所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，每一所述电池(4)对应设置有两个激发材料罐(6)。
4.根据权利要求2所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述激发材料管路(5)内控制阀门(8)下游管壁上还设置有应急启动阀(11)；所述隔热阻燃防爆***还包括一设置于电池(4)外的电控模组(2)，所述瓶头阀(7)和应急启动阀(11)与电控模组(2)电连接，并可在电控模组(2)的控制下开启。
5.根据权利要求1所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述激发材料管路(5)为双层管，包括内层管路(51)和外层管路(52)；其中，内层管路(51)由热敏材料制成，供激发材料流通；外层管路(52)管壁上开设有用于释放激发材料的释放孔(521)。
6.根据权利要求5所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述释放孔(521)设置于外层管路(52)朝向基质层(10)的一侧。
7.根据权利要求1所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述激发材料管路(5)蛇形排布于基质层(10)外。
8.根据权利要求1所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述隔热阻燃防爆***还包括一设置于电池(4)外、用于对电池(4)温度实时监测的温控模组(1)。
9.根据权利要求8所述的一种电池隔热阻燃防爆***，其特征在于，所述基质层(10)与电池(4)电芯(41)之间还设置有电池热控制层(9)，并由电池热控制组件(3)进行控制。
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