CN115588801A - 电池总成、车辆及车辆的电池***压力预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池总成、车辆及车辆的电池***压力预警方法，电池总成包括：箱体总成，箱体总成具有容纳腔；电池模组，电池模组设置于容纳腔内；液冷喷淋管，液冷喷淋管与电池模组连接，且液冷喷淋管与电池模组的各电芯的防爆阀相对的位置处设置有喷淋部，防爆阀失效的情况下，从防爆阀处喷出的高温混合物使位于喷淋部的液冷喷淋管破裂，液冷喷淋管内的冷却剂通过喷淋部向电池模组喷洒冷却剂。本申请将液冷喷淋管布置在电池模组上，保证电芯热失控时实现定点喷淋抑制，防止了电池单体热失控时发生连锁反应，提高了电池***热失控的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆电池技术领域，具体而言，涉及一种电池总成、车辆及车辆的电池***压力预警方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，科技也不断的创新，越来越多的新科技、新技术和新材料不断被创造出来，而现在最受关注的莫过于新能源汽车，纯电动汽车作为新能源汽车的主力军更是备受关注。电动汽车是用电机取代传统发动机作为动力，用动力电池取代油箱作为能源供应，电动汽车相比于传统汽油车具有减少碳排放，节约能源利于改善环境的优势，但同时最让人担心的问题之一是电池的安全问题，电池热失控多数情况时某一电池单体发生热失控后没有及时有效抑制，进而高温传递引起周边电芯热失控，引起连锁反应，因此，如何在第一颗电芯热失控时即进行有效抑制，是电池需要面临的一个重点的问题，同时在电池发生热失控时，及时迅速离开汽车周围是有效避免人员伤亡的重要因素，因此需要在热失控时进行快速及时预警尤为重要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电池总成、车辆及车辆的电池***压力预警方法，以解决现有技术中电池发生热失控时造成安全隐患的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电池总成，包括：箱体总成，箱体总成具有容纳腔；电池模组，电池模组设置于容纳腔内；液冷喷淋管，液冷喷淋管与电池模组连接，且液冷喷淋管与电池模组的各电芯的防爆阀相对的位置处设置有喷淋部，防爆阀失效的情况下，从防爆阀处喷出的高温混合物使位于喷淋部的液冷喷淋管破裂，液冷喷淋管内的冷却剂通过喷淋部向电池模组喷洒冷却剂。
进一步地，箱体总成包括：下箱体总成，下箱体总成包括液冷板，液冷板内设置有冷却通道，液冷喷淋管与冷却通道连通地设置；上箱体总成，上箱体总成与下箱体总成连接，上箱体总成与下箱体总成之间围设成容纳腔，其中，液冷板位于容纳腔的底部，部分的液冷喷淋管位于电池模组的顶部与上箱体总成之间。
进一步地，电池模组的壳体上设置有至少一个安装台，安装台上开设有连接孔，连接孔内穿射有连接件，电池模组通过连接件与下箱体总成连接。
进一步地，电池总成还包括上层支架，连接件的朝向上箱体总成的一端设置有连接部，上层支架通过连接部与下箱体总成连接，上层支架位于电池模组与上箱体总成之间，其中，上层支架上设置有电池管理***和压力传感器。
进一步地，液冷板上设置有与冷却通道连通的接头，其中，接头为两个，液冷喷淋管的两端分别设置有与接头插接的快插接头。
进一步地，液冷喷淋管的内层为尼龙管，液冷喷淋管的外层为云母管，云母管与防爆阀相对的位置处设置有喷淋部，喷淋部为开设于云母管上的孔结构，孔结构为多个，多个孔结构沿液冷喷淋管的轴线方向间隔地设置，且多个孔结构与各电芯的防爆阀一一对应地设置，在防爆阀失效的情况下，从防爆阀处喷出的高温混合物使位于孔结构处的尼龙管破裂，位于液冷喷淋管内的冷却剂从孔结构处喷出。
进一步地，孔结构为圆孔结构，孔结构的半径通过以下公式获得：
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括电池总成，电池总成为上述的电池总成。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆的电池***压力预警方法，预警方法用于对上述的电池总成进行预警，方法包括以下步骤：采集电池总成的容纳腔内的压力信息，其中，压力信息包括如下至少之一：压力值、压力变化速率判断压力信息是否满足预设条件；如果是，则控制BMS***将预警信号发送至整车控制器。
进一步地，判断压力信息是否满足预设条件，包括： 压力信息包括压力值和压力变化速率，在压力值和压力变化速率中的一个超过预设值时，控制BMS***将预警信号发送至整车控制器，其中，BMS***为电池管理***。
进一步地，在确定压力信息满足预设条件之后，控制BMS***将预警信号发送至整车控制器之前，还包括：获取单体电芯的电压信息，其中，电压信息包括电压值和电压下降的速率；在压力值和电压下降的速率中的一个超过预设值时，则控制BMS***将预警信号发送至整车控制器。
应用本发明的技术方案，通过将液冷喷淋管与电池模组连接，并且在各电芯的防爆阀相对的位置处设置有喷淋部，在单个电芯热失控时，失控电芯开启防爆阀并喷出高温混合物，喷出的高温混合物使位于喷淋部的液冷喷淋管破裂，液冷喷淋管内的冷却剂通过喷淋部向电池模组喷洒冷却剂，保证电芯失控时实现定点喷淋抑制，有效的防止了电池单体热失控时发生连锁反应，提高了该电池总成的安全性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种上箱体总成的第一实施例的构示意图；
图2示出了根据本发明的一种电池模组的第一实施例的结构示意图；
图3示出了根据本发明的一种连接件的实施例的结构示意图；
图4示出了根据本发明的一种电池模组的第二实施例的结构示意图；
图5示出了根据本发明的一种液冷喷淋管的实施例的结构示意图；
图6示出了图5中的A处放大结构示意图；
图7示出了根据本发明的一种电池模组的第三实施例的结构示意图；
图8示出了根据本发明的一种车辆的电池***压力预警方法的流程图；
图9示出了根据本发明的一种车辆的电池***压力预警方法的流程图；
图10示出了根据本发明的一种车辆的电池***压力预警方法的流程图；
图11示出了根据本发明的一种上层支架的第一实施例的结构示意图；
图12示出了根据本发明的一种下箱体总成的第一实施例的结构示意图；
图13示出了根据本发明的一种前部连接器总成的第一实施例的结构示意图；
图14示出了根据本发明的一种电池模组的第一实施例的结构示意图；
图15示出了根据本发明的一种电池管理***的第一实施例的结构示意图；
图16示出了根据本发明的一种压力传感器的第一实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
100、下箱体总成；110、液冷板；120、接头；
200、上箱体总成；
300、高压逻辑总成；310、分线配电盒；320、正极配电盒；330、负极配电盒；340、后部连接器总成；350、前部连接器总成；
400、电池模组；401、安装台；402、连接孔；410、连接件；411、连接部；412、头部法兰；420、模组卡座；430、防爆阀；
500、液冷喷淋管；510、尼龙管；520、云母管；521、喷淋部； 530、快插接头；
600、上层支架；
700、电池管理***；
800、压力传感器；
900、壳体防爆阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
结合图1至图16所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种电池总成。
具体地，电池总成包括：箱体总成、电池模组400与液冷喷淋管500。箱体总成具有容纳腔。电池模组400设置于容纳腔内。液冷喷淋管500与电池模组400连接，且液冷喷淋管500与电池模组400的各电芯的防爆阀430相对的位置处设置有喷淋部521，防爆阀430失效的情况下，从防爆阀430处喷出的高温混合物使位于喷淋部521的液冷喷淋管500破裂，液冷喷淋管500内的冷却剂通过喷淋部521向电池模组400喷洒冷却剂。
本实施例中，通过将液冷喷淋管与电池模组连接，并且在各电芯的防爆阀相对的位置处设置有喷淋部，在单个电芯热失控时，失控电芯开启防爆阀并喷出高温混合物，喷出的高温混合物使位于喷淋部的液冷喷淋管破裂，液冷喷淋管内的冷却剂通过喷淋部向电池模组喷洒冷却剂，保证电芯失控时实现定点喷淋抑制，有效的防止了电池单体热失控时发生连锁反应，提高了该电池总成的安全性。
进一步地，箱体总成包括：下箱体总成100和上箱体总成200。下箱体总成100包括液冷板110，液冷板110内设置有冷却通道，液冷喷淋管500与冷却通道连通地设置。上箱体总成200与下箱体总成100连接，上箱体总成200与下箱体总成100之间围设成容纳腔，其中，液冷板110位于容纳腔的底部，部分的液冷喷淋管500位于电池模组400的顶部与上箱体总成200总成之间。 这样设置为电池内部预留了更多的空间，并且更大的增加了电池液冷板110的覆盖面积，增加了电池模组的冷却效果。
进一步地，电池模组400的壳体上设置有至少一个安装台401，安装台401上开设有连接孔402，连接孔402内穿射有连接件410，电池模组400通过连接件410与下箱体总成100连接。这样设置有效的通过连接件410将电池模组与下箱体总成连接，合理的布局有效的提高电池总成的空间利用率。
进一步地，电池总成还包括上层支架600，连接件410的朝向上箱体总成200的一端设置有连接部411，上层支架600通过连接部411与下箱体总成100连接，上层支架600位于电池模组400与上箱体总成200之间，其中，上层支架600上设置有电池管理***700和压力传感器800。本实施例中，在与电池模组同水平上无空间、无可用固定点进行零部件布置的情况下，将电池管理***700、压力传感器800通过模组固定连接件410与模组共用固定点布置在上层空间上，实现结构紧凑，布局合理的布置。并且，在汽车运行阶段，压力传感器800，及时向BMS上报电池***内部压力值以及压力变化速率值，电芯热失控发生，电芯内部积聚气体快速释放，BMS判断达到设定压力值（例如3.5kPa）或者内部压力变化速率超过设定值后，耦合单体电压下降也超过限值后，通过电池线束将信号传输给整车，进行预警，比温度预警更快速的判断热失控发生，及时发出热失控预警信号。有效的对电池模组状态进行把控，防止了电池模组热失控。
进一步地，液冷板110上设置有与冷却通道连通的接头120，其中，接头120为两个，液冷喷淋管500的两端分别设置有与接头120插接的快插接头530。本实施例中，液冷喷淋管500布置在电池模组400上部，通过连接件410卡接在模组卡座420上，液冷喷淋管500由外层云母管520和内层尼龙管510以及快插接头530组成，快插接头530与液冷板110上的接头120快插连接。这样设置，实现冷却液在液冷喷淋管500与液冷板110之间流动，有效的提高了电池模组的冷却效果。
在本申请的另一实施例中，连接件410为螺杆结构，连接件410连接于下箱体总成100上，上层支架600搭接在连接件410的连接部411上，其中，连接部411可以是头部法兰412， 使用螺栓将上层支架600固定于模组固定连接件410的头部法兰412的内螺纹上，电池管理***700、压力传感器800通过螺母固定于上层支架600的焊接螺柱上。其优势在于，在与电池模组同水平上无空间、无可用固定点进行零部件布置的情况下，将电池管理***700、压力传感器800通过模组固定连接件410与模组共用固定点布置在上层空间上，实现结构紧凑，布局合理的布置。
进一步地，液冷喷淋管500的内层为尼龙管510，液冷喷淋管500的外层为云母管520，云母管520与防爆阀430相对的位置处设置有喷淋部521，喷淋部521为开设于云母管520上的孔结构，孔结构为多个，多个孔结构沿液冷喷淋管500的轴线方向间隔地设置，且多个孔结构与各电芯的防爆阀430一一对应地设置，在防爆阀430失效的情况下，从防爆阀430处喷出的高温混合物使位于孔结构处的尼龙管510破裂，位于液冷喷淋管500内的冷却剂从孔结构处喷出。本实施例中，液冷喷淋管500外层云母管520材质为阻燃云母，可耐高温1000度，在其轴线上分布均匀开有半径为R2的孔结构；所开的孔结构与电池模组400中的电芯防爆阀430位置一一对应。在单颗电芯热失控时，失控电芯开启防爆阀430并喷出的高温混合物，喷穿预留孔结构内部尼龙管，保证失控时实现定点喷淋抑制。
进一步地，孔结构为圆孔结构，孔结构的半径通过以下公式获得：
本实施例中，喷淋管开孔特征设计，包括（以1个电芯热失控为例进行计算）：
步骤1：确定电池包所用电池的化学体系，理论计算或者试验得出电芯热失控的散发的热量E；
步骤2：定向喷淋液体从初始温度到汽化温度变化为ΔT，比热为C，质量为m ；
步骤3：喷淋液体汽化释放的热量与电芯散发的热量相当，即：
；
步骤4：喷淋液体质量m与喷淋液体流量Q，液体密度ρ，降温持续时间t的关系为：
；
步骤5：喷淋液体流量Q与管路开孔半径R、液体流速V的关系为：
；
步骤6：将m与Q带入步骤三公式中得出
；
步骤7：得出开孔直径
；
步骤8：流体在圆管中流动时，速度与压强的关系：
=常数，已知进水管接头处入口速度V1，压力差P1-P2=ΔP（入口液体压力P1，喷淋处液体压力P2），根据进水管接头处与喷淋管开口处公式，
求得喷淋处液体流速
；
步骤9：代入步骤7得出喷淋开口半径
。
在本申请的另一实施例中，提供了一种车辆，包括电池总成，电池总成为上述的电池总成。
在本申请的另一实施例中，提供了一种车辆的电池***压力预警方法，预警方法用于上述的电池总成进行预警，方法包括以下步骤：S01采集电池总成的容纳腔内的压力信息，其中，压力信息包括如下至少之一：压力值、压力变化速率；S02判断压力信息是否满足预设条件；S03如果是，则控制BMS***将预警信号发送至整车控制器。本实施例中，在汽车运行阶段，压力传感器800，即时向BMS上报电池***内部压力值以及压力变化速率值，电芯热失控发生，电芯内部积聚气体快速释放，BMS判断达到设定压力值（例如3.5kPa）或者内部压力变化速率超过设定值后，耦合单体电压下降也超过限值后，通过电池线束将信号传输给整车，进行预警，比温度预警更快速的判断热失控发生，及时发出热失控预警信号。这样设置，可以在汽车运行时电池包内电芯发生热失控情况时，压力或是压力变化速率超过限值并耦合单体电压下降超限时，快速上报给整车，进行及时预警。
进一步地，判断压力信息是否满足预设条件，包括：压力信息包括压力值和压力变化速率，在压力值和压力变化速率中的一个超过预设值时，控制BMS***将预警信号发送至整车控制器。这样设置，可以在汽车休眠时电池包内电芯发生热失控情况时，压力或是压力变化速率超过限值并耦合单体电压下降超限时，快速上报给整车，进行及时预警。本实施例中，电池预警步骤为：
步骤1：压力传感器采集***内压力以及压力变化速率数值；
步骤2：判断***内压力或是压力变化速率是否超过限值；
步骤3：当***内压力或是压力变化速率其一超过限值时，压力传感器唤醒BMS并上报数值；
步骤4：BMS进一步判断单体电芯的电压下降速率是否也超过限值；
步骤5：当单体电压下降超过限值，BMS上报热失控预警给整车控制器。
在本申请的另一实施例中，还包括高压逻辑总成300。高压逻辑总成300包括分线配电盒 310、正极配电盒320、负极配电盒 330、后部连接器总成 340、前部连接器总成350，分线配电盒 310、正极配电盒320、负极配电盒330将高压部件根据功能分布布置在各配电盒内，正极配电盒320布置在电池模组400的正极输出附近，负极配电盒330布置在电池模组400的负极输出附近，实现铜排最短，走向更合理，并且在没有可用大块区域情况下实现高压元件的布置。其中，BMS***为电池管理***。
为了进一步地提高电池总成的安全性，上箱体总成200的盖体上设置有至少一个壳体防爆阀900。如图1所示，在图1中设置有两个壳体防爆阀900。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种电池总成，其特征在于，包括：
箱体总成，所述箱体总成具有容纳腔；
电池模组（400），所述电池模组（400）设置于所述容纳腔内；
液冷喷淋管（500），所述液冷喷淋管（500）与所述电池模组（400）连接，且所述液冷喷淋管（500）与所述电池模组（400）的各电芯的防爆阀（430）相对的位置处设置有喷淋部（521），所述防爆阀（430）失效的情况下，从所述防爆阀（430）处喷出的高温混合物使位于所述喷淋部（521）的液冷喷淋管（500）破裂，所述液冷喷淋管（500）内的冷却剂通过所述喷淋部（521）向所述电池模组（400）喷洒冷却剂。
2.根据权利要求1所述的电池总成，其特征在于，所述箱体总成包括：
下箱体总成（100），所述下箱体总成（100）包括液冷板（110），所述液冷板（110）内设置有冷却通道，所述液冷喷淋管（500）与所述冷却通道连通地设置；
上箱体总成（200），所述上箱体总成（200）与所述下箱体总成（100）连接，所述上箱体总成（200）与所述下箱体总成（100）之间围设成所述容纳腔，其中，所述液冷板（110）位于所述容纳腔的底部，部分的所述液冷喷淋管（500）位于所述电池模组（400）的顶部与所述上箱体总成（200）之间。
3.根据权利要求2所述的电池总成，其特征在于，所述电池模组（400）的壳体上设置有至少一个安装台（401），所述安装台（401）上开设有连接孔（402），所述连接孔（402）内穿射有连接件（410），所述电池模组（400）通过所述连接件（410）与所述下箱体总成（100）连接。
4.根据权利要求3所述的电池总成，其特征在于，所述电池总成还包括上层支架（600），所述连接件（410）朝向所述上箱体总成（200）的一端设置有连接部（411），所述上层支架（600）通过所述连接部（411）与所述下箱体总成（100）连接，所述上层支架（600）位于所述电池模组（400）与所述上箱体总成（200）之间，其中，所述上层支架（600）上设置有电池管理***（700）和压力传感器（800）。
5.根据权利要求2所述的电池总成，其特征在于，所述液冷板（110）上设置有与所述冷却通道连通的接头（120），其中，所述接头（120）为两个，所述液冷喷淋管（500）的两端分别设置有与所述接头（120）插接的快插接头（530）。
6.根据权利要求1所述的电池总成，其特征在于，所述液冷喷淋管（500）的内层为尼龙管（510），所述液冷喷淋管（500）的外层为云母管（520），所述云母管（520）与所述防爆阀（430）相对的位置处设置有所述喷淋部（521），所述喷淋部（521）为开设于所述云母管（520）上的孔结构，所述孔结构为多个，多个所述孔结构沿所述液冷喷淋管（500）的轴线方向间隔地设置，且多个所述孔结构与各所述电芯的防爆阀（430）一一对应地设置，在所述防爆阀（430）失效的情况下，从所述防爆阀（430）处喷出的高温混合物使位于所述孔结构处的所述尼龙管（510）破裂，位于所述液冷喷淋管（500）内的所述冷却剂从所述孔结构处喷出。
7.根据权利要求6所述的电池总成，其特征在于，所述孔结构为圆孔结构，所述孔结构的半径通过以下公式获得：
其中，R为所述孔结构的半径；
E为所述电芯失效时散发的热量；
C为冷却剂的比热；
ρ为所述冷却剂的密度；
t为降温持续时间；
ΔP为压力差；
V1为接头入口处冷却剂的速度。
8.一种车辆，包括电池总成，其特征在于，所述电池总成为权利要求1至7中任一项所述的电池总成。
9.一种车辆的电池***压力预警方法，所述预警方法用于对权利要求1至7中任一项所述的电池总成进行预警，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
采集所述电池总成的容纳腔内的压力信息，其中，所述压力信息包括如下至少之一：压力值、压力变化速率；
判断所述压力信息是否满足预设条件；
如果是，则控制BMS***将预警信号发送至整车控制器，其中，BMS***为电池管理***。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，判断所述压力信息是否满足预设条件，包括：
所述压力信息包括压力值和压力变化速率，在所述压力值和所述压力变化速率中的一个超过预设值时，控制所述BMS***将所述预警信号发送至所述整车控制器。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在确定所述压力信息满足预设条件之后，控制BMS***将预警信号发送至整车控制器之前，还包括：
获取单体电芯的电压信息，其中，所述电压信息包括电压值和电压下降的速率；
在所述压力值和所述电压下降的速率中的一个超过预设值时，则控制BMS***将预警信号发送至整车控制器。
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