CN216418118U - 一种被动式车载喷淋***及电池包组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，公开了一种被动式车载喷淋***及电池包组件，该喷淋***用于电池包，所述电池包包括下壳体和设于所述下壳体上端的上盖，所述下壳体的内腔中设有电池模组，所述电池模组包括若干个电芯，所述被动式车载喷淋***包括设置在所述上盖的下方并与所述上盖连接的隔板，所述隔板内设置有密封空间或所述隔板与所述上盖共同围合形成所述密封空间，所述密封空间内设置有灭火剂；在所述电芯热失控时，所述隔板能够被所述电芯喷射的火焰击穿以至于所述灭火剂被释放。本实用新型的被动式车载喷淋***能够在不使用主动监测控制手段的条件下进行及时、精准地喷射和灭火降温，以提高灭火的有效性。

Description

一种被动式车载喷淋***及电池包组件

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种被动式车载喷淋***及电池包组件。

背景技术

过度使用化石燃料造成的全球变暖和环境污染问题日益严重，敦促人类不断追求更清洁、更环保的能源。作为先进能源存储设备，锂离子电池(LIBs)被认为是全球实现清洁能源的一个重要手段。由于其较高的能量密度，较长的循环寿命和没有记忆效应，目前已广泛应用于电子设备，电动汽车和储能***等众多领域。然而，LIB频繁发生的火灾事故也暴露了其安全缺陷，成为LIB电池进一步发展的瓶颈。

LIB热失控发生时短时间内会释放大量热量，且喷射火焰能延伸几十厘米，普通热防护手段根本来不及阻止。目前越来越多的电动汽车将自动灭火***与电池管理***联动，当报警器监测到信号时，灭火喷淋***将高效灭火剂直接喷洒到热失控的LIB电池上，在灭火的同时带走大量热量，同时形成不燃氛围。

但是，目前设计的车载式灭火***大都是采用类似烟雾报警器的电子元件，该种防护手段依赖于监测控制单元的灵敏性和可靠性。一旦遇到电芯未喷阀，直接起火热失控的情况，此种防护手段晚于电芯热失控起火甚至***，不能及时灭火，有效性大大降低。且现有车载式灭火***大都需要单独的灭火罐储存全氟己酮，并通过复杂的管道路径和喷嘴经过每一颗电芯上方，从而保证每一颗电芯热失控能被喷淋到，对电池包的结构设计和成本预算都会造成很大影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种结构简单的被动式车载喷淋***及包括该喷淋***的电池包组件，能够在不使用主动监测控制手段的条件下进行及时、精准地喷射和灭火降温，以提高灭火的有效性，并降低成本。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供了一种被动式车载喷淋***，用于安装于电池包上，所述电池包包括下壳体和设于所述下壳体上端的上盖，所述下壳体的内腔中设有电池模组，所述电池模组包括若干个电芯；

所述被动式车载喷淋***包括用于设置在所述上盖的下方并与所述上盖连接的隔板，所述隔板内设置有密封空间或所述隔板与所述上盖共同围合形成所述密封空间，所述密封空间内设置有灭火剂；所述密封空间位于所述电池模组的上方并与所述电池模组相对设置；所述隔板的熔点≤1000℃，在所述电芯热失控时，所述隔板能够被所述电芯喷射的火焰击穿以至于所述灭火剂被释放。

进一步的，所述隔板的下表面与所述电池模组的上端的距离≥5mm。

进一步的，所述上盖上或所述隔板上设有与所述密封空间连通的注液孔。

进一步的，所述密封空间的长L、宽W和厚度h之间具有以下关系：h＝m/(ρLW)，其中，m为所述密封空间内灭火剂的质量，ρ为所述灭火剂的密度；所述密封空间的厚度h为0.2mm－2mm。

进一步的，所述隔板由铝材或塑料制成。

进一步的，所述灭火剂为全氟己酮。

进一步的，所述密封空间内设有流道或挡片。

进一步的，所述密封空间为一个或多个；

当所述密封空间为多个时，各所述密封空间之间相互独立，或相邻的所述密封空间之间相互连通。

为了实现上述目的，本实用新型另一方面提供了一种电池包组件，其包括：电池包及如上述任一项方案所述的被动式车载喷淋***；

所述电池包包括下壳体和设于所述下壳体上端的上盖，所述下壳体的内腔中设有电池模组，所述电池模组包括若干个电芯。

进一步的，所述隔板与所述上盖通过铆接或焊接的方式连接。

进一步的，所述隔板与所述上盖一体成型。

上述技术方案所提供的一种被动式车载喷淋***及电池包组件，与现有技术相比，其有益效果在于：通过在上盖下方设置隔板，并将密封空间设置于电池模组的上方，在电芯热失控时利用电芯喷射火焰击穿隔板，密封空间内的灭火剂能够通过隔板上被火焰击穿的破洞快速释放，使灭火剂快速向热失控电芯喷射，进而扩散至整个电池包内部空间，因此，上述被动式车载喷淋***可在不使用主动监测控制手段的条件下进行及时、精准喷射和灭火降温，提高了灭火的有效性，并降低了设备成本。

附图说明

图1是电池包隐藏了上盖后的俯视图；

图2是本实用新型实施例的被动式车载喷淋***及上盖的结构示意图；

图3是图2的剖视图；

图4是采用了本实用新型实施例的被动式车载喷淋***的电池包组件的立体图。

其中，1－电池模组，2－下壳体，3－中吊点螺孔，4－铆钉，5－上盖，6－隔板，7－中吊点螺柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图4所示，本实用新型实施例所提供的是一种被动式车载喷淋***及包括该喷淋***的电池包组件，该喷淋***用于电池包，该电池包包括下壳体2和设于下壳体2上端的上盖5，下壳体2的内腔中设有电池模组1，电池模组1包括若干个电芯；下壳体2上设有中吊点螺孔3，上盖5上设有中吊点螺柱7，中吊点螺柱7与中吊点螺孔3螺纹连接，使上盖5固定在下壳体2的上端。

上述被动式车载喷淋***包括设置在上盖5的下方并与上盖5连接的隔板6，隔板6内设置有密封空间，密封空间内设置有灭火剂；密封空间位于电池模组1的上方并与电池模组1相对设置；在电芯热失控时，隔板6能够被电芯喷射的火焰击穿以至于灭火剂被释放。

在其他一些实施例中，还可通过隔板6与上盖5共同围合形成密封空间，即密封空间位于隔板6和上盖5之间。

基于上述方案，通过在上盖5下方设置隔板6，并将密封空间设置于电池模组1的上方，在电芯热失控时利用电芯喷射火焰击穿隔板6，密封空间内的灭火剂能够通过隔板6上被火焰击穿的破洞快速释放，使灭火剂快速向热失控电芯喷射，进而扩散至整个电池包内部空间，因此，上述被动式车载喷淋***可在不使用主动监测控制手段的条件下进行及时、精准喷射和灭火降温，提高了灭火的有效性，并降低了设备成本。

另外，上述被动式车载喷淋***相当于在常规上盖5的基础上增加灭火剂层和隔板6，即将喷淋***与上盖5集成为一体，不用在电池包外部提供额外灭火罐储存灭火剂，便于安装；隔板6设于上盖5上可与电池模组1间隔一定距离不干涉电池包的布线等空间布置需求，因为模组上方有汇流排和FPC等结构件与线路，无法安置在模组上方；设置隔板6和灭火剂层还能够提高上盖5的机械强度和热冲击强度，进一步保护电池包上盖5不被击穿，降低了出现包外明火的概率并延长了乘务员逃生时间。

此外，喷淋***安装在电池正上方，还能借助重力作用，使灭火剂喷洒的距离更宽，速度更快，使更多电芯被覆盖灭火剂，有利于进一步降低热蔓延效果。

本实施例的喷淋***只需要按照上盖5的尺寸制作一个几何长方形的隔板6，形成一个平台结构后可配套多款车型，不需要根据电池模组1尺寸来重新设计，性价比和工艺操作性高。

其中，灭火剂为全氟己酮，当电芯热失控时，电解液和极片等可燃性物质快速喷出，与壳体摩擦产生火星，引燃上述可燃物质导致射流火。火焰温度超过隔板6的熔点，瞬间将隔板6熔穿，此时全氟己酮达到沸点，迅速吸热气化达到其饱和蒸汽压，从破洞之处快速喷向热失控电芯，并扩散至整个电池包内空间，达到电池包泄压阀压力时随着高温烟气一并排出包外。由于全氟己酮不可燃，在灭掉热失控电芯的射流火同时还能将包内空间形成不可燃氛围，防止蒸汽***或短路打火***。全氟己酮受到高温快速汽化带走大量热量，从而大大降低热失控电芯及其周围的温度，同时还能降低电池包内氧气浓度，形成难燃氛围，进一步降低起火发生的概率。

具体的，全氟己酮常温下是无色透明液体，无需加压储存，沸点为49℃，可在电芯热失控时迅速气化，带走大量热量，具体可带走热量可根据全氟己酮的显热和潜热共同决定，具体计算应根据下式：Q＝Q1+Q2，其中Q1＝mγ，Q2＝CmΔT；Q为全氟己酮一共吸收的热量；Q1为全氟己酮气化潜热；Q2为全氟己酮升温带走热量；γ为全氟己酮汽化热，为88kJ/kg；C为全氟己酮比热容，为1kJ/kg.oC；ΔT为全氟己酮沸点与室温的温度差，依据电池包所处环境温度而定。

另外，隔板6的下表面与电池模组1的上端的距离≥5mm，留出安全距离避免与汇流排、FPC等结构件及线路产生干涉。

如图2和图3所示，在本实施例中，上盖5或隔板6上设有与密封空间连通的注液孔，注液孔用于向密封空间中注入灭火剂。具体的，注入所需用量全氟己酮后密封注液孔，防止水分进入，注液孔具***置及朝向根据电池包内部包络结构而定。

在一些实施例中，当在上盖5预留注液孔时，注液孔可设置单向阀，全氟己酮在注入所需质量后封闭。

另外，密封空间的长L、宽W和厚度h之间具有以下关系：h＝m/(ρLW)，其中，m为所述密封空间内灭火剂的质量，ρ为所述灭火剂的密度；所述密封空间的厚度h为0.2mm－2mm，厚度h与电芯容量的体系相关。

具体的，全氟己酮用量与电芯容量的体系相关。具体可在1kg－10kg之间。若是磷酸铁锂体系电芯，可减少全氟己酮的使用量。若是三元体系电芯，可根据电芯的产热量定。

在本实施例中，隔板6四周用铆钉4与上盖5铆接固定，增强其机械强度，并通过激光焊焊接，焊缝处涂密封胶，保证IP67密封性。

在其他一些实施例中，隔板6与上盖5一体成型，共同挤出吹胀成一体，减少一层夹层的厚度和重量，减少焊接工艺和涂胶工艺。这种形式适合全铝材或全塑料式电池包结构。

优选的，隔板6由铝材制成，因为铝材较功能塑料的耐久性更好，能保证整车的全生命周期可靠使用。

其中，隔板6的熔点≤1000℃，具体的，磷酸铁锂体系电芯可采用功能塑料类等型材，熔点可在100－400℃。三元体系电芯可采用功能塑料或铝材，熔点可在100－660℃。

在一些实施例中，密封空间内设有流道或挡片，方便控制灭火剂的流速，具体的流道或挡片形状可根据电芯容量和体系而定。

在本实施例中，密封空间为一个整体，方便加工和注入全氟己酮，电芯热失控时能够瞬间释放大量全氟己酮。

在其他一些实施例中，密封空间可以为多个，具体可根据电池包形式设置，各密封空间之间可以相互独立，或相邻的密封空间之间通过管道相互连通。

另外，隔板6表面可以设置为平整形式，也可以设置加强筋，起到加强作用。

综上，本实用新型实施例提供一种被动式车载喷淋***及电池包组件，该喷淋***与电池包的上盖5集成为一体，在电芯热失控时利用电芯喷射火焰打开喷淋***，释放全氟己酮。因此全氟己酮可在不使用主动监测控制手段的条件下进行精准喷射和灭火降温。由于全氟己酮受到高温会快速汽化带走大量热量，从而大大降低热失控电芯及其周围的温度。同时还能降低电池包内氧气浓度，形成难燃氛围，进一步降低起火发生的概率。另一方面，喷淋***与上盖5集成为一体式，即在常规pack上盖5的基础上增加了全氟己酮层和隔板6，不用在电池包外部提供额外灭火罐储存全氟己酮，且提高了上盖5的机械强度和抗热冲击强度，降低了出现包外明火的概率和延长了乘务员逃生时间。

本实用新型实施例所提供一种被动式车载喷淋***及电池包组件具有以下有益效果：

1、解决了电芯热失控最重要的降温、阻燃和防火三大因素。全氟己酮喷淋不仅能带走大量热量，还能形成不燃氛围，隔断热蔓延。

2、不需要额外配置全氟己酮储存瓶，也不用根据电芯模组的排列位置去布置管道和喷嘴。

3、不需要通过监测器控制喷淋，全被动方式可保证电芯热失控能及时、高效对电芯进行降温灭火。

4、不需要喷嘴或监测器对热失控电芯进行定位喷淋，全氟己酮喷淋位置完全取决热失控电芯的射流火位置，简单精确。

5、集成一体式上盖5在常规pack上盖5的基础上增加了全氟己酮层和隔板6，提高了上盖5的机械强度和抗热冲击强度。

6、对已定型的电池包无需改动包络结构，可直接将喷淋***与上盖5复合。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种被动式车载喷淋***，用于安装于电池包上，所述电池包包括下壳体和设于所述下壳体上端的上盖，所述下壳体的内腔中设有电池模组，所述电池模组包括若干个电芯，其特征在于：

所述被动式车载喷淋***包括用于设置在所述上盖的下方并与所述上盖连接的隔板，所述隔板内设置有密封空间或所述隔板与所述上盖共同围合形成所述密封空间，所述密封空间内设置有灭火剂；所述密封空间位于所述电池模组的上方并与所述电池模组相对设置；所述隔板的熔点≤1000℃，在所述电芯热失控时，所述隔板能够被所述电芯喷射的火焰击穿以至于所述灭火剂被释放。

2.根据权利要求1所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述隔板的下表面与所述电池模组的上端的距离≥5mm。

3.根据权利要求1所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述上盖上或所述隔板上设有与所述密封空间连通的注液孔。

4.根据权利要求1所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述密封空间的长L、宽W和厚度h之间具有以下关系：h＝m/(ρLW)，其中，m为所述密封空间内灭火剂的质量，ρ为所述灭火剂的密度；所述密封空间的厚度h为0.2mm－2mm。

5.根据权利要求1所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述隔板由铝材或塑料制成。

6.根据权利要求1－5任一项所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述灭火剂为全氟己酮。

7.根据权利要求1－5任一项所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述密封空间内设有流道或挡片。

8.根据权利要求1－5任一项所述的被动式车载喷淋***，其特征在于，所述密封空间为一个或多个；

当所述密封空间为多个时，各所述密封空间之间相互独立，或相邻的所述密封空间之间相互连通。

9.一种电池包组件，其特征在于，包括：电池包及如权利要求1－8任一项所述的被动式车载喷淋***；

所述电池包包括下壳体和设于所述下壳体上端的上盖，所述下壳体的内腔中设有电池模组，所述电池模组包括若干个电芯。

10.根据权利要求9所述的电池包组件，其特征在于，所述隔板与所述上盖通过铆接或焊接的方式连接。

11.根据权利要求9所述的电池包组件，其特征在于，所述隔板与所述上盖一体成型。

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