CN216773334U - 一种电池包及车辆 - Google Patents

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CN216773334U CN202121447835.3U CN202121447835U CN216773334U CN 216773334 U CN216773334 U CN 216773334U CN 202121447835 U CN202121447835 U CN 202121447835U CN 216773334 U CN216773334 U CN 216773334U
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梁宏伟
刘崇威
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Abstract

本公开提供了一种电池包及车辆，电池包下箱体包括边梁框架、底护板和内部横梁，边梁框架具有进气孔、排气通道和排气孔，进气孔通过排气通道与排气孔连通，排气孔用于将经由排气通道流至排气孔的气火流排出下箱体主体，同时电池管理***对电池包进行监控和预警，当发生热失控时，提高电池冷却流速。本公开的电池包通过定向排爆和提高冷却效率两个方式，可降低热失控后发生起火***的可能性。

Description

一种电池包及车辆
技术领域
本公开涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池包及车辆。
背景技术
随着国家对新能源汽车产业发展的规划和支持，电动汽车越来越普及，但是电池的安全性成为行业痛点。自2019年至2020年底累计发生电动汽车电池热失控导致车辆起火事故已超过百余例。2020年国家发布强标GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，标准明确要求电池包在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5min应提供报警和防护，电池包热失控不起火、不***技术成为解决行业痛点、难点问题。
实用新型内容
有鉴于此，本公开旨在提出一种电池包，可实现电池包内部电池热失控后不起火不***。
为达到上述目的，本公开的技术方案是这样实现的：
本公开提出了一种电池包，包括电池包下箱体、上盖、电池模组和高低压电气部件，电池包下箱体包括下箱体主体，下箱体主体包括边梁框架、底护板、液冷板和内部横梁，通过所述内部横梁将所述下箱体主体分隔成多个用于容纳电池模组的电池容纳腔，所述边梁框架具有进气孔、排气通道和排气孔，进气孔通过排气通道与排气孔连通，所述进气孔用于将电池模组电芯热失控时产生的气火流引入排气通道，所述排气孔用于将经由排气通道流至排气孔的气火流排出所述下箱体主体，所述高低压电气部件包括电池管理***，所述电池管理***判断电池模组是否发生热失控，当发生热失控时，所述电池管理***控制冷却通道仅对电池包进行冷却。
进一步地，所述排气孔设置有排气装置，所述排气装置在相应的压力阈值下开启，实现气火流的快速排出。
进一步地，所述排气装置设置有压力阈值不同的至少两种。
进一步地，所述排气装置设置有主排气装置和副排气装置，所述主排气装置的压力阈值低于副排气装置的压力阈值，主排气装置和副排气装置设置在所述边梁框架不同的梁上。
进一步地，，所述进气孔分为至少两层。
进一步地，所述边梁框架内设置加强筋，形成至少两层排气通道，每一层所述排气通道至少对应一层进气孔。
进一步地，所述内部横梁设有凹槽和/或在端部设置有缺口，所述凹槽和所述缺口使相邻的电池容纳腔连通。
进一步地，所述电池模组底部设有液冷板，所述液冷板集成在所述下箱体主体内部，所述液冷板与所述底护板间形成的第五换流散热通道与所述排气通道连通，所述液冷板端部形成有若干凹部，形成所述液冷板上部空间与所述液冷板下部空间的可实现气体交换的第一换流散热通道。
进一步地，所述电池模组底部设有液冷板，所述液冷板集成在所述下箱体主体内部，所述液冷板与所述底护板间形成的第五换流散热通道与所述排气通道连通，所述液冷板中间面形成有通孔，形成所述液冷板上部空间与所述液冷板下部空间的可实现气体交换的第三换流散热通道。
本公开还提出了一种应用上述电池包的车辆。
相对于现有技术，本公开所述的电池包具有以下优势：
本公开提出一种电池包结构，该电池包采用了换流散热设计、热流分配设计、定向排爆设计、极速冷却设计、灭火设计等，当某电池容纳腔内电池发生热失控时，能够通过换流散热进行温度的散发和均衡，热冷分配及定向排爆结构，有效的进行气流的疏导，并且设有灭火盒结构，可以有效防止电池包热失控排爆口产生明火，同时电池管理***实时监控，监测到电池热失控后会提供一个报警信号，整车端开启极速冷却***，快速进行降温处理，确保电池***不发生热失控蔓延。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施方式及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是本公开实施方式所述的电池包的***图；
图2是本公开实施方式所述的电池包下箱体的示意图；
图3是本公开实施方式所述的边梁的Y向截面示意图；
图4是本公开实施方式所述的边梁进气孔的示意图；
图5是图1中A处的局部放大图；
图6是图2中B处的局部放大图；
图7是图2中C处的局部放大图；
图8是本公开实施方式所述的电池包的Y向截面的示意图；
图9是图8中F处的局部放大图；
图10是本公开实施方式所述的换流路径示意图。
附图标记说明：
电池包下箱体1；电池模组2；高低压电气部件3；上盖4；主排气装置5；副排气装置6；下箱体主体100；边梁框架10；侧边梁11、端部横梁12；凸出部边梁13；凸出部横梁14；内部横梁15；底护板16；液冷板17；进气孔111；排气通道112；安装点151；凹槽152；电芯单体211；隔热材料212；汇流排 213；防护罩22；第一换流通道101；第二换流通道102；第三换流通道103；第四换流通道104；第五换流通道105；第六换流通道106；
具体实施方式
为了使本公开所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本公开，并不用于限定本公开，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本公开中的术语“前”指的是从车尾到车头的方向，反之则为“后”，前后方向平行于X轴；术语“上”为从车底到车顶的方向，反之则为“下”，上下方向平行于Z轴。另外，本公开的提及的平行于X轴(X向)、 Z轴(Z向)、Y轴(Y向)，可以是完全平行于X轴(X向)、Z轴(Z向)、Y 轴(Y向)，也可以是大致平行于X轴(X向)、Z轴(Z向)、Y轴(Y向)；关于垂直于X轴(X向)、Z轴(Z向)、Y轴(Y向)的描述与前述平行的描述类似，在此不再赘述；关于沿X轴(X向)、Z轴(Z向)、Y轴(Y向)的描述与前述平行的描述类似，在此不再赘述。
下面将参考附图1-10并结合实施方式来详细说明本公开。
参照图1所示，本公开提供了一种电池包下箱体1和具有该电池包下箱体 1的电池包，电池包主要包含电池包下箱体1、电池模组2、高低压电气部件3 和上盖4。
上盖4和电池包下箱体1密封连接，若干电池模组2容纳于上盖4和电池包下箱体1连接后形成的容纳空间中，电池模组2包括若干电芯单体211和防护罩22，防护罩22上设有防爆口。上盖4优选采用高强度、耐高温材料冲压工艺成型，防止电池热失控时上盖提前失效，避免有害气体或者火焰向上喷发进入座舱，造成人身安全事故。
如图2所示，电池包下箱体1包括下箱体主体100，下箱体主体100包括边梁框架10、底护板16和内部横梁15，边梁框架10包括边梁11和端部横梁 12。在一些实施实施方式中，上盖4和下箱体1在俯视角度均形成有凸出部，且上盖4和下箱体1的凸出部相互配合，形成容纳高低压电气部件3的容纳空间，边梁框架10包括边梁11、端部横梁12、凸出部边梁13和凸出部横梁14。
内部横梁15将边梁框架10分割成若干电池容纳腔，用于布置电池模组2 及其他部件，电池容纳腔可以根据实际需要进行扩展设计，电池容纳腔数量和尺寸根据实际项目可以进行调整，一个独立的电池容纳腔可布置一个、两个或者更多的电池模组2。内部横梁15对各电池容纳腔之间起到物理隔离作用，若单个电池容纳腔内发生热失控，可避免热失控后产生的气火流在电池包内形成严重的串流导致热失控扩散蔓延。
在一些实施方式中，如图9所示，电池模组2由若干电芯单体211、若干耐高温抗冲击隔热材料212堆叠而成，顶部包含汇流排213和单体采集部件，汇流排213与电芯单体211的输出极柱采用激光焊接工艺连接，电芯单体211 包含防爆阀(图示未展示)，用于电芯单体211热失控后泄压，防护罩22设有排爆口，并且排爆口与防爆阀正对设置，用于热失控电池产生的气火流向外排出，降低热失控残留温度。
边梁框架10均采用中空腔体结构，通过各边梁框架10的拼接，形成密封且连续的排气通道，排气通道在边梁框架10的腔体内按Z向可被分为一层或多层。在一些实施方式中，边梁框架10的中空腔体内设置有加强筋，可实现不同数量的排气通道，不同数量和截面形状的排气通道均属于本公开的考虑范围，如“日“字截面、”田“字截面等，本公开以“目“字型三个排气通道为例进行阐述说明，如图3所示，以边梁11为例，边梁11内分为顶层排气通道112a、中间层排气通道112b、底层排气通道112c。
在一些实施方式中，如图4所示，边梁11和在电池舱侧设有若干进气孔 111，进气孔111与排气通道112连通，不同数量和形状的排气通道均属于本公开考虑范围。在一些实施方式中，为实现气火流的热流分配，进气孔111按Z 向可分为多层，进气孔111的层数大于或等于排气通道112的层数，即每个排气通道112至少对应有一层进气孔111。以“目“字型三个排气通道为例，如图4所示，顶层进气孔111a与顶层排气通道112a连通，中间层进气孔111b与中间层排气通道112b连通，底层进气孔111与底层排气通道112c连通。
在一些实施方式中，进气孔111设计不局限本公开示意的圆形结构，可以是长圆型、四边形、六边形、八边形等，进气孔111位置根据流量均衡分配原则进行均匀布置，防止出现排气死区。
在一些实施方式中，最靠近上盖4的顶层排气通道112a对应的顶层进气孔 111a采用分散小孔设计，在每个电池容纳腔中对应的顶层进气孔111a数量不少于两个，防止某电池模组2热失控时，边梁框架10被冲击破坏，进气孔111a 的数量不局限本公开图示两个，图示仅仅是说明示意，可以是更多的进气孔。针对电池模组2的不同设计形态，各层进气孔111均可设计为多个，但顶层排气通道112a连接的进气孔111a的数量至少不小于其下各排气通道112连接的进气孔111的数量。
在一些实施方式中，为均衡进气孔111的流量，达到快速疏导和散失的作用，中间层进气孔111b的开口面积大于底层进气孔111c的开口面积，底层进气孔111c的开口面积大于顶层进气孔111a的开口面积。
在一些实施方式中，内部横梁15内部设置排气通道和进气孔，且内部横梁 15的排气通道与边梁11的排气通道连通，进气孔不局限本公开示意的仅设置在边梁上，也可以设置在端部横梁12上。
边梁框架10与外界连通位置设置有排气孔，电池模组2热失控产生的气火流能够通过各路排气通道经过排气孔排出，排气孔可在边梁框架10上选择设置一个或多个。本公开以端部横梁12和凸出部边梁14上集成排气孔为例进行阐述说明，如图2所示。
在一些实施方式中，如图1所示，优选在排气孔上设置排气装置，排气装置在一定压力下才可开启，使排气通道内高温高压的气火流从排气装置快速排出到电池包外部空间。优选地，排气装置使用防爆阀，正常工况下，防爆阀可起到防尘防水和平衡电池包内外部压力的作用。
在一些实施方式中，如图2所示，排气装置在选择设置多个的情况下，可将多个排气装置分为主排气装置5和副排气装置6，主排气装置5的启动压力阈值低于副排气装置6的启动压力阈值，当某电池模组2发生热失控时，产生的气火流沿电池模组2的容纳腔两侧的进气孔111进入对应的排气通道112，经过边梁框架10连续的排气通道112到达主排气装置5位置，主排气装置5在达到其压力阈值时启动，形成流畅的通道将气火流排出电池包外部，达到快速泄压的目的。若电池包内瞬间产生更高的压力，会超出主排气装置5的最大泄压能力，当升高的压力达到副排气装置6的压力阈值时，副排气装置6启动，快速泄压，确保电池包不发生起火***现象。主排气装置5和副排气装置6的不同设置位置均属于本公开的考虑范围。优选地，主排气装置5设置在端部横梁12上，副排气装置6设置在边梁11和/或凸出部边梁13上。优选地，主排气装置5对应排气孔的开口面积大于或等于副排气装置6对应排气孔的开口面积。
在一些实施方式中，如图5所示，内部横梁15上设有若干安装点151和若干凹槽152，优选地，凹槽152与安装点151间隔设置，安装点151用于与上盖4连接，可提升电池包的模态。凹槽152与上盖4形成可实现相邻电池容纳腔气体交换的第六换流散热通道106，凹槽152的下沿高于电池模组2的防护罩22，防止电池热失控时喷发物直接喷向电池模组2，致使热失控扩散。
在一些实施方式中，如图6所示，内部横梁15的两端部设有缺口，与边梁 11之间形成通过空间，用于高压汇流排连接，高压汇流排采用绝缘耐高温材料进行防护，防止电池热失控后绝缘失效，该通过空间在热失控时，形成可实现相邻电池容纳腔气体交换的第二换流散热通道102。优选地，如图7所示，内部横梁15中间设有中间凹槽，凹槽与上盖4形成通过空间，用于容纳低压线，同样低压线也采用绝缘耐高温材料进行防护，防止高温绝缘失效，该通过空间在热失控时，形成第四换流散热通道104。缺口形成的第六换流散热通道106 和中间凹槽形成的第四换流散热通道104在电池热失控时，同时起到换流散热的作用，用于散失某电池容纳腔内部的气火流和均衡电池包内部温度。
在一些实施方式中，如图8所示，电池模组2底部设有液冷板17，液冷板 17集成在下箱体3的内部。在一些实施方式中，液冷板17端部形成有若干凹部，在安装后与边梁11内侧面形成有通孔，形成液冷板17上部空间与液冷板 17下部空间可实现气体交换的第一换流散热通道101。在一些实施方式中，液冷板17中间形成有通孔，形成液冷板17上部空间与液冷板17下部空间可实现气体交换的第三换流散热通道103。优选地，液冷板17的通孔的位于所述液冷板17的中线位置。优选地，液冷板17的通孔为长圆形。液冷板17底部设有底护板16，底护板16和液冷板17之间形成第五换流散热通道105，第五换流散热通道105与第一换流散热通道101、第三换流散热通道103连通，同时与边梁11的排气通道连通，实现相对侧边梁11的排气通道112通过第五换流散热通道105的连通。
图10示出了所述的电池包内的换流路径，当电池模组2内某电芯单体211 发生热失控时，电芯单体211内部发生剧烈的化学反应，瞬间会产生大量的热量，伴随有气火流带压喷发，防爆口具有导向和疏散的作用，使热量快速散失，防止喷发物在电池模组2内部堆积。喷发的气火流会在电池模组2顶部通过第二换流散热通道102、第四换流散热通道104、第六换流散热通道106在电池模组2顶部进行疏散，进行X向换流散热，换流路径如图10中所示的a1～a5；同时通过第一换流散热通道101、第三换流散热通道103在电池模组2两侧和中间沿Z方向进行换流散热，换流路径如图10中所示的b1～b3；同时通过第五换流散热通道105在电池模组2底部沿Y方向进行换流散热，换流路径如图10 中所示c1～c2，气火流经过多方向的疏散后进入边梁框架10内的排气通道，再经由排气孔排出电池包下箱体外。
通过换流散热设计，电池包某个电芯单体211热失控后产生的高温气火流被分散至多个电池容纳腔，再通过边梁框架10上排气孔实现定向排爆，换流散热设计不仅可以均衡电池包内温度，还可以减少某电池容纳腔内局部温度过高对箱体造成的破坏，防止某电池容纳腔局部温度过高引发热失控扩散。
在一些实施例中，电池包还包括电池管理***。电池管理***对电池工作状态进行实时监控和预警，电池管理***一旦监控到某电池模组2即将发生热失控，会即刻发出热失控预警信号，整车端迅速响应，并且开启极速冷却***，快速进行冷却降温，降低电池热失控蔓延的可能性。所述极速冷却***的流速会高于整车冷却***正常使用值，热失控信号发出后，整车控制策略会单一开启电池冷却通道，缩短冷却路径，定向进行降温散热，提升散热效率。
根据本公开第二方面实施例的电池包，包括：上述实施例中的电池下箱体 1。
根据本公开第三方面实施方式的车辆，包括：上述实施方式中的电池包。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池包，包括电池包下箱体(1)、上盖(4)、电池模组(2)和高低压电气部件(3)，电池包下箱体(1)包括下箱体主体(100)，其特征在于，下箱体主体(100)包括边梁框架(10)、底护板(16)、液冷板(17)和内部横梁(15)，通过所述内部横梁(15)将所述下箱体主体(100)分隔成多个用于容纳电池模组(2)的电池容纳腔，所述边梁框架(10)具有进气孔(111)、排气通道和排气孔，进气孔(111)通过排气通道(112)与排气孔连通，所述进气孔(111)用于将电池模组电芯热失控时产生的气火流引入排气通道(112)，所述排气孔用于将经由排气通道(112)流至排气孔的气火流排出所述下箱体主体(100)，所述高低压电气部件(3)包括电池管理***，所述电池管理***判断电池模组(2)是否发生热失控，当发生热失控时，所述电池管理***控制冷却通道仅对电池包进行冷却。
2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述排气孔设置有排气装置，所述排气装置在相应的压力阈值下开启，实现气火流的快速排出。
3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于，所述排气装置设置有压力阈值不同的至少两种。
4.根据权利要求3所述的电池包，其特征在于，所述排气装置设置有主排气装置(5)和副排气装置(6)，所述主排气装置(5)的压力阈值低于副排气装置(6)的压力阈值，主排气装置(5)和副排气装置(6)设置在所述边梁框架(10)不同的梁上。
5.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述进气孔(111)分为至少两层。
6.根据权利要求5所述的电池包，其特征在于，所述边梁框架(10)内设置加强筋，形成至少两层排气通道(112)，每一层所述排气通道至少对应一层进气孔(111)。
7.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述内部横梁(15)设有凹槽和/或在端部设置有缺口，所述凹槽和所述缺口使相邻的电池容纳腔连通。
8.根据权利要求7所述的电池包，其特征在于，所述电池模组(2)底部设有液冷板(17)，所述液冷板(17)集成在所述下箱体主体(100)内部，所述液冷板(17)与所述底护板(16)间形成的第五换流散热通道(105)与所述排气通道连通，所述液冷板(17)端部形成有若干凹部，形成所述液冷板(17)上部空间与所述液冷板(17)下部空间的可实现气体交换的第一换流散热通道(101)。
9.根据权利要求7所述的电池包，其特征在于，所述电池模组(2)底部设有液冷板(17)，所述液冷板(17)集成在所述下箱体主体(100)内部，所述液冷板(17)与所述底护板(16)间形成的第五换流散热通道(105)与所述排气通道连通，所述液冷板(17)中间面形成有通孔，形成所述液冷板(17)上部空间与所述液冷板(17)下部空间的可实现气体交换的第三换流散热通道(103)。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的电池包。
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