[發明專利]一種耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統

在審

• 申請號: 202011223005.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112290110A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 孔得朋;杜金;平平;王功全;李丹;張越
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/48;H01M10/613;H01M10/635;H01M10/653;H01M10/6551;H01M10/6555;H01M10/6568
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

1.一種耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，該系統包括箱體(400)以及設置在所述的箱體(400)內通過導線電性連接的智能控制模塊(500)、電池狀態監測模塊(100)、危險氣體檢測模塊(200)、主動熱管理及被動消防模塊(300)；

所述的電池狀態監測模塊(100)用于獲得單體電池及電池組的溫度以及實時電流、電壓；

所述的危險氣體檢測模塊(200)用于檢測不同空氣流動方向下電池組內危險氣體的濃度，并定時將數據上傳至所述的智能控制模塊。

所述的主動熱管理及被動消防模塊(300)包括熱管理及消防控制器(310)、多個金屬導熱結構塊(320)、多組第一溫度傳感器(390)，以及由冷卻液體輸送管道、液體儲存箱(360)、液體泵(350)組成的冷卻液體循環系統；電池均勻布置在相鄰的金屬導熱結構塊(320)之間并留有一定的間隙，由所述的金屬導熱結構塊(320)固定單體電池，所述的冷卻液體輸送管道穿過金屬導熱結構塊，且與每個電池均接觸；所述的多組第一溫度傳感器(390)布置在每個單體電池表面，組成第一溫度監測網，用于監測單體電池的溫度；所述的熱管理及消防控制器(310)用于處理第一溫度傳感器(390)的溫度，當溫度升高至一定的閾值，提高所述的液體泵(350)的功率，并向用戶發出報警信號；

所述的冷卻液體輸送管道與每個單體電池接觸的位置均開有孔洞(370)，所述的孔洞(370)由隔膜(380)進行密封后與電池直接接觸；當溫度超過所述的隔膜(380)的可承受溫度，所述的隔膜(380)收縮破損并使管道內液體流出，使冷卻液體直接與溫度異常的電池接觸，對電池進行降溫和熱失控火災抑制；

所述的智能控制模塊(500)用于接收其他模塊的信號，并將信號傳送至所述的主動熱管理及被動消防模塊(300)采取加速冷卻或者釋放冷卻液體的措施保障電池組運行安全。

2.根據權利要求1所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述的電池狀態監測模塊(100)包括光纖應變傳感器(120)、多組第二溫度傳感器(110)和狀態監測控制器(130)，所述的光纖應變傳感器(120)安裝在電池表面及電池組側面，用于獲得單體電池及電池組的形變信號，并將其上傳至所述的智能控制模塊(500)；所述的多組第二溫度傳感器(110)布置在電池組的上面，組成第二溫度監測網，用于獲得單個電池的實時溫度，并將其上傳至所述的智能控制模塊(500)；所述的狀態監測控制器(130)通過導線選擇性地連接于電池及電池組兩極，用于獲得電池的實時電流、電壓,并將其上傳至所述的智能控制模塊(500)。

3.根據權利要求1所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述的危險氣體檢測模塊(200)包括氣體傳感器數據采集板(210)以及布置在電池組放置位置周圍的多個一氧化碳氣體傳感器(211)、氫氣傳感器(212)、甲烷氣體傳感器(213)，用于不同空氣流動方向下電池組內危險氣體的檢測。

4.根據權利要求1所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述的智能控制模塊(500)用于接收其他模塊的信號，并儲存電池組運行時的電壓、電流、溫度信息，在線上傳數據，并通過聲光預警的方式對電池組熱失控狀態進行提示。

5.根據權利要求1所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述的冷卻液體輸送管道包括環繞單體電池的導熱及液體泄放管道(330)，以及連接導熱及液體泄放管道的連接彎管(340)。

6.根據權利要求1所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述金屬導熱結構塊(320)的材料為金屬鋁，直接與電池接觸吸收電池熱量；隔膜(380)的材質選自特氟龍、聚酰亞胺、雙向拉伸聚丙烯、聚乙烯任意一種。

7.根據權利要求2所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述的第一溫度傳感器(390)和第二溫度傳感器(110)為熱電偶或熱敏電阻，兩種傳感器結合應用于電池組的不同位置。

8.根據權利要求1所述的耦合熱管理及熱失控抑制的電池安全系統，其特征在于，所述的智能控制模塊(500)包括中心控制芯片、低功率顯示屏幕、數據儲存器、無線傳輸模塊。中心控制芯片負責實時監測其他各模塊的工作狀態，收集溫度、電壓、電流、電池容量、危險氣體信息，并將數據儲存于數據儲存器中，并按用戶需要通過無線傳輸模塊將數據導出；中心控制芯片與汽車車機系統或其他用電系統連接，并進行數據交互，實現電池組安全狀態的預測、監控和預警。