用于锂电池的歧管式冷热管理与热失控抑制装置及方法与流程

本发明涉及锂电池管理，尤其涉及一种用于锂电池的歧管式冷热管理与热失控抑制装置及方法。

背景技术：

1、锂离子电池在充电、放电、储存及运输过程中会产生热量。若电池模组内部温度过高、温度分布不均或局部电芯出现异常发热，容易导致电池性能衰减、容量下降，严重时可能诱发热失控。现有电池热管理系统多采用风冷、液冷、相变材料或浸没式冷却等方式，其中液冷板由于结构紧凑、换热能力较强而被广泛应用。

2、现有液冷板多采用蛇形流道、并联流道或简单集流管结构。蛇形流道存在入口区域与出口区域冷却液温度差异较大、末端换热能力下降、压降较高等问题；并联流道虽然可以缩短流动路径，但不同支路之间容易出现流量分配不均，导致电池模组局部温差较大。对于大容量储能电芯、快充动力电池、重载车辆电池及光储充系统，单纯依靠传统冷板难以同时满足低泵耗、高均温、快速预热、异常热斑抑制和热失控防蔓延要求。

3、另一方面，现有电池消防系统多采用外部喷放灭火剂、箱体内全淹没灭火或在电池包内布置喷头的方式。由于锂离子电池热失控反应主要发生于电芯内部，且电池模组内部结构紧凑，外部灭火剂难以及时进入热失控电芯及相邻电芯之间的关键传热区域，容易出现冷却不足、复燃和热蔓延问题。已有技术中也存在利用冷却通道输送灭火剂的方案，但若直接将正常冷却回路作为灭火剂输送回路，可能存在冷却液污染、冷却回路失效、泄漏不可控、喷放位置不精准以及后续维护困难等问题。

4、因此，需要一种能够在正常工况下实现高效冷却和低温预热，在异常工况下实现分区强化冷却，在热失控工况下实现定点释放灭火抑制介质、持续冷却和热失控气体导排的复合装置。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种用于锂电池的歧管式冷热管理与热失控抑制装置及方法，能够解决现有电池液冷板流量分配不均、压降较高、冷热管理与消防抑制割裂、热失控初期响应不精准、灭火剂难以到达电芯关键区域以及热失控气体缺乏导排和洗消的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于锂电池的歧管式冷热管理与热失控抑制装置，其创新点在于：包括电池模组、复合歧管式安全冷板、冷却/加热循环单元、灭火抑制介质供给单元、热失控气体导排洗消单元、传感检测单元和安全控制单元；

3、所述电池模组内设置有若干电芯单元；

4、所述复合歧管式安全冷板设置于所述电池模组的底部、侧部、端部或相邻电芯之间；

5、所述复合歧管式安全冷板包括正常冷热管理回路和灭火抑制介质微歧管，所述正常冷热管理回路与所述灭火抑制介质微歧管通过密封隔离层物理隔离；

6、所述冷却/加热循环单元与所述正常冷热管理回路连通；

7、所述灭火抑制介质供给单元与所述灭火抑制介质微歧管连通；

8、所述热失控气体导排洗消单元与所述电池模组的电芯泄压路径对应设置；

9、所述安全控制单元根据所述传感检测单元的检测信号控制所述冷却/加热循环单元、灭火抑制介质供给单元和热失控气体导排洗消单元。

10、进一步的，所述正常冷热管理回路包括进液歧管、出液歧管和多个并联设置的短路径换热通道，所述短路径换热通道的一端与所述进液歧管连通，另一端与所述出液歧管连通；

11、所述密封隔离层设置在正常冷热管理回路与灭火抑制介质微歧管之间；

12、所述灭火抑制介质微歧管包括灭火抑制介质主歧管、多个分区支路和多个定向释放腔，所述分区支路分别与所述灭火抑制介质主歧管连通；所述定向释放腔包括多个释放口，所述释放口与所述定向释放腔通过释放通道连通。

13、进一步的，所述释放口处设置热触发封闭件、压力触发封闭件、电控阀、单向阀、破裂膜、热熔膜、热敏塞中的一种或多种。

14、进一步的，所述冷却/加热循环单元包括循环泵、压缩机、冷凝器、加热器、储液箱、膨胀罐、过滤器、除气装置和温度调节装置；所述循环泵的输入端通过管道连接储液箱；所述储液箱输入端连接过滤器和除气装置；所述膨胀罐通过管道连接在储液箱上；所述循环泵输出端通过管道依次连接加热器、压缩机、冷凝器；所述温度调节装置输入端连接在冷凝器的输出端，所述温度调节装置输出端管道并联有若干正常冷热管理回路。

15、进一步的，所述灭火抑制介质供给单元包括灭火抑制介质储存容器、驱动气体源或驱动泵、主管路、分区控制阀、压力调节阀、单向阀和泄压保护装置；所述驱动气体源输出端与灭火抑制介质储存容器相连；所述灭火抑制介质储存容器通过管道串联在驱动泵的输入端；所述驱动泵通过管路连接有压力调节阀和单相阀；所述主管路连接在单向阀的输出端，且主管路上并联有若干分区管路，且各分区管路上设置有分区控制阀，分区管路连接灭火抑制介质微歧管；所述泄压保护装置并联在灭火抑制介质储存容器输出端。

16、进一步的，所述传感检测单元包括温度传感器、流量传感器、压差传感器、气体传感器、烟雾传感器、压力传感器、绝缘检测模和电压采集模块中的一种或多种。

17、进一步的，所述安全控制单元与传感检测单元、电池管理系统、冷却/加热循环单元、灭火抑制介质供给单元、热失控气体导排洗消单元和消防联动接口连接；所述安全控制单元具有正常温控模式、低温预热模式、异常强化冷却模式、热失控预警模式、热失控抑制模式、气体导排洗消模式和事后持续冷却模式。

18、进一步的，所述热失控气体导排洗消单元包括电芯泄压导流腔、单向泄压阀、阻火结构、过滤吸附结构、洗消结构和排气接口；所述电芯泄压导流腔设置在电芯的泄压口处；所述单向泄压阀、阻火结构、过滤吸附结构、洗消结构和排气接口依次串联在电芯泄压导流腔上。

19、一种用于锂电池的歧管式冷热管理与热失控抑制方法，其创新点在于：应用于锂电池的歧管式冷热管理与热失控抑制装置，所述方法包括：

20、s1：采集电池模组的温度、温升速率、气体浓度、箱体压力、电压、电流、绝缘状态、冷却介质流量或冷却介质压差中的一种或多种参数；

21、s2：当电池模组温度低于第一阈值时，控制冷却/加热循环单元进入低温预热模式；

22、s3：当电池模组处于正常运行温度范围内时，控制冷却/加热循环单元进入常规温控模式；

23、s4：当电池模组局部温度、温差或温升速率超过第二阈值时，控制冷却/加热循环单元进入异常强化冷却模式；

24、s5：当满足热失控预警判据时，关闭或限制对应电池模组充放电，并使对应分区的灭火抑制介质微歧管进入预备状态；

25、s6：当满足热失控触发判据时，控制灭火抑制介质供给单元向对应分区支路供给灭火抑制介质，使灭火抑制介质经对应释放口定向释放。

26、s7：在灭火抑制介质释放后，控制热失控气体导排单元工作，使热失控气体经导流腔、阻火结构、过滤吸附结构或洗消结构排出或净化；

27、s8：在热失控事件结束后，控制冷却/加热循环单元维持冷却预定时间，并持续监测电芯温度、气体浓度和箱体压力，若温度或气体浓度再次上升，则再次启动对应分区或相邻分区的灭火抑制介质释放。

28、本发明的优点在于：

29、1）本发明中通过进液歧管、出液歧管和多个短路径换热通道形成低压降、高均温的冷却/加热回路，减少传统长蛇形流道造成的末端温升和泵功损耗；通过将灭火抑制介质微歧管与正常冷热管理回路物理隔离，避免灭火抑制介质污染冷却液，避免正常冷却回路因灭火喷放而失效；通过对应电芯或电芯组设置分区释放口，使灭火抑制介质能够在异常电芯附近定向释放，提高热失控初期冷却、抑制和防蔓延能力。

30、2）本发明中通过冷却/加热循环单元实现同一复合冷板在高温工况下冷却、低温工况下预热，提高电池全生命周期温度一致性；通过传感检测单元和控制单元实现正常冷却、低温预热、异常强化冷却、热失控抑制、事后持续冷却和热失控气体导排的分级控制；通过热失控气体导排单元对高温气体、可燃气体和有毒气体进行定向导排、阻火、过滤或洗消，降低热蔓延、爆燃和复燃风险。