一种电池包及其热管理控制方法与流程

本发明涉及储能电池热管理，尤其涉及一种电池包及其热管理控制方法。

背景技术：

1、随着电芯能量密度持续提升和储能系统容量不断增大，热管理已成为制约锂离子电池储能系统安全性和经济性的关键技术瓶颈。

2、目前，浸没式液冷技术因其优异的换热能力和安全防护性能，逐渐成为储能电池热管理的重要发展方向。现有浸没式电池包及其热管理方案中，较为典型的有以下几种：

3、其一，如cn223390628u所公开的集成冷却与消防的电芯倒置式储能箱，其采用电芯倒置结构，利用箱体底部的积液腔浸没电芯顶部的防爆阀和极耳，并在相邻电芯之间设置导流条形成散热流道，通过冷媒流经流道对电芯侧面进行降温。该方案虽然实现了局部浸没和冷却，但其流道结构复杂，组装难度大，且主要依赖底部液位控制保证浸没效果，液位波动可能导致部分电芯顶部裸露，存在热失控风险隐患。

4、其二，如cn222720506u所公开的一种新型浸没式储能冷却模组，其采用全浸没方式，将倒置电芯完全置于充满绝缘油的箱体内，并在箱体顶部安装水冷板进行换热。该方案虽然密封性较好，但需要填充大量昂贵的绝缘冷却液，导致系统成本高、重量大；且热量需从底部电芯传导至顶部油层再经水冷板带走，热传递路径长，均温性较差，难以应对高倍率充放电工况下的快速散热需求。

5、其三，如cn115377591a所公开的一种电芯倒置的电池包及其装配方法，其主要关注电芯倒置后的机械固定和装配工艺，通过特定的支架和压紧结构实现电芯的倒向安装，但未涉及高效的液冷或浸没式冷却结构，主要依赖风冷或自然散热，无法满足大功率储能系统对热管理的严格要求。

6、上述现有技术普遍采用“静态”或“整体式”循环策略——正常工况与异常工况下冷却液流速、流道分配方式不变，且热管理触发基于固定温度阈值（如60℃）。这种单一的热管理策略存在以下不足：

7、首先，系统无法区分“预警期”与“失控期”，当个别电芯出现早期温升异常时，只能被动等待温度继续升高或热失控发生后启动消防，错失主动干预窗口。基于固定温度阈值的触发机制，在检测到温度超标时电芯内部可能已发生不可逆热积累，缺乏基于温升速率和压力波等早期微弱信号的预测性触发能力。

8、其次，全局循环模式下泵组恒定功率运行，热管理子系统功耗占辅助系统总功耗的30%~50%，能量浪费严重。

9、此外，热失控发生后，现有方案仅依靠防爆阀泄压和被动浸没，无法主动改变冷却液流态和流量来加速淬熄失控电芯，且高温气体与冷却液往往混合喷出，存在二次引燃风险。

技术实现思路

1、为解决现有技术中浸没式电池包热管理策略单一、无法根据热失控演化阶段进行分级主动干预，导致响应滞后、能耗高、易发生二次灾害的问题，本发明提出一种电池包及其热管理控制方法。

2、具体技术方案如下：一种电池包，包括：

3、箱体，其底部形成有用于容纳冷却介质的浸没腔；

4、多个电芯，设置于所述箱体内，各所述电芯的防爆阀朝下设置并朝向所述浸没腔；

5、冷却循环系统，与所述浸没腔连通，所述冷却循环系统包括主循环泵和多个局部流量控制阀组，各所述局部流量控制阀组与各所述电芯对应设置；

6、多个溢流口，分别设置于各所述电芯的防爆阀下方，各所述溢流口分别与所述冷却循环系统连通；

7、信息采集模块，至少包括温度采集单元和设置于所述冷却循环系统中的压力波动采集单元；

8、控制器，与所述信息采集模块、所述主循环泵及各所述局部流量控制阀组电连接，所述控制器被配置为：

9、根据采集的温度计算各电芯的温升速率，并对采集的压力波动信号进行处理以提取冲击性压力波特征；

10、综合所述温升速率及所述冲击性压力波特征判定热失控演化阶段；

11、根据所述热失控演化阶段控制所述主循环泵的转速和所述局部流量控制阀组的开度，至少包括：

12、第一模态，所述主循环泵以第一转速运行，各所述局部流量控制阀组关闭；

13、第二模态，所述主循环泵以大于所述第一转速的第二转速运行，异常电芯对应的所述局部流量控制阀组开启，使冷却介质经所述溢流口冲击所述防爆阀。

14、进一步的，所述热失控演化阶段还包括失控阶段；

15、所述控制器在所述失控阶段执行第三模态：所述主循环泵以第三转速运行，所述第三转速为所述主循环泵的额定转速的120%~150%，开启异常电芯及与该异常电芯相邻区域的所述局部流量控制阀组，使冷却介质完全淹没异常电芯，并在相邻区域形成液墙隔离。

16、进一步的，所述控制器在异常电芯温度下降至预设安全温度阈值以下且无明火时执行第四模态：所述主循环泵以介于所述第一转速与所述第二转速之间的第四转速运行，所述局部流量控制阀组逐步关闭。

17、进一步的，各所述溢流口设置于对应的所述防爆阀正下方，且与所述防爆阀在竖直方向上的间距为10mm~20mm；

18、所述第二模态下，所述控制器控制所述局部流量控制阀组以脉冲方式开闭，使冷却介质脉冲式冲击所述防爆阀区域。

19、进一步的，所述箱体底部还设有排气导流管和泄压阀，所述排气导流管的一端连通所述箱体内部上方空间，另一端连接所述泄压阀；

20、所述排气导流管位于所述箱体内部的一端设有气液分离结构，所述气液分离结构具有侧面进气通道，气体经所述侧面进气通道进入所述排气导流管，所述气液分离结构阻挡液体和固体颗粒通过。

21、进一步的，所述气液分离结构包括同轴设置的上伞状挡板和下伞状挡板，所述上伞状挡板和所述下伞状挡板均朝下设置，两者之间留有侧面进气间隙。

22、进一步的，所述浸没腔内设有电芯限位凸台，各所述电芯正置固定于所述限位凸台上，各电芯的正极和负极均朝上设置；相邻电芯之间设有泡棉，所述泡棉膨胀辅助固定所述电芯；相邻电芯之间的自然间隙构成分支流道，各所述溢流口通过所述分支流道与所述冷却循环系统连通。

23、进一步的，所述箱体底部还集成有独立液冷板，所述电池包还包括独立于所述冷却循环系统的冷却液回路；

24、所述控制器在所述第一模态下仅启动所述冷却液回路运行，在所述第二模态或第三模态下同时启动所述冷却液回路和所述冷却循环系统进行协同冷却。

25、一种电池包热管理控制方法，包括：

26、实时采集各电芯的温度以及冷却循环系统中的压力波动信号；

27、计算各电芯的温升速率，并对所述压力波动信号进行处理以提取冲击性压力波特征；

28、综合所述温升速率及所述冲击性压力波特征判定当前热失控演化阶段，所述热失控演化阶段至少包括正常阶段和预警阶段；

29、若判定为所述正常阶段，控制所述冷却循环系统以第一流量运行，并关闭各局部阀组；

30、若判定为所述预警阶段，控制所述冷却循环系统以大于所述第一流量的第二流量运行，并开启异常电芯对应的局部阀组，使冷却介质经溢流口冲击所述异常电芯的防爆阀区域。

31、进一步的，对所述压力波动信号进行带通滤波和包络分析，以提取所述冲击性压力波特征；

32、所述压力波动信号的采集频率≥100hz，所述冲击性压力波的特征频率为1khz~10khz；

33、所述热失控演化阶段还包括失控阶段和后处理阶段；

34、所述失控阶段的判定还基于电压塌陷率，所述电压塌陷率根据实时采集的各电芯电压计算得到；

35、若判定为所述失控阶段，控制所述冷却循环系统以大于所述第二流量的第三流量运行，同时开启异常电芯及相邻区域的局部阀组，使冷却介质临时完全淹没异常电芯；

36、若判定为所述后处理阶段，控制所述冷却循环系统以介于所述第一流量与所述第二流量之间的第四流量运行，直至异常电芯温度回落至安全阈值以下。

37、上述技术方案具有以下优点或技术效果：

38、1. 本发明通过将电芯防爆阀倒置朝下并设置于底部浸没腔中，配合防爆阀正下方的溢流口和与各电芯对应的局部流量控制阀组，实现了预警阶段冷却介质对防爆阀区域的点对点精准冲击喷射，提升了换热效率。

39、2. 本发明通过采集电芯温度和冷却循环系统中的压力波动信号，计算温升速率并提取冲击性压力波特征，综合判定热失控演化阶段，实现了对热失控早期征兆的提前识别，相比传统固定温度阈值触发方式，将响应机制从被动响应提升为主动防御，大幅降低了热失控概率。

40、3. 本发明通过将热管理过程划分为正常、预警、失控、后处理四个模态，分别执行低能耗均温、局部脉冲式喷射强化散热、超额定转速临时全浸没淬熄、中速钝化防复燃的分级控制策略，实现了全周期热安全闭环管理，降低了正常工况下热管理功耗，失控时热蔓延被完全阻断。

41、4. 本发明通过设置具有侧面进气通道的气液分离结构，利用惯性分离和重力沉降原理实现气-液-固三相物理分离，使热失控时仅有不可燃气体排出，解决了传统方案“带液喷发”引发的二次灾害问题，且该结构无需外部能源，极端条件下依然可靠。