车辆电池的阻燃系统、车辆及其动力电池的制作方法

1.本公开涉及动力电池技术领域，具体地，涉及一种车辆电池的阻燃系统、车辆及其动力电池。


背景技术：

2.锂离子电池在使用过程中，电池包的温度影响着其自身的安全性。电池包内部的部分电芯在受到撞击、老化和过充等情况下，电芯会自燃，导致该电池包温度急剧上升，继而引发其它电芯自燃，使得电池包的内压剧增，从而引起爆炸。
3.相关技术中，提供了一种电动汽车动力电池包放火灾保护装置，在动力电池箱的外壁上设有空气透气阀、闭路阀、压力传感器和控制单元，工作中，空气透气阀关闭，闭路阀与抽真空装置连接，从动力电池箱中抽出气体，移去抽真空装置；闭路阀与灭火剂供应装置连接，向动力电池箱中注入大分子灭火剂，移去灭火剂供应装置；闭路阀与空气泵连接，注入定量空气，使动力电池箱内处于常压或正压；打开空气透气阀，空气从空气透气阀排出，大分子灭火剂气体保留在动力电池箱内部，在整个工作过程中，控制单元根据压力传感器的压力自动控制抽真空装置、灭火剂装置、空气泵的开启和关闭。
4.然而，这种装置构造复杂，需要在动力电池箱的箱体上增加较多零部件，相应成本也较高。


技术实现要素：

5.本公开的目的是提供一种车辆电池的阻燃系统、车辆及其动力电池，能够实现对电池的阻燃，并降低成本。
6.为了实现上述目的，本公开提供一种车辆电池的阻燃系统，所述车辆电池的阻燃系统包括膜分离器、输气通道、储气罐和排气阀，所述膜分离器包括腔体和与所述腔体相连通的进气管和第一出气管，所述膜分离器的进气管用于可选择地连通所述发动机的排气管道，所述输气通道布置在动力电池箱的内部空间中，并且所述输气通道的入口与所述第一出气管连通，所述输气通道的出口可选择地与所述储气罐连通，所述腔体中设置有气体分离膜，所述气体分离膜能够从所述发动机的排气管道中的废气中分离出二氧化碳，通过所述第一出气管和所述输气通道的二氧化碳能够储存在所述储气罐中，所述排气阀设置在所述输气通道上，以可选择地连通所述储气罐与所述动力电池箱的内部空间。
7.可选地，所述膜分离器包括第二出气管，用于排放未透过所述气体分离膜的气体，所述第二出气管连通所述腔体和所述排气管道。
8.可选地，所述输气通道弯折延伸并包括沿所述动力电池箱的长度方向延伸的多个第一通道和沿所述动力电池箱的宽度方向延伸的多个第二通道，任意相邻两个所述第一通道之间通过所述第二通道连通。
9.可选地，所述排气阀的数量为多个，多个所述排气阀分别设置在所述输气通道的拐角处并可选择地连通所述输气通道和所述动力电池箱的内部空间。
10.可选地，所述储气罐设置在所述动力电池箱的内部空间中，所述车辆电池的阻燃系统包括气道总阀，所述气道总阀用于可选择地连通所述储气罐与所述动力电池箱的外部以及可选择地连通所述储气罐与所述输气通道。
11.可选地，所述车辆电池的阻燃系统包括控制单元和碰撞传感器，所述气道总阀包括可选择的连通储气罐与所述输气通道的第一阀门，所述控制单元与所述碰撞传感器、所述排气阀和所述第一阀门电连接，所述控制单元根据所述碰撞传感器的碰撞检测信号控制所述第一阀门连通所述储气罐与所述输气通道，并控制所述排气阀连通所述输气通道与所述动力电池箱的内部空间。
12.可选地，所述车辆电池的阻燃系统还包括压力传感器及控制单元，所述气道总阀包括可选择地连通储气罐与所述动力电池箱的外部的第二阀门，所述压力传感器用于检测所述储气罐内的压力，所述压力传感器和所述第二阀门与所述控制单元电连接，所述控制单元根据所述压力传感器的压力检测信号控制所述第二阀门连通所述储气罐与所述动力电池箱的外部。
13.在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种车辆的动力电池，所述车辆的动力电池包括上述车辆电池的阻燃系统。
14.可选地，所述动力电池包括加热板，所述输气通道形成在所述加热板上。
15.在上述技术方案的基础上，本公开再提供一种车辆，所述车辆包括发动机和上述动力电池。
16.通过上述技术方案，本公开提供的车辆电池的阻燃系统通过膜分离器能够从发动机的排气管道中的高温废气中分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体携带有一定的热量并通过膜分离器的第一出气管进入动力电池箱的内部空间的输气通道，由于二氧化碳气体携带有热量，因而能够在低温时对电池加热，以使电池处于正常工作状态，而与电池进行热交换形成的温度较低的二氧化碳能够储存在储气罐中。在电池的电芯发生自燃的情况下，此时控制排气阀打开，使得输气管道与动力电池箱的内部空间连通，以将储存在储气罐中的二氧化碳气体通过输气通道而释放到动力电池箱的内部空间中，从而极大程度地延缓电池燃烧的速度甚至从根源杜绝车辆电池起火的可能性，有利于在电池自燃初期完成灭火，提高了车辆电池的安全性。此外，本公开提供的车辆电池的阻燃系统构造简单，相应成本也比较低。
17.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
19.图1是本公开实施例提供的车辆电池的阻燃系统的示意图；
20.图2是本公开实施例提供的车辆电池的阻燃系统的另一示意图，其中示出了动力电池箱；
21.图3是本公开实施例提供的车辆电池的阻燃系统的控制框图；
22.图4是本公开实施例提供的车辆电池的阻燃系统的另一控制框图。
23.附图标记说明
24.1-排气系统；2-膜分离器；3-动力总成；4-整车控制器；5-动力电池；6-碰撞传感器；7-排气阀；8-储气罐；9-气道总阀；10-加热板；11-进气通道；12-输气通道；121-第一通道；122-第二通道；13-排气管道；14-控制单元；15-压力传感器。
具体实施方式
25.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
26.在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是相对于对应的部件自身轮廓而言的“内、外”。此外，本公开所使用的术语“第一”、“第二”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。
27.在图1中，示出了车辆的排气系统1和动力总成3，发动机工作时，排出的碳氢化合物、氮氧化合物等污染气体经由发动机的排气管道13排至大气，其中动力总成3是整车的“心脏”，为驱动车辆行驶提供动力来源。
28.根据本公开的具体实施方式，参考图1至图4中所示，提供一种车辆电池的阻燃系统，所述车辆电池的阻燃系统包括膜分离器2、进气通道11、储气罐8和排气阀7，所述膜分离器2包括腔体和与所述腔体相连通的进气管和第一出气管，所述膜分离器2的进气管用于可选择地连通所述发动机的排气管道13，所述输气通道12布置在动力电池箱的内部空间中，并且所述输气通道12的入口与所述第一出气管连通，所述输气通道12的出口可选择地与所述储气罐8连通，所述腔体中设置有气体分离膜，该气体分离膜能够从所述发动机的排气管道13中的废气中分离出二氧化碳，通过第一出气管和所述输气通道12的二氧化碳能够储存在所述储气罐8中，所述排气阀7设置在所述输气通道12上，以可选择地连通所述输气通道12与所述动力电池箱的内部空间。
29.其中，膜分离器2中的气体分离膜选用无机膜，无机膜是指以金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等无机材料制成的半透膜，常用的材料有al2o3、tio2、sio2、c、sic等。膜法气体分离的基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离目的。此外，无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀、刚性及机械强度好的优点。根据材料是否含有孔结构，无机膜分为多孔膜和无孔膜两种。多孔膜含有纳米孔道结构，非常适合二氧化碳气体的分离。气体在膜中的传递机理为分子筛扩散，孔道的直径要与二氧化碳分子的动力学直径(0.38nm)匹配，分离效果才好。其中，sapo-34(孔径为0.38nm，具有三维交叉孔道、八元环孔口直径和中等强度酸中心，在催化低碳物转化制烯烃、c
4-c8直链烯烃/烷烃裂解制低碳烯烃、汽车尾气净化、催化剂载体、膜分离材料及发光体材料等领域有着广泛应用)和ddr(孔径为0.36nm，主要成分由二氧化硅构成的结晶，其微孔由含有氧八元环的多面体形成，能够作为二氧化碳、甲烷、乙烷这样的低分子气体的分子筛膜使用)型沸石膜材料为优质材料，尤其是carreon等制备的sapo-34型膜材料对二氧化碳气体的选择性为86-171。另外，气体分离膜可以选用聚酰亚胺膜，聚酰亚胺膜能够用于气体分离和空气除湿，可用于例如氢/氮、氮/氧、二氧化碳/氮或甲烷等的分离。对于绝大数高分子膜，二氧化碳气体的渗透率显著大于一氧化碳气体、氮气等气体的渗透率，膜
分离技术是物理性分离，不存在吸收再生问题，又不产生相变，因此，具有能耗低、操作方便等特点。
30.在本公开中，通过膜分离器2中的气体分离膜能够对发动机的排气管道13中的高温废气进行分离，利用废气中的混合气体分子在气体分离膜中的渗透速率不同从而从废气中分离出二氧化碳气体，并保留二氧化碳气体所携带的热量。
31.在车辆电池中，其温度水平直接影响车辆电池在使用中的能量与功率性能。在温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在这种情况下，对电池进行充电则可能引发瞬间的电压过充现象，造成电池短路。因此，在低温环境下，需要在电池加热，以防止电池寿命减少。通过上述方式，利用膜分离器2能够从发动机的排气管道13中的高温废气中分离出二氧化碳气体，并且分离出的二氧化碳气体携带有一定的热量，二氧化碳气体所携带的热量能够对电池进行加热，以满足车辆冷启动的需求，防止电池寿命减短，而与电池进行热交换形成的温度较低的二氧化碳能够储存在储气罐8中。在电池的电芯发生自燃的情况下，此时控制排气阀7打开，使得储气罐8与动力电池箱的内部空间连通，以将储存在储气罐8中的二氧化碳气体通过输气通道12而释放在动力电池箱的内部空间中，从而极大程度地延缓电池燃烧的速度，有利于在电池自燃初期完成灭火，提高了车辆电池的安全性。
32.通过上述技术方案，本公开提供的车辆电池的阻燃系统通过膜分离器2能够从发动机的排气管道13中的高温废气中分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体携带有一定的热量，因而能够在低温时对电池加热，以防止电池寿命减短，而与电池进行热交换形成的温度较低的二氧化碳能够储存在储气罐8中。在电池的电芯发生自燃的情况下，此时控制排气阀7打开，使得储气罐8与动力电池箱的内部空间连通，以将储存在储气罐8中的二氧化碳气体通过输气通道12而释放到动力电池箱的内部空间中，从而极大程度地延缓电池燃烧的速度甚至从根源杜绝车辆电池起火的可能性，有利于在电池自燃初期完成灭火，提高了车辆电池的安全性。此外，本公开提供的车辆电池的阻燃系统构造简单，相应成本也比较低。
33.在不需要对电池进行加热时，膜分离器2的进气管的管口闭合，此时，发动机的排气管道13中的废气不能够进入膜分离器2中，膜分离器2不工作。其中，可以在膜分离器2的进气管上可以设置有开关阀，通过控制该开关阀的开闭来操控膜分离器2的进气管与发动机的排气管道13的通断。
34.而在不需要对电池进行加热，也不需要对动力电池进行灭火时，储气罐8与输气通道12之间断开。
35.在本公开提供的具体实施方式中，为了将膜分离器2的腔体中未透过气体分离膜的气体排出，所述膜分离器2可以包括第二出气管，用于排放未透过所述气体分离膜的气体及经过气体分离膜的除二氧化碳之外的其他气体，所述第二出气管连通所述腔体和所述排气管道13，以将未透过气体分离膜的气体及经过气体分离膜的除二氧化碳之外的其他气体排放到排气管道13中，以降低尾气中氮氧化物(no
x
)排放。其中，第二出气管上可以设置有单向阀，该单向阀允许气体从第二出气管流向排气管道13，由此，以防止排气管道13中的废气通过第二出气管逆向进入到膜分离器2的腔体中。
36.在本公开提供的具体实施方式中，为了便于对车辆电池进行加热，所述车辆电池的阻燃系统可以包括用于输送所述二氧化碳气体的输气通道12，参考图2中所示，所述输气
通道12设置在所述动力电池箱的内部空间中并连通在所述进气通道11和所述储气罐8之间，并能够与所述二氧化碳气体发生热交换，这样，输气通道12将热量散发到动力电池箱的内部空间中，从而对车辆电池进行加热。
37.其中，所述输气通道12弯折延伸并包括沿所述动力电池箱的长度方向延伸的多个第一通道121和沿所述动力电池箱的宽度方向延伸的多个第二通道122，任意相邻两个所述第一通道121之间通过所述第二通道122连通，由此能够增加输气通道12的长度，并能够增加输气管道与动力电池箱的内部空间的接触面积，从而加速换热，以将车辆电池快速加热到最佳工作温度。此外，多个第一通道121间隔均匀的布置，以使得车辆电池受热均匀。
38.在本公开提供的具体实施方式中，参考图2中所示，所述排气阀7的数量可以为多个，多个所述排气阀7分别设置在所述输气通道12的拐角处并可选择地连通所述输气通道12和所述动力电池箱的内部空间。在电池的电芯发生自燃的情况下，多个排气阀7全部打开，释放储气罐8中的全部二氧化碳气体，使得二氧化碳气体迅速充满整个动力电池箱的内部空间，这样，动力电池箱的内部空间中不存在助燃气体(氧气)，因此能够从根源降低甚至杜绝电池自燃的可能性。在此需要说明的是，为了保持动力电池箱的内部空间的气压平衡，在释放二氧化碳气体的同时，动力电池箱中的空气被排出，从而维持动力电池箱的内部空间的气压平衡。
39.在本公开提供的具体实施方式中，储气罐8可以根据实际需要布置在动力电池箱的内部空间中，也可以布置在动力电池箱的外部。在图2示出的实施例中，储气罐8设置在动力电池箱的内部空间中，在此情况下，可以在储气罐8的罐体上设置隔热层，以防止动力电池在工作时所产生的热量加热储存在储气罐8中的二氧化碳气体，从而维持储气罐8中所储存的二氧化碳气体的温度。
40.其中，所述车辆电池的阻燃系统可以包括气道总阀9，所述气道总阀9用于可选择地连通所述储气罐8与输气通道12。在电池的电芯发生自燃而需要进行阻燃时，动力电池箱的内部空间通过气道总阀9与储气罐8连通，此时，从输气通道12中释放出的二氧化碳气体能够进入动力电池箱的内部空间并将空气挤出到动力电池箱的外部，以维持动力电池箱的内部空间的气压平衡，同时使得二氧化碳气体充满动力电池箱的内部空间，以对电池进行阻燃。
41.可以理解的是，动力电池箱上设置有连通动力电池箱的内部空间的动力电池箱的外部空间的阀门，从而能保持动力电池箱的内部压力的平衡。
42.在本公开提供的具体实施方式中，所述车辆电池的阻燃系统可以包括进气通道11，该进气通道11连接在第一出气管和输气通道12之间，以便于整车布置，从而将第一出气管中的气体输送至输气通道12中。
43.在本公开提供的具体实施方式，所述车辆电池的阻燃系统包括控制单元14和碰撞传感器6，气道总阀9包括连通储气罐8和输气通道12的第一阀门，所述控制单元14与所述碰撞传感器6、所述排气阀7和所述第一阀门电连接，参考图3中所示。在车辆电池受到碰撞或者挤压时，碰撞传感器6通过加速度曲线变化识别到车辆电池遭受到碰撞或者挤压，传送碰撞检测信号给控制单元14，所述控制单元14根据所述碰撞传感器6的碰撞检测信号控制所述第一阀门连通所述储气罐8与输气通道12，此时，存储在所述储气罐8中的二氧化碳气体从储气罐8中释放到动力电池箱的内部空间中。
44.在本公开提供的具体方式中，控制单元14可以为整车控制器4，也可以为另设的控制器，本公开对此不作具体限制。此外，在图2所示出的实施例中，碰撞传感器6固设在动力电池箱上，在本公开中，碰撞传感器6不限于设置在动力电池箱上，该碰撞传感器6还可以是整车的碰撞传感器6并设置在车身上，本公开对此不作具体限制。
45.在本公开提供的具体实施方式中，车辆电池的阻燃系统还包括压力传感器15，所述车辆电池的阻燃系统包括控制单元14，气道总阀9还包括可选择地连通储气罐8与动力电池箱的外部的第二阀门，所述压力传感器15和所述第二阀门与所述控制单元14电连接，压力传感器15用于检测储气罐8内的压力，参考图4中所示，所述控制单元14根据所述压力传感器15的压力检测信号控制所述第二阀门连通所述储气罐8与所述动力电池箱的外部，以在储气罐8中的气压大于预设阈值时，将储气罐8中的气体排放到动力电池箱的外部，从而平衡储气罐8的气压。
46.在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种车辆的动力电池5，用于为整车提供高压电，从而驱动电机工作，其中，该动力电池5包括上述车辆电池的阻燃系统，因此同样具有上述特点，为了避免重复，在此不再赘述。
47.在本公开提供的具体实施方式中，所述动力电池5包括加热板10，上述的输气通道12形成在加热板10上，具有热量的二氧化碳气体在所述输气通道12中流通时，通过热交换以对动力电池5的电芯进行加热。
48.在上述技术方案的基础上，本公开再提供一种车辆，该车辆包括发动机和上述动力电池5，因此同样具有上述特点，为了避免重复，在此不再赘述。
49.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
50.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
51.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。