双层式电池模组及其控制方法

本发明属于电池，涉及一种集灭火与减震功能的双层式电池模组及其控制方法。

背景技术：

1、锂电池作为电动汽车的关键高能量源，电动汽车的发展和广泛应用在极大程度上受到锂电池性能的直接影响。然而，锂离子电池具有一个显著特性，即对温度极为敏感，当温度过高时，极其容易出现热失控现象，进而引发一系列严重的安全事故，如过热、起火甚至爆炸等。热失控具体是指由单体电池放热连锁反应所导致的电池自温升速率发生急剧变化的情况。

2、随着电动汽车性能的持续不断发展，对于电动车安全性的要求也在日益提高。尤其在电池模组发生诸如挤压、短路、过充等特殊情况时，在相当长的一段时间内，电池系统绝不允许出现热失控现象，如此才能确保乘客拥有足够的时间安全逃离危险现场。

3、目前，各电池研发人员及产商针对锂电池的热管理展开了广泛而深入的研究。例如，为单个电池设置一个泄压阀，旨在防止电池压力过大而引发爆炸；在电池之间放置相变材料或者增添灭火器，以避免电池温度过高或过低。但这些现有方法都存在一定程度的局限性。有时候，当电池内部气压过大时，单个泄压阀可能无法及时有效地减缓电池内部压力，而且在泄压过程中还会产生一定的冲击力。此外，单个相变材料和大范围的灭火器也难以完全防止电池之间的热蔓延现象。因此，当下迫切需要一种能够进一步实现精准泄压、有效减震以及强力防止电池热蔓延的装置和与之相匹配的电池模组结构。

4、总之，目前对于锂电池热失控问题的解决以及更完善的热管理技术的需求极为紧迫和关键，这也凸显了进一步深入研究和开发创新技术的重要性。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种双层式电池模组及其控制方法，能够对发生热失控的单体电池在防止热蔓延的情况下进行精准泄压和对应功率灭火，并对泄压和灭火造成的冲击力进行缓冲减震。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现：

3、一种双层式电池模组，包括位于上层的恒温层和位于下层的泄压层，所述恒温层与泄压层之间采用气凝胶层隔开；所述恒温层内设置有若干单体电池，所述恒温层内设置有夹芯结构，所述夹芯结构将每个单体电池单独隔开形成独立腔室；

4、所述恒温层内设置有灭火单元和第一泄压单元，所述灭火单元能感应每个独立腔室的温度值并对超出温度阈值的独立腔室内进行降温灭火；所述第一泄压单元能感应每个独立腔室内的压力值并对超出压力阈值的独立腔室泄压至泄压层；

5、所述泄压层内设置有减震单元和第二泄压单元，所述第二泄压单元能感应泄入泄压层内气体的压力值，当压力值超出预设阈值后将泄压层内的压力泄压至电池模组外部；所述减震单元的一端抵接至恒温层，用以缓冲泄压过程中的冲击力。

6、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述第一泄压单元和灭火单元并联设置，所述第一泄压单元和灭火单元的一端与电源连接，所述第一泄压单元和灭火单元的另一端与减震单元和第二泄压单元串联连接；所述第一泄压单元、灭火单元、减震单元、第二泄压单元和电源均与控制电路板电性连接。

7、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述灭火单元包括设置在单体电池上方的温度感应自动灭火发生装置，所述温度感应自动灭火发生装置上具有感应每个独立腔室内温度情况的温度传感器，所述温度感应自动灭火发生装置上具有对每个独立腔室进行降温灭火的灭火喷头。

8、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述灭火喷头位于极耳的正上方。

9、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述第一泄压单元包括若干个独立的第一泄压阀，每个所述独立腔室与泄压层之间均设置有所述第一泄压阀，所述第一泄压阀能将独立腔室内的压力泄压至泄压层。

10、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述泄压层内设置有若干个烟雾传感器，所述烟雾传感器与第一泄压阀上下对应，使烟雾传感器能感应其上方第一泄压阀泄压气体中的烟雾浓度。

11、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述减震单元包括自调式竖向减震器和压力传感器，所述压力传感器设置在自调式竖向减震器上并与其上方的气凝胶层抵接。

12、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述泄压层的底部为电池模组下盖，所述电池模组下盖上设置有热流导向通道、烟雾传感器、压力传感器、第二泄压阀和防水透气阀。

13、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，所述夹芯结构包括居中设置的气凝胶层，所述气凝胶层两侧设置有相变材料层。气凝胶层由气凝胶组成，相变材料层有相变材料组成。电池单体之间采用上述夹芯结构能防止电池单体之间热失控加剧，形成一个密闭空间。

14、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，第一泄压阀和第二泄压阀都是至上而下单向排出气体。

15、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，位于电池模组内侧的控制电路板采用聚酰亚胺材料，该材料可以承受温度高达260℃，防止电路板受高温影响失效。

16、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，灭火剂采用六氟丙烷，六氟丙烷对电池单体不产生直接影响；灭火喷头出口涂有热熔胶（65℃以上时才会熔化），防止未启动时灭火剂泄露。

17、一种双层式电池模组的控制方法，采用上述双层式电池模组，包括如下步骤：

18、步骤1、第一泄压单元和灭火单元实时监控单体电池运行；

19、步骤2、灭火单元监测到异常，温度感应器感应到某个独立腔室内单体电池的温度升温超过预设的温度阈值，则温度感应自动灭火发生装置启动，该独立腔室上方的灭火喷头向该独立腔室内的喷射灭火剂，防止电池热蔓延；

20、步骤3、第一泄压单元监测到异常，出现异常的独立腔室内压力值超过压力阈值（0.8mpa），该独立腔室关联的第一泄压阀启动将该独立腔室内的压力泄压至泄压层；泄压层中烟雾传感器感应从第一泄压阀喷射出来气流的烟雾浓度，当烟雾浓度大于设定的烟雾浓度阈值（8200μg／m3）时，开启防水透气阀将气体排出；

21、步骤4、减震单元实时感应上方传来的压力，并通过自调式竖向减震器产生相应的推力保持电池平衡；当压力传感器感应到压力值大于设定的压力阈值（1mpa），则启动第二泄压单元将第二泄压阀打开，将泄压层内的压力气体排出。

22、作为本发明一实施方式的进一步改进，其中，步骤1中温度阈值有两种，分别为65℃和150℃，当温度感应器感应到的温度大于65℃且小于等于150℃时，灭火喷头以1kg/s功率喷射灭火剂；当温度感应器感应到的温度大于150℃时，灭火喷头以3kg/s功率烷灭火剂。

23、采用上述技术方案，具有以下有益效果：通过将电池分为上层的恒温层和下层的泄压层，恒温层内用夹芯结构分隔出独立的、供单体电池放置的单体腔室，能单独对异常的单体电池所在腔室进行喷射不同功率的灭火剂，防止电池热蔓延。同时泄压层通过烟雾传感器精准检测出第一泄压阀开启时单体电池的位置，通过烟雾浓度开启防水透气阀，精准迅速响应排出气体；在开启第一泄压阀后，压力传感器感应下层泄压层的压力，自调式竖向减震器产生相应的推力保持电池平衡，当泄压层的压力超过阈值后启动第二泄压阀，将泄压层压力排出，进一步控制泄压层压力，防止压力过大导致电池爆炸。