集成配电系统和电池包

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种集成配电系统和电池包。

背景技术

现有技术中，锂动力电池包基本都设置有高压配电单元来控制高压回路的通断。同时，绝大部分电池包内都没有主动灭火装置来抑制热失控事件的发生及蔓延。即便部分电池有独立设置一套灭火系统，但其集成度低，所占空间大。

发明内容

本发明的目的包括提供一种集成配电系统和电池包，其能够实现主动灭火功能，且具有较高集成度，空间占用较小。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种集成配电系统，应用于电池包，集成配电系统包括：

外壳，外壳上设置有通气口；

设置于外壳内的配电单元，用于连通或断开电池包的高压回路；

设置于外壳内的热事件采集装置，用于采集电池包的热事件；

设置于外壳内的灭火装置，用于对电池包进行灭火操作。

在可选的实施方式中，热事件采集装置包括颗粒浓度传感器、温度传感器、压力传感器中的一种或多种。

在可选的实施方式中，灭火装置包括灭火剂释放组件，灭火剂释放组件用于存储和释放灭火剂。

在可选的实施方式中，外壳包括支撑座和罩体，配电单元、热事件采集装置以及灭火装置均设置于做支撑座上，罩体罩设于支撑座，配电单元、热事件采集装置以及灭火装置位于罩体内，通气口设置于罩体。

在可选的实施方式中，罩体包括与支撑座相对的顶板，以及连接顶板和支撑座的侧板，顶板和侧板上均设置有若干通气口。

第二方面，本发明提供一种电池包，包括：

形成容纳腔的箱体；

电池模组，电池模组设置于箱体的容纳腔内；

电池管理系统；以及

前述实施方式中任一项的集成配电系统，集成配电系统通过外壳上的通气口与容纳腔连通，配电单元、热事件采集装置以及灭火装置均与电池管理系统电连接。

在可选的实施方式中，箱体包括围成容纳腔的侧壁以及设置于侧壁外侧的外仓，箱体的侧壁上设置有连通容纳腔和外仓的敞口，电池管理系统和集成配电系统设置于外仓内。

在可选的实施方式中，箱体内部设置有排气通道，箱体内侧开设有连通排气通道的进气口，电池模组包括若干电芯，电芯具有泄压孔，泄压孔与进气口相对，以使电芯通过泄压孔喷出的物质能够进入排气通道；排气通道通过排气口与外仓连通。

在可选的实施方式中，箱体还包括底壁，底壁与侧壁共同围成箱体的容纳腔，电池模组放置于底壁，进气口设置于底壁。

在可选的实施方式中，排气通道设置于底壁和侧壁内部，排气口位于敞口的内沿。

本发明实施例的有益效果如下：

本申请实施例提供的集成配电系统，包括外壳和设置于外壳内的配电单元、热事件采集装置以及灭火装置。集成配电系统可以通过外壳上的通气口来实现热事件的采集，而且可受控地在电池包发生异常时，通过配电单元切断高压回路以及通过灭火装置进行灭火操作。该集成配电系统将配电单元、热事件采集装置以及灭火装置集成在一个外壳内，集成度较高，空间占用较小。

本申请实施例提供的电池包，包括箱体、电池模组、电池管理系统以及上述的集成配电系统，集成配电系统的外壳的通气口与箱体的容纳腔连通，因此当箱体内的电池模组发生热失控时，会被外壳内热事件采集装置采集到。电池管理系统可根据热事件采集装置反馈的信息来控制灭火装置和配电单元采取相应的措施，来避免电池包的热失控蔓延，保障电池包的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一种实施例中电池包的示意图；

图2为本申请一种实施例中电池包省略外仓的示意图；

图3为本申请一种实施例中箱体的示意图；

图4为本申请一种实施例中电池包省略其中一面侧壁的示意图；

图5为本申请一种实施例中电芯在第一视角下的示意图；

图6为本申请一种实施例中电芯在第二视角下的示意图；

图7为本申请一种实施例中集成配电系统的示意图；

图8为本申请一种实施例中集成配电系统的内部示意图；

图9为本申请一种实施例中集成配电系统与电池管理系统的控制框图；

图10为本申请一种实施例中热事件管理方法的流程图。

图标：010-电池包；100-箱体；110-底壁；111-进气口；112-排气通道；120-侧壁；121-敞口；122-排气口；130-外仓；200-电芯；210-壳体；220-极柱；230-泄压孔；231-泄压件；300-集成配电系统；310-外壳；311-支撑座；312-罩体；3121-顶板；3122-侧板；313-通气口；320-配电单元；330-灭火装置；340-热事件采集装置；400-电池管理系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

相关现有技术中，当电池包中的电芯发生热失控时，可能会有高温物质喷出，并且有起火的可能性。热失控通常通过检测装置来检测。当发生热失控时，通常配电单元会切断电池包的高压回路，保证电池包的安全。在一些其他现有技术中，可能会单独设置灭火装置，当发生热失控时，灭火装置被控制进行灭火操作，以阻断燃烧和热失控蔓延。但是通常灭火装置单独设置，检测装置、灭火装置、配电单元较为分散，集成度较差，这会导致电池包整体体积过大，不够紧凑。

因此，本申请实施例提供一种集成度较高的集成配电系统和电池包，来改善相关技术中电池包体积较大的问题。

图1为本申请一种实施例中电池包010的示意图；图2为本申请一种实施例中电池包010省略外仓130的示意图。如图1和图2所示，本实施例提供的电池包010包括形成容纳腔的箱体100、电池模组、电池管理系统400以及集成配电系统300。电池模组设置于箱体100的容纳腔内集成配电系统300与所述电池管理系统400电连接。集成配电系统300用于采集电池包010内的信息，并且将采集到的信息发送给电池管理系统400；集成配电系统300还可以在接收到电池管理系统400发送的相关指令时对电池包010采取相应措施。本实施例中，电池管理系统400架设于集成配电系统300的上方。

在本实施例中，电池模组包括多个电芯200。电芯200为方形电芯200，并以矩形阵列设置。箱体100的容纳腔呈长方体，以与电池模组适配。应理解，在可选的其他实施例中，电芯200也可以是圆柱形电芯，比如18650型号电芯。

图3为本申请一种实施例中箱体100的示意图。结合图1至图3，在本实施例中，箱体100包括底壁110、侧壁120和外仓130，侧壁120沿着底壁110的边缘设置，底壁110与侧壁120共同围成箱体100的容纳腔，底壁110用于支撑电池模组。箱体100的侧壁120上设置有连通容纳腔和外仓130的敞口121，换言之，外仓130的内腔和箱体100的容纳腔通过敞口121连通。电池管理系统400和集成配电系统300设置于外仓130内。在可选的其他实施例中，箱体100还可以包括顶盖，盖设于所有电芯200的上方。

图4为本申请一种实施例中电池包010省略其中一面侧壁120的示意图。如图4所示，可选的，箱体100内部设置有排气通道112，箱体100内侧开设有连通排气通道112的进气口111。在本实施例中，排气通道112埋设于箱体100内部，具体埋设于底壁110和侧壁120的内部。当电池模组的电芯200发生热失控而喷出高温物质时，排气通道112的进气口111可以接收电芯200的喷出物，进而使喷出物被收集在排气通道112内，避免扩散影响其他电芯200。在本实施例中，排气通道112的进气口111设置于底壁110，并且与电芯200的排列方式相同，使得电芯200与进气口111一一对应。在本实施例中，底壁110包括上下间隔的两个板体，两个板体之间形成排气通道112的一部分，上方的板体开设有进气口111并用于支撑电芯。

可选的，排气通道112具有排气口122，排气口122与外仓130的内腔连通。在本实施例中，排气口122位于敞口121的内沿，从而通过敞口121与外仓130连通。在可选的其他实施例中，也可以将底壁110端部形成敞口121的一个边缘，将排气口122设置于底壁110的端部。本实施例中，电芯200的气体可以从底壁110内的排气通道112输送到侧壁120内，再从侧壁120的敞口121边缘处的排气口122送出，然后进入到外仓130。

图5为本申请一种实施例中电芯200在第一视角下的示意图；图6为本申请一种实施例中电芯200在第二视角下的示意图。如图5和图6所示，本实施例的电芯200包括壳体210和设置于壳体210内的卷芯以及电解液，壳体210表面设置有极柱220和泄压孔230。在本实施例中，极柱220和泄压孔230位于壳体210上相对的两侧。泄压孔230处设置有泄压件231，在电芯200处于正常状态下时，泄压件231封堵泄压孔230。当电芯200发生热失控而内压急剧上升达到阈值时，泄压件231会破裂从而打开泄压孔230。电芯200内的高温高压气体以及部分电解液会从泄压孔230释放，因此泄压孔230起到定向泄压，防止电芯200爆炸的作用。

本实施例中，由于箱体100的底壁110设置有进气口111，并与泄压孔230一一对应，因此电芯200喷出的排出物可以直接被排气通道112收容，因而不会四处散逸导致热失控蔓延。

图7为本申请一种实施例中集成配电系统300的示意图；图8为本申请一种实施例中集成配电系统300的内部示意图；图9为本申请一种实施例中集成配电系统300与电池管理系统400的控制框图。如图7至图9所示，本申请实施例提供的集成配电系统300包括外壳310、配电单元320、热事件采集装置340和灭火装置330。配电单元320、热事件采集装置340和灭火装置330均设置于外壳310内。其中，配电单元320用于连通或断开电池包010的高压回路；热事件采集装置340用于采集电池包010的热事件；灭火装置330用于对电池包010进行灭火操作。配电单元320、热事件采集装置340和灭火装置330可以通过螺栓或者卡扣固定于外壳310内。

具体的，本实施例的灭火装置330包括灭火剂释放组件，灭火剂释放组件用于存储和释放灭火剂。比如，灭火剂释放组件可以包括用于存储灭火剂的罐体以及设置于罐体开口处的电磁阀，电磁阀可受控地打开罐体开口，令内部具有一定压力的灭火剂释放出去。

在本实施例中，外壳310上设置有通气口313，外壳310内部通过通气口313可与外部交换物质。由于外仓130通过敞口121与箱体100的容纳腔相连，因此箱体100的容纳腔中的气体可以通过敞口121进入外仓130，并通过通气口313进入到外壳310内。灭火装置330释放的灭火剂也可以通过通气口313、敞口121进入到箱体100的容纳腔。

在本实施例中，外壳310包括支撑座311和罩体312，配电单元320、热事件采集装置340以及灭火装置330均设置于做支撑座311上，罩体312罩设于支撑座311，配电单元320、热事件采集装置340以及灭火装置330位于罩体312内，通气口313设置于罩体312。本实施例的外壳310整体呈长方体，支撑座311为长方形板体，罩体312为长方形罩体312。

进一步的，罩体312包括与支撑座311相对的顶板3121，以及连接顶板3121和支撑座311的侧板3122，顶板3121和侧板3122上均设置有若干通气口313。具体的，通气口313为条形通孔，通气口313平行间隔设置。

热事件采集装置340包括颗粒浓度传感器、温度传感器和压力传感器。颗粒浓度传感器用于检测空气中的颗粒浓度；温度传感器用于检测气体温度；压力传感器用于检测气压。当箱体100的容纳腔内的电芯200发生热失控时，可能会存在起火的现象，而起火之后箱体100的容纳腔内的空气中颗粒浓度会升高。含有高浓度颗粒物的空气会通过敞口121进入到外仓130中，再通过通气口313进入外壳310，从而被颗粒浓度传感器检测到；而这部分气体温度往往较高，其温度会被温度传感器检测到。当箱体100的容纳腔内的电芯200发生热失控时，随着电芯200泄压，排气通道112中气压也会升高，高压气体会沿着排气通道112、排气口122进入到外仓130中，从而影响外仓130中的气压；而外仓130气压的升高可以被压力传感器检测到。另外，随着电芯200发生热失控，箱体100的容纳腔内的气压也可能上升，会影响到外仓130内的气压。

在可选的实施例中，热事件采集装置340也可以包括颗粒浓度传感器、温度传感器和压力传感器中的一种或两种。

本申请实施例提供的电池包010能够实现一种热事件管理方法。本实施例中，热事件采集装置340的温度传感器能采集到电芯200热失控后的温度信息T；颗粒浓度传感器能够采集到电芯200喷发熔融物质后的气体信息Q(颗粒物浓度)；压力传感器能够检测到压力信息P。热事件采集装置340能够将这些信息传送到电池管理系统400。电池管理系统400根据热事件采集装置340及自身采集的电压等信息综合判断是否发生热失控事件以及是否执行灭火操作。图10为本申请一种实施例中热事件管理方法的流程图。如图10所示，热事件管理方法具体如下：

(1)电池管理系统400通过热事件采集装置340持续获取温度T、气压P、颗粒浓度Q。

(2)根据公式K＝αf(T)+βf(P)+γf(Q)计算综合风险系数K，判断综合风险系数K是否大于阈值A。其中，α、β、γ为权重系数，且为动态值；当soc≥90％，α＝0.5，β＝0.3、γ＝0.2；当50％＜soc＜90％时，α＝0.6，β＝0.3，γ＝0.1；当soc＜50％，α＝0.7，β＝0.2，γ＝0.1；其中，SOC为电芯200荷电状态，即剩余电量。电芯200发生热失控的过程，最先反应在压力及温度上，电芯200泄压之前，电池包010内的气温会有急剧的上升；泄压之后，电池包010内的压力会迅速增大，颗粒浓度需要一定时间才能扩散至颗粒浓度传感器位置被采集，所以α＞β＞γ。正常情况下，只需对K值进行监控及判断，可节省运算步骤及采集速度。如果K不大于A，则继续获取温度T、气压P、颗粒浓度Q。当K＞A，系统再对根据T、P、Q来进一步判断是否发生热失控。

(3)当综合风险系数K＞A时，判断以下三个指标是否满足：

温度T大于第一预设值a1且变化率k1＝△T/t大于第二预设值a2；

压力P大于第三预设值a3且变化率k2＝△P/t大于第四预设值a4；

颗粒物浓度Q大于第五预设值a5且变化率k3＝△Q/t大于第六预设值a6。

如果上述三个指标中至少两个满足，则判定电芯200发生热失控，电池管理系统400进行报警以提示用户，并发送信号至集成配电系统300，集成配电系统300的配电单元320断开高压回路，灭火装置330执行灭火操作。

如果上述三个指标中仅满足其中一个，那么电池管理系统400输出报警信息提示用户，然后通过人工排查方式确定是否发生热失控。如果人工判定发生热失控，则电池管理系统400发送信号至集成配电系统300，集成配电系统300的配电单元320断开高压回路，灭火装置330执行灭火操作。如果人工判定没有发生热失控，则消除报警，继续采集温度T、气压P、颗粒浓度Q。

当灭火装置330执行灭火操作后，灭火剂后能顺利流入箱体100的容纳腔以及排气通道112内，阻止热失控电芯200持续的剧烈化学反应，可以隔绝反应位置的空气以及吸收大量热量，达到阻燃、降温、防止热失控蔓延的效果。

综上，本申请实施例提供的集成配电系统300，包括外壳310和设置于外壳310内的配电单元320、热事件采集装置340以及灭火装置330。集成配电系统300可以通过外壳310上的通气口313来实现热事件的采集，而且可受控地在电池包010发生异常时，通过配电单元320切断高压回路以及通过灭火装置330进行灭火操作。该集成配电系统300将配电单元320、热事件采集装置340以及灭火装置330集成在一个外壳310内，集成度较高，空间占用较小。

本申请实施例提供的电池包010，包括箱体100、电池模组、电池管理系统400以及上述的集成配电系统300，集成配电系统300的外壳310的通气口313与箱体100的容纳腔连通，因此当箱体100内的电池模组发生热失控时，会被外壳310内热事件采集装置340采集到。电池管理系统400可根据热事件采集装置340反馈的信息来控制灭火装置330和配电单元320采取相应的措施，来避免电池包010的热失控蔓延，保障电池包010的安全性。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。