一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统及方法

专利名称：一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111395369.3

专利申请（专利权）人：华南理工大学
权利人地址：广东省广州市天河区五山路381号

专利发明（设计）人：李泽宇,陈嘉衍,陈宏铠

专利摘要：本发明公开了一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统及方法；蒸发器置于电池内部，半导体热电转换模块紧贴电池侧面，散热器紧贴半导体热电转换模块；半导体热电转换模块由电路连接液泵；液泵与蒸发器、截止阀、冷凝器、储液罐依次相连。本发明借鉴固有安全的理念，通过半导体热电转换模块将热失控被诱发后电池内部化学反应产生的热量转变为动力，驱动液泵在电池与冷凝器之间以环路热管的方式冷却电池，实现不借助于其它额外动力设备而仅由电池自身物理特性抑制热失控的目的。

主权利要求：
1.一种电池热失控抑制系统的运行方法，其特征在于，基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统实现；
所述电池热失控抑制系统包括：电池（1）、半导体热电转换模块（2）、液泵（3）、蒸发器（4）、截止阀（5）、冷凝器（6）、储液罐（7）和散热器（8）；
蒸发器（4）置于电池（1）内部；
电池（1）、半导体热电转换模块（2）和散热器（8）依次紧密贴合；
半导体热电转换模块（2）与液泵（3）电连接；
液泵（3）的出口，由管路连接蒸发器（4）的底部入口；蒸发器（4）的顶部出口，由管路依次连接截止阀（5）、冷凝器（6）、储液罐（7）、液泵（3）的入口；
该电池热失控抑制系统，还包括温度传感器（9）和控制器（10）；
温度传感器（9）安装在电池（1）侧面；
控制器（10）分别信号连接温度传感器（9）、液泵（3）和截止阀（5）；
所述运行方法包括半导体热电转换运行步骤和环路热管冷却运行步骤；
所述半导体热电转换运行步骤为：
控制器（10）不断获取温度传感器（9）的温度数值；
当温度传感器（9）探测到电池（1）出现高温时，控制器（10）发出信号，使电池（1）驱动截止阀（5）开启；
此时电池（1）的一部分热量传递给半导体热电转换模块（2），并对电池（1）冷却；
半导体热电转换模块（2）将来自电池（1）的一部分热量转化为电能，以驱动液泵（3），剩余热量则通过散热器（8）传递至环境；
当电池（1）电压衰减至零时，截止阀（5）通过半导体热电转换模块（2）供电，以维持截止阀（5）开启；
所述环路热管冷却运行步骤为：
当液泵（3）被半导体热电转换模块（2）启动后，其将储液罐（7）中液态冷却剂驱动至蒸发器（4），液态冷却剂以3 10℃换热端差在蒸发器（4）内吸热蒸发并对电池（1）实现冷却，蒸~发器（4）内的气态冷却剂在压力差驱动下进入冷凝器（6）并被冷凝为比蒸发温度低2 10℃~的液态冷却剂，从而完成环路热管冷却循环；
高温是指90 120℃；
~
电池（1）是指电池组。
2.根据权利要求1所述电池热失控抑制系统的运行方法，其特征在于：蒸发器（4）为直接膨胀式蒸发器。
3.根据权利要求1所述电池热失控抑制系统的运行方法，其特征在于：散热器（8）为风冷式换热器。
4.根据权利要求1所述电池热失控抑制系统的运行方法，其特征在于：冷凝器（6）为风冷式换热器。
5.根据权利要求1所述电池热失控抑制系统的运行方法，其特征在于：截止阀（5）为电磁截止阀。 说明书 : 一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及电池热失控抑制系统，尤其涉及一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统及方法。背景技术[0002] 燃油汽车尾气的二氧化碳排放量备受关注。[0003] 由于电动汽车不存在尾气排放问题，因此受到广泛关注并发展迅速。[0004] 然而，作为电动汽车核心部件的电池极易在各种极端条件下出现热失控并引发各类安全性事故，成为影响电动汽车发展的首要问题。所以，采用有效措施抑制电池热失控对电动汽车发展是至关重要的。[0005] 目前电池热失控防控技术大致分为两大类：一类是通过提高电极、电解质与隔膜等电池内部材料的热稳定性以降低热失控发生概率；另一类是采用外部强制冷却方式及时排出电池内部化学反应所产生的热量，从而减缓电池升温速率，使电池温度低于热失控触发温度以避免热失控。[0006] 尽管改善电池内部材料的热稳定性有助于提高安全性，一旦热失控被诱发，通过外部强制冷却对电池进行有效散热是热失控的主要防控措施。[0007] 然而，由于热失控被诱发后电池电压将迅速衰减至零，并且车内空间紧凑，较难安装备用电源，所以当前外部强制冷却手段无法在热失控条件下运行时，电池温度将迅速升高并最终造成热失控。发明内容[0008] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统及方法。本发明借鉴固有安全的理念，通过半导体热电转换模块，将热失控被诱发后电池内部化学反应产生的热量转变为动力，驱动液泵在电池与冷凝器之间以环路热管的方式冷却电池，实现不借助于其它额外动力设备而仅由电池自身物理特性抑制热失控的目的。[0009] 本发明通过下述技术方案实现：[0010] 一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统，包括：[0011] 电池1、半导体热电转换模块2、液泵3、蒸发器4、截止阀5、冷凝器6、储液罐7和散热器8；[0012] 蒸发器4置于电池1内部；[0013] 电池1、半导体热电转换模块2和散热器8依次紧密贴合；[0014] 半导体热电转换模块2与液泵3电连接；[0015] 液泵3的出口，由管路连接蒸发器4的底部入口；蒸发器4的顶部出口，由管路依次连接截止阀5、冷凝器6、储液罐7、液泵3的入口。[0016] 该电池热失控抑制系统，还包括温度传感器9和控制器10；[0017] 温度传感器9安装在电池1侧面；[0018] 控制器10分别信号连接温度传感器9、液泵3和截止阀5。[0019] 本发明基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统的运行方法，包括如下步骤：[0020] 一.半导体热电转换运行步骤[0021] 控制器10不断获取温度传感器9的温度数值；[0022] 当温度传感器9探测到电池1出现异常高温，约为90～120℃时，控制器10发出信号，使电池1驱动截止阀5开启；[0023] 此时电池1的一部分热量传递给半导体热电转换模块2，并对电池1冷却；[0024] 半导体热电转换模块2将来自电池1的一部分热量转化为电能，以驱动液泵3，剩余热量则通过散热器8传递至环境；[0025] 当电池1电压衰减至零时，截止阀5通过半导体热电转换模块2供电，以维持截止阀5开启；[0026] 二.环路热管冷却运行步骤[0027] 当液泵3被半导体热电转换模块2启动后，其将储液罐7中液态冷却剂驱动至蒸发器4，液态冷却剂以约3～10℃换热端差在蒸发器4内吸热蒸发并对电池1实现冷却，蒸发器4内的气态冷却剂在压力差驱动下进入冷凝器6并被冷凝为约比蒸发温度低2～10℃的液态冷却剂，从而完成环路热管冷却循环。[0028] 因为上述环路热管冷却能力主要与液泵3输出特性正相关，而液泵3输出特性则与电池1温度正相关，所以半导体热电转换运行步骤与环路热管冷却运行步骤共同构成了对热失控过程中的电池温度的负反馈抑制调控。即电池1温度升高，半导体热电运行步骤所输出的电能增加并增强液泵3的输出特性，从而提高环路热管冷却运行步骤的冷却能力，对电池1形成更显著的降温与抑制温度升高作用。[0029] 蒸发器4为直接膨胀式蒸发器。[0030] 散热器8为风冷式换热器。[0031] 冷凝器6为风冷式换热器。[0032] 截止阀5为电磁截止阀。[0033] 电池1是指由多个电池单体串联和/或并联而成的电池组。[0034] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：[0035] 本发明蒸发器4置于电池1内部；电池1、半导体热电转换模块2和散热器8依次紧密贴合；半导体热电转换模块2与液泵3电连接；液泵3的出口，由管路连接蒸发器4的底部入口；蒸发器4的顶部出口，由管路依次连接截止阀5、冷凝器6、储液罐7、液泵3的入口。本发明采用上述系统布局，在不依赖于其它额外动力设备条件下，利用热失控过程中电池自身物理特性产生动力，结合外部冷却措施减缓热失控过程中的电池升温速率甚至降低电池温度，有效改善热失控被诱发后电池缺乏冷却所致的温度快速升高并引发起火爆炸等问题，使电池具有类似于固有安全的高可靠性。[0036] 本发明提出的基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统，在热失控过程中具有显著的冷却能力，主要通过半导体热电转换与环路热管两种方式共同冷却电池。此外，电池温度上升将提高半导体热电转换模块输出特性，从而本发明的电池冷却能力将随其温度增加而增强，形成电池温度的负反馈调控特性，对电池热失控实现有效抑制。附图说明[0037] 图1为本发明基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统结构示意图。具体实施方式[0038] 下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。[0039] 实施例[0040] 如图1所示。本发明公开了一种基于半导体热电转换的电池热失控抑制系统，包括：[0041] 电池1、半导体热电转换模块2、液泵3、蒸发器4、截止阀5、冷凝器6、储液罐7和散热器8；[0042] 蒸发器4置于电池1内部；[0043] 电池1、半导体热电转换模块2和散热器8依次紧密贴合；[0044] 半导体热电转换模块2与液泵3电连接；[0045] 液泵3的出口，由管路连接蒸发器4的底部入口；蒸发器4的顶部出口，由管路依次连接截止阀5、冷凝器6、储液罐7、液泵3的入口。[0046] 该电池热失控抑制系统，还包括温度传感器9和控制器10；[0047] 温度传感器9安装在电池1侧面；[0048] 控制器10分别信号连接温度传感器9、液泵3和截止阀5。[0049] 蒸发器4为直接膨胀式蒸发器。[0050] 散热器8为风冷式换热器。[0051] 冷凝器6为风冷式换热器。[0052] 截止阀5为电磁截止阀。[0053] 电池1是指由多个电池单体串联和/或并联而成的电池组。[0054] 本发明电池热失控抑制系统的控制过程中，借鉴固有安全的理念，通过半导体热电转换模块，将热失控被诱发后电池内部化学反应产生的热量转变为动力，驱动液泵在电池与冷凝器之间以环路热管的方式冷却电池，实现不借助于其它额外动力设备而仅由电池自身物理特性抑制热失控的目的。[0055] 实现过程如下：[0056] 一.半导体热电转换运行步骤[0057] 控制器10不断获取温度传感器9的温度数值；[0058] 当温度传感器9探测到电池1出现异常高温，约为90～120℃时，控制器10发出信号，使电池1驱动截止阀5开启；[0059] 此时电池1的一部分热量传递给半导体热电转换模块2，并对电池1冷却；[0060] 半导体热电转换模块2将来自电池1的一部分热量转化为电能，以驱动液泵3，剩余热量则通过散热器8传递至环境；[0061] 当电池1电压衰减至零时，截止阀5通过半导体热电转换模块2供电，以维持截止阀5开启；[0062] 二.环路热管冷却运行步骤[0063] 当液泵3被半导体热电转换模块2启动后，其将储液罐7中液态冷却剂驱动至蒸发器4，液态冷却剂以约3～10℃换热端差在蒸发器4内吸热蒸发并对电池1实现冷却，蒸发器4内的气态冷却剂在压力差驱动下进入冷凝器6并被冷凝为约比蒸发温度低2～10℃的液态冷却剂，从而完成环路热管冷却循环。[0064] 因为上述环路热管冷却能力，主要与液泵3输出特性正相关，而液泵3输出特性则与电池1温度正相关，所以半导体热电转换运行步骤与环路热管冷却运行步骤，共同构成了对热失控过程中的电池温度的负反馈抑制调控。即电池1温度升高，半导体热电运行步骤所输出的电能增加并增强液泵3的输出特性，从而提高环路热管冷却运行步骤的冷却能力，对电池1形成更显著的降温与抑制温度升高作用。[0065] 如上所述，便可较好地实现本发明。[0066] 本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：广东

专利申请日期：2021-11-23

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114243129B