本发明涉及电池热管理技术领域，具体涉及一种阻止电池包热蔓延的冷却系统及方法。
背景技术：
热失控指的是放热连锁反应引起的电池包自温升速率急剧变化的过热、起火、爆炸现象。在电池包进入热失控状态后，为了给予乘客一定的逃生时间，技术人员会对电池设计安全防护措施，常见的防护措施如下：
1、进行电芯间与模组间的隔热，即在电池包内部使用隔热材料，阻止电池包内部热蔓延的时间。
2、使用灭火剂进行喷淋，即在bms(电池管理系统)发出热失控报警时，对电池包中发生热失控的位置进行集中式降温灭火。
3、设计导热排烟管道，即在现有电池包上增加热失控时的排烟导热管路，旨在尽快导出热量与热失控产生的烟，缓解进一步的热蔓延及由于电池包压力过大而造成的爆炸。
上述防护措施的缺点如下：
1、进行电芯间与模组间隔热的技术方案，通常使用的隔热材料为气凝胶等，此方案仅限于在热失控发生后对发生异常热量的位置进行隔离，起到给予乘客逃生时间的作用，然而无论何种隔热材料，对热量的隔离是有限度的，该方案不涉及导热，当热失控较为严重，例如突然在电池包多个位置分别产生较多热量时，大概率无法阻止电池包大面积热失控。
2、使用灭火剂进行喷淋的技术方案，在乘用车上尚无成熟案例。此外，该方案涉及对电池包热失控处直接引入外物进行接触的动作，一旦误喷，将影响后续车辆正常使用，一旦漏喷造成热失控蔓延，则无法起到给予乘客充足逃生时间的作用。
3、设计导热管道的技术方案，对电池包的设计空间有很高的要求，且成本极高。此外，部分热失控情形中，电池包或电芯参数可能已经异常，但还未产生烟雾与较多热量，此时导热排烟管道的存在并不能很好地起到导热作用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种阻止电池包热蔓延的冷却系统及方法。
本发明提供一种阻止电池包热蔓延的冷却系统，包括：
检测模块，用于采集热失控判定参数；
判断模块，用于根据热失控判定参数，判断电池包是否处于热失控状态，并在电池包处于热失控状态时，发出进入慢冷模式的信号；
冷却模块，用于根据进入慢冷模式的信号执行冷却操作，所述冷却操作通过填充于电池包或电芯外侧冷却管中的载冷剂降低电池包或电芯的温度。
可选地，所述检测模块包括：
温度检测单元，用于检测电池包或电芯的温度；
电压检测单元，用于检测电池包或电芯的电压；
所述判断模块在电池包或电芯的温度大于第一温度阈值，且温升速率不小于设定的速率阈值并持续升温超过第一时长阈值时，判断电池包处于热失控状态；和/或
所述判断模块在电池包或电芯的电压产生电压降，且下降值占初始电压的百分比超过设定的百分比阈值，且温升速率不小于速率阈值并持续升温超过第一时长阈值时，判断电池包处于热失控状态；和/或
所述判断模块在电芯单体与电池包温度相差不小于温差阈值时，判断电池包处于热失控状态。
可选地，在所述判断模块发出进入慢冷模式的信号后，
若电池包或电芯的温度不大于第一温度阈值，且温升速率小于速率阈值并不再持续升温时，所述判断模块发出退出慢冷模式的信号；和/或
若电池包或电芯的电压停止下降且停止下降的时间不小于第二时长阈值时，所述判断模块发出退出慢冷模式的信号；和/或
若电芯单体与电池包温度相差小于温差阈值时，所述判断模块发出退出慢冷模式的信号。
可选地，所述冷却模块还包括：
载冷剂进口温度检测单元，用于检测载冷剂与电池包接触前的温度；
载冷剂出口温度检测单元，用于检测载冷剂与电池包接触后的温度；
载冷剂流速控制单元，用于控制冷却管中载冷剂的流速；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第一温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂以第一流速流动；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第二温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂以第二流速流动；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第三温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂流速以第三流速流动。
可选地，所述第二流速取值为所述第一流速取值的至少130％，所述第三流速取值为所述第二流速取值的至少160％。
可选地，还包括广播模块，用于接收控制模块发出的进入慢冷模式的信号，向车内或车内外广播预设语音内容。
本发明还提供一种阻止电池包热蔓延的冷却方法，包括：
判断电池包是否进入热失控状态；
在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作。
可选地，判断电池包是否进入热失控状态的步骤包括：
满足以下条件任一项时，判断电池包进入热失控状态：
电池包或电芯的温度大于第一温度阈值，且温升速率不小于设定的速率阈值并持续升温超过第一时长阈值；或
电池包或电芯的电压产生电压降，且下降值占初始电压的百分比超过设定的百分比阈值，且温升速率不小于速率阈值并持续升温超过第一时长阈值；或
电芯单体与电池包温度相差不小于温差阈值。
可选地，在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作的步骤后，还包括：
直至给冷却模块供能的供能模块耗电完全前，不退出慢冷模式。
可选地，在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作的步骤后，还包括：
在满足以下条件中任一项时，退出慢冷模式：
电池包或电芯的温度不大于第一温度阈值，且温升速率小于速率阈值并不再持续升温；和/或
电池包或电芯的电压停止下降且停止下降的时间不小于第二时长阈值；和/或
电芯单体与电池包温度相差小于温差阈值。
综上所述，本发明带来的有益效果是：通过明确进入和退出慢冷模式的策略，使得热失控发生时可有效地对电池包进行导热处理，延缓大面积热失控的进一步发生，增加乘客的逃生时间，在发生误判时不会对电池包造成损伤。此外，本发明对应设备的空间要求低，涉及设备结构简单且便于维护，能大幅度降低热失控保护方案需投入的成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的冷却系统的系统架构示意图。
图2为本发明一实施例提供的慢冷模式的作用原理图。
附图标记说明
1-电池包，2-散热器，3-水泵，4-膨胀壶。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提供一种阻止电池包热蔓延的冷却系统，用于减缓热失控状态的电池包发生热蔓延的速度，为乘客提供充足的逃生时间。如图1所示，该冷却系统包括检测模块、判断模块和冷却模块。
在本发明中，检测模块的作用是采集热失控判定参数。在本实施例中，热失控判定参数包括电池包或电芯的温度以及电池包或电芯的电压，对应的检测模块包括温度检测单元和电压检测单元，温度检测单元用于检测电池包或电芯的温度，电压检测单元用于检测电池包或电芯的电压。具体地，本实施例中的检测模块包括bms从板。
需要特别说明的是，上述所提之电芯，指的是组成电池包的电芯单体，电芯是一个电池系统的最小单元，多个电芯组合可以得到一个模组，多个模组组合可以得到电池包。当描述一个电池包处于热失控状态时，既可能是指电池包中的单个或多个电芯处于热失控状态，也可能是指电池包中的某个或多个模组处于热失控状态，还可能是指整个电池包中所有模组均处于热失控状态。若热失控开始只发生于单个电芯，则单个电芯的热失控很大几率会蔓延至相邻电芯，逐渐发展至电芯模组，最后造成整个电池包的热失控。
在本发明中，判断模块的作用是，根据热失控判定参数，判断电池包是否处于热失控状态，并根据电池包是否处于热失控状态，发出进入或退出慢冷模式的信号。在本实施例中，判断模块包括bms主板和整车控制器，bms主板用于接收bms从板检测到的热失控判定参数，并根据热失控判定参数判断电池包是否处于热失控状态，将是否处于热失控状态的判断结果传递给整车控制器，整车控制器根据判断结果，决定是否发出进入或退出慢冷模式的信号。具体地，整车控制器在热失控时发出进入慢冷模式的信号，在热失控得到控制时发出退出慢冷模式的信号。另外，在本发明中，判断电池包是否处于热失控状态的逻辑如下：
若电池包或电芯的温度大于第一温度阈值(例如80℃)，且温升速率不小于设定的速率阈值(例如1℃/s)并持续升温超过第一时长阈值(例如3s)，判断电池包处于热失控状态；
和/或电池包或电芯的电压产生电压降，且下降值占初始电压的百分比超过设定的百分比阈值(例如25％)，且温升速率不小于设定的速率阈值并持续升温超过第一时长阈值时，判断电池包处于热失控状态；
和/或电芯单体与电池包温度相差不小于温差阈值(例如5℃)时，判断电池包处于热失控状态。
承上述，在判断模块发出进入慢冷模式的信号后，若热失控判定参数满足以下条件中任一项，则判断模块发出退出慢冷模式的信号：
判断模块在电池包或电芯的温度不大于第一温度阈值，且温升速率小于速率阈值并不再持续升温时，发出退出慢冷模式的信号；
和/或判断模块在电池包或电芯的电压停止下降且停止下降的时间不小于第二时长阈值(例如10s)时，发出退出慢冷模式的信号；
和/或判断模块在电芯单体与电池包温度相差小于温差阈值时，发出退出慢冷模式的信号；
当判断模块发出退出慢冷模式的信号后，冷却模块根据接收的信号退出慢冷模式，停止对电池包的冷却操作。
需要特别说明的是，由于热失控的冷却控制关乎乘客生命安全，因此在上述系统中，也可以不设置慢冷模式的自动退出条件，避免在极端情况下无法阻止电池包热蔓延。例如，在受到撞击的情况下，电池包首次进入热失控状态，此热失控状态在冷却系统作用下得到管控，判断模块根据热失控判定参数发出退出慢冷模式的信号，随即判断模块被损坏，此时电池包再次进入热失控状态，判断模块无法再次发出进入慢冷模式的信号。
在本发明中，冷却模块的作用是，用于接收进入或退出慢冷模式的信号，并根据进入或退出慢冷模式的信号执行或停止冷却操作。冷却模块包括主控制器和慢冷子模块。
主控制器用于接收进入或退出冷却模式的信号，当主控制器接收到进入冷却模式的信号时，将控制冷却模块的子模块或单元(如慢冷子模块，下述载冷剂进口温度检测单元和载冷剂出口温度检测单元)开始运行，对电池包执行对应的检测或冷却操作。需要特别说明的是，上述冷却操作通过载冷剂降低电池包或电芯的温度，且载冷剂不直接与电池包接触。在本发明中，慢冷子模块用于控制载冷剂进行冷却操作，慢冷子模块包括载冷剂流速控制单元，用于控制载冷剂的流速。
在本发明中，慢冷子模块通过控制如图2中的设备以执行冷却操作。如图2，慢冷模式需要使用的设备包括：散热器2、水泵3、膨胀水箱4和若干冷却管。电池包1周侧环绕有若干冷却管(图未示)，冷却管内填充有液态载冷剂，冷却管从电池包1出发通往散热器2，在散热器2出口处分为两条支路，一条支路通往水泵3入口，另一条支路通往膨胀水箱4入口；在水泵3的出口处，冷却管通往电池包1，在膨胀水箱4的出口处，冷却管通往连通散热器2出口和水泵3入口的冷却管。
如此，电池包1、散热器2、水泵3和膨胀水箱4通过若干冷却管连接形成冷却回路。进入慢冷模式后，慢冷子模块的载冷剂流速控制单元控制水泵3运转，载冷剂受水泵3驱动，在冷却管中流动并经过电池包1，通过间接换热的方式带走电池包1散发的热量后进入散热器2，在散热器2中，载冷剂的热量得到一定程度的散发，载冷剂离开散热器2后，部分流向水泵3，并被水泵3送回电池包1，部分流入膨胀水箱4，随后流出膨胀水箱4，流向水泵3，如此反复。
在本发明中，膨胀水箱4的作用是对吸收了过多热量导致膨胀的载冷剂进行储存和消泡处理。在反复吸热放热的过程中，当自身温度高达一定值时，载冷剂的体积会膨胀，部分载冷剂进入膨胀水箱4中后，于膨胀水箱4中释放出由于高温生成的气泡，再被重新送入水泵3。电池包1、散热器2、水泵3和膨胀水箱4组成的冷却回路是燃油汽车发动机冷却系统经常使用的，其详细设置在此不再赘述。
此外，冷却模块还包括：
载冷剂进口温度检测单元，用于检测载冷剂与电池包接触前的温度；
载冷剂出口温度检测单元，用于检测载冷剂与电池包接触后的温度；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第一温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂流速为第一流速；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第二温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂流速为第二流速；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第三温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂流速为第三流速。
上述第一温度为50℃，上述第二温度为60℃，上述第三温度为80℃，上述第二流速取值为第一流速取值的至少130％，上述第三流速取值为上述第二流速取值的至少160％。本实施例中，第一流速取6l/min，第二流速取8l/min，第三流速取10l/min。
需要说明的是，上述温度检测单元进行温度检测的手段可以是一点取多次数据，也可以是多点取一次数据。如上所述，因为载冷剂是在流动过程中被测温的，所得数据存在一定的误差，所以需要测多组数据，取最高值，才能确保冷却模块的冷却效率。在本实施例中，进行温度检测的手段是一点取多次数据，测温位置和测温频率的具体设置是本领域技术人员可根据需要灵活设计的，在此不做赘述。
进一步地，上述冷却系统中还可设置显示模块，用于接收判断模块发出的进入慢冷模式的信号，并在接收到进入慢冷模式的信号后进行显示。显示模块的显示内容包括车辆已进入慢冷模式的告知文字，且该显示内容不可被取消显示，显示内容还包括表示安全时间的第三时长阈值，且第三时长阈值显示后即刻开始倒计时。第三时长阈值为供乘客逃生的安全时间，具体不小于5min。
进一步地，当所述显示模块接收到所述判断模块发出的退出慢冷模式的信号时，所述倒计时停止。
进一步地，上述冷却系统中还可设置广播模块，用于接收判断模块发出的进入慢冷模式的信号，向车内或车内外广播预设语音内容。语音内容包括车辆已进入慢冷模式的信息。
此外，本发明还提供一种阻止电池包热蔓延的冷却方法，包括：
判断电池包是否进入热失控状态；
在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作。
进一步地，判断电池包是否进入热失控状态的步骤包括：
满足以下条件任一项时，判断电池包进入热失控状态：
电池包或电芯的温度大于第一温度阈值，且温升速率不小于设定的速率阈值并持续升温超过第一时长阈值；或
电池包或电芯的电压产生电压降，且下降值占初始电压的百分比超过设定的百分比阈值，且温升速率不小于速率阈值并持续升温超过第一时长阈值；或
电芯单体与电池包温度相差不小于温差阈值。
进一步地，在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作的步骤后，还包括：
直至给冷却模块供能的供能模块耗电完全前，不退出慢冷模式。
进一步地，在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作的步骤后，还包括：
在满足以下条件中任一项时，退出慢冷模式：
电池包或电芯的温度不大于第一温度阈值，且温升速率小于速率阈值并不再持续升温；和/或
电池包或电芯的电压停止下降且停止下降的时间不小于第二时长阈值；和/或
电芯单体与电池包温度相差小于温差阈值。
综上所述，本发明提供了一种阻止电池包热蔓延的冷却系统和方法，通过明确进入和退出慢冷模式的策略，使用载冷剂带走热失控电池包的热量，且不直接接触电池包，使得热失控发生时可有效地对电池包进行导热处理，延缓大面积热失控的进一步发生，增加乘客的逃生时间，发生误判时不会对电池包造成损伤。此外，本发明对应设备的空间要求低，涉及设备结构简单且便于维护，能大幅度降低热失控保护方案需投入的成本。
以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。
1.一种阻止电池包热蔓延的冷却系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于采集热失控判定参数；
判断模块，用于根据热失控判定参数，判断电池包是否处于热失控状态，并在电池包处于热失控状态时，发出进入慢冷模式的信号；
冷却模块，用于根据进入慢冷模式的信号执行冷却操作，所述冷却操作通过填充于电池包或电芯外侧冷却管中的载冷剂降低电池包或电芯的温度。
2.如权利要求1所述的阻止电池包热蔓延的冷却系统，其特征在于，所述检测模块包括：
温度检测单元，用于检测电池包或电芯的温度；
电压检测单元，用于检测电池包或电芯的电压；
所述判断模块在电池包或电芯的温度大于第一温度阈值，且温升速率不小于设定的速率阈值并持续升温超过第一时长阈值时，判断电池包处于热失控状态；和/或
所述判断模块在电池包或电芯的电压产生电压降，且下降值占初始电压的百分比超过设定的百分比阈值，且温升速率不小于速率阈值并持续升温超过第一时长阈值时，判断电池包处于热失控状态；和/或
所述判断模块在电芯单体与电池包温度相差不小于温差阈值时，判断电池包处于热失控状态。
3.如权利要求2所述的阻止电池包热蔓延的冷却系统，其特征在于，在所述判断模块发出进入慢冷模式的信号后，若电池包或电芯的温度不大于第一温度阈值，且温升速率小于速率阈值并不再持续升温时，所述判断模块发出退出慢冷模式的信号；和/或
若电池包或电芯的电压停止下降且停止下降的时间不小于第二时长阈值时，所述判断模块发出退出慢冷模式的信号；和/或
若电芯单体与电池包温度相差小于温差阈值时，所述判断模块发出退出慢冷模式的信号。
4.如权利要求1所述的阻止电池包热蔓延的冷却系统，其特征在于，所述冷却模块还包括：
载冷剂进口温度检测单元，用于检测载冷剂与电池包接触前的温度；
载冷剂出口温度检测单元，用于检测载冷剂与电池包接触后的温度；
载冷剂流速控制单元，用于控制冷却管中载冷剂的流速；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第一温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂以第一流速流动；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第二温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂以第二流速流动；
当载冷剂与电池包接触前或接触后的温度大于第三温度时，载冷剂流速控制单元控制载冷剂流速以第三流速流动。
5.如权利要求4所述的阻止电池包热蔓延的慢冷保护系统，其特征在于，所述第二流速取值为所述第一流速取值的至少130％，所述第三流速取值为所述第二流速取值的至少160％。
6.如权利要求1所述的阻止电池包热蔓延的冷却系统，其特征在于，还包括广播模块，用于接收控制模块发出的进入慢冷模式的信号，向车内或车内外广播预设语音内容。
7.一种阻止电池包热蔓延的冷却方法，其特征在于，包括：
判断电池包是否进入热失控状态；
在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作。
8.如权利要求7所述的阻止电池包热蔓延的冷却方法，其特征在于，判断电池包是否进入热失控状态的步骤包括：
满足以下条件任一项时，判断电池包进入热失控状态：
电池包或电芯的温度大于第一温度阈值，且温升速率不小于设定的速率阈值并持续升温超过第一时长阈值；或
电池包或电芯的电压产生电压降，且下降值占初始电压的百分比超过设定的百分比阈值，且温升速率不小于速率阈值并持续升温超过第一时长阈值；或
电芯单体与电池包温度相差不小于温差阈值。
9.如权利要求7所述的阻止电池包热蔓延的冷却方法，其特征在于，在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作的步骤后，还包括：
直至给冷却模块供能的供能模块耗电完全前，不退出慢冷模式。
10.如权利要求7所述的阻止电池包热蔓延的冷却方法，其特征在于，在电池包进入热失控状态时，进入慢冷模式，控制载冷剂通过间接换热对电池包执行冷却操作的步骤后，还包括：
在满足以下条件中任一项时，退出慢冷模式：
电池包或电芯的温度不大于第一温度阈值，且温升速率小于速率阈值并不再持续升温；和/或
电池包或电芯的电压停止下降且停止下降的时间不小于第二时长阈值；和/或
电芯单体与电池包温度相差小于温差阈值。
技术总结