一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，使用液体制冷剂对故障锂离子电池进行喷淋制冷和灭火，当电池单体达到一定温度时，即开启喷淋装置，以液体制冷剂的汽化潜热量计，液体制冷剂的汽化潜热量为电池单体热失控放热量的0.1～10倍，喷淋方式为连续喷淋或间断喷淋；还公开了其装置，电池组外壳内设有储存罐，储存罐内装有液体制冷剂，储存罐上通过总控阀连接有管道，管道上设置有排列在锂离子电池组上方的若干喷嘴，电池组外壳上设置有一个或多个泄压阀；与现有技术相比，本发明专利技术有效地克服了现有技术锂离子电池安保方式功能单一、稳定安全可靠性的不足，以及效能低下的问题。

Method and device for inhibiting and preventing thermal runaway of lithium ion battery

The invention discloses a method for inhibiting and preventing lithium ion battery thermal runaway method, using liquid refrigerant on the fault of lithium ion battery spray cooling and fire, when the battery reaches a certain temperature, the spray device is opened, the amount of latent heat of vaporization of liquid refrigerant, the latent heat of vaporization of liquid refrigerant for single battery the thermal runaway heat release 0.1 to 10 times, as a continuous or intermittent spray spray spray; apparatus is also disclosed, the battery case is arranged in the storage tank, storage tank filled with liquid refrigerant, storage tank through the control valve is connected with the pipeline, the pipeline is provided with a plurality of nozzles arranged in the lithium ion battery group. The battery case is arranged on one or more of the pressure relief valve; compared with the prior art, the invention overcomes the existing technical security function of a single lithium ion battery, Lack of stability, safety, reliability, and inefficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置
本专利技术涉及锂离子电池组系统，尤其是一种能够保证锂离子电池安全的电池组系统，用于预防和阻止电池组热失控及热失控引起的燃烧。
技术介绍
锂离子电池由于具有电压高、能量密度大、循环寿命长以及良好的高、低温放电性能等优点，其应用范围越来越广泛。但锂离子电池在应用中潜在的安全问题已经成为制约其发展的一个瓶颈，尤其用于动力系统的锂离子电池组，由于含有更多的单体电池，其安全问题也更加突出。通常研究者试图从改进电池材料、完善单体和模块结构、提高电池外围电路可靠性这三个方面来解决锂离子电池安全性问题，但到目前为止效果并不理想，锂离子电池的安全事故仍然不断发生。因此，急需一种新的思路来提高锂离子电池的安全性。目前，人们开始尝试通过电池外部的相关安保措施来阻止锂离子电池的热失控。CN104882639A公开了一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置，通过使用液态惰性气体按照一定的喷淋量、喷淋方式和喷淋时间来对故障锂离子电池组进行灭火和制冷。但喷淋温度设置在60℃～140℃，在电池组温度偏高时就采取强制制冷措施，这属于过度保护，会给电池组造成不可逆转的损失。同时部分种类的液态惰性气体由于成本及存储条件等因素的限制，完全不具有实用性。US6,599,656B2公开了一种阻止锂离子电池热失控的方法，通过在锂离子电池组中增加装载有二氧化碳或者氮气与氩气的混合物的罐体，在探测到异常情况时，使这些高压惰性气体喷射到电池周围，驱逐可燃气体和氧气，从而达到阻燃的目的。但电池燃烧只加剧而不能决定热失控进程，因而，通过喷射高压惰性气体并不能完全阻断热失控在电池组内的传播。US2013/0312947A1和US2013/0316198A1公开了一种冷却液喷射灭火的锂离子电池组设计。正常使用时，制冷剂以高压液态的形式储存在罐中，当BMS检测到出现热失控等紧急情况时，高压制冷剂（R-123）从预设管道喷出，扑灭火焰、在热失控电池表面汽化，吸收大量热量，并稀释可燃电解液，从而阻断热失控传播，保护整个电池组安全。R-123常作为空调、冰箱等电器的制冷剂，但灭火效能并不理想，而且，R-123是一种温室气体，同时也会对臭氧层产生破坏，因此一些国家已开始限制使用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种抑制和阻止锂离子电池热失控的方法，通过液体制冷剂对故障锂离子电池制冷和灭火。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，使用液体制冷剂对故障锂离子电池进行喷淋制冷和灭火，所述的液体制冷剂选自液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种或多种，步骤包括：A、选取喷淋时机：当电池单体达到一定温度时，即开启喷淋装置；B、确定喷淋气体的喷淋量：以液体制冷剂的汽化潜热量计，液体制冷剂的汽化潜热量为电池单体热失控放热量的0.1～10倍；C、确定喷淋方式：连续喷淋或间断喷淋。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其A步骤中，电池单体温度超过140℃时开启喷淋装置。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其液体制冷剂喷淋量以升计，由下式确定：h＝0.1～10Q/R式中h为液体制冷剂喷淋量，Q为电池单体热失控放热量，R为每升液体制冷剂汽化潜热量。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其电池单体热失控放热量Q和每升液体制冷剂汽化潜热量r由下式确定：Q＝m1q1+m2q2+…+mnqn式中q为组成锂离子电池的可燃材料的热值，m为组成锂离子电池的可燃材料的质量。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其电池单体的活性物质正极为三元材料，或磷酸铁锂，或锰酸锂。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其电池单体容量小于等于500AH。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其电池单体形状为柱形。优选为圆柱形，或方柱形，或多棱柱形。本专利技术的目的之二是提供一种抑制和阻止锂离子电池热失控的装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抑制和阻止锂离子电池热失控装置，包括电池组外壳和设置在电池组外壳内的锂离子电池组，所述的锂离子电池组由若干锂电模块单元并排组成，还包括设置在电池组外壳内的储存罐，储存罐内装有液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种或多种物质，所述的储存罐上通过总控阀连接有管道，所述的管道上设置有若干喷嘴，所述的喷嘴均匀排列在锂离子电池组上方，所述的电池组外壳上设置有一个或多个泄压阀，所述的储存罐内安装有蒸发器，所述的电池组外壳内还设有与总控阀连接的分控阀，所述的锂电模块单元上安装有连接分控阀的检测器。所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控装置，其检测器为温度传感器和/或烟雾传感器和/或电压传感器和/或气体探测器和/或火焰探测器。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术通过液氮/液氩/液态二氧化碳对故障锂离子电池制冷和灭火双重作用，有效地克服了现有技术锂离子电池安保方式功能单一、稳定安全可靠性的不足，以及效能低下的问题；同时，液氮/液氩/液态二氧化碳汽化产物都是无毒、环保的洁净气体，对电池设备没有造成二次伤害。附图说明图1为实施本专利技术的高安全性锂离子电池组的示意图。各附图标记为：1—锂离子电池组；11—锂电模块单元；21—储存罐；22—总控阀；23—管道；24—喷嘴；31—电池组外壳；32—泄压阀，4—分控阀。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1是本专利技术抑制和阻止锂离子电池热失控方法基本实施例。所述方法是使用液氮对故障锂离子电池进行喷淋制冷和灭火，步骤包括：A、选取喷淋时机：当电池单体达到一定温度时，即开启喷淋装置；B、确定喷淋气体的喷淋量：以液氮的汽化潜热量计，液氮的汽化潜热量为电池单体热失控放热量的0.1～10倍；C、确定喷淋方式：喷淋方式为连续喷淋或间断喷淋，按电池单体的数量来选取。所述步骤，是以A、喷淋时机，B、喷淋量，C、喷淋方式顺序实施，或并行实施，或相反的顺序实施。本专利技术的原理和效果是：1、抑制电池热失控的发生：当锂离子电池温度异常或者说快要发生“热失控”等紧急情况的时，（电池温度超过140℃），液体制冷剂从预设管道喷出后，在故障电池表面汽化，吸收大量热量，使电池温度降低，抑制电池内部的放热副反应，从而达到抑制电池热失控的发生；2、阻断热失控在锂离子电池组中的传播：当锂离子电池组的一个单体已发生热失控，或者热失控已无法阻止时，通过喷淋液体制冷剂来扑灭火焰，并且，液氮在电池表面汽化的时候，在故障电池周围形成低温“云雾”，能隔绝故障电池热失控时所产生的热冲击和危险喷射物质；同时，扩大液氮喷淋范围，对周围正常电池进行预冷却，将电池温度降到0℃以下，从而有效的阻断热失控在锂离子电池组中的传播。实施例2是实施例1进一步的实施例。所述的液体制冷剂为液氮、液氩和液态二氧化碳它们中的一种，或二种，或三种组合。所述的A步骤中，电池单体温度达到140℃时开启喷淋装置。所述的液氮喷淋量以升计，由下式确定：h＝0.1～10Q/R式中：h为液氮喷淋量；Q为电池单体热失控放热量；R为每升液氮汽化潜热量，为公知数据。所述的电池单体热失控放热量Q由下式确定：Q＝m1q1+m2q2+…+mnqn式中：q为组成锂离子电池的可燃材料的热值；m为组成锂离子电池的可燃材料的质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其特征在于，使用液体制冷剂对故障锂离子电池进行喷淋制冷和灭火，所述的液体制冷剂选自液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种或多种，步骤包括：A、选取喷淋时机当电池单体达到一定温度时，即开启喷淋装置；B、确定喷淋气体的喷淋量以液体制冷剂的汽化潜热量计，液体制冷剂的汽化潜热量为电池单体热失控放热量的0.1～10倍；C、确定喷淋方式连续喷淋或间断喷淋。

【技术特征摘要】
1.一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其特征在于，使用液体制冷剂对故障锂离子电池进行喷淋制冷和灭火，所述的液体制冷剂选自液氮、液氩和液态二氧化碳中的一种或多种，步骤包括：A、选取喷淋时机当电池单体达到一定温度时，即开启喷淋装置；B、确定喷淋气体的喷淋量以液体制冷剂的汽化潜热量计，液体制冷剂的汽化潜热量为电池单体热失控放热量的0.1～10倍；C、确定喷淋方式连续喷淋或间断喷淋。2.根据权利要求1所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其特征在于，所述的A步骤中，电池单体温度超过140℃时开启喷淋装置。3.根据权利要求1所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其特征在于，所述的液体制冷剂喷淋量以升计，由下式确定：h＝0.1～10Q/R式中h为液体制冷剂喷淋量，Q为电池单体热失控放热量，R为每升液体制冷剂汽化潜热量。4.根据权利要求3所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其特征在于，所述的电池单体热失控放热量Q和每升液体制冷剂汽化潜热量r由下式确定：Q＝m1q1+m2q2+…+mnqn式中q为组成锂离子电池的可燃材料的热值，m为组成锂离子电池的可燃材料的质量。5.根据权利要求1所述的一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其特征在于，所述的电池单体的活性物质正极为三元材料，或磷酸铁锂，或锰酸锂。6.根据权利要求1所述的一种抑制和阻止锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆聪，李文斌，郭向峰，胡棋威，裴波，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42