【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于启动电池中的热失控的装置和方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年1月19日提交的美国临时专利申请号为62/448,134的专利申请和2017年9月8日提交的美国临时专利申请号为62/556,006的专利申请的优先权,其通过引用结合于此。
本公开涉及电池技术,并且更具体地涉及电池测试和安全性。
技术介绍
随着市场的普及,电池组的安全性研究正在加强。这包括用于电动车辆(EV)的电池组。许多储能系统使用数百个锂离子电池单元。在滥用情况期间或由于缺陷,放热反应导致温度快速且不受控制地升高,导致能量泄漏和/或火灾。在临界温度以上,放热反应超过散发到环境中的热量,并且温度开始快速且不受控制地升高。氧气从活性物质中释放出来,有毒和易燃有机蒸气释放,有时是剧烈的。这个过程被称为热失控。临界温度根据电池而变化,并且可取决于电池单元的尺寸、形状、化学性质等。可以启动电池单元故障的状况包括电池单元的缺陷,例如电池单元内的内部短路。另一种状况是车辆系统故障,例如电池的过度充电。另一种状况是施加外力,例如电池单元的穿透或外部热量。由于在某些应用中相邻电池单元非常接近,如果一个电池进入热失控状态,会导致故障的连锁反应,从而在整个电池单元阵列中级联。多个电池单元失控往往是极端事件,其可以包括能量碰撞、相邻火灾和/或严重过度充电。单个电池单元失控事件往往更加难以察觉,例如电池单元内部短路、制造缺陷、电池单元老化,并且应该期望通过适当设计电池组来减轻这种情况。已经有多种方法来启动热失控,例如用于测试和/或研究目的。这些方法包括例如利用钉子、螺钉、钝物或其他物体穿透或刺穿电池单元,或 ...
【技术保护点】
1.一种用于启动电池单元中的热失控的装置,所述装置包括:电阻加热元件,所述电阻加热元件定位为与所述电池单元热接触,以将热量传递到所述电池单元的区域;电连接到所述电阻加热元件的能量源;以及开关,所述开关用于可选地形成电路,以发送电流脉冲通过所述电阻加热元件,从而在所述电阻加热元件处产生功率脉冲,以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.19 US 62/448,134;2017.09.08 US 62/556,0061.一种用于启动电池单元中的热失控的装置,所述装置包括:电阻加热元件,所述电阻加热元件定位为与所述电池单元热接触,以将热量传递到所述电池单元的区域;电连接到所述电阻加热元件的能量源;以及开关,所述开关用于可选地形成电路,以发送电流脉冲通过所述电阻加热元件,从而在所述电阻加热元件处产生功率脉冲,以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控。2.根据权利要求1所述的装置,其中所述电流脉冲以指数衰减。3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置,其中由所述功率脉冲在所述电阻加热元件处产生的峰值热通量密度至少为800,000瓦/平方米(W/m2),其中以瓦为单位的功率是所述电阻加热元件处的加热功率,并且以平方米为单位的面积是所述电阻加热元件的足迹表面积。4.根据权利要求3所述的装置,其中所述电阻加热元件处的所述峰值热通量密度至少为2,000,000W/m2。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置,其中所述电阻加热元件的足迹表面积不大于所述电池单元的壳体的总外表面积的20%。6.根据权利要求5所述的装置,其中所述电阻加热元件的所述足迹表面积不大于所述电池单元的所述壳体的总外表面积的5%。7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置,其中所述能量源中存储的能量的至少95%在所述开关形成电路之后的不超过60秒内施加。8.根据权利要求7所述的装置,其中所述能量源中存储的所述能量的至少95%在所述开关形成所述电路之后的不超过30秒内施加。9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置,其中所述能量源包括至少一个电容器。10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置,其中所述能量源包括连续直流电源。11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置,其中在所述能量源放电期间在所述电阻加热元件处的以千瓦(kW)为单位的峰值加热功率与所述电池单元的以kW为单位的标准1CC-倍率恒定电流放电循环功率之比至少为50比1,其中所述C-倍率是电池的放电速率相对于其最大容量的量度。12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置,其中在所述能量源放电期间由所述电阻加热元件消耗的以千焦耳(kJ)为单位的热能与所述电池单元的储能容量(kJ)之比小于0.10。13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置,其中所述能量源的放电使所述电池单元的表面加热到至少150摄氏度。14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置,还包括在所述电阻加热元件外部的电绝缘屏障涂层,所述电绝缘屏障涂层用于使所述电阻加热元件电绝缘。15.根据权利要求14所述的装置,还包括在陶瓷涂层外部的导热金属基涂层。16.根据权利要求15所述的装置,还包括在所述金属基涂层外部的导热传热膏状物。17.根据权利要求1-16中任一项所述的装置,其中所述电阻加热元件具有平面状的形状。18.根据权利要求17所述的装置,其中所述电阻加热元件是柔性的以允许对应于所述电池单元的外表面改变所述电阻加热元件的所述形状。19.根据权利要求1-18中任一项所述的装置,其中所述电阻加热元件的厚度不大于5毫米。20.根据权利要求1-19中任一项所述的装置,其中所述电阻加热元件的厚度不大于2毫米。21.根据权利要求1-20中任一项所述的装置,其中所述电阻加热元件包括镍铬合金。22.根据权利要求1-20中任一项所述的装置,其中所述电阻加热元件包括铁-铬-铝(FeCrAl)合金。23.根据权利要求1-22中任一项所述的装置,配置为发送单个电流脉冲通过所述电阻加热元件。24.一种用于启动电池单元中的热失控的方法,所述方法包括:提供与所述电池单元热接触的电阻加热元件,所述电阻加热元件用于将热量传递到所述电池单元的区域;提供电连接到所述电阻加热元件的能量源;以及可选地形成电路以发送电流脉冲通过所述电阻加热元件,从而在所述电阻加热元件处产生功率脉冲,以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控。25.根据权利要求24所述的方法,其中所述电流脉冲以指数衰减。26.根据权利要求24-25中任一项所述的方法,其中所述功率脉冲在所述电阻加热元件处产生的峰值热通量密度至少为800,000瓦/平方米(W/m2),其中以瓦为单位的功率是所述电阻加热元件处的加热功率,并且以平方米为单位的面积是所述电阻加热元件的足迹表面积。27.根据权利要求26所述的方法,其中所述电阻加热元件处的所述峰值热通量密度至少为2,000,000W/m2。28.根据权利要求24-27中任一项所述的方法,其中所设置的所述电阻加热元件的足迹表面积不大于所述电池单元的壳体的总外表面积的20%。29.根据权利要求28所述的方法,其中所述足迹表面积不大于所述电池单元的所述壳体的所述总外表面积的5%。30.根据权利要求24-29中任一项所述的方法,其中在开关形成所述电路之后的不超过60秒内施加所述能量源中存储的能量的至少95%。31.根据权利要求30所述的方法,其中在所述开关形成所述电路之后的不超过30秒内施加所述能量源中存储的所述能量的至少95%。32.根据权利要求24-31中任一项所述的方法,其中所提供的能量源包括至少一个电容器。33.根据权利要求24-32中任一项所述的方法,其中在所述能量源放电期间在所述电阻加热元件处的以千瓦(kW)为单位的峰值加热功率与所述电池单元的以kW为单位的标准1CC-倍率恒定电流放电循环功率之比至少为50比1,其中所述C-倍率是电池的放电速率相对于其最大容量的量度。34.根据权利要求24-33中任一项所述的方法,其中在所述能量源放电期间由所述电阻加热元件消耗的以千焦耳(kJ)为单位的热能与所述电池单元的储能容量(kJ)之比小于0.10。35.根据权利要求24-34中任一项所述的方法,其中所述能量源...
【专利技术属性】
技术研发人员:史蒂文·雷科思凯,迪安·麦克尼尔,朱里奥·特隆恩,奥鲁申·科德拉,乔尔·佩龙,
申请(专利权)人:加拿大国家研究委员会,
类型:发明
国别省市:加拿大,CA
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