抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法及裝置，是抑制鋰離子電池熱失控的發(fā)生和阻止鋰離子電池組熱失控的傳播的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池由于具有電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長以及良好的高、低溫放電性能等優(yōu)點，其應用范圍越來越廣泛。但鋰離子電池在應用中潛在的安全問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的一個瓶頸，尤其用于動力系統(tǒng)的鋰離子電池組，由于含有更多的單體電池，其安全問題也更加突出。
[0003]通常研宄者試圖從改進電池材料、完善單體和模塊結構、提高電池外圍電路可靠性，這三個方面來解決鋰離子電池安全性問題，但到目前為止效果并不理想，鋰離子電池的安全事故仍然不斷發(fā)生。因此，急需一種新的思路來提高鋰離子電池的安全性。
[0004]目前，人們開始嘗試通過電池外部的相關安保措施來阻止鋰離子電池的熱失控。
[0005]CN 102470261 A公開了一種制止或預防鋰離子電池燃燒的方法，通過使用鈣鹽的含水溶液和凝膠滅火劑來達到減少鋰離子電池燃燒的危險。但鈣鹽的含水溶液是可以導電的，其作用在電池上，無疑會增加電池短路的風險。
[0006]US 6, 599, 656 B2公開了一種阻止鋰離子電池熱失控的方法，通過在鋰離子電池組中增加裝載有二氧化碳或者氮氣與氬氣的混合物的罐體，在探測到異常情況時，使這些高壓惰性氣體噴射到電池周圍，驅逐可燃氣體和氧氣，從而達到阻燃的目的。但電池燃燒只加劇而不能決定熱失控進程，因而，通過噴射高壓惰性氣體并不能完全阻斷熱失控在電池組內(nèi)的傳播。
[0007]US 2013/0312947 Al和US 2013/0316198 Al公開了一種冷卻液噴射滅火的鋰離子電池組設計。正常使用時，制冷劑以高壓液態(tài)的形式儲存在罐中，當BMS檢測到出現(xiàn)熱失控等緊急情況時，高壓制冷劑(R-123)從預設管道噴出，撲滅火焰、在熱失控電池表面汽化，吸收大量熱量，并稀釋可燃電解液，從而阻斷熱失控傳播，保護整個電池組安全。R-123常作為空調、冰箱等電器的制冷劑，但滅火效能并不理想，而且，R-123是一種溫室氣體，同時也會對臭氧層產(chǎn)生破壞，因，此一些國家已開始限制使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法及裝置，是通過液態(tài)惰性氣體對故障鋰離子電池制冷和滅火雙重作用，安保方式功能齊全、穩(wěn)定、安全、可靠，效能高，液態(tài)惰性氣體汽化產(chǎn)物無毒、環(huán)保、潔凈、對電池設備沒有二次傷害。
[0009]本發(fā)明抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法的技術方案是:
一種抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，它是使用液態(tài)惰性氣體對故障鋰離子電池進行噴淋制冷和滅火，步驟包括: A、選取噴淋時機:當電池單體達到一定溫度時，即開啟噴淋裝置；
B、確定噴淋氣體的噴淋量:以液態(tài)惰性氣體的汽化潛熱量計，液態(tài)惰性氣體的汽化潛熱量為電池單體熱失控放熱量的0.1?10倍；
C、確定噴淋方式:噴淋方式為連續(xù)噴淋或間斷噴淋。
[0010]進一步的技術方案是:
所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，其液態(tài)惰性氣體為液氮、液氬和液態(tài)二氧化碳它們中的一種，或二種，或三種組合。
[0011]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，其A步驟中，電池單體溫度達到60 V?140 °C時開啟噴淋裝置。
[0012]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控的方法，其液態(tài)惰性氣體噴淋量以升計，由下式確定:
h = 0.1 ?10 Q / R(I)
式中:h為液態(tài)惰性氣體噴淋量:
Q為電池單體熱失控放熱量；
R為每升液態(tài)惰性氣體汽化潛熱量。
[0013]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，電池單體熱失控放熱量Q和每升液態(tài)惰性氣體汽化潛熱量r由下式確定:
Q = Kiiq1+ m2q2+...+ mnqn -----(2)
式中:q為組成鋰離子電池的可燃材料的熱值； m為組成鋰離子電池的可燃材料的質量。
[0014]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控的方法，其液態(tài)惰性氣體噴淋方式為連續(xù)噴淋或和間斷噴淋。
[0015]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，其鋰離子電池的電池單體的活性物質正極為三元材料，或磷酸鐵鋰，或錳酸鋰。
[0016]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，其電池單體容量等于小于500AH。
[0017]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，其電池單體形狀為柱形。
[0018]所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法，其電池單體形狀選自圓柱形，或方形，或多棱柱形。
[0019]用于本發(fā)明方法的抑制和阻止鋰離子電池熱失控裝置技術方案是:它包括控制柜、儲存罐、總控閥、分控閥、噴嘴、檢測器以及安全閥；所述控制柜為手動按扭控制柜，或為安裝有PLC可編程邏輯控制器的自動控制柜；所述的檢測器包括溫度傳感器，用于監(jiān)測一個或多個電池單體溫度。
[0020]進一步的技術方案是:
所述的抑制和阻止鋰離子電池熱失控裝置，其檢測器還設置有煙霧傳感器和/或電壓傳感器。
[0021]本發(fā)明的原理和效果是:
1、抑制電池熱失控的發(fā)生:當鋰離子電池溫度異?；蛘哒f快要發(fā)生“熱失控”等緊急情況的時，(電池溫度達到60V?140°C范圍之內(nèi))，液態(tài)惰性氣體從預設管道噴出后，在故障電池表面汽化，吸收大量熱量，使電池溫度降低，抑制電池內(nèi)部的放熱副反應，從而達到抑制電池熱失控的發(fā)生；
2、阻斷熱失控在鋰離子電池組中的傳播:當鋰離子電池組的一個單體已發(fā)生熱失控，或者熱失控已無法阻止時，通過噴淋液態(tài)惰性氣體來撲滅火焰，并且，液態(tài)惰性氣體在電池表面汽化的時候，在故障電池周圍形成低溫“云霧”，能隔絕故障電池熱失控時所產(chǎn)生的熱沖擊和危險噴射物質；同時，擴大液態(tài)惰性氣體噴淋范圍，對周圍正常電池進行預冷卻，將電池溫度降到0°C以下，從而有效的阻斷熱失控在鋰離子電池組中的傳播。
[0022]3、本發(fā)明抑制和阻止鋰離子電池熱失控由抑制和阻止鋰離子電池熱失控裝置來完成。該裝置包括控制柜、儲存罐、總控閥、分控閥、蒸發(fā)器、噴嘴、檢測器)以及用于管路超壓泄放的安全閥；當鋰離子電池發(fā)生故障，由檢測器通過包括溫度、煙霧和電壓的傳感器監(jiān)測一個或多個電池單體，當發(fā)現(xiàn)故障，測人工手動或自動啟動抑制和阻止鋰離子電池熱失控裝置進行滅火及制冷，完成對鋰電池組的安保工作。
[0023]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
通過液態(tài)惰性氣體對故障鋰離子電池制冷和滅火雙重作用，有效地克服了現(xiàn)有技術鋰離子電池安保方式功能單一、穩(wěn)定安全可靠性的不足，以及效能低下的問題；同時，液態(tài)惰性氣體汽化產(chǎn)物都是無毒、環(huán)保的潔凈氣體，對電池設備沒有造成二次傷害。
【附圖說明】
[0024]圖1為實施本發(fā)明的滅火裝置和檢測器的示意圖。
[0025]圖中:1一控制柜；2—儲存??? ；3一總控閥；4一分控閥；5—噴嘴；6—檢測器；7—
安全閥。
【具體實施方式】
[0026]結合實施例對本發(fā)明抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法的技術方案作進一步說明如下:
實施例1:是本發(fā)明抑制和阻止鋰離子電池熱失控方法基本實施例。所述方法是使用液態(tài)惰性氣體對故障鋰離子電池進行噴淋制冷和滅火，步驟包括:
A、選取噴淋時機:當電池單體達到一定溫度時，即開啟噴淋裝置；
B、確定噴淋氣體的噴淋量:以液態(tài)惰性氣體的汽化潛熱量計，液態(tài)惰性氣體的汽化潛熱量為電池單體熱失控放熱量的0.1?10倍；
C、確定噴淋方式:噴淋方式為連續(xù)噴淋或間斷噴淋，按電池單體的數(shù)量來選取。
[0027]所述步驟，是以A、噴淋時機，B、噴淋量，C噴淋方式順序實施，或并行實施，或相反的順序實施。
[0028]實施例2:是實施例1進一步的實施例。所述的液態(tài)惰性氣體為液氮、液氬和液態(tài)二氧化碳它們中的一種，或二種，或三種組合。所述的A步驟中，電池單體溫度達到60V?140 °C時開啟噴淋裝置。
[0029]所述的液態(tài)惰性氣體噴淋量以升計，由下式確定: h = 0.1 ?10 Q / R(I)
式中:h為液態(tài)惰性氣體噴淋量:
Q為電池單體熱失控放熱量； R為每升液態(tài)惰性氣