BR112016029997B1 - Módulo de bateria, método de gestão de um evento de combustão em um módulo de bateria e sistema de energia - Google Patents

Abstract

MÓDULO DE BATERIA. Um módulo de bateria inclui um invólucro que define um volume interior e inclui um caminho de fluxo de ar a partir de uma abertura formada em um primeiro membro de extremidade do invólucro, através do volume interior e a uma abertura formada em um segundo membro de extremidade do invólucro; uma pluralidade de células de energia montadas no volume interior do invólucro, cada uma das células de energia incluindo um elemento de ventilação em uma extremidade da célula de energia; e um retentor de chamas montado através do percurso de fluxo de ar e entre a pluralidade de células de energia e a abertura formada no segundo membro de extremidade do invólucro. O retentor de chamas inclui uma tela que inclui uma pluralidade de caminhos de fluido dimensionados para permitir um fluxo de ar a partir do caminho de fluxo de ar através dos caminhos de fluido e dimensionado para impedir que um fluido queimado passe para atravessá-lo.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta descrição refere-se a um módulo de bateria e, mais particularmente, a um módulo de bateria para uma ou mais células de energia que inclui um retentor de chamas.

ANTECEDENTES

[002] As células de energia, tais como as células de íons de lítio, são tipos populares de células recarregáveis, sendo caracterizadas por densidades de energia elevadas, sem efeito de memória e perda lenta de carga enquanto estão em estado ocioso. Devido às suas vantagens, as células de íon de lítio são comuns não só na eletrônica de consumo, mas também em aplicações militares, de veículos elétricos e aeroespaciais. O desempenho das células de íons de lítio depende tanto da temperatura como da tensão de funcionamento. Uma das preocupações das células de íons de lítio é a existência de uma série de mecanismos de falha que podem desencadear uma falha catastrófica e, subsequentemente, um evento de combustão de fluido inflamável, tal como fluido de eletrólito. De fato, a falha das células de íons de lítio pode envolver a descarga de eletrólito corrosivo, condutor e inflamável, bem como a descarga de uma pequena quantidade de alumínio fundido através de um elemento de ventilação das células de íons de lítio que podem afetar o equipamento em que Eles estão instalados. Tal descarga pode resultar no evento de combustão, no qual o fluido inflamável queima para causar um incêndio na embalagem das células de energia, que poderia se espalhar para outros pacotes e além.

SUMÁRIO

[003] Esta descrição descreve implementações de um módulo de bateria que, em alguns aspectos, inclui um ou mais subconjuntos de retentor de chama. Em algumas implementações, um módulo de bateria com um ou mais subconjuntos de retentor de chama pode impedir ou impedir substancialmente um fluxo de fluido queimado (por exemplo, gás, líquido, fluido multifásico, vapor ou de outro modo) e/ou chamas que saem do módulo de bateria para um ambiente. Em alguns aspectos, cada retentor de chamas posicionado dentro do módulo de bateria pode permitir que um fluxo de ar de arrefecimento passe através deles, por exemplo, para arrefecer uma ou mais células de energia e/ou outros componentes geradores de calor no interior do módulo de bateria, impedindo ou parando o fluido queimado e/ou chamas de passar através deles. Em alguns aspectos, impedindo ou parando que o fluido em combustão e/ou chamas saiam do módulo de bateria, podem ser minimizados ou impedidos danos adicionais a outros módulos de bateria adjacentes ou outro equipamento.

[004] Em uma implementação geral de exemplo, um módulo de bateria inclui um invólucro que define um volume interior e inclui um percurso de fluxo de ar a partir de uma abertura formada em um primeiro membro de extremidade do invólucro, através do volume interior e a uma abertura formada em um segundo membro de extremidade do invólucro; Uma pluralidade de células de energia montadas no volume interior do invólucro, cada uma das células de energia incluindo um elemento de ventilação em uma extremidade da célula de energia; E um retentor de chamas montado através do percurso de fluxo de ar e entre a pluralidade de células de energia e a abertura formada no segundo membro de extremidade do invólucro. O retentor de chamas inclui uma tela que inclui uma pluralidade de percursos de fluido dimensionados para permitir um fluxo de ar a partir do percurso de fluxo de ar através dos percursos de fluido e dimensionado para impedir que um fluido queimado passe para atravessá-lo.

[005] Um primeiro aspecto combinável com a implementação geral inclui ainda um ventilador montado no invólucro para fazer circular o fluxo de ar entre a abertura formada no primeiro membro de extremidade do invólucro e a abertura formada em um segundo membro de extremidade do invólucro.

[006] Em um segundo aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, a pluralidade de células de energia são montadas direcionalmente no volume interior de modo que os elementos de ventilação fiquem voltados para uma direção de deslocação em relação a pelo menos uma das aberturas formadas no primeiro membro de extremidade ou a abertura formada no segundo membro de extremidade do invólucro.

[007] Em um terceiro aspecto que pode ser combinado com qualquer dos aspectos anteriores, o retentor de chamas inclui ainda uma estrutura que pode ser ligada ao invólucro, estando à tela montada dentro da estrutura.

[008] Em um quarto aspecto que pode ser combinado com qualquer dos aspectos anteriores, a estrutura inclui um orifício de passagem que forma um caminho de cabo entre os lados do retentor de chamas.

[009] Em um quinto aspecto, que pode ser combinado com qualquer dos aspectos anteriores, a tela inclui uma primeira tela, incluindo ainda uma segunda tela montada no interior do quadro substancialmente paralelo à primeira tela.

[010] Em um sexto aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, a segunda tela inclui uma pluralidade de segundas vias de fluido e pelo menos uma porção das segundas vias de fluido tem tamanhos diferentes de uma porção dos caminhos de fluido da primeira tela.

[011] Em um sétimo aspecto combinável com qualquer um dos aspectos anteriores, o retentor de chamas inclui um primeiro retentor de chamas.

[012] Em um oitavo aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, o módulo inclui ainda um segundo retentor de chamas montado através do caminho de fluxo de ar e entre a pluralidade de células de energia e a abertura formada no primeiro membro de extremidade do invólucro.

[013] Em um nono aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, o segundo retentor de chamas inclui uma tela que inclui uma pluralidade de percursos de fluido dimensionados para permitir um fluxo de ar a partir do percurso de fluxo de ar através dos percursos de fluido e dimensionado para impedir um fluido queimado de passar através dela.

[014] Em um décimo aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, a pluralidade de células de energia inclui uma pluralidade de baterias de íon-lítio.

[015] Em um décimo primeiro aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, cada uma das baterias de íon de lítio inclui uma bateria de íons de lítio de fator de forma 18650.

[016] Em um outro exemplo de implementação geral, um método para gerir um evento de combustão em um módulo de bateria inclui posicionar um módulo de bateria em um centro de dados, incluindo o módulo de bateria um invólucro com um primeiro membro de extremidade e um segundo membro de extremidade e uma pluralidade de células de energia montadas no invólucro, cada uma das células de energia incluindo um elemento de ventilação em uma extremidade da célula de energia; A circulação de um fluxo de ar a partir de uma abertura no primeiro membro de extremidade, através de um volume interno do invólucro para arrefecer a pluralidade de células de energia e a uma abertura no segundo membro de extremidade; circulação do fluxo de ar através de um retentor de chamas montado dentro do invólucro e entre a pluralidade de células de energia e a abertura formada no segundo membro de extremidade do invólucro; E impedir, com o retentor de chamas, um fluido queimado de passar através do invólucro para um ambiente no centro de dados.

[017] Um primeiro aspecto que pode ser combinado com a implementação geral inclui ainda a circulação do fluxo de ar com uma ventoinha montada no invólucro.

[018] Em um segundo aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, o fluxo de ar circula através de convecção natural.

[019] Em um terceiro aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, a circulação do fluxo de ar através de um retentor de chamas inclui a circulação do fluxo de ar através de uma tela montada dentro de um invólucro do retentor de chamas.

[020] Em um quarto aspecto combinável com qualquer um dos aspectos anteriores, a tela inclui uma primeira tela, o método incluindo ainda a circulação do fluxo de ar através de uma segunda tela montada dentro da estrutura substancialmente paralela com a primeira tela.

[021] Em um quinto aspecto combinável com qualquer um dos aspectos anteriores, o retentor de chamas inclui um primeiro retentor de chamas.

[022] Um sexto aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores inclui ainda a circulação do fluxo de ar através de um segundo retentor de chamas montado dentro do invólucro e entre a pluralidade de células de energia e a abertura formada no primeiro membro de extremidade do invólucro; E impedindo, com o segundo retentor de chamas, o fluido queimado de passar através do invólucro para o ambiente no centro de dados.

[023] Em outro exemplo de implementação geral, um sistema de alimentação inclui uma pluralidade de módulos de bateria eletricamente acoplados para formar uma unidade de energia configurada para fornecer energia elétrica a uma pluralidade de dispositivos eletrônicos montados em rack em um centro de dados. Pelo menos um dos módulos de bateria inclui uma caixa pelo menos parcialmente aberto para um ambiente nas extremidades da caixa e que define um percurso de fluido entre as extremidades da caixa; Uma pluralidade de células de energia montadas na caixa; E uma ventoinha montada na caixa para fazer circular um fluxo de ar através do percurso de fluido para arrefecer a pluralidade de células de energia; E uma primeira tela montada através do percurso de fluido e entre a pluralidade de células de energia e uma das extremidades da caixa, compreendendo a primeira tela uma pluralidade de aberturas dimensionadas para permitir que o fluxo de ar passe através delas e impedir que um fluido queimado passe através delas.

[024] Em um primeiro aspecto combinável com a implementação geral, o módulo de bateria inclui ainda uma segunda tela montada através do percurso de fluido e entre a pluralidade de células de energia e a outra das extremidades da caixa.

[025] Em um segundo aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, a segunda tela inclui uma pluralidade de aberturas dimensionadas para permitir que o fluxo de ar passe através delas e impede que o fluido queimado passe através delas.

[026] Em um terceiro aspecto, que pode ser combinado com qualquer um dos aspectos anteriores, o módulo de bateria inclui ainda um escudo térmico posicionado dentro do caminho de fluido e que se estende entre as extremidades da caixa.

[027] Em um quarto aspecto combinável com qualquer um dos aspectos anteriores, o escudo térmico estende-se entre a primeira e a segunda telas dentro da caixa.

[028] Em um quinto aspecto combinável com qualquer dos aspectos anteriores, o módulo de bateria inclui ainda um sistema de gestão de bateria posicionado dentro do caminho de fluido entre a primeira tela e uma das extremidades da caixa.

[029] Várias implementações de um módulo de bateria de acordo com a presente descrição podem incluir uma ou mais das seguintes características. Por exemplo, o módulo de bateria pode impedir que um evento de combustão (por exemplo, combustão de fluido inflamável, tal como eletrólito de célula de energia, dentro do módulo de bateria) se espalhe para módulos de bateria próximos ou adjacentes. Como outro exemplo, o módulo de bateria pode impedir ou minimizar uma chama ou fluido queimado de se estender para além do módulo. Em alguns exemplos, o módulo de bateria pode conter (total ou principalmente) a combustão de fluidos inflamáveis dentro do módulo. Além disso, o módulo de bateria pode impedir (total ou parcialmente) uma combustão secundária ou combustão ocorrendo fora do módulo (por exemplo, fora de um volume de combustão definido). Como outro exemplo, o módulo de bateria pode proporcionar arrefecimento por convecção de uma ou mais células de energia dentro do módulo enquanto também minimiza e/ou evita que um evento de combustão se prolongue para além do módulo. Como exemplo adicional, o módulo de bateria pode controlar ou ajudar a controlar (ou dirigir) a saída de um evento de combustão para ou através de uma saída definida do módulo de bateria. As implementações de exemplo do módulo de bateria também podem evitar redundantemente ou ajudar a impedir que um evento de combustão se espalhe para módulos de bateria próximos ou adjacentes. As implementações de exemplo do módulo de bateria descrito podem também impedir ou ajudar a evitar danos a componentes internos do módulo durante um evento de combustão.

[030] Estes aspectos gerais e específicos podem ser implementados utilizando um dispositivo, sistema, método ou quaisquer combinações de dispositivos, sistemas ou métodos. Os detalhes de uma ou mais implementações são apresentados nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens serão evidentes a partir da descrição e desenhos, e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[031] As Figuras 1A-1D ilustram vistas esquemáticas superiores, laterais, frontais e de extremidade de um exemplo de um módulo de bateria.

[032] As Figuras 2A-2B ilustram vistas esquemáticas de topo e de extremidade de outro módulo de bateria de exemplo.

[033] A Figura 3 ilustra uma vista de topo esquemática de outro módulo de bateria de exemplo.

[034] As Figuras 4A-4D ilustram implementações exemplificativas de um subconjunto de retentor de chama utilizado em um módulo de bateria; e

[035] A Figura 5 ilustra um fluxograma para um método de gestão de um evento de combustão em um módulo de bateria.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[036] A presente descrição descreve um módulo de bateria que, em alguns aspectos, inclui um ou mais dispositivos de detecção de chamas para prevenir ou reduzir uma saída de fluido queimado do módulo no caso de um evento de combustão (por exemplo, um ou mais fluidos inflamáveis tais como oxigênio, eletrólito ou de outro modo, combustão devido a sobreaquecimento no módulo). Figura 1A mostra uma vista de topo esquemática de um módulo de bateria 100. Em geral, o módulo de bateria 100 inclui e encerra uma pluralidade de células de energia 102 e um sistema de gestão de bateria (BMS) 104 em um ambiente controlado.

[037] O módulo de bateria 100, em alguns aspectos, pode manter as células de energia 102 e BMS 104 em condições ambientais particulares (por exemplo, temperatura e outras), tais como condições ambientais, adequadas para operação. Por exemplo, o módulo de bateria ilustrado 100 inclui equipamento de arrefecimento e equipamento de fornecimento de energia, tal como uma ligação elétrica acoplada eletricamente à pluralidade de células de alimentação 102 e exposta a um exterior do invólucro 106. Em alguns exemplos, o módulo de bateria 100 pode ser uma bateria LiCoC, uma bateria LiMnNi, uma bateria LiNiMnCo ou outra bateria adequada para inclusão em vários tipos de equipamentos, como centros de dados, veículos elétricos e veículos híbridos. Em alguns exemplos, cada célula de energia 102 de uma bateria adequada pode ser uma bateria de íons de lítio de fator de forma 18650.

[038] O módulo de bateria 100 inclui um invólucro 106 que define um volume interior 108, uma pluralidade de células de energia 102 montadas no volume interior 108 do invólucro 106 e dispositivos de retenção de chamas 112. O invólucro 106 pode ser formado de materiais não inflamáveis, tais como ligas de metal que têm um ponto de fusão elevado. O invólucro 106 que define o volume interior 108 inclui também um percurso de fluxo de ar. O invólucro 106 recebe um fluxo de ar exterior 114, através de uma abertura 116 formada em um primeiro membro de extremidade 118 do invólucro 106. O fluxo de ar exterior 114, neste exemplo, é circulado por um ventilador 120, que gera um fluxo de ar de fornecimento de fluxo de ar de arrefecimento para o volume interior 108, como ilustrado nas Figuras 1A- 1C.

[039] O ventilador 120 pode circular o fluxo de ar gerado através de um retentor de chamas dianteiro 112 para o volume interior 108. O fluxo de ar circula em torno das células de energia 102 dentro do volume interior 108. Cada célula de energia 102 tem uma forma substancialmente cilíndrica definida por um diâmetro de um corpo da célula de energia 102 e um comprimento do corpo. O fluxo de ar 114 é circulado para além da pluralidade de células de energia 102, através de um retentor de chamas 112 e depois para um volume auxiliar 128 que encerra o BMS 104. O fluxo de ar 114 pode então ser circulado através de uma ou mais aberturas 124 da extremidade membro 126 e para um ambiente.

[040] Cada célula de energia 102 inclui um elemento de ventilação 122 em uma extremidade da célula de energia 102. O elemento de ventilação 122 pode permitir a dissipação de energia térmica. Por exemplo, o elemento de ventilação 122 pode permitir uma libertação simples de pressões internas elevadas, que podem surgir de um curto-circuito interno da célula de energia 102 ou de aquecimento excessivo da célula 102. O elemento de ventilação 122 também pode ajudar indiretamente em termos térmicos de dissipação, por exemplo, como uma função secundária.

[041] As células de energia 102 neste exemplo de implementação são montadas direcionalmente no volume interior 108 de tal modo que os elementos de ventilação 122 estão voltados para uma direção de deslocamento relativamente a pelo menos uma das aberturas 116 formadas no primeiro membro de extremidade 118 ou na abertura 124 formados no segundo membro de extremidade 126 do invólucro 106. Em algumas implementações, os elementos de ventilação 122 estão orientados de modo oposto em cada outra fila (ou coluna) de modo que, para vários acidentes de ventilação, o líquido (por exemplo, eletrólito inflamável) está uniformemente dentro do volume 108 (por exemplo, e não minar). Esta orientação oposta também pode facilitar a facilidade de interconexão elétrica entre as células de energia 102. O eixo de cada corpo das células de energia 102 também pode ser substancialmente ortogonal ao percurso de fluxo de ar definido entre o ventilador 120 e o segundo membro de extremidade 126. A combinação da orientação das células de energia 102 (aberturas ortogonais às aberturas) e a barreira 112 pode criar um percurso circular para um fluido com fugas entre as aberturas e as aberturas 124, diminuindo o risco de um fluido escapar do invólucro 106 ou atingir o BMS 104.

[042] À medida que o fluxo de ar circula entre as células de energia 102, o calor é transferido das células de energia 102 para o fluxo de ar. Em algumas implementações, como ilustrado na Figura 1B, as células de energia 102 podem ser dispostas em uma configuração particular que forma espaçamento entre os corpos celulares. Por exemplo, uma distância de aproximadamente 2-3 mm entre células de energia adjacentes 102 pode permitir a transferência de calor das células de energia 102 para o ar para reduzir substancialmente o aquecimento de células adjacentes. Em algumas implementações, uma quantidade de calor gerada pelas células de energia 102 e transferida para o fluxo de ar pode estar relacionada, por exemplo, com uma temperatura do fluxo de ar em relação à temperatura dos dispositivos, um caudal do fluxo de ar e uma densidade das células de energia 102.

[043] O fluxo de ar 114 pode sair do volume interior 108 através do retentor de chamas traseiro 112 para regular a temperatura no volume auxiliar 128 que inclui o BMS 104. O BMS 104 é um sistema eletrônico que gere as células de energia 102, tais como protegendo as células de energia 102 de operarem em condições críticas. O BMS 104 pode monitorizar o estado das células de energia 102, calcular dados secundários, reportar esses dados, controlar o ambiente, autenticar dados e equilibrar dados. Por exemplo, o BMS 104 pode controlar o ambiente do módulo de bateria 100 monitorizando a temperatura do ar esgotado do volume interior 108. O ar pode sair do volume auxiliar 128 através das aberturas 124 formadas no segundo membro de extremidade 126 do invólucro 106, como ilustrado na Figura 1D. Em algumas implementações, o segundo membro de extremidade 126 é também concebido como uma barreira, de tal modo que as aberturas 124 têm uma geometria e disposição que permitem a saída do fluxo de ar, mas impedem um dano de um ambiente externo no caso de uma célula de energia 102 falhar.

[044] O módulo de bateria 100 pode ainda incluir um entreferro entre uma superfície interna do invólucro 106 e cada uma da pluralidade de células de energia 102, nas quais está montado um material de isolamento térmico 130. Por exemplo, o material de isolamento térmico 130 pode ser adicionado a um lado, topo ou fundo do invólucro 106 para isolar o invólucro 106 no caso de uma falha interna ou externa para reduzir significativamente a transferência de calor para dentro e fora da bateria, por exemplo, evita a propagação de eventos e/ou limita o fluxo de calor no invólucro 106 a partir de um invólucro adjacente 106. Em algumas implementações, o material de isolamento térmico 130 pode ser uma camada de meio cerâmico, tal como uma cerâmica de óxido de alumínio que tem uma condutância de calor mais elevada do que o composto de moldagem do invólucro 106. O material de isolamento térmico 130 também pode ser caracterizado por um elevado desempenho de resistência a chama térmica para manter a integridade do módulo de bateria 100, após uma falha de uma célula de energia 102 que pode induzir um aumento brusco em temperatura.

[045] Apesar de um retentor de chamas dianteiro e traseiro 112 ser mostrado neste exemplo, implementações alternativas podem incluir apenas um dos dispositivos anti- chamas 112 (por exemplo, o retentor de chamas dianteiro ou traseiro 112) ou podem incluir mais de dois retentores de chamas 112 (por exemplo, um retentor de chamas adicional 112 entre o BMS 104 e o segundo membro de extremidade 126 ou retentor de chamas 112 no interior do invólucro 106). As implementações alternativas podem incluir dois dispositivos de retenção de chamas 112, com um dos dispositivos de retenção de chamas 112 montados perto do ventilador 120 e outro retentor de chamas 112 montados entre o BMS 104 e o segundo membro terminal 126. Geralmente, cada um dos dispositivos de retentor de chama 112 pode incluir ou ser um elemento de rastreio (por exemplo, malha, tela, material de tecido, folha perfurada, elemento poroso e/ou almofada de arame) que impeça substancialmente um fluxo de fluido queimado (por exemplo, uma chama) de passar através dele. O dispositivo retentor de chamas 112 pode ser feito de cerâmica, metal ou outro material com um ponto de fusão apropriado e classificação de fumo. O elemento de rastreio inclui aberturas que permitem que um fluxo de ar não cheio, tal como o fluxo de ar 114, passe através, enquanto ainda impede um fluxo de fluido queimado. O fluido queimado, em alguns aspectos, pode ser uma solução de eletrólito a partir da pluralidade de células de energia 102 que vazaram dos elementos de ventilação 122 e foram queimadas devido a uma condição de temperatura (por exemplo, sobreaquecimento) no módulo 100. Em alguns aspectos, o fluido queimado pode também incluir oxigênio (por exemplo, como oxidante) no fluxo de ar 114 que combina com a solução de eletrólito (por exemplo, o combustível de combustão).

[046] Em alguns aspectos, o dispositivo de retentor de chamas 112 também pode impedir e/ou impedir uma propagação de chama dentro e/ou para além do invólucro 106 removendo energia da chama. Por exemplo, a energia pode ser removida da chama por transferência de calor da chama para o retentor de chamas 112. O retentor de chamas 112, por exemplo, pode ser menor em temperatura relativamente à chama e, como um bom condutor térmico, pode extinguir a conflagração.

[047] Em alguns aspectos, os dispositivos de detecção de chamas 112 podem ser posicionados no invólucro 106 e o invólucro 106 pode ser concebido de tal modo que esteja disponível um volume suficiente dentro do invólucro para permitir que a combustão substancialmente completa do fluido inflamável ocorra durante a ventilação do eletrólito. Por exemplo, ao incluir um volume suficiente dentro do invólucro (por exemplo, entre os dispositivos de detecção de chamas 112) para permitir a combustão completa, a queima secundária de fluidos inflamáveis fora dos limites do invólucro (e em alguns aspectos fora do volume limitado pelo retentor de chamas 112) é minimizada ou impedida.

[048] Conforme ilustrado nas Figuras 1A-1B, saídas do módulo de bateria 100 são minimizadas e são limitadas pelos dispositivos de retentor de chamas 112. Por exemplo, uma saída frontal (ou entrada) para o módulo de bateria 100 é a abertura 116 que permite que o fluxo de ar 114 seja colocado em circulação No interior do módulo 100 pelo ventilador 120. Aqui, o retentor de chamas dianteiro 112 forma uma barreira de passagem (por exemplo, para permitir o fluxo de ar, mas impede os fluidos queimados) entre a abertura 116 e, por exemplo, a pluralidade de células de energia 102. Além disso, uma saída traseira (ou entrada) para o módulo de bateria 100 é(são) a(s) abertura(s) 124 que permite que o fluxo de ar 114 seja circulado para fora do módulo 100 pelo ventilador 120. Aqui, o retentor de chamas 112 forma uma passagem (por exemplo, para permitir o fluxo de ar, mas impedir os fluidos queimados) entre a(s) abertura(s) 124 e, por exemplo, a pluralidade de células de energia 102.

[049] Conforme ilustrado nas Figuras 1A-1B, existem dois dispositivos de retenção de chamas 112 montados no interior do módulo de bateria 100. Em algumas implementações, os dispositivos de detecção de chamas 112 podem ser concebidos para influenciar um fluxo de um fluido queimado dentro do volume 108. Por exemplo, concebido com uma resistência ao fluxo de chama específica ou única. Por exemplo, com base em um tamanho e/ou em número de aberturas através de cada dispositivo retentor de chama 112, pode ser concebida uma resistência ao fluxo de chama exclusiva para cada dispositivo retentor de chama em particular 112.

[050] Em alguns aspectos, os dispositivos de retenção de chamas 112 tendo diferentes resistências de fluxo de chama podem ser colocados em locais específicos dentro do módulo de bateria 100 para influenciar um fluxo de chama ou fluido queimado. Por exemplo, um retentor de chamas 112 com uma resistência ao fluxo de chama relativamente baixa pode ser colocado em uma frente do módulo de bateria 100 (por exemplo, próximo do ventilador 120), enquanto um retentor de chamas 112 com uma resistência ao fluxo de chama relativamente elevada pode ser colocado em uma parte traseira do módulo de bateria 100 (por exemplo, perto do BMS 104). Em tal cenário, a chama ou o fluido queimado podem ser influenciados (por exemplo, devido a diferenças de pressão dentro do volume 108 devido às diferentes resistências ao fluxo da chama) para se moverem para uma frente do módulo de bateria 100. Do mesmo modo, uma resistência de fluxo de chama relativamente elevada pode ser colocada em uma frente do módulo de bateria 100 (por exemplo, perto do ventilador 120), enquanto que um dispositivo de proteção contra chama 112 com uma resistência ao fluxo de chama relativamente baixa pode ser colocada em uma parte posterior do módulo de bateria 100, perto do BMS 104). Em um tal cenário, a chama ou o fluido queimado podem ser influenciados (por exemplo, devido a diferenças de pressão dentro do volume 108 devido às diferentes resistências de fluxo de chama) para se moverem para uma parte traseira do módulo de bateria 100.

[051] As Figuras 2A-2B ilustram vistas esquemáticas de topo e de extremidade de outro módulo de bateria de exemplo 200. A Figura 2A ilustra uma vista de topo esquemática de um módulo de bateria 200. Em geral, o módulo de bateria 200 inclui e encerra uma pluralidade de células de energia 202 e um sistema de gestão de bateria (BMS) 204 em um ambiente controlado. O módulo de bateria 200, em alguns aspectos, pode manter as células de energia 202 e BMS 204 em condições ambientais específicas (por exemplo, temperatura e outras), tais como condições ambientais, adequadas para operação. Por exemplo, o módulo de bateria ilustrado 200 inclui equipamento de arrefecimento e equipamento de fornecimento de energia, tal como uma ligação elétrica acoplada eletricamente à pluralidade de células de energia 202 e exposta a um exterior do invólucro 206. Em alguns exemplos, o módulo de bateria 200 pode ser uma bateria LiFePO4, uma bateria LiCO2 uma bateria LiMnNi, uma bateria LiNiMnCo ou outra bateria apropriada para inclusão em vários tipos de equipamentos, como centros de dados, veículos elétricos e veículos híbridos. Em alguns exemplos, cada célula de energia 202 de uma bateria adequada pode ser uma bateria de íons de lítio de fator de forma 18650.

[052] O módulo de bateria 200 inclui um invólucro 206 que define um volume interno 208, uma pluralidade de células de energia 202 montadas no volume interior 208 do invólucro 206 e dispositivos de retenção de chamas 212. O invólucro 206 pode ser formado de materiais não inflamáveis, tais como ligas de metal que têm um ponto de fusão elevado. O invólucro 206 que define o volume interior 208 também inclui um percurso de fluxo de ar. O invólucro 206 recebe um fluxo de ar exterior 214, através de uma abertura 216 formada em um primeiro membro de extremidade 218 do invólucro 206. O fluxo de ar exterior 214, neste exemplo, é circulado por uma ventoinha 220, que gera um fluxo de ar de alimentação (por exemplo, um arrefecimento fluxo de ar) para o volume interior 208, como ilustrado nas Figuras. 2A-2B.

[053] O ventilador 220 pode circular o fluxo de ar gerado através de um retentor de chamas dianteiro 212 para o volume interior 208. O fluxo de ar circula em torno das células de energia 202 dentro do volume interior 208. Cada célula de energia 202 tem uma forma substancialmente cilíndrica definida por um diâmetro de um corpo da célula de energia 202 e um comprimento do corpo. O fluxo de ar 214 é circulado para além da pluralidade de células de energia 202, através de um retentor de chamas traseiro 212 e depois para um volume auxiliar 228 que encerra o BMS 204. O fluxo de ar 214 pode então ser circulado através de uma ou mais aberturas 224 do membro de extremidade 226 e para um ambiente.

[054] Cada célula de energia 202 inclui um elemento de ventilação 222 em uma extremidade da célula de energia 202. O elemento de ventilação 222 pode permitir a dissipação de energia térmica. Por exemplo, o elemento de ventilação 222 pode permitir uma única libertação de pressões internas elevadas, que podem surgir de um curto-circuito interno da célula de energia 202 ou de aquecimento excessivo da célula 202. O elemento de ventilação 222 pode também indiretamente auxiliar no aquecimento térmico de dissipação, por exemplo, como uma função secundária.

[055] As células de energia 202 neste exemplo de implementação são montadas direcionalmente no volume interior 208 de tal modo que os elementos de ventilação 222 estão voltados para uma direção de deslocação relativamente a pelo menos uma das aberturas 216 formadas no primeiro membro de extremidade 218 ou na abertura 224 formada no elemento de extremidade 226 do invólucro 206. Em algumas implementações, os elementos de ventilação 222 estão orientados opostamente em cada outra linha (ou coluna) de modo que, para múltiplos acidentes de ventilação, o líquido (por exemplo, eletrólito inflamável) seja distribuído de forma mais uniforme dentro do volume 208 (por exemplo, e não minar). Esta orientação oposta também pode facilitar a facilidade de interconexão elétrica entre as células de energia 202. O eixo de cada corpo das células de energia 202 também pode ser substancialmente ortogonal ao percurso de fluxo de ar definido entre o ventilador 220 e o segundo elemento de extremidade 226. A combinação da orientação das células de energia 202 (aberturas ortogonais às aberturas) e a barreira 212 podem criar um percurso circular para um fluido com fugas entre as aberturas 224, diminuindo o risco de um fluido escapar do invólucro 206 ou atingir o BMS 204.

[056] À medida que o fluxo de ar circula entre as células de energia 202, o calor é transferido das células de energia 202 para o fluxo de ar. Em algumas implementações, como ilustrado na Figura 2B, as células de energia 202 podem ser dispostas em uma configuração particular que forma espaçamento entre os corpos celulares. Por exemplo, uma distância de aproximadamente 2-3 mm entre células de energia adjacentes 202 pode permitir a transferência de calor das células de energia 202 para o ar para reduzir substancialmente o aquecimento de células adjacentes. Em algumas implementações, uma quantidade de calor gerada pelas células de energia 202 e transferida para o fluxo de ar pode estar relacionada, por exemplo, com uma temperatura do fluxo de ar em relação à temperatura dos dispositivos, um caudal do fluxo de ar e uma densidade das células de energia 202.

[057] O fluxo de ar 214 pode sair do volume interior 208 através do retentor de chamas traseiro 212 para regular a temperatura no volume auxiliar 228 que inclui o BMS 204. O BMS 204 é um sistema eletrônico que gere as células de energia 202, tal como protegendo as células de energia 202 de operarem em condições críticas. O BMS 204 pode monitorizar o estado das células de energia 202, calcular dados secundários, reportar esses dados, controlar o ambiente, autenticar dados e equilibrar dados. Por exemplo, o BMS 204 pode controlar o ambiente do módulo de bateria 200 monitorando a temperatura do ar exaurido do volume interior 208. O ar pode sair do volume auxiliar 228 através das aberturas 224 formadas no segundo membro de extremidade 226 do invólucro 206. Em algumas implementações, o segundo elemento de extremidade 226 é também concebido como uma barreira, de tal modo que as aberturas 224 têm uma geometria e disposição que permitem a saída do fluxo de ar, mas impedem um dano de um ambiente externo no caso de uma célula de energia 202.

[058] O módulo de bateria 200 pode ainda incluir um entreferro entre uma superfície interna do invólucro 206 e cada uma da pluralidade de células de energia 202, nas quais está montado um material de isolamento térmico 230. Por exemplo, o material de isolamento térmico 230 pode ser adicionado a um lado, topo ou fundo do invólucro 206 para isolar o invólucro 206 no caso de uma falha interna ou externa para reduzir significativamente a transferência de calor dentro e fora da bateria para, por exemplo, impedir a propagação de eventos e/ou limitar o fluxo de calor no invólucro 206 de um invólucro adjacente 206. Em algumas implementações, o material de isolamento térmico 230 pode ser uma camada de meio cerâmico, tal como uma cerâmica de óxido de alumínio que tem uma condutância de calor mais elevada que o composto de moldagem do invólucro 206. O material de isolamento térmico 230 também pode ser caracterizado por um elevado desempenho de resistência a chama térmica para manter a integridade do módulo de bateria 200, após uma falha de uma célula de energia 202 que pode induzir um aumento brusco em temperatura.

[059] Conforme ilustrado nas Figuras. 2A-2B, um escudo térmico 240 é posicionado ao longo de um comprimento do invólucro 206 e dentro do volume 208. O escudo térmico 240, neste exemplo, estende-se ao longo do comprimento do invólucro 206 entre os dispositivos de detecção de chamas 212. Em exemplos alternativos, a blindagem térmica 240 pode ser mais curta (por exemplo, prolongar um comprimento menor do que entre os dispositivos de detecção de chamas 212) ou mais comprida (por exemplo, estender-se por todo o comprimento do invólucro 206). Além disso, embora o escudo térmico 240 seja mostrado em um lado do invólucro 206, tampões de calor adicionais podem ser posicionados dentro do invólucro 206 também (por exemplo, no ou contra o invólucro 206 ao longo de todos os quatro lados longitudinais). Geralmente, a blindagem térmica 240 pode proporcionar mais isolamento ao calor e/ou uma barreira adicional (juntamente com o invólucro 206) a fluidos combustíveis de escapar do módulo 200. Por exemplo, a blindagem 240 de calor pode ser feita de um material de alto valor R e/ou material não inflamável com uma elevada temperatura de fusão e baixa taxa de fumaça.

[060] Tal como acontece com o módulo de bateria 100, embora um retentor de chamas dianteiro e traseiro 212 seja mostrado neste exemplo, implementações alternativas podem incluir apenas um dos retentores de chama 212 (por exemplo, o retentor de chama dianteiro ou traseiro 212) ou podem incluir mais do que dois dispositivos de retenção de chamas 212 (por exemplo, um supressor adicional 212 entre o BMS 204 e o segundo elemento de extremidade 226 ou dispositivos de detecção de retentor de chamas 212 dentro do invólucro 206). Geralmente, cada um dos dispositivos de retenção de chamas 212, tal como os dispositivos de retenção de chamas 112, pode incluir ou ser um elemento de blindagem (por exemplo, malha, tela, material tecido, folha perfurada, elemento poroso e/ou almofada de arame) que impeça substancialmente um fluxo de fluido queimado (por exemplo, uma chama) de passar através dele. Os amortecedores de chamas 212 também podem remover energia de um fluxo de fluido ou chama queimado. O retentor de chamas 212 pode ser feito de cerâmica, metal ou outro material com um ponto de fusão apropriado e classificação de fumaça. O elemento de rastreio inclui aberturas que permitem que um fluxo de ar não cheio, tal como o fluxo de ar 214, passe através enquanto ainda impede um fluxo de fluido queimado (por exemplo, eletrólito com ou sem oxigênio). Além disso, em alguns aspectos, os retentores de chama 212 podem ser posicionados no invólucro 206, e o invólucro 206 pode ser concebido de tal modo que esteja disponível volume suficiente dentro do invólucro para permitir que a combustão substancialmente completa do fluido inflamável ocorra durante a ventilação do eletrólito explicado acima.

[061] Conforme ilustrado nas Figuras. 2A-2B, as saídas do módulo de bateria 200 são minimizadas e são limitadas pelos dispositivos de retenção de chamas 212. Por exemplo, uma saída frontal (ou entrada) ao módulo de bateria 200 é a abertura 216 que permite que o fluxo de ar 214 circule para dentro do módulo 200 pelo ventilador 220. Aqui, o retentor de chamas dianteiro 212 forma uma barreira de passagem (por exemplo, para permitir o fluxo de ar, mas impede os fluidos queimados) entre a abertura 216 e, por exemplo, a pluralidade de células de energia 202. Também, a saída (ou entrada) para o módulo de bateria 200 é a abertura 224 que permite que o fluxo de ar 214 seja circulado para fora do módulo 200 pelo ventilador 220. Aqui, o retentor de chamas traseiro 212 forma uma barreira de passagem (por exemplo, para permitir o fluxo de ar, mas impedir os fluidos queimados) entre a(s) abertura(s) 224 e, por exemplo, a pluralidade de células de energia 202.

[062] Nesta montagem ilustrada, os dispositivos de retenção de chamas 212 incluem um ou mais orifícios de arame 232 formados entre os lados dos dispositivos de retenção 212, formando assim uma passagem de um lado dos dispositivos de retenção de chamas 212 para lados opostos dos dispositivos de retenção 212. Conforme ilustrado, um ou mais cabos 240, tal como a partir de uma ligação externa 234 (por exemplo, energia, dados ou de outro modo), o ventilador 220, uma ou mais da pluralidade de células de energia 202 e/ou o BMS 204 podem passar através dos orifícios 232 ao longo de um comprimento do módulo 200. Conforme ilustrado na Figura 2B, os orifícios 232 podem ser formados a uma ou mais alturas nos dispositivos de retenção de chamas 212. Além disso, embora ilustrados como formados apenas em uma extremidade de cada dispositivo de retenção de chamas 212, podem ser formados orifícios 232 em ambas as extremidades de um retentor de chamas 212, Bem como uma parte superior e/ou inferior de um retentor de chamas 212.

[063] Neste exemplo ilustrado, os arames 240 são ilustrados como estendendo-se um comprimento do invólucro 206 com o escudo térmico 240 entre os fios 240 e as paredes laterais do invólucro 206. Deste modo, o escudo térmico 240 pode proteger ou ajudar a proteger os fios 240 de calor excessivo e/ou externos ao módulo 200. Em aspectos alternativos, o escudo térmico 240 pode ser posicionado (ou pode ser adicionado outro escudo térmico 240) de modo que os fios 240 estejam entre o escudo térmico 240 e o invólucro 206. Em tais exemplos, os fios 240 podem também ser protegidos (por exemplo, pelo escudo térmico 240) contra calor excessivo e/ou chama interna ao módulo 200.

[064] A Figura 3 ilustra uma vista de topo esquemática de outro módulo de bateria de exemplo 300. Neste exemplo ilustrado, o módulo de bateria 300 pode utilizar convecção natural, em vez de forçada, para arrefecer uma pluralidade de células de energia 302 e/ou um BMS 304. A Figura 3 mostra uma vista de topo esquemática de um módulo de bateria 300. Em geral, o módulo de bateria 300 inclui e encerra uma pluralidade de células de energia 302 e um sistema de gestão de bateria (BMS) 304 em um ambiente controlado. O módulo de bateria 300, em alguns aspectos, pode manter as células de energia 302 e BMS 304 em condições ambientais particulares (por exemplo, temperatura e outras condições), tais como condições ambientais, adequadas para operação. Em alguns exemplos, o módulo de bateria 300 pode ser uma bateria LiFeP04, uma bateria L1CoO2, uma bateria LiMnNi, uma bateria LiNiMnCo ou outra bateria adequada para inclusão em vários tipos de equipamentos, tais como centros de dados, veículos elétricos, e veículos híbridos. Em alguns exemplos, cada célula de energia 302 de uma bateria apropriada pode ser uma bateria de íons de lítio de fator de forma 18650.

[065] O módulo de bateria 300 inclui um invólucro 306 que define um volume interno 308, uma pluralidade de células de energia 302 montadas no volume interior 308 do invólucro 306 e dispositivos de retenção de chamas 312. O invólucro 306 pode ser formado de materiais não inflamáveis, tais como ligas de metal que têm um ponto de fusão elevado. O invólucro 306 que define o volume interior 308 também inclui um percurso de fluxo de ar. O invólucro 306 recebe um fluxo de ar exterior 314, através de uma abertura 316 formada em um primeiro membro de extremidade 318 do invólucro 306. O fluxo de ar exterior 314, neste exemplo, é naturalmente circulado (por exemplo, devido a um diferencial de pressão) dentro do volume interno 308. Também, em alguns exemplos, o módulo 300 pode incluir um fluxo de ar de circulação forçada 314 gerado por uma ou mais ventoinhas externas ao módulo 300.

[066] O fluxo de ar 314 pode mover-se através de um retentor de chamas frontal 312 para o volume interior 308. O fluxo de ar é circulado em torno de células de energia 302 dentro do volume interior 308. Cada célula de energia 302 tem uma forma substancialmente cilíndrica definida por um diâmetro de um corpo da célula de energia 302 e um comprimento do corpo. O fluxo de ar 314 é circulado para além da pluralidade de células de energia 302, através de um retentor de chamas 312 e depois para um volume auxiliar 328 que encerra o BMS 304. O fluxo de ar 314 pode então ser circulado através de uma ou mais aberturas 324 do membro de extremidade 326 e para um ambiente.

[067] Cada célula de energia 302 inclui um elemento de ventilação 322 em uma extremidade da célula de energia 302. O elemento de ventilação 322 pode permitir a dissipação de energia térmica. Por exemplo, o elemento de ventilação 322 pode permitir uma libertação simples de pressões internas elevadas, que podem surgir de um curto-circuito interno da célula de energia 302 ou de aquecimento excessivo da célula 302. O elemento de ventilação 322 também pode ajudar indiretamente em termos térmicos de dissipação, por exemplo, como uma função secundária.

[068] As células de energia 302 neste exemplo de implementação são montadas direcionalmente no volume interior 308 de tal modo que os elementos de ventilação 322 estão voltados para uma direção de deslocamento relativamente a pelo menos uma das aberturas 316 formadas no primeiro membro de extremidade 318 ou a abertura 324 formada no elemento de extremidade 326 do invólucro 306. Em algumas implementações, os elementos de ventilação 322 estão orientados opostamente em cada outra linha (ou coluna) de modo que, para múltiplos acidentes de ventilação, o líquido (por exemplo, eletrólito inflamável) seja distribuído de forma mais uniforme dentro do volume 308 (por exemplo, e não minar). Esta orientação oposta também pode facilitar a de interconexão elétrica entre as células de energia 302. O eixo de cada corpo das células de energia 302 pode também ser substancialmente ortogonal ao percurso de fluxo de ar. A combinação da orientação das células de energia 302 (aberturas ortogonais às aberturas) e a barreira 312 pode criar um percurso circular para um fluido com fugas entre as aberturas 324, diminuindo o risco de um fluido escapar do invólucro 306 ou atingir BMS 304.

[069] À medida que o fluxo de ar é circulado entre as células de energia 302, o calor é transferido das células de energia 302 para o fluxo de ar. Em algumas implementações, as células de energia 302 podem ser dispostas em uma configuração particular que forma espaçamento entre corpos celulares. Por exemplo, uma distância de aproximadamente 2-3 mm entre células de energia adjacentes 302 pode permitir a transferência de calor das células de energia 302 para o ar para reduzir substancialmente o aquecimento de células adjacentes. Em algumas implementações, uma quantidade de calor gerada pelas células de energia 302 e transferida para o fluxo de ar pode estar relacionada, por exemplo, com uma temperatura do fluxo de ar em relação à temperatura dos dispositivos, um caudal do fluxo de ar e uma densidade das células de energia 302.

[070] O fluxo de ar 314 pode sair do volume interior 308 através do retentor de chamas traseiro 312 para regular a temperatura no volume auxiliar 328 que inclui BMS 304. O BMS 304 é um sistema eletrônico que gere as células de energia 302, tais como protegendo as células de energia 302 de operarem em condições críticas. O BMS 304 pode monitorizar o estado das células de energia 302, calcular dados secundários, reportar esses dados, controlar o ambiente, autenticar dados e equilibrar dados. Por exemplo, o BMS 304 pode controlar o ambiente do módulo de bateria 300 monitorando a temperatura do ar esgotado do volume interior 308. O ar pode sair do volume auxiliar 328 através das aberturas 324 formadas no segundo membro de extremidade 326 do invólucro 306. Em algumas implementações, o segundo membro de extremidade 326 é também concebido como uma barreira, de modo que as aberturas 324 têm uma geometria e disposição que permitem a saída do fluxo de ar, mas impedem um dano de um ambiente externo no caso de uma célula de energia 302 falha.

[071] O módulo de bateria 300 pode ainda incluir um entreferro entre uma superfície interna do invólucro 306 e cada uma da pluralidade de células de energia 302, na qual está montado um material de isolamento térmico 330. Por exemplo, o material de isolamento térmico 330 pode ser adicionado a um lado, topo ou fundo do invólucro 306 para isolar o invólucro 306 para isolar o invólucro 306 no caso de uma falha interna ou externa para reduzir significativamente a transferência de calor para dentro e para fora da bateria para, por exemplo, evitar a propagação de eventos e/ou limitar o fluxo de calor para dentro do invólucro 306 de um invólucro adjacente 306. Em algumas implementações, o material de isolamento térmico 330 pode ser uma camada de meio cerâmico, tal como uma cerâmica de óxido de alumínio que tem um coeficiente de condutância de calor mais elevado do que o composto de moldagem do invólucro 306. O material de isolamento térmico 330 também pode ser caracterizado por alta temperatura chama para manter a integridade do módulo de bateria 300, depois de uma falha de uma célula de energia 302 que pode induzir um aumento abrupto da temperatura.

[072] Embora um retentor de chamas dianteiro e traseiro 312 seja mostrado neste exemplo, implementações alternativas podem incluir apenas um dos retentores de chamas 312 (por exemplo, o retentor de chamas dianteiro ou traseiro 312) ou podem incluir mais do que dois retentores de chamas 312 (Por exemplo, um retentor de chamas adicional 312 entre o BMS 304 e o segundo membro de extremidade 326 ou retentor de chamas redundantes 312 no interior do invólucro 306). Geralmente, cada um dos retentores de chamas 312 pode incluir ou ser um elemento de escudo (por exemplo, malha, tela, material tecido, folha perfurada, elemento poroso e/ou almofada de arame) que impeça substancialmente um fluxo de fluido queimado (por exemplo, uma chama) de passar através dela. O retentor de chamas 312 pode ser feito de cerâmica, metal ou outro material com um ponto de fusão apropriado e classificação de fumaça. O elemento de escudo inclui aberturas que permitem um fluxo de ar não cheio, tal como o fluxo de ar 314, para atravessar enquanto ainda impede um fluxo de fluido queimado. O fluido queimado, em alguns aspectos, pode ser uma solução de eletrólito da pluralidade de células de energia 302 que vazaram dos elementos de ventilação 322 e queimado devido a uma condição de temperatura (por exemplo, sobreaquecimento) no módulo 300. Em alguns aspectos, O fluido também pode incluir oxigênio (por exemplo, como oxidante) no fluxo de ar 314 que combina com a solução de eletrólito (por exemplo, o combustível de combustão). O dispositivo retentor de chamas 312 pode também remover ou absorver energia da chama ou fluido queimado.

[073] Em alguns aspectos, os dispositivos de retenção de chamas 312 podem ser posicionados no invólucro 306 e o invólucro 306 pode ser concebido de tal modo que esteja disponível volume suficiente no interior do invólucro para permitir a combustão substancialmente completa do fluido inflamável durante a ventilação do eletrólito. Por exemplo, ao incluir um volume suficiente dentro do invólucro (por exemplo, entre os dispositivos de retenção de chamas 312) para permitir a combustão completa, a queima secundária de fluidos inflamáveis fora dos limites do invólucro (e em alguns aspectos fora do volume limitado pelo retentor de chamas 312) é minimizada ou impedida.

[074] Conforme ilustrado na Figura 3, as saídas do módulo de bateria 300 são minimizadas e são limitadas pelos dispositivos de retenção de chamas 312. Por exemplo, uma saída frontal (ou entrada) ao módulo de bateria 300 é a abertura 316 que permite que o fluxo de ar 314 circule para dentro do módulo 300. Aqui, o retentor de chamas dianteiro 312 forma uma barreira de passagem (por exemplo, para permitir o fluxo de ar, mas impede os fluidos queimados) entre a abertura 316 e, por exemplo, a pluralidade de células de energia 302. Também, uma saída posterior O módulo de bateria 300 é a abertura(s) 324 que permite que o fluxo de ar 314 circule para fora do módulo 300. Aqui, o retentor de chamas 312 forma uma barreira de passagem (por exemplo, para permitir o fluxo de ar, mas impede fluidos queimados) abertura(s) 324 e, por exemplo, a pluralidade de células de energia 302.

[075] As Figuras 4A-4D ilustram implementações exemplificativas de um subconjunto de retentor de chamas utilizado em um módulo de bateria. Cada um dos subconjuntos ilustrados de retentor de chamas ilustrados pode ser utilizado, por exemplo, como um ou mais dos dispositivos de retenção de chamas 112/212/312 descritos acima. Figura 4A ilustra um exemplo particular de implementação de um subconjunto de retenção de chamas 400. Neste exemplo, o subconjunto de retenção de chamas 400 pode consistir simplesmente em um elemento de tela ou malha (por exemplo, um material tecido, folha perfurada, elemento poroso e/Ou almofada de arame). O subconjunto de retenção de chamas 400 pode ser rígido e pode ser ligado, por exemplo, a um invólucro de um módulo de bateria. A submontagem de retenção de chamas 400, como mostrado, inclui múltiplas aberturas, que podem ser dimensionadas para permitir que o fluxo de ar não quebrado passe através delas enquanto impede que o fluido queimado (por exemplo, chamas) flua através dele. O subconjunto de retenção de chamas 400 pode ser feito de cerâmica ou metal ou outros materiais, os quais incluem materiais com pontos de fusão elevados, baixa combustibilidade e/ou baixas propriedades de geração de fumaça. Deste modo, o subconjunto de retenção de chamas 400 pode remover energia de um fluido ou chama queimado para ajudar a impedir a propagação da chama.

[076] A Figura 4B mostra outro exemplo de implementação de um subconjunto 410 de retenção de chamas. O subconjunto 410 de amortecedor de chamas inclui um elemento de tela 414 encerrado dentro de uma estrutura 412. O elemento de tela 414 pode ser substancialmente semelhante ao subconjunto de retenção de chamas 400. A estrutura 412 pode fechar rigidamente o elemento de tela 414 e ser acoplável, por exemplo, a um invólucro ou outro componente de um módulo de bateria aqui descrito. Em alguns aspectos, a estrutura 412 pode incluir vários elementos de tela 414, montados em série (por exemplo, em relação a um fluxo de ar ou fluido através deles) dentro da estrutura 412. Em alguns aspectos, cada um dos elementos de tela 414 pode ter características distintas, Tais como o tamanho da abertura ou a espessura da malha, material ou de outra forma. Por exemplo, um elemento de tela 414 pode ser relativamente fino em comparação com outro elemento de tela 414, proporcionando assim barreiras diferentes a um fluxo de fluido queimado através dele, enquanto ainda permite o fluxo de ar através dele.

[077] A Figura 4C mostra outro exemplo de implementação de um subconjunto de retentor de chama 420. O subconjunto de retentor de chama 420 inclui um elemento de tela 424 encerrado dentro de um armação 422. O elemento de tela 424 pode ser substancialmente semelhante ao subconjunto de retentor de chama 400. A armação 422 pode encaixar rigidamente o elemento de tela 424 e ser acoplável, por exemplo, a um invólucro ou outro componente de um módulo de bateria aqui descrito. Tal como acontece com o subconjunto 410 de retenção de chamas, em alguns aspectos, a estrutura 422 pode envolver vários elementos de tela 424, montados em série (por exemplo, em relação a um fluxo de ar ou fluido através deles) dentro da estrutura 422 como mostrado na Figura 4D, que é uma vista de topo do subconjunto de retentor de chama 420. Como mostrado na Figura 4D, uma porção 432 da estrutura 422 pode ser posicionada entre os dois elementos de tela 422, proporcionando assim, por exemplo, rigidez estrutural ao subconjunto de retenção de chamas 420.

[078] Em alguns aspectos, cada um dos elementos de tela 424 pode ter características distintas, tais como o tamanho da abertura ou a espessura da malha, o material ou de outro modo. Por exemplo, um elemento de tela 424 pode ser relativamente fino em comparação com outro elemento de tela 424, proporcionando assim barreiras diferentes a um fluxo de fluido queimado através dele, enquanto ainda permite o fluxo de ar através dele (como ilustrado).

[079] Conforme ilustrado, a estrutura 422 inclui uma porção lateral 426 que inclui duas metades 428. No exemplo ilustrado com as duas metades 428 encaixadas (por exemplo, ligadas ou acopladas) em conjunto, são formados orifícios de arame 430. Porções adicionais da estrutura 422 (por exemplo, em um lado oposto à porção lateral 426) podem também ser divididas ou de outro modo concebidas para formar um ou mais orifícios de arame 430.

[080] A Figura 5 ilustra um fluxograma para um método 500 de gestão de um evento de combustão em um módulo de bateria. Em alguns aspectos, o método 500 pode ser implementado com um ou mais dos módulos de bateria 100, 200 e/ou 300, ou outros módulos de bateria dentro do âmbito da presente descrição. O método 500 inclui o passo de posicionamento de um módulo de bateria em um centro de data (502).

[081] Por exemplo, um módulo de bateria, tal como uma ou mais implementações de um módulo de bateria aqui descrito, pode ser utilizado para alimentar dispositivos eletrônicos (por exemplo, servidores, processadores, memória, dispositivos de rede, E outros) suportados em racks de servidores, placas mãe ou outros. Em alguns exemplos, um ou mais módulos de bateria podem ser montados ou adjacentes a um rack de servidor com os dispositivos eletrônicos.

[082] O método 500 inclui também o passo de fazer circular um fluxo de ar para arrefecer uma pluralidade de células de energia no módulo de bateria (504). Em alguns aspectos, um ventilador, interno e/ou externo ao módulo, pode circular um fluxo de ar através de aberturas em uma extremidade do módulo de bateria, através de um percurso de fluxo de ar para arrefecer as células de energia e/ou outros componentes de geração de calor (por exemplo, sistema de gerenciamento de bateria), e fora do módulo de bateria através de aberturas em outra extremidade do módulo de bateria. Em alguns aspectos, a convecção natural pode ser usada para fluir um fluxo de ar de refrigeração através do módulo de bateria.

[083] O método 500 inclui também o passo de fazer circular o fluxo de ar através de um retentor de chamas montado dentro do módulo de bateria (506). Por exemplo, durante o funcionamento normal do módulo de bateria (por exemplo, sem ocorrência de um evento de combustão), o fluxo de ar pode passar através de um ou mais dispositivos de retenção de chamas montados no interior do módulo de bateria. Os retentores de chamas incluem uma tela, malha ou componente poroso que permite o fluxo de ar através deles. Deste modo, durante o funcionamento normal do módulo de bateria, os retentores de chamas montados no módulo de bateria podem ter um efeito nulo sobre o fluxo de um fluxo de ar de arrefecimento para arrefecer as células de energia.

[084] O método 500 também inclui o passo de impedir que um fluido inflamado passe do módulo de bateria para um ambiente (508). Por exemplo, uma combustão uniforme pode ocorrer dentro do módulo de bateria ou externa ao módulo de bateria. A combustão pode mesmo ser a ocorrência, dentro ou fora do módulo de bateria, de um evento de alta temperatura, que provoca a combustão de um ou mais fluidos inflamáveis. Os fluidos inflamáveis podem incluir, por exemplo, uma solução de eletrólito contida nas células de energia, a qual pode sair de cada célula de energia montada no módulo de bateria através de um elemento de ventilação. Assim, durante um exemplo de cenário de combustão do evento, a solução de eletrólito ventilada pode entrar em combustão dentro do módulo de bateria, formando assim um fluido queimado (por exemplo, chamas) dentro do módulo. Em alguns aspectos, devido à disposição das células de energia e dos dispositivos de retenção de chamas dentro de um volume do módulo de bateria, o fluido queimado só pode sair do módulo de bateria através dos dispositivos de detecção de chamas. Os dispositivos de retenção de chamas, no passo 508, podem impedir que o fluido queimado e/ou chamas fluam através deles, contendo desse modo o fluido queimado e/ou chamas no interior do módulo de bateria.

[085] O método 500 inclui também o passo de remoção de energia de uma frente de onda de combustão (510). Por exemplo, o fluido queimado pode gerar uma frente de onda de combustão, ou frente de chama, que pode, se não for impedida, estender-se para além de um módulo de bateria. Como os retentores de chamas podem estar a uma temperatura mais baixa, ou podem ser bons condutores térmicos, a energia (por exemplo, calor) da frente da chama de combustão pode ser transferida da frente da chama de combustão para os dispositivos de retenção de chamas. À medida que a energia é transferida e uma quantidade de energia na frente da chama de combustão é diminuída, a frente da chama da combustão pode ser diminuída. impedida ou

[086] Foi descrito um certo número de exemplos. No entanto, deve entender-se que podem ser feitas várias modificações. Por exemplo, o fluxo de ar global pode ser da direita para a esquerda também em um "sistema de arrefecimento por tração" (em comparação com os desenhos que são fluxos de ar da esquerda para a direita e um "sistema de arrefecimento por impulsão"). Um sistema de sucção é por vezes referido como um "sistema de arrefecimento por pressão negativa" e um sistema de pressão é por vezes referido como um "sistema de arrefecimento por pressão positiva". Como qualquer tipo de efeito de campo potencial, é o gradiente que direciona o fluxo. Além disso, por exemplo, os passos do fluxograma exemplificativo na Figura 5 podem ser realizados em outras ordens, algumas etapas podem ser removidas e outras etapas podem ser adicionadas. Como outro exemplo, um módulo de bateria (por exemplo, módulo de bateria 100 ou de outro modo) pode incluir aberturas de fluxo de ar em lados ou topos além de, ou em lugar de, aberturas de fluxo de ar em extremidades. Em conformidade, outros exemplos estão dentro do âmbito das reivindicações seguintes.

Claims (15)

1. Módulo de bateria (100, 200, 300), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um invólucro (106, 206, 306) que define um volume interior (108, 208, 308) e compreende um caminho de fluxo de ar a partir de uma abertura (116, 216, 316) formada em um primeiro membro de extremidade (118, 218, 318) do invólucro, através do volume interior e a uma abertura (124, 224, 324) formada em um segundo membro de extremidade (126, 226, 326) do invólucro; uma pluralidade de células de energia (102, 202, 302) montadas no volume interior (108, 208, 308) do invólucro, cada uma das células de energia compreendendo um elemento de ventilação (122, 222, 322) em uma extremidade da célula de energia; e um retentor de chamas (112, 212, 312) montado ao longo do caminho de fluxo de ar e entre a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) e a abertura (124, 224, 324) formada no segundo membro de extremidade (126, 226, 326) do invólucro (106, 206, 306), o retentor de chamas compreendendo uma tela (414, 424) que compreende uma pluralidade de percursos de fluido dimensionados para permitir um fluxo de ar a partir do percurso de fluxo de ar através dos percursos de fluido e dimensionadas para impedir que um fluido queimado passe para atravessá-lo.

2. Módulo de bateria (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um ventilador (120, 220) montado no invólucro (106, 206, 306) para fazer circular o fluxo de ar entre a abertura (116, 216, 316) formada no primeiro membro de extremidade do invólucro e a abertura formada em um segundo membro de extremidade do invólucro.

3. Módulo de bateria (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) são montadas direcionalmente no volume interior (108, 208, 308) de modo que os elementos de ventilação (122, 222, 322) fiquem voltados para uma direção de deslocamento em relação a pelo menos uma das aberturas (116, 216, 316) formadas no primeiro membro de extremidade (118, 218, 318) ou a abertura (124, 224, 324) formada no segundo membro de extremidade (126, 226, 326) do invólucro (106, 206, 306).

4. Módulo de bateria (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o retentor de chamas (112, 212, 312) compreende ainda uma armação (412, 422) que pode ser ligada ao invólucro (106, 206, 306), estando a tela (414, 424) montada dentro da armação; opcionalmente em que a armação (422) compreende um orifício de passagem (430) que forma um percurso de cabo entre os lados do retentor de chamas (112, 212, 312).

5. Módulo de bateria (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a tela compreende uma primeira tela, o retentor de chamas (112, 212, 312) compreendendo uma segunda tela montada no interior da estrutura (422) substancialmente paralela à primeira tela, opcionalmente em que a segunda tela compreende uma pluralidade de segundas vias de fluido e pelo menos uma porção das segundas vias de fluido ter dimensões diferentes de uma porção dos caminhos de fluido da primeira tela.

6. Módulo de bateria (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo retentor de chamas (112, 212, 312) compreende um primeiro retentor de chamas, o módulo compreendendo ainda um segundo retentor de chamas montado através do caminho de fluxo de ar e entre a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) e a abertura (116, 216, 316) formada no primeiro membro de extremidade (118, 218, 318) do invólucro, o segundo retentor de chamas compreendendo uma tela que compreende uma pluralidade de caminhos de fluido dimensionados para permitir um fluxo de ar a partir do caminho de fluxo de ar através dos percursos de fluido e dimensionados para impedir que um fluido queimado passe para atravessá-lo.

7. Módulo de bateria (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) compreendem uma pluralidade de baterias de íons de lítio, opcionalmente em que cada uma das baterias de íons de lítio compreende uma bateria de íons de lítio de fator de forma 18650.

8. Método de gestão de um evento de combustão em um módulo de bateria (100, 200, 300), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: posicionamento de um módulo de bateria (100, 200, 300) em um centro de dados, compreendendo o módulo de bateria um invólucro (106, 206, 306) com um primeiro membro de extremidade (118, 218, 318) e um segundo membro de extremidade (126, 226, 326) e uma pluralidade de células de energia (102, 202, 302) montadas no invólucro, cada uma das células de energia compreendendo um elemento de ventilação (122, 222, 322) em uma extremidade da célula de energia; a circulação de um fluxo de ar a partir de uma abertura (116, 216, 316) no primeiro membro de extremidade (118, 218, 318), através de um volume interno (108, 208, 308) do invólucro (106, 206, 306) para arrefecer a pluralidade de células de energia (102, 202, 302), e a uma abertura (124, 224, 324) no segundo membro de extremidade (126, 226, 326); circulação do fluxo de ar através de um retentor de chamas (112, 212, 312) montado dentro do invólucro (106, 206, 306) e entre a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) e a abertura (124, 224, 324) formada no segundo membro de extremidade (126, 226, 326) do invólucro; e impedindo, com o retentor de chamas (112, 212, 312), um fluido queimado de passar através do invólucro (106, 206, 306) para um ambiente no centro de dados.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a circulação do fluxo de ar com uma ventoinha (120, 220) montada no invólucro (106, 206, 306), ou em que o fluxo de ar circular por convecção natural.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a circulação do fluxo de ar através de um retentor de chamas (112, 212, 312) compreende a circulação do fluxo de ar através de uma tela montada dentro de uma armação do retentor de chamas, opcionalmente em que a tela compreende uma primeira tela, compreendendo ainda o método de fazer circular o fluxo de ar através de uma segunda tela montado no interior da estrutura substancialmente paralela à primeira tela.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo retentor de chamas (112, 212, 312) compreende um primeiro retentor de chamas, compreendendo ainda o método: circulação do fluxo de ar através de um segundo retentor de chamas montado dentro do invólucro (106, 206, 306) e entre a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) e a abertura (116, 216, 316) formada no primeiro membro de extremidade (118, 218, 318) do invólucro; e impedindo, com o segundo retentor de chamas, que o fluido queimado passe através do invólucro (106, 206, 306) para o ambiente no centro de dados.

12. Sistema de energia, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma pluralidade de módulos de bateria (100, 200, 300) acoplados eletricamente para formar uma unidade de energia configurada para fornecer energia elétrica a uma pluralidade de dispositivos eletrônicos montados em rack em um centro de dados, pelo menos um dos módulos de bateria compreendendo: uma caixa pelo menos parcialmente aberta para um ambiente nas extremidades da caixa e que define um caminho de fluido entre as extremidades da caixa; uma pluralidade de células de energia (102, 202, 302) montadas na caixa; uma ventoinha (120, 220) montada na caixa para fazer circular um fluxo de ar através do caminho de fluido para arrefecer a pluralidade de células de energia (102, 202, 302); e uma primeira tela montada através do caminho de fluido e entre a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) e uma das extremidades da caixa, a primeira tela compreendendo uma pluralidade de aberturas dimensionadas para permitir que o fluxo de ar passe através delas e impedir um fluido queimado passar através delas.

13. Sistema de energia, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo de bateria (100, 200, 300) compreende ainda uma segunda tela montada através do percurso de fluido e entre a pluralidade de células de energia (102, 202, 302) e a outra das extremidades da caixa, compreendendo a segunda tela uma pluralidade de aberturas dimensionadas para permitir que o fluxo de ar passe através deles e impeçam o fluido queimado a passar através deles.

14. Sistema de energia, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo de bateria (100, 200, 300) compreende ainda um escudo térmico (240) posicionado dentro da trajetória de fluido e que se estende entre as extremidades da caixa, opcionalmente em que o escudo térmico (240) estende-se entre a primeira e a segunda tela dentro da caixa.

15. Sistema de energia, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo de bateria (100, 200, 300) compreende ainda um sistema de gestão de bateria (304) posicionado dentro do caminho de fluido entre a primeira tela e uma das extremidades da caixa.

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