CN103843167B - 电池冷却方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种装置可存储包括至少一个顶端和至少一个底端的至少一个物体。所述装置可包括被构造成存储至少一个物体的容器和盛放液体的袋。所述袋可被构造成当其存储在所述容器内时基本上覆盖至少一个物体的至少一个顶端。所述袋可被构造成接触至少一个物体的至少一个顶端并且当接触由于热失控而从至少一个物体排出的内容物时打开。

Description

电池冷却方法和系统
描述
优先权
本申请要求2011年7月7日提交的第No. 61/505,401号美国临时申请的优先权的权益，所述临时申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开一般涉及一种冷却方法和系统，且更具体而言是一种电池冷却方法和系统。
背景技术
电池（例如锂电池或锂离子电池）可能在某些条件下（例如，有瑕疵的、损坏的、充电过度的、过热的等）经历热失控。当电池经历热失控时，该电池可升高温度直到该电池放出热的、加压的气体（例如，在大约450至500华氏度）。在放出气体的同时，电池可能继续升高温度（例如，直至大约1000至1050华氏度）。也可能从电池产生和放出燃烧的材料（例如，燃烧的液态电解液）的射流和/或烟。充足的热量、气体和/或火焰可能被产生以导致紧邻电池的材料（例如，电池外围的包装）的燃烧和破坏。
多个电池经常被一起存储和包装在单个包装中用于传输和/或其它应用。然而，当包装中的一个电池经历热失控时，电池产生的高热量、气体和/或火焰可能接触和/或加热相同包装中相邻的电池，使相邻的电池过热并且也经历热失控。连锁反应可能发生，因为经历热失控的每个电池可能使相邻的电池也经历热失控。因此，如果正在经受热失控的电池被包装中的一个或多个其它的电池包围，那么单个热失控事件可能导致多个电池的热失控，这继而导致更广泛的附带损坏。例如，盛放电池的包装可能被破坏，并且当多个电池经受热失控时，温度可能高达大约2500华氏度。因此，热失控是引人关注的问题，因为在一个电池中的单个小事件可能导致严重的财产损坏以及，在一些情况下，导致人身伤害或丧失生命。
所公开的方法和系统涉及克服上文所述的一个或多个问题。
发明内容
根据一个示例，用于存储包括至少一个顶端和至少一个底端的至少一个物体的装置包括被构造成存储至少一个物体的容器。该装置还包括盛放液体并且被构造成当其存储在容器中时基本上覆盖至少一个物体的至少一个顶端的袋。袋被构造成接触至少一个物体的至少一个顶端并且当接触由于热失控而从至少一个物体排出的内容物时打开。
根据另一个示例，用于存储具有至少一个顶端和至少一个底端的至少一个物体的方法包括把至少一个物体放入容器。该方法还包括把盛放液体的袋放在至少一个物体的至少一个顶端上，使得该袋基本上覆盖至少一个物体的至少一个顶端。该袋包括被构造成接触至少一个物体的至少一个顶端的层，并且该层由具有低于大约400华氏度的熔点的材料形成。
根据进一步示例，存储多个具有顶端和底端的物体的方法包括把多个物体放入容器。该多个物体是并列的，使得多个物体的顶端对齐且多个物体的底端接触容器的表面。该方法还包括把盛放液体的袋放在多个物体的顶端上，使得该袋基本上覆盖多个物体。袋被构造成接触多个物体的顶端并且当接触由于热失控而从多个物体的至少一个排出的内容物时打开。
根据还有另一个示例，限定了腔并且被构造成传输物体的容器包括流体和至少一个密封的封装物。该密封的封装物被构造成(i)盛放流体；(ii)基本上覆盖容器中的至少一个物体的顶端；(iii)接触至少一个物体的顶端；以及(iv)当内容物从至少一个物体被排出时释放流体。
应当理解，上述的一般描述和以下的详细描述都只包含示例，并不是对本发明的限制。
附图说明
图1是根据示例性实施例的包括袋和多个电池的容器的组件的透视图；
图2是图1的容器的剖面图；
图3是有正在排放的电池的图1的容器的剖面图；
图4是图1的容器的剖面图，其中袋是打开的；
图5是根据示例性实施例的由包裹气囊的片材形成的袋的剖面图；
图6是根据示例性实施例的包括防水层的容器的剖面图；
图7是根据另一示例性实施例的有关闭的盖的容器的透视图；
图8是有打开的盖的图7的容器的透视图，并且包括袋和多个电池；以及
图9是有打开的盖并且移除袋的图7的容器的透视图。
具体实施方式
现在将对附图中所示的示例性实施例做出详细参考。在可能的情况下，将在所有的附图中使用相同的附图标记以指代相同的或类似的部件。
图1-4图示用于例如在运输期间存储一个或多个电池20或用于其它应用的示例容器10。容器10可包括至少一面侧壁12和底部表面14，其限定了其中用以存储电池20的空间。在图1示出的示例性实施例中，容器10是包括四面侧壁12的长方棱柱，但是侧壁12的数量可能有所不同，这取决于容器10的形状。另外，容器10可具有至少部分打开的顶部（例如，没有盖）或可包括可关闭的盖。
容器10可由各种类型的材料形成。在图1-4示出的示例性实施例中，容器10由波纹纸板形成。替代地，容器10可由其它通常用作包装材料（例如，其它类型的纸板、纸、塑料和/或其它通常硬的和/或可折的材料）的材料形成。可使用本领域已知的蜡、聚合物、防水物质、防油物质等处理所述材料。
电池20可包括任何类型的电池。例如，电池20可包括任何各种不同的化学组成和构造，包括但不限于，锂、锂离子（例如，磷酸铁锂、锂钴氧化物、其它锂金属氧化物等）、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍铬、镍氢、镍锌、银锌、碱性或其它电池类型/构造。另外，电池20可包括各种不同化学组成的电池的任意组合。
任何数量的电池20可存储在容器10中，例如，取决于容器10的尺寸。在图1-4示出的示例性实施例中，多个电池20存储在容器10中。替代地，范围从1至超过1000中的任何数量的电池20可存储在容器10中。此外，当容器10存储多个电池20时，电池20可被彼此相邻存储并且彼此接触，如图1-4所示。替代地，一个或多个间隔物13（图8和图9）可被提供以使电池20彼此隔开和/或与侧壁12隔开。电池20可被放在用于存储电池20的各种已知的构造中。
每一个电池20可包括顶端22和底端24。例如，如图1-4所示，顶端22可包括例如形成从电池20的外壳延伸的圆柱形突起（扣状物）26的正极端子和本领域已知的排放孔或释放口（未示出）。可将电池20放入容器10内，使得电池20的底端24接触并且搁置在容器10的底部表面14上，如图2-4所示。电池20的顶端22可也彼此对齐。
袋40可被放在容器10中的电池20的顶部上，并且可接触和搁置在电池20上。例如，如图1-4所示，袋40可被放在电池的顶部上并且搁置在电池20的顶端22上。袋40可被改变大小（例如，长度和宽度）以基本上覆盖电池20，或至少基本上覆盖电池20的顶端22的大部分。在一个实施例中，袋40可具有与容器10形成的空间基本上相同的（或稍微更小的）长度和宽度，并且可与电池20一起放置在容器10内。虽然袋40的尺寸取决于电池20的尺寸，但是袋40的尺寸范围可例如从大约三英寸乘大约三英寸至大约两英尺乘大约两英尺。替代地，袋40的长度和/或宽度可以更小或更大。
袋40的高度可取决于如将在下文描述的袋40的内容物。例如，高度可以是大约一英寸至两英寸。替代地，袋40的高度可以更小或更大。
袋40可包括限定在材料的膜或层42中的密封的腔。在袋40中形成的密封的腔可盛放流体44。例如，袋40可以是柔性容器，（例如，使用脉冲热封机）可关闭或密封该柔性容器以保持、存储或载运流体44。层42可由在本领域已知的用于形成塑料袋或其它类型的柔性袋的任何材料形成，例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚内衬袋、聚乙酸乙烯酯（PVA）、聚偏二氯乙烯（例如，保鲜膜或塑料膜）、尼龙等。
层42可由具有相对较低的熔点的材料形成。例如，层42可以是能够在如下范围内的温度下熔化：例如，低于大约400华氏度、低于大约300华氏度、低于大约200华氏度、低于大约180华氏度、在这些温度之间的任何范围等。此外，层42可具有类似于用于形成塑料袋或本领域已知的其它类型的柔性袋的层厚度的厚度，例如在大约0.0005英寸至大约0.005英寸范围中的厚度。
流体44可包括气体（例如，空气等）和/或液体（例如，水等）。在一个示例性实施例中，袋40可盛放大约100%的水。在另一个示例性实施例中，袋40可盛放大约95%至大约98%的水或其它液体，并且其余的大约2%至大约5%可包括另一种物质。其它物质可被用来增加流体44的粘度、蒸发时间、冷却和/或灭火和/或阻燃的特性。所述其它物质可包括凝胶、聚合物等。例如，聚丙烯酸钠是可吸收水以形成作为增稠剂的凝胶的粉末。
袋40的层42用作在袋40中的流体44与电池20的顶端22之间的屏障，并且可当接触从任意电池20排出的内容物时打开。例如，图2示出存储在其中袋40位于电池20上方的实施例的容器10中的三个电池20。三个电池20包括第一电池30和与第一电池30相邻的两个电池32。
第一电池30可经受热失控，从而导致（除了其它以外）第一电池30增加温度和/或从第一电池30内排出或排放内容物50，例如流体的火焰和/或射流（例如，气体或液体，如液态电解液）。图3示出第一电池30从第一电池30内排放内容物50。
由于热失控，第一电池30和/或排放的内容物50可达到大约等于或高于形成袋40的层42的材料的熔点的温度，袋40中的流体44的温度可增加到足以使袋40内的压力使层42破裂，和/或排放的内容物50可与足够使层42破裂的力一起被排出。由于上述的熔化和/或破裂，一个或多个开口46可在袋40的层42中形成，从而使得流体44从袋40泄漏。
图4示出流体44从袋40通过在层42中形成的开口46释放。开口46可大致位于第一电池30的上方。如图4所示，开口46还可大致位于与第一电池30相邻的其它电池32的上方和/或在容器10内。因此，流体44（例如，通过蒸发）可基本上盖住和冷却第一电池30和/或其它电池。流体44可流入第一电池30，围绕电池30、32流动，然后蒸发。因此，流体44可冷却经历热失控的第一电池30和/或其它电池32，以便减少由于第一电池30的热失控而导致的热量和/或燃烧，和/或有助于防止其它电池32经受热失控，其可导致连锁反应。
如上所述，在一个示例中，盛放在袋40中的流体44的量取决于放置在袋40下面的电池20的尺寸和数量，和/或预测的足以冷却第一电池30和/或其它电池32和/或有助于防止连锁反应的流体的量。类似地，袋40的高度可取决于袋40中盛放的流体44的量。
此外，如上所述，在一个示例中，流体44的成分包括增加流体44的流动阻力的物质（例如，凝胶、形成凝胶的物质、其它增稠剂等）。因此，流体44可更慢地流过电池20，这可更有效地冷却电池20，而不是相对较快地冲过电池20。流体44还可具有足够低的流动阻力以允许流体44充分地围绕电池20流动。
图5示出包括如上所述的层42和流体44的袋40a。根据另一个示例性实施例，袋40a还可由包括气囊60的片材形成。例如，袋40a可使用片材（通常称作“气泡膜”）形成，其中气泡膜的气泡由包裹气囊48的层62形成。层62可类似（例如，在厚度和材料方面）于上文所述的层42。气泡膜可在层42的边缘密封以形成袋40a并且可盛放流体44。因此，气囊48可在层42、62之间形成。袋40a可被放置于电池20上，使得流体44通过由层42、62和气囊48形成的屏障与电池20隔开。替代地，袋40a，而不是多个气囊60，可由将流体44与电池20隔开的单个气囊60形成。
利用这种构造，当经历热失控的电池（例如，第一电池30）加热时，来自电池的热量被首先转移到气囊60而不是直接转移到流体44。然后，经历热失控的电池可达到使电池排出内容物50和/或熔化层42、62足以形成释放流体44来盖住电池20的开口46的温度。
图6示出根据另一个示例性实施例的包括防水层16的容器10。例如，防水层16可以是涂层（例如，增塑涂层），其应用到容器10的侧壁12的内表面和/或底部表面14。替代地，防水层16可形成为托盘（例如塑料托盘），所述托盘具有的形状基本上对应于容器10的侧壁12的内表面和/或底部表面14的形状。塑料托盘可以在将电池20和袋40放在容器10中之前插入容器10。
防水层16可防止从袋40释放的流体44被吸收进入容器10。当流体44被吸收进入容器10时，流体44可能不能盖住电池20足够长的时间以充分地冷却电池20。此外，防水层16可防止容器10被损坏和/或变弱，并且防止流体44泄漏到周围环境中等。
进一步，在另一个示例性实施例中，容器10可包括连接到袋40的一个或多个组件70和一个或多个传感器72，例如袋40的层42或袋40接触电池20的其它部分。在图6所示的示例性实施例中，多个组件70和传感器72形成连续的层，其粘附到袋40的层42的底部表面。替代地，一个或多个组件70和一个或多个传感器72可在袋40的层42的底部表面上彼此间隔。例如，组件70和/或传感器72的间隔和数量可取决于在袋40下方存储的电池20的尺寸和/或数量，以使得至少一个组件70和至少一个传感器72可大致位于每一个电池20附近。作为另一替代，组件70和/或传感器72可在袋40内形成，例如层42的上表面，以使得层42在电池20与组件70和/或传感器72之间形成屏障。
传感器72可检测热失控。例如，传感器72可检测高于预定阈值的温度变化，例如180华氏度、200华氏度、300华氏度、400华氏度或另一个温度阈值。替代地，传感器72可检测经受热失控的电池排出的物质的预定的量，例如电池排出的气体或液体（例如，电解质、二氧化碳、氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯等）。作为另一替代，传感器72可检测从经受热失控的电池排放的内容物50传递的力的预定的量。
在传感器72检测热失控时，组件70可使袋40中的流体44被释放。例如，组件70可爆裂或在层42或袋40的其它部分制造孔或其它开口。例如，组件70可包括被构造成当致动时打开和/或关闭的阀或其它装置。
图7-9示出根据另一个实施例的包括盖11的容器10a。图7示出盖11关闭的容器10a。图8示出盖11打开的容器10a，并且袋40和电池20被存储在容器10a内。图9示出盖11打开的容器10a，并且从容器10a移除袋40。可选地，电池20可放置在容器10a内的单独的、更紧密配合的容器10b中。此外，间隔物13可被提供以在容器10a内产生更紧密的配合，这可使电池20保持并列、并排和/或垂直，如图9所示。
如上所述的容器10、10a允许一个或多个电池20以更小的财产损失和/或人身伤害的风险被传输和/或存储。如果电池20中的一个经受热失控，那么该电池以及相邻电池可被冷却，以便减少热量并且最小化经受热失控的电池排出的内容物所带来的损坏，减少在其它电池中产生连锁反应的可能性等。
可以对上述方法和系统做出各种修改和变化对本领域的技术人员是显而易见的。来自本说明书的考虑和所公开的方法和系统的实践的其它实施例对本领域的技术人员是显而易见的。说明书和示例旨在仅被视为是示例性的，真实的范围由所附权利要求书及其等同物来指示。

Claims (29)

1.一种用于存储包括至少一个顶端和至少一个底端的至少一个物体的装置，所述装置包括：
容器，其被构造成存储所述至少一个物体；
袋，其盛放液体并被构造成当其存储在所述容器内时基本上覆盖所述至少一个物体的所述至少一个顶端，所述袋被构造成接触所述至少一个物体的所述至少一个顶端并且当接触由于热失控而从所述至少一个物体排出的内容物时打开，允许液体在重力方向上在至少一个物体的至少一个顶端上方从袋流动，
其中袋包括至少一个气囊，其位于液体和至少一个物体之间并且分开液体和至少一个物体。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述至少一个物体是至少一个电池；以及
所述容器包括限定了被构造成存储所述至少一个电池的空间的至少一个侧壁和底部表面，使得所述容器的所述底部表面被构造成接触所述至少一个电池的所述至少一个底端，并且所述至少一个电池的所述至少一个顶端包括正极端子。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述侧壁的内表面和所述底部表面包括防水层。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述防水层由所述容器的所述底部表面上的增塑涂层形成。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述防水层由位于所述容器的所述底部表面上的托盘形成。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体包括水和凝胶。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述凝胶由聚丙烯酸钠形成。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体具有比水更高的粘度。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述袋由塑料形成。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述袋由具有180至400华氏度的熔点的材料形成。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述袋由具有低于400华氏度的熔点的材料形成。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述袋包括把液体从所述至少一个物体的所述至少一个顶端隔开的层，并且所述层具有0.0005英寸至0.005英寸的厚度。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述袋由包括至少一个气囊的塑料片材形成。
14.根据权利要求1所述的装置，其还包括：
传感器，其被构造成检测温度；和
部件，其被构造成当所述传感器检测的温度高于预定温度时打开所述袋。
15.根据权利要求1所述的装置，其还包括：
传感器，其被构造成检测物质的量；和
部件，其被构造成当所述传感器检测的所述物质的量多于预定的量时打开所述袋。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述物质包括电解质、二氧化碳、氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷和乙烯中的至少一种。
17.根据权利要求1所述的装置，其还包括：
传感器，其被构造成检测导向所述传感器的力；和
部件，其被构造成当所述传感器检测的力大于预定的力时打开所述袋。
18.一种存储包括至少一个顶端和至少一个底端的至少一个物体的方法，所述方法包括：
将所述至少一个物体放置到容器中；以及
将盛放液体的袋放置到所述至少一个物体的所述至少一个顶端上，使得所述袋基本上覆盖所述至少一个物体的顶端，所述袋包括被构造成接触所述至少一个物体的所述至少一个顶端的层并由具有低于400华氏度的熔点的材料形成，
所述层被构造成当接触由于热失控而从所述至少一个物体排出的内容物时打开，允许液体在重力方向上在至少一个物体的至少一个顶端上方从袋流动，并且
其中袋包括至少一个气囊，其位于液体和至少一个物体之间并且分开液体和至少一个物体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述至少一个物体是至少一个电池；以及
所述材料的所述熔点低于200华氏度。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述材料的所述熔点低于300华氏度。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述材料的所述熔点为至少180华氏度并且小于400华氏度。
22.一种存储包括顶端和底端的多个物体的方法，所述方法包括：
将所述多个物体放入容器中，所述多个物体是并列的，使得所述多个物体的所述顶端对齐并且所述多个物体的所述底端接触所述容器的表面；以及
将盛放液体的袋放在所述多个物体的所述顶端上，使得所述袋基本上覆盖所述多个物体，所述袋被构造成接触所述多个物体的所述顶端并且当接触由于热失控而从所述多个物体的至少一个排出的内容物时打开，允许液体在重力方向上在至少一个物体的至少一个顶端上方从袋流动，并且
其中袋包括至少一个气囊，其位于液体和至少一个物体之间并且分开液体和至少一个物体。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
所述多个物体是多个电池；以及
所述袋包括当打开所述袋时足以基本上盖住所述多个电池的至少一个的外表面的液体的量。
24.一种容器，其限定了腔并被构造成传输物体，所述容器包括：
流体；和
至少一个密封的封装物，所述至少一个密封的封装物被构造成
(i) 盛放所述流体，
(ii) 基本上覆盖所述容器中的至少一个物体的顶端，
(iii) 与所述至少一个物体的所述顶端接触，以及
(iv) 当从所述至少一个物体排出内容物时释放所述流体，允许液体在重力方向上在至少一个物体的顶端上方从密封的封装物流动，
其中密封的封装物包括至少一个气囊，其位于液体和至少一个物体之间并且分开液体和至少一个物体。
25.根据权利要求24所述的容器，其中所述密封的封装物是袋。
26.根据权利要求25所述的容器，其中：
所述至少一个物体是至少一个电池；以及
所述密封物被进一步构造成当来自所述至少一个电池的所述内容物由于热失控而被排出时释放所述流体。
27.根据权利要求24所述的容器，其中所述密封的封装物是塑料袋。
28.根据权利要求27所述的容器，其中：
所述至少一个物体是至少一个电池；以及
所述密封的封装物被进一步构造成当来自所述至少一个电池的所述内容物由于热失控而被排出时释放所述流体。
29.根据权利要求24所述的容器，其中：
所述至少一个物体是至少一个电池；以及
所述密封的封装物被进一步构造成当来自所述至少一个电池的所述内容物由于热失控而被排出时释放所述流体。
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