CN104466276A - 锂电池的保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池的保护装置及保护方法。其中，该锂电池的保护装置包括：箱体，箱体内设置有锂电池；冷却剂存储罐，用于存储冷却剂；冷却管路，与冷却剂存储罐连接；冷却剂出口，设置在冷却管路上，并朝向锂电池；控制阀，设置在冷却出口处，用于控制冷却剂出口的开闭。通过本发明，解决了现有技术中锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题，进而达到了提高锂电池安全性的效果。

Description

锂电池的保护装置及保护方法

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种锂电池的保护装置及保护方法。

背景技术

伴随电子设备的普及，锂电池现已广泛应用于生活中的各个方面，而新能源汽车的逐步推广更是进一步促进了锂电池特别是大功率锂电池的应用范围。与此同时，锂电池的应用所带来的问题也日益暴露，例如锂电池过充过放、刺穿、挤压等意外会导致温度急剧升高，造成锂电池热失控，并引燃电池电极材料，从而导致周边电池升温烧损整个电池组，甚至会引起火灾。在实际生活中，已经多次发生过纯电动客车烧损、大型锂电池备用电源烧损甚至爆炸等恶性事故。

目前就上述热失控问题，有大量的研究团体做了深入的研究和探讨，对于该问题的探讨主要集中在两方面，一方面是预防发生锂电池过充过放、刺穿、挤压造成热失控，主要是深入研究热累积机理，给出故障预测，并对散热方面做集中研究；另一方面是发生后及时通知使用者，主要通过电阻、电压、温度、光信号等方式通知使用者，避免操作人员危险。

现在绝大多数对大功率锂电池的安全问题研究均集中在预防火灾发生和如何及时通知操作人员快速逃离，但只是预防火灾发生和及时通知操作人员快速逃离，无法做到在大功率单节锂电池或多节锂电池发生热失控时，及时阻止锂电池热失控后所引起的火灾事故。

针对相关技术中锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂电池的保护装置及保护方法，以解决现有技术中锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂电池的保护装置。

根据本发明的锂电池的保护装置包括：箱体，所述箱体内设置有锂电池；冷却剂存储罐，用于存储冷却剂；冷却管路，与所述冷却剂存储罐连接；冷却剂出口，设置在所述冷却管路上，并朝向所述锂电池；以及控制阀，设置在所述冷却出口处，用于控制所述冷却剂出口的开闭。

进一步地，所述控制阀为易熔栓。

进一步地，所述控制阀为电磁阀，所述保护装置还包括：温度传感器，用于检测所述锂电池的温度；控制器，与所述温度传感器相连接，用于将所述温度传感器检测到的温度与预设值进行比较，并根据比较结果控制所述电磁阀的阀门是否打开。

进一步地，所述保护装置还包括：泄压阀，设置在所述冷却剂管路上。

进一步地，所述锂电池包括n个锂电池单体，其中：所述冷却管路上设置有n个冷却剂出口，其中，冷却剂出口Ci朝向锂电池单体Li，i依次取1至n；所述控制阀的数量为n，其中，控制阀Qi设置在所述冷却剂出口Ci处。

进一步地，所述箱体内设置有间隔栅，所述间隔栅形成所述冷却管路，所述间隔栅中设置有用于放置所述锂电池单体Li的安装槽Si，所述冷却剂出口Ci设置在所述安装槽Si的侧壁上。

进一步地，所述控制阀Qi均为电磁阀，所述保护装置还包括：温度传感器，所述温度传感器的数量为n，其中，温度传感器Wi用于检测所述锂电池单体Li的温度；控制器，与n个所述温度传感器均相连接，用于将所述温度传感器Wi检测到的温度均与预设值进行比较，并根据比较结果控制所述控制阀Qi的阀门是否打开。

进一步地，所述保护装置还包括：绝热层，套设在所述冷却管路上。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种锂电池的保护方法。

根据本发明的锂电池的保护方法包括：检测锂电池的温度；比较所述温度与预设值的大小；以及在比较出所述温度大于所述预设值的情况下，控制锂电池的保护装置向所述锂电池喷射冷却剂，其中，所述锂电池的保护装置为上述内容所提供的任一种所述锂电池保护装置。

进一步地，所述锂电池包括n个锂电池单体，所述n个锂电池单体依次为锂电池单体L1至锂电池单体Ln，所述保护装置包括n个冷却剂出口，所述n个冷却剂出口依次为冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn，冷却剂出口Ci朝向锂电池单体Li设置，i依次取1至n，其中：检测锂电池的温度包括：分别检测所述锂电池单体L1至锂电池单体Ln的温度；比较所述温度与预设值的大小包括：依次比较所述锂电池单体L1至锂电池单体Ln的温度与预设值的大小；

在比较出所述温度大于所述预设值的情况下，控制锂电池的保护装置向所述锂电池喷射冷却剂包括：在比较出锂电池单体Lii的温度大于预设值的情况下，控制朝向所述锂电池单体Lii设置的冷却剂出口Cii向所述锂电池单体Lii喷射冷却剂，其中，所述锂电池单体Lii为所述锂电池单体L1至锂电池单体Ln中至少一个温度大于预设值的锂电池单体，冷却剂出口Cii为所述冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn中朝向所述锂电池单体Lii设置的冷却剂出口。

在本发明中，采用的锂电池的保护装置包括箱体，箱体内设置有锂电池；冷却剂存储罐，用于存储冷却剂；冷却管路，与冷却剂存储罐连接；冷却剂出口，设置在冷却管路上，并朝向锂电池；以及控制阀，设置在冷却出口处，用于控制冷却剂出口的开闭。通过控制阀控制其所在位置处冷却剂出口处的开闭，影响冷却管路的导通或截止，当锂电池的工作温度超过控制阀的预设值时造成热失控时，控制阀的阀门会打开，此时冷却管路为导通状态，存储在存储罐中的冷却剂会通过冷却管路上的冷却剂出口喷射至锂电池表面，喷射出的冷却剂会快速吸收热失控的锂电池释放的热量，实现热失控的锂电池的快速降温，解决了锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题，进而达到了提高锂电池安全性的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的锂电池的保护装置的结构示意图

图2是根据本发明优选实施例的锂电池的保护装置的结构示意图；

图3是根据本发明优选实施例的锂电池的保护装置中间隔栅的结构示意图；以及

图4是根据本发明实施例的锂电池的保护方法的流程图。

图中附图标记：1、泄压阀；2、液位计；3、冷却剂存储罐；4、控制阀；5、冷却剂出口；6、安装槽；7、间隔栅

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供了一种锂电池的保护装置，该保护装置包括箱体、冷却剂存储罐3、冷却管路、冷却剂出口5和控制阀4，其中，箱体内设置有锂电池；冷却剂存储罐3用于存储冷却剂，冷却剂为具有阻燃性能的物质，可以包含但不限于液氮、干冰、高压惰性气体，高压惰性气体具体可以为氦气、氖气、氩气、氪气，并且可以根据用户需求设置在箱体内或箱体外，设置在箱体内的话可以避免占用用户额外的空间，设置在箱体外方便用户向冷却剂存储罐中添加冷却剂；冷却管路与冷却剂存储罐3连接，用于输送冷却剂，冷却管路可以为输送管；冷却管路上设置用于喷射冷却剂有的冷却剂出口5，并且冷却剂出口5的出口方向朝向锂电池，控制阀4设置在冷却管路上的冷却剂出口5处，用于控制处冷却剂出口的开闭。

在本发明实施例中，当锂电池的工作温度超过控制阀的预设值时造成热失控时，控制阀的阀门会打开，此时冷却管路为导通状态，存储在存储罐中的冷却剂会通过冷却管路上的冷却剂出口喷射至锂电池表面，喷射出的冷却剂会快速吸收热失控的锂电池释放的热量，实现热失控的锂电池的快速降温，解决了锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题，达到了提高锂电池安全性的效果。同时，在冷却剂喷射在锂电池表面后，会立即在箱体内扩散，由于所使用的冷却剂的惰性特点，能够快速稀释箱体中的氧气含量，并将锂电池与氧气相隔离，可以进一步阻止热失控的锂电池发生燃烧，甚至熄灭火焰，最大程度的减少了由于锂电池热失控引起的损失。

具体地，控制阀4可以为易熔栓。易熔栓的阀口位置设置有具有易熔金属，该金属的熔点相当于一个预设值，当冷却剂出口朝向的锂电池的温度达到预设值时，易熔金属会被融掉，相当于控制阀的阀门打开，冷却管路导通。用户可以通过设置不同熔点的易熔金属，可以灵活地控制易熔栓的打开温度，能够使锂电池在发生热失控后得到及时有效的降温处理。

具体地，控制阀4可以为电磁阀，本发明实施例提供的锂电池的保护装置还包括与该电磁阀配合使用的温度传感器和控制器，其中，温度传感器用于检测锂电池的温度，可以设置在靠近锂电池的表面或者以锂电池为中心的预设范围内，该预设范围可以是10mm。控制器与温度传感器连接，用于将温度传感器检测到的温度与预设值进行比较，并根据比较结果控制电磁阀的阀门是否打开，也就是当锂电池的温度达到预设值后，控制器会控制发生热失控的锂电池所对应的管路上的电磁阀的阀门打开，冷却管路导通，此时该冷却管路上的冷却剂出口向该热失控锂电池喷射冷却剂，对该热失控锂电池进行热失控处理。当锂电池的温度小于预设值，控制器不做任何操作。

如图2所示，在本发明优选实施例所提供的锂电池的保护装置中，冷却剂存储罐3中设置有液位计2，用来检测冷却剂存储罐3内冷却剂的剩余容量，用户可以查看该液位计了解冷却剂的剩余情况，根据冷却剂的剩余情况决定是否向冷却剂储存罐中添加冷却剂。液位计的类型具体可以为超声液位计、红外液位计。

如图2所示，在本发明优选实施例所提供的锂电池的保护装置中，锂电池的保护装置还包括设置在冷却管路上的泄压阀1，泄压阀1的作用是当冷却管路上的压强达到泄压阀的阈值时，泄压阀1的阀门会打开，将冷却剂存储罐3中的冷却剂释放到空气中。具体过程为：当锂电池的温度升高，而这个温度却没有达到可以使控制阀的阀门打开的温度时，锂电池所造成的高温会引起冷却剂存储罐和/或冷却管路中的冷却剂膨胀，从而导致冷却剂存储罐和/或冷却管路中冷却剂的压强增大，当冷却剂存储罐和/或冷却管路中的冷却剂的压强达到泄压阀的阈值时，泄压阀的阀门会打开，释放冷却剂存储罐中的冷却剂，从而降低冷却剂存储罐和/或冷却管路中的冷却剂压强，避免因冷却剂压强过大而导致冷却管路或冷却剂存储罐爆炸，提高锂电池的保护装置使用时的安全性和可靠性。

如图2所示，在本发明优选实施例所提供的锂电池的保护装置中，锂电池可以包括n个锂电池单体，n个锂电池单体依次为锂电池单体L1至锂电池单体Ln，冷却管路具有n个冷却剂出口5，n个冷却剂出口依次为冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn，其中，冷却剂出口Ci朝向锂电池单体Li设置，i依次取1至n，控制阀4的数量为n，n个控制阀依次为控制阀Q1至控制阀Qn，其中，控制阀Qi设置在冷却剂出口Ci处，即，冷却剂出口、锂电池单体和控制阀的个数是相同的，锂电池单体与冷却剂出口一一对应的设置，冷却剂出口与控制阀一一对应的设置，这样达到了一个控制阀控制一个冷却剂出口开闭的效果，每个出现热失控的锂电池都可以被通过朝向其设置的冷却剂出口喷射冷却剂，进一步提高每个锂电池单体的安全性。当某个锂电池单体发生热失控时，朝向该锂电池单体的冷却剂出口喷射冷却剂后，冷却剂可以吸收该锂电池单体释放的热量，实现了该锂电池及其周边的锂电池单体的快速降温，避免了热失控连锁相应的发生。

图3是根据本发明优选实施例的锂电池的保护装置中间隔栅的结构示意图，在本发明优选实施例所提供的锂电池的保护装置中，箱体内还可以设置有间隔栅7，间隔栅7为空心结构，间隔栅7的空心结构形成前述的冷却管路，间隔栅7中设置有用于放置锂电池单体的安装槽6，一个锂电池单体对应一个安装槽设置，安装槽Si中放置锂电池单体Li，安装槽Si的侧壁上设置有冷却剂出口Ci，冷却剂出口Ci处设置有控制阀Qi，也就是锂电池单体、安装槽和冷却剂出口之间均一一对应。当锂电池单体Li发生热失控后，其温度升高，并到达控制阀Qi的打开温度，此时控制阀Qi打开，冷却剂经控制阀Qi后从冷却剂出口Ci喷射至锂电池单体Li，从而对锂电池单体Li冷却降温。由于锂电池单体Li位于间隔栅的安装槽Si内，锂电池单体Li与安装槽Si的内壁之间形成间隔腔，因此冷却剂喷出后，由于受到间隔腔的体积的限制，会发生快速扩散，快速覆盖整个锂电池单体Li，因此能够提高对锂电池单体Li的冷却降温效率和降温效果。

具体地，控制阀4为电磁阀时，锂电池的保护装置还包括与电磁阀配合使用的n个温度传感器和控制器，其中，温度传感器Wi用于检测锂电池单体Li的温度，即，一个温度传感器检测一个锂电池单体的温度。控制器同时与n个温度传感器相连接，用于将温度传感器Wi检测到的温度均与预设值进行比较，并根据比较结果控制控制阀Qi的阀门是否打开，即，控制器同时与n个温度传感器连接，将每个温度传感器检测到的温度与控制器中设置的预设值进行比较，若n个温度传感器中有一个或多个温度传感器检测到的温度大于控制器中的预设值时，控制器会控制一个或多个朝向温度传感器检测的锂电池单体设置的冷却管路的冷却剂出口处的一个或多个电磁阀的阀门打开，使一个或多个冷却剂出口可以喷射冷却剂；若n个温度传感器检测到的温度都小于控制器的预设值，则控制阀Qi的阀门均关闭。

优选地，锂电池的保护装置还包括套设在冷却管路上的绝热层。

当冷却管路为输送管时，绝热层为套设在输送管外的套管层；当间隔栅形成冷却管路时，绝热层就套设在间隔栅上。绝热层可以起到防止冷却剂快速发挥，以及冷却管路在运输冷却剂的过程中的热量损失的作用。绝热层的材料可以是二氧化硅气凝胶、硅酸铝纤维、岩棉纤维、微孔硅酸钙、薄膜玻璃等绝热较好、可以阻燃的材料。

图4是根据本发明实施例的锂电池的保护方法的流程图，如图4所示，该流程图主要包括步骤S102至S106，其中：

S102：检测锂电池的温度，具体地，可以用温度传感器来检测锂电池的温度；

S104：比较温度与预设值的大小，即，比较检测到的锂电池的温度与系统中的预设值的大小关系，预设值可以根据用户需求设置。

S106：在比较出温度大于预设值的情况下，控制锂电池的保护装置向锂电池喷射冷却剂。若检测到锂电池的温度大于预设值，说明锂电池已经发生热失控，可能会引起电极燃烧，并引发火灾事故，控制锂电池的保护装置向锂电池喷射冷却剂，其中，锂电池的保护装置为上述锂电池的保护装置，在此不再重复说明。

在本实施例中，通过在比较出锂电池的温度大于预设值的情况下，向锂电池喷射冷却剂，冷却剂覆盖在锂电池表面，可以快速吸收锂电池释放的热量，并且将锂电池与氧气隔绝，解决了锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题，达到了提高锂电池安全性的效果。

具体地，在本发明实施例提供的锂电池的保护方法中，锂电池包括n个锂电池单体，n个锂电池单体依次为锂电池单体L1至锂电池单体Ln，保护装置包括n个冷却剂出口，n个冷却剂出口依次为冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn，冷却剂出口Ci朝向锂电池单体Li设置，i依次取1至n，其中：检测锂电池的温度包括：分别检测锂电池单体L1至锂电池单体Ln的温度，也就是检测每个锂电池单体的温度；比较温度与预设值的大小包括：依次比较锂电池单体L1至锂电池单体Ln的温度与预设值的大小，即，将检测到每个锂电池单体的温度均与预设值进行比较；在比较出温度大于预设值的情况下，控制锂电池的保护装置向锂电池喷射冷却剂包括：在比较出锂电池单体Lii的温度大于预设值的情况下，控制朝向锂电池单体Lii设置的冷却剂出口Cii向锂电池单体Lii喷射冷却剂，其中，锂电池单体Lii为锂电池单体L1至锂电池单体Ln中至少一个温度大于预设值的锂电池单体，冷却剂出口Cii为冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn中朝向锂电池单体Lii设置的冷却剂出口；也就是检测出有一个或多个锂电池单体的温度大于预设值时，朝向上述一个或多个锂电池单体设置的一个或多个冷却剂出口会向其朝向的锂电池单体喷射冷却剂。

在本发明实施例中，每个热失控的锂电池都可以被通过朝向其设置的冷却剂出口喷射冷却剂，达到了进一步提高每个锂电池单体的安全性的效果。

从以上的描述中，可以看出，本发明解决了锂电池热失控所引起的锂电池安全性低的问题，达到了提高锂电池安全性的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括：

箱体，所述箱体内设置有锂电池；

冷却剂存储罐(3)，用于存储冷却剂；

冷却管路，与所述冷却剂存储罐(3)连接；

冷却剂出口(5)，设置在所述冷却管路上，并朝向所述锂电池；以及

控制阀(4)，设置在所述冷却剂出口(5)处，用于控制所述冷却剂出口(5)的开闭。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述控制阀(4)为易熔栓。

3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述控制阀(4)为电磁阀，所述保护装置还包括：

温度传感器，用于检测所述锂电池的温度；

控制器，与所述温度传感器相连接，用于将所述温度传感器检测到的温度与预设值进行比较，并根据比较结果控制所述电磁阀的阀门是否打开。

4.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括：

泄压阀(1)，设置在所述冷却剂管路上。

5.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述锂电池包括n个锂电池单体，其中：

所述冷却管路上设置有n个冷却剂出口(5)，其中，冷却剂出口Ci朝向锂电池单体Li，i依次取1至n；

所述控制阀(4)的数量为n，其中，控制阀Qi设置在所述冷却剂出口Ci处。

6.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述箱体内设置有间隔栅(7)，所述间隔栅(7)形成所述冷却管路，所述间隔栅(7)中设置有用于放置所述锂电池单体Li的安装槽Si，所述冷却剂出口Ci设置在所述安装槽Si的侧壁上。

7.根据权利要求6所述的保护装置，其特征在于，所述控制阀Qi均为电磁阀，所述保护装置还包括：

温度传感器，所述温度传感器的数量为n，其中，温度传感器Wi用于检测所述锂电池单体Li的温度；

控制器，与n个所述温度传感器均相连接，用于将所述温度传感器Wi检测到的温度均与预设值进行比较，并根据比较结果控制所述控制阀Qi的阀门是否打开。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括：

绝热层，套设在所述冷却管路上。

9.一种锂电池的保护方法，其特征在于，包括：

检测锂电池的温度；

比较所述温度与预设值的大小；以及

在比较出所述温度大于所述预设值的情况下，控制锂电池的保护装置向所述锂电池喷射冷却剂，其中，所述锂电池的保护装置为权利要求1-8中任一项所述的锂电池保护装置。

10.根据权利要求9所述的保护方法，其特征在于，所述锂电池包括n个锂电池单体，所述n个锂电池单体依次为锂电池单体L1至锂电池单体Ln，所述保护装置包括n个冷却剂出口，所述n个冷却剂出口依次为冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn，冷却剂出口Ci朝向锂电池单体Li设置，i依次取1至n，其中：

检测锂电池的温度包括：分别检测所述锂电池单体L1至锂电池单体Ln的温度；

比较所述温度与预设值的大小包括：依次比较所述锂电池单体L1至锂电池单体Ln的温度与预设值的大小；

在比较出所述温度大于所述预设值的情况下，控制锂电池的保护装置向所述锂电池喷射冷却剂包括：在比较出锂电池单体Lii的温度大于预设值的情况下，控制朝向所述锂电池单体Lii设置的冷却剂出口Cii向所述锂电池单体Lii喷射冷却剂，其中，所述锂电池单体Lii为所述锂电池单体L1至锂电池单体Ln中至少一个温度大于预设值的锂电池单体，冷却剂出口Cii为所述冷却剂出口C1至冷却剂出口Cn中朝向所述锂电池单体Lii设置的冷却剂出口。