CN106663766A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种电池模块包括：壳体，限定内部容积且包括气流通道，该气流通道从形成在壳体第一端构件中的孔，贯穿内部容积，至形成在壳体第二端构件中的孔；多个电力单元，安装在壳体的内部容积中，电力单元的每一个包括在该电力单元一端的通风口构件；以及阻焰器，安装为横跨气流通道且在多个电力单元和形成在壳体第二端构件中的孔之间。阻焰器包括丝网筛，该丝网筛包括多个流体通道，其尺寸为允许来自气流通道的气流穿过该流体通道，且阻止燃烧的流体在其间穿过。

Description

电池模块
技术领域
本公开涉及一种电池模块，更具体而言，涉及一种用于包括阻焰器的一个或多个电力单元的电池模块。
背景技术
电力单元，诸如锂离子单元，是普通类型的可再充电单元，其具有高能量密度、无记忆效应且在闲置状态时具有缓慢电荷损耗的特点。由于这些优势，锂离子单元不仅通常用于消费电子器件，而且用于军事、电动交通工具以及航天应用。锂离子单元的性能依赖于温度和工作电压二者。锂离子单元的一个担忧是存在一些失效机理，其可能引发灾难性故障，并且随后发生可燃流体(诸如电解液)的燃烧事件。事实上，锂离子单元的失效能够引起腐蚀性、导电且易燃的电解液在锂离子单元通风口构件处的排放，同时也能引起少量熔化的铝在锂离子单元通风口构件处的排放，该排放能够影响其安装在的设备。这种排放能够导致燃烧事件，其中可燃流体燃烧，从而导致电力单元封装起火，起火能够蔓延至其它封装并且蔓延至更远处。
发明内容
本公开描述了一种电池模块的实施方案，其在一些方面中包括一个或多个阻焰器子组件。在某些实施方案中，具有一个或多个阻焰器子组件的电池模块可防止或基本阻止燃烧的流体(例如，气体、液体、多相流体、蒸汽或其它)和/或火焰从电池模块流出至周围环境。在一些方面中，位于电池模块内的每一个阻焰器可以允许冷却气流从其间流过，以例如冷却电池模块内的一个或多个电力单元和/或其它产热部件，同时防止或阻止燃烧的流体和/或火焰在其间穿过。在一些方面中，通过防止或阻止燃烧的流体和/或火焰从电池模块流出，可将对于其它相邻电池模块或其它设备的进一步损坏最小化或避免。
在一个示例性总实施方案中，电池模块包括壳体，其限定内部容积且包括气流通道，气流通道从形成在壳体第一端构件中的孔，贯穿内部容积，至形成在壳体第二端构件中的孔；多个电力单元，其安装在壳体的内部容积中，电力单元的每一个包括在该电力单元端部的通风口构件；以及阻焰器，其安装为横跨气流通道且在多个电力单元和形成在壳体第二端构件中的孔之间。阻焰器包括筛，筛包括多个流体通道，其尺寸为允许来自气流通道的气流穿过该流体通道且阻止燃烧的流体在其间穿过。
与总实施方案可结合的第一方面还包括安装在壳体中的风扇，以循环位于形成在壳体第一端构件中的孔和形成在壳体第二端构件中的孔之间的气流。
在与任意前述方面可结合的第二方面中，多个电力单元定向安装在内部容积中，使得通风口构件面对相对于形成在壳体第一端构件中的孔或形成在壳体第二端构件中的孔的至少一个的偏置方向。
在与任意前述方面可结合的第三方面中，阻焰器进一步包括框架，框架与壳体可连接，筛安装在该框架内。
在与任意前述方面可结合的第四方面中，框架包括通孔，通孔形成在阻焰器侧面之间的电缆通道。
在与任意前述方面可结合的第五方面中，筛包括第一筛，阻焰器还包括安装在框架内的第二筛，第二筛与第一筛基本上平行。
在与任意前述方面可结合的第六方面中，第二筛包括多个第二流体通道，且第二流体通道的至少一部分的尺寸与第一筛的流体通道的一部分的尺寸不同。
在与任意前述方面可结合的第七方面中，阻焰器包括第一阻焰器。
在与任意前述方面可结合的第八方面中，模块还包括第二阻焰器，第二阻焰器安装为横跨气流通道且在多个电力单元和形成在壳体第一端构件中的孔之间。
在与任意前述方面可结合的第九方面中，第二阻焰器包括筛，筛包括多个流体通道，其尺寸为允许来自气流通道的气流穿过该流体通道而阻止燃烧的流体在其间穿过。
在与任意前述方面可结合的第十方面中，多个电力单元包括多个锂离子单元.
在与任意前述方面可结合的第十一方面中，锂离子单元的每一个包括形状参数为18650的锂离子单元。
在另一个示例性总实施方案中，在电池模块中管理燃烧事件的方法包括将电池模块放置在数据中心中，该电池模块包括具有第一端构件和第二端构件的壳体，并且多个电力单元安装在该壳体中，电力单元的每一个包括在该电力单元端部的通风口构件；循环气流从第一端构件中的孔，贯穿壳体的内部容积以冷却多个电力单元，至第二端构件中的孔；通过安装在壳体内且在多个电力单元与形成在壳体第二端构件中的孔之间的阻焰器而循环气流；以及用阻焰器阻止燃烧的流体穿过壳体至数据中心中的周围环境。
与总实施方案可结合的第一方面还包括利用安装在壳体中的风扇循环气流。
在与任意前述方面可结合的第二方面中，气流是通过自然对流而循环的。
在与任意前述方面可结合的第三方面中，通过阻焰器循环气流包括通过安装在阻焰器框架内的筛而循环气流。
在与任意前述方面可结合的第四方面中，筛包括第一筛，该方法还包括通过安装在框架内的第二筛而循环气流，该第二筛与第一筛基本上平行。
在与任意前述方面可结合的第五方面中，阻焰器包括第一阻焰器。
与任意前述方面可结合的第六方面还包括通过安装在壳体内且在多个电力单元与形成在壳体第一端构件中的孔之间的第二阻焰器而循环气流；以及通过第二阻焰器阻止燃烧的流体穿过壳体至数据中心中的周围环境。
在另一个示例性总实施方案中，电力系统包括多个电池模块，该多个电池模块彼此电耦合以形成电力单位，该电力单位配置为对数据中心中的多个机架安装的电子设备提供电力。电池模块的至少一个包括箱体，箱体在其端部朝向周围环境至少部分开口并且限定在该箱体端部之间的流道；多个电力单元安装在箱体中；且风扇安装在箱体中以通过流道循环气流来冷却多个电力单元；并且第一筛横跨流道安装且在多个电力单元和箱体的端部之一之间，第一筛包括多个开口，开口的尺寸为允许气流从其间流过并且阻止燃烧的流体在其间穿过。
在与总实施方案可结合的第一方面中，电池模块还包括第二筛，该第二筛横跨流道安装且在多个电力单元和箱体的另一端部之间。
在与任意前述方面可结合的第二方面中，第二筛包括多个开口，其尺寸允许气流从其间流过而阻止燃烧的流体在其间穿过。
在与任意前述方面可结合的第三方面中，电池模块还包括隔热屏，隔热屏位于流道内且在箱体的端部之间延伸。
在与任意前述方面可结合的第四方面中，隔热屏在箱体内的第一筛和第二筛之间延伸。
在与任意前述方面可结合的第五方面中，电池模块还包括电池管理系统，电池管理系统位于流道内且在第一筛与箱体的端部之一之间。
根据本公开的电池模块的各种实施方案，可包括一个或多个如下特征。例如，电池模块可防止燃烧事件(例如，在电池模块内的可燃流体(诸如电力单元电解液)的燃烧)扩散至附近或邻近的电池模块。作为另一示例，电池模块可防止或最小化火焰或燃烧的流体延伸超过该模块。在一些示例中，电池模块可控制住模块内的(全部或大部分)可燃流体的燃烧。另外，电池模块可防止(全部或部分)从模块的外部(例如限定的燃烧容积的外部)发生二次燃烧或焚烧。作为另一示例，电池模块可为模块内的一个或多个电池提供对流冷却，同时也将燃烧事件最小化和/或防止燃烧事件延伸超过该模块。作为另一示例，电池模块可控制或有助于控制(或引导)燃烧事件输出到该电池模块的限定的出口或通过该电池模块的限定的出口。电池模块的示范性实施例还可冗余地防止或有助于防止燃烧事件扩散至附近或邻近的电池模块。所描述的电池模块的示例性实施方案还可防止或有助于防止在燃烧事件期间损坏模块的内部部件。
可采用装置、系统、方法或装置、系统或方法的任意组合来实施上述总方面和特定方面。所附附图和以下说明书阐述了一个或多个实施方案的具体细节。其它特征、目的和有益效果通过说明书和附图以及通过权利要求书将变得明显易懂。
附图说明
图1A-1D示出了示例性电池模块的示意性俯视图、侧视图、主视图和端视图；
图2A-2B示出了另一示例性电池模块的示意性俯视图和端视图；
图3示出了另一示例性电池模块的示意性俯视图；
图4A-4D示出了在电池模块中使用的阻焰器子组件的示例性实施方案；以及
图5示出了管理电池模块中燃烧事件的方法的流程图。
具体实施例
在一些方面中，本公开描述了电池模块，该电池模块包括一个或多个阻焰器，在发生燃烧事件的情况下(例如，一个或多个可燃流体(诸如氧气、电解液或其它)在由于模块中过热而燃烧)，以防止或减少燃烧的流体从该模块流出。图1A示出了电池模块100的示意性俯视图。一般而言，电池模块100包括且封闭有位于控制的环境中的多个电力单元102和电池管理系统(BMS)104。
在一些方面中，电池模块100可保持电力单元102和BMS 104处于适于操作的特定环境条件(例如，温度和其它)，诸如周围环境。例如，示出的电池模块100包括冷却设备和供电设备，诸如电连接，电连接电耦合到多个电力单元102且暴露在壳体106的外部。在一些示例中，电池模块100可以是LiFePO4电池组、LiCoO2电池组、LiMnNi电池组、LiNiMnCo电池组或其它适合的电池组，其适用于包含于各种类型的设备中，诸如数据中心、电动交通工具和混合动力交通工具。在一些示例中，适合的电池组的每一个电力单元102可以是形状参数为18650的锂离子单元。
电池模块100包括限定内部容积108的壳体106，安装在壳体106的内部容积108中的多个电力单元102以及阻焰器112。壳体106可以用非易燃材料(诸如具有高熔点的金属合金)形成。限定内部容积108的壳体106还包括气流通道。壳体106接收外部气流114，该外部气流114通过形成在壳体106第一端构件118中的孔116。在该示例中，由风扇120循环外部气流114，其产生用于内部容积108的供气气流(例如，冷却气流)，如图1A-1C所示。
风扇120能够将产生的气流通过前置阻焰器112循环至内部容积108。气流围绕内部容积108内的电力单元102循环。每一个电力单元102具有基本上为圆柱形的形状，圆柱形形状由电力单元102的主体的直径及其长度而限定。气流114循环通过多个电力单元102，穿过后置阻焰器112，然后至封闭BMS 104的辅助容积128。然后，气流114可循环通过端构件126的一个或多个孔124然后进入周围环境。
每一个电力单元102包括在电力单元102端部的通风口构件122。通风口构件122能够消散热能。例如，通风口构件122可允许高内压的单次释放，高内压可能由电力单元102的内部短路或单元102的过热引起。例如，作为次要功能，通风口构件122还可间接帮助消耗热量。
在本示例性实施方案中的电力单元102定向安装在内部容积108中，使得通风口构件122朝向相对于形成在壳体106的第一端构件118中的孔116或形成在壳体106第二端构件126中的孔124的至少一个的偏置方向。在某些实施方案中，每隔一行(或列)中的通风口构件122以相反方向定向，使得对于多通风口的事故而言，液体(例如，易燃的电解液)更均匀地分布在容积108内(例如，没有淤积(pool))。这种相反方向的定向还便于电力单元102之间的电互连。电力单元102中的每一个主体的轴还可基本上正交于限定在风扇120和第二端构件126之间的气流通道。电力单元102的定向(通风口正交于孔)和屏障112的组合可形成迂回形路径，用于泄出通风口和孔124之间的液体，降低液体逸出壳体106或接触到BMS 104的风险。
随着气流在电力单元102之间循环，热量从电力单元102传递至气流。在某些实施方案中，如图1B所示，电力单元102能够布置为单元本地之间形成间隔的特定配置。例如，相邻电力单元102之间约2-3mm的距离能够使热量从电力单元102传递至空气以实质上减少相邻单元的热量。在某些实施方案中，例如，由电力单元102产生的以及传递至气流的的热量与例如相对于装置温度的气流温度、气流的流速和电力单元102的密度有关。
气流114可通过后置阻焰器112从内部容积108流出，以调节包括BMS104的辅助容积128的温度。BMS 104是管理电力单元102的电子系统，诸如其避免电力单元102在临界条件下操作。BMS 104能够监测电力单元102的状态，计算辅助数据、报告该数据、控制环境、验证数据并且平衡数据。例如，通过监测从内部容积108排出的气体的温度，BMS 104能够控制电池模块100的环境。该气体能够通过形成在壳体106第二端构件126中的孔124从辅助容积128排出，如图1D所示。在某些实施方案中，第二端构件126也被设计作为屏障，使得孔124具有一定的几何形状，并且其设置为在电力单元102失效的情况下，使气流排出却防止外部环境受到损害。
电池模块100还可包括气隙，其在壳体106的内表面和多个电力单元102的每一个之间，气隙中安装有隔热材料130。例如，隔热材料130可添加在壳体106的侧面、顶部或底部，在内部或外部失效的情况下使壳体106隔热，从而显著地减少传递至电池内部或传递出电池外部的热量，以例如防止事件传播和/或限制热量从邻近的壳体106流入壳体106中。在某些实施方案中，隔热材料130可以是陶瓷介质层，诸如氧化铝陶瓷，其导热系数高于壳体106的模塑料的导热系数。隔热材料130还可以具有高耐热冲击性能的特点，以在电力单元102失效(其可引起温度骤然升高)之后保持电池模块100的完整性。
尽管在该示例中示出了前置阻焰器112和后置阻焰器112，可替代的实施方案可仅包括阻焰器112中的一个(例如，前置阻焰器112或后置阻焰器112中的一个)，或者可包括两个以上的阻焰器112(例如，在BMS 104和第二端构件126之间的附加的阻焰器112，或在壳体106内的冗余阻焰器112)。可替代的实施方案可包括两个阻焰器112，阻焰器112中的一个靠近风扇120安装且另一个阻焰器112安装在BMS 104和第二端构件126之间。通常，阻焰器112的每一个可包括筛元件或为筛元件(例如，网状结构、筛、编织材料，穿孔薄板、多孔元件和/或丝垫)，其防止或基本阻止燃烧的流体(例如，火焰)从其间流过。阻焰器112可由陶瓷、金属或其它具有合适熔点和烟率的材料制成。筛构件包括孔，该孔允许未燃烧的气流(诸如气流114)从其间穿过，同时仍防止或阻止燃烧的流体的流动。在一些方面中，燃烧的流体可以是来自多个电力单元102的从通风口构件122泄漏的电解质溶液，并且由于模块100中的温度条件(例如，过热)而燃烧。在一些方面中，燃烧的流体还可包括与电解质溶液(例如，作为燃料)结合的气流114中的氧气(例如，作为氧化剂)。
在一些方面中，阻焰器112还可通过移除火焰的能量防止和/或阻止在壳体106内和/或壳体106以外的火焰的扩散。例如，通过将热量从火焰传递至阻焰器112可从火焰移除能量。例如，阻焰器112相对于火焰而言具有较低的温度，且作为良好的热导体，其可以熄灭火灾。
在一些方面中，阻焰器112可位于壳体106中，并且壳体106可设计为使得壳体内具有充足的容积，以允许在电解液排放期间，可燃流体基本上能够充分燃烧。例如，通过壳体内(阻焰器112之间)包括用以充分燃烧的充足容积，可最小化或防止在壳体边界外部(以及在一些方面中，在由阻焰器112限定的容积的外部)的可燃流体的二次燃烧。
如图1A-1B所示，最小化电池模块100的出口，并且电池模块100的出口由阻焰器112限定。例如，电池模块100的前出口(或入口)是孔116，其允许气流114通过风扇120循环到模块100中。此处，例如，前置阻焰器112在孔116和多个电力单元102之间形成穿透的屏障(例如，其允许气流通过而阻止燃烧的流体)。同时，电池模块100的后出口(或入口)是(一个或多个)孔124，其允许气流114通过风扇120循环出模块100。此处，例如，后置阻焰器112在(一个或多个)孔124和多个电力单元102之间形成穿透的屏障(例如，其允许气流通过而阻止燃烧的流体)。
如图1A-1B所示，电池模块100内安装有两个阻焰器112。在某些实施方案中，阻焰器112可设计为影响容积108内的燃烧的流体的流动。例如，每一个阻焰器112可设计为具有特定或独特的火焰流动阻力。例如，根据穿过每一个特定阻焰器112的孔的尺寸和/或数量，可设计针对每一个特定阻焰器112的火焰流动阻力。
在一些方面中，具有不同火焰流动阻力的阻焰器112可位于电池模块100内的特定位置，用以影响火焰或燃烧的流体的流动。例如，具有相对较低火焰流动阻力的阻焰器112可整齐地设置为靠近电池模块100的前部(例如，靠近风扇120)，而具有相对高火焰流动阻力的阻焰器112可整齐地设置在电池模块100的后面(例如，靠近BMS 104)。在这样的方案中，火焰或可燃流体可受到影响(例如，由于不同火焰流动阻力引起的容积108内的压力差)而朝着电池模块100的前面运动。同样，具有相对高火焰流动阻力的阻焰器112可整齐地设置在电池模块100的前面(例如，靠近风扇120)，而具有相对低火焰流动阻力的阻焰器112可整齐地设置在电池模块100的后面(例如，靠近BMS 104)。在这样的方案中，火焰或燃烧的流体可受到影响(例如，由于不同火焰流动阻力引起的容积108内的压力差)而朝着电池模块100的后面运动。
图2A-2B示出了另一个示例性电池模块200的示意性俯视图和端视图。图2A示出了电池模块200的示意性俯视图。通常，电池模块200包括且包封多个电力单元202以及在控制的环境下的电池管理系统(BMS)204。在一些方面中，电池模块200可保持电力单元202和BMS204在适合于运行的特定的环境条件下(例如，温度和其它)，例如环境条件。例如，所示的电池模块200包括冷却设备和供电设备，例如电连接到多个电力单元202且暴露到壳体206之外的电连接。在某些示例中，电池模块200可为LiFePO4电池组、LiCoO2电池组、LiMnNi电池组、LiNiMnCo电池组、或其它适当的电池组，其用于包括在各种类型的设备中，例如数据中心、电动交通工具和混合动力交通工具。在某些示例中，适当电池组的每个电力单元202可为形状参数18650锂离子电池。
电池模块200包括限定内部容积208的壳体206、安装在壳体206的内部容积208中的多个电力单元202以及阻焰器212。壳体206可由非易燃材料形成，例如具有高熔点的金属合金。限定内部容积208的壳体206也包括气流通道。壳体206通过孔216接收外部气流214，孔216形成在壳体206的第一端构件218中。在该示例中，外部气流214由风扇220循环，风扇220为内部容积208产生供气气流(例如，冷却空气)，如图2A-2B所示。
风扇220可循环所产生的气流通过前置阻焰器212至内部容积208。气流循环在内部容积208内的电力单元202周围。每个电力单元202具有由电力单元202的主体的直径和主体的长度限定的基本上圆柱形状。气流214循环通过多个电力单元202，通过后置阻焰器212且然后至封闭BMS204的辅助容积228。气流214然后可循环通过端部构件226的一个或多个孔224且进入周围环境。
每个电力单元202包括在电力单元202的一端的通风口构件222。通风口构件222可使热能消散。例如，通风口构件222可允许高内压的单次释放，高内压可能由电力单元202的内部短路或者由电力单元202的过热引起。通风口构件222也可间接地帮助散热，例如，作为次要功能。
该示例性实施方案中的电力单元202定向地安装在内部容积208中，从而通风口构件222面对相对于壳体206的第一端构件218中形成的孔216或第二端构件226中形成的孔224的至少一个的偏置方向。在某些实施方案中，通风口构件222在每隔一行(或列)中相反地定向，从而对于多通风口的事故，液体(例如，易燃电解液)更均匀地分布在容积208内(例如，并且不淤积)。该相反定向也可便于电力单元202之间的电互连。电力单元202的每个主体的轴也可基本上正交于在风扇220和第二端构件226之间限定的气流通道。电力单元202的定向(通风口正交于孔)和屏障212的组合可产生迂回形路径，用于在通风口和孔224之间的泄漏流体，降低了流体逸出壳体206或达到BMS204的风险。
随着气流循环在电力单元202之间，热从电力单元202传递到气流。在某些实施方案中，如图2B所示电力单元202可设置在特定的配置中，该配置形成单元主体之间的间隔。例如，相邻电力单元202之间约2-3mm的距离能使热从电力单元202传递到空气以基本上降低了相邻单元加热。在某些实施方案中，电力单元202产生且传递到气流的热量可涉及例如相对于装置温度的气流温度、气流的流速和电力单元202的密度。
气流214可通过后置阻焰器212从内部容积208排出以调整包括BMS204的辅助容积228中的温度。BMS204是管理电力单元202的电子系统，例如通过保护电力单元202不在临界条件下运行。BMS 204可监视电力单元202的状态、计算辅助数据、报告该数据、控制环境、鉴定数据和平衡数据。例如，BMS204可通过从内部容积208排出的空气的温度而控制电池模块200的环境。空气可通过孔224从辅助容积228排出，孔224形成在壳体206的第二端构件226中。在某些实施方案中，第二端构件226也设计为屏障，从而孔224具有能在电力单元202故障的情况下排出气流而防止对外部环境损害的几何形状和设置方案。
电池模块200还可包括在壳体206的内表面和多个电力单元202的每一个之间的气隙，其中安装隔热材料230。例如，隔热材料230可加到壳体206的侧面、顶部或底部，以在内部或外部故障的情况下隔热壳体206，从而显著地降低到电池内和外的热传递，例如防止事故传播和/或限制来自相邻壳体206的热流进入壳体206。在某些实施方案中，隔热材料230可为陶瓷介质层，例如氧化铝陶瓷，其导热系数高于壳体206的模塑料。隔热材料230也可具有高抗热冲击性能的特性，以在电力单元202失效后保持电池模块200的完整性，电力单元202的失效可能引起突然的温度升高。
如图2A-2B所示，隔热屏240设置为沿着壳体206的长高度且在容积208内。在该示例中，隔热屏240延伸为沿着阻焰器212之间的壳体206的长度。在可替代的示例中，隔热屏240可为较短(例如，延伸的长度小于阻焰器212之间的长度)或较长(例如，延伸壳体206的整个长度)。此外，尽管隔热屏240示出在壳体206的一侧上，但是附加的隔热屏也可设置在壳体206内(例如，沿着所有四个纵向侧在壳体206处或抵靠壳体206)。通常，隔热屏240可对逸出模块200的易燃流体提供进一步的热隔离和/或附加屏障(与壳体206一起)。例如，隔热屏240可由具有高熔点和低烟率的高热阻值(R-value)材料和/或非易燃材料制造。
与电池模块100一样，尽管在该示例中示出了前置阻焰器212和后置阻焰器212，但是可替代的实施方案可仅包括阻焰器212之一(例如，前置阻焰器212或后置阻焰器212)，或者可包括两个以上的阻焰器212(例如，在BMS204和第二端构件226之间的附加的阻焰器或在壳体206内的冗余阻焰器212)。通常，阻焰器212的每一个，如阻焰器112，可包括或为筛构件(例如，网状结构、筛、编织材料，穿孔薄板、多孔元件和/或丝垫)，以防止或基本上阻止燃烧的流体的气流(例如，火焰)通过其间。阻焰器212也可从可燃流体或火焰流去除能量。阻焰器212可由陶瓷、金属或具有适当熔点和烟率的其它材料制造。筛构件包括孔，孔允许未燃烧的气流通过，例如气流214，而仍防止或阻止燃烧的流体(例如，具有氧气或没有氧气的电解液)。此外，在一些方面中，阻焰器212可设置在壳体206中，并且壳体206可设计为使壳体具有足够的容积，以在电解液流出(如上所述)发生时允许可燃流体的基本上完全燃烧。
如图2A-2B所示，使电池模块200的出口最小化，且由阻焰器212限制。例如，电池模块200的前出口(或入口)是孔216，其允许气流214通过风扇220循环在模块200中。这里，前置阻焰器212形成在孔216和例如多个电力单元202之间的穿透屏障(例如，允许气流而阻止燃烧的流体)。再者，电池模块200的后出口(或入口)是(一个或多个)孔224，其允许气流214通过风扇220循环在模块220之外。这里，后置阻焰器212形成在(一个或多个)孔224和例如多个电力单元202之间的穿透屏障(例如，允许气流而阻止燃烧的流体)。
在该所示的实施方案中，阻焰器212包括一个或多个导线通孔232，其形成在阻焰器212的侧面之间，因此形成从阻焰器212的一侧到阻焰器212的相对侧的通道。如所示，一个或多个导线240(例如来自外部连接234(例如，电力、数据或其它)、风扇220、多个电力单元202的一个或多个和/或BMS204)可沿着模块200的长度通过通孔232。如图2B所示，通孔232可以形成在阻焰器212上的一个或多个高度处。此外，尽管示出为仅形成在每个阻焰器212的一端上，但是通孔232可形成在阻焰器212的两端以及阻焰器212的顶部和/或底部上。
在该所示的示例中，导线240示出为延伸壳体206的长度，其中隔热屏240设在导线240和壳体206的侧壁之间。这样，隔热屏240可保护或帮助保护导线240不过热和/或不受模块200之外火焰的影响。在可替代的方面中，隔热屏240可设置为(或可增加其他的隔热屏240)使导线240位于隔热屏240和壳体206之间。在这样的示例中，导线240也可得到保护(例如，由隔热屏240)而不过热和/或受到模块200内火焰的影响。
图3示出了另一个示例性电池模块300的示意性俯视图。在该所示的示例中，电池模块300可采用自然对流而不是强制对流来冷却多个电力单元302和/或BMS304。图3示出了电池模块300的示意性俯视图。通常，电池模块300包括且包封多个电力单元302和在控制的环境下的电池管理系统(BMS)304。在一些方面中，电池模块300可保持电力单元302和BMS304在适合于运行的特定的环境条件下(例如，温度和其它)，例如环境条件。在某些示例中，电池模块300可为LiFePO4电池组、LiCoO2电池组、LiMnNi电池组、LiNiMnCo电池组或其它适当的电池组，其用于包括在各种类型的设备中，例如数据中心、电动交通工具和混合动力交通工具。在某些示例中，适当电池组的每个电力单元302可为形状参数18650锂离子电池。
电池模块300包括限定内部容积308的壳体306、安装在壳体306的内部容积308中的多个电力单元302以及阻焰器312。壳体306可由非易燃材料形成，例如具有高熔点的金属合金。限定内部容积308的壳体306还包括气流通道。壳体306通过形成在壳体306的第一端构件318中的孔316接收外部气流314。在该示例中，外部气流314自然地循环(例如，由于压力差)在内部容积308内。再者，在某些示例中，模块300可包括强制循环气流314，由模块300之外的一个或多个风扇产生。
气流314可通过前置阻焰器312运动至内部容积308。气流循环在内部容积308内的电力单元302周围。每个电力单元302具有由电力单元302的主体的直径和主体的长度限定的基本上圆柱形状。气流314循环通过多个电力单元302，通过后置阻焰器312，且然后到包封BMS304的辅助容积328。气流314然后可循环通过端部构件326的一个或多个孔324且进入周围环境中。
每个电力单元302包括在电力单元302一端的通风口构件322。通风口构件322能使热能消散。例如，通风口构件322可允许高内压的单次释放，高内压可由电力单元302的内部短路或者由电力单元302的过产热。通风口构件322也可间接帮助热消散，例如，作为次要功能。
该示例性实施方案中的电力单元302定向地安装在内部容积308中，从而通风口构件322面对相对壳体306的于第一端构件318中形成的孔316或第二端构件326中形成的孔324的至少一个的偏置方向。在某些实施方案中，通风口构件322在每隔一行(或列)中相反地定向，从而，对于多通风口的事故，液体(例如，易燃电解液)更加均匀地分布在容积308中(例如，不淤积)。该相反定向也可便利于电力单元302之间的电连接。电力单元302的每个主体的轴也可基本上正交于气流通道。电力单元302(通风口垂直于孔)的定向和屏障312的组合可产生迂回形通道用于通风口和孔324之间的泄漏流体，降低了流体逃逸壳体306或达到BMS304的风险。
随着气流循环在电力单元302之间，热从电力单元302传递到气流。在某些实施方案中，电力单元302可设置在特定的配置中，配置形成单元主体之间的间隔。例如，相邻电力单元302之间的约2-3mm的距离能使热从电力单元302传递到空气，以基本上降低相邻单元的热。在某些实施方案中，电力单元302产生且传递到气流的热量可涉及例如相对于装置温度的气流温度、气流流速和电力单元302的密度。
气流314可通过后置阻焰器312从内部容积308排出以调整包括BMS304的辅助容积328中的温度。BMS 304是管理电力单元302的电子系统，例如通过保护电力单元302不在临界条件下运行。BMS 304可监视电力单元302的状态、计算辅助数据、报告该数据、控制环境、鉴定数据和平衡数据。例如，BMS 304可通过监视从内部容积308排出的空气的温度控制电池模块300的环境。空气可通过形成在壳体306的第二端构件326中的孔324从辅助容积328排出。在某些实施方案中，第二端构件326还设计为屏障，从而孔324具有在电力单元302失效的情况下能排出气流而防止损害外部环境的几何形状和设置方案。
电池模块300还可包括在壳体306的内表面和多个电力单元302的每一个之间的气隙，其中安装隔热材料330。例如，隔热材料330可加到壳体306的侧面、顶部或底部，以在内部或外部事故的情况下隔热壳体306，从而显著地降低到电池内和外的热传递，例如，防止事件传播和/或限制热流从相邻的壳体306进入壳体306。在某些实施方案中，隔热材料330可为陶瓷介质层，例如氧化铝陶瓷，其导热系数高于壳体306的模塑料。隔热材料330也可具有高抗热冲击性能的特性，以在电力单元302失效后保持电池模块300的完整性，电力单元302的失效可引起温度的突然升高。
尽管在该示例中示出了前置阻焰器312和后置阻焰器312，但是可替代的实施方案可包括仅一个阻焰器312(例如，前置阻焰器312或后置阻焰器312)，或者可包括超过两个的阻焰器312(例如，在BMS 304和第二端构件326之间的附加阻焰器312或者在壳体306内的冗余阻焰器312)。通常，阻焰器312的每一个可包括或者为筛构件(例如，网状结构、筛、编织材料，穿孔薄板、多孔元件和/或丝垫)，以防止或基本上阻止燃烧的流体的气流(例如，火焰)通过其间。阻焰器312可由陶瓷、金属或具有适当熔点和烟率的其它材料制造。筛构件包括孔，孔允许未燃烧的气流通过，例如气流314，而仍防止或阻止燃烧的流体。在一些方面中，燃烧的流体可为来自多个电力单元302的电解质溶液，其从通风口构件322泄漏且因模块300中的温度条件(例如，过热)而燃烧。在一些方面中，可燃流体也可包括在气流314中与电解质溶液(例如，作为燃料)结合的氧气(例如，作为氧化剂)。阻焰器312也可从火焰或燃烧的流体去除或吸收能量。
在一些方面中，阻焰器312可设置在壳体306中，并且壳体306可设计为使壳体内具有足够的容量，以在电解质流出时允许可燃流体基本上完全燃烧。例如，通过在壳体内包括足够的容量(例如，在阻焰器312之间)允许完全燃烧，最小化或防止壳体边界之外的可燃流体的二次燃烧(并且在一些方面中由阻焰器312限制的容积之外)。
如图3所示，电池模块300的出口被最小化且由阻焰器312限制。例如，电池模块300的前出口(或入口)是孔316，其允许气流314循环进入模块300。这里，前置阻焰器312形成在孔316和例如多个电力单元302之间的穿透屏障(例如，允许气流而阻止燃烧的流体)。再者，电池模块300的后出口(或入口)是(一个或多个)孔324，其允许气流314循环在模块300之外。这里，后置阻焰器312形成在孔324和例如多个电力单元302之间的穿透屏障(例如，允许气流而阻止燃烧的流体)。
图4A-4D示出了用在电池模块中的阻焰器子组件的示例性实施方案。所示的阻焰器子组件的每一个可用作例如上述阻焰器112/212/312的一个或多个。图4A示出了阻焰器子组件400的特定示例性实施方案。在该示例中，阻焰器子组件400可简单地由筛或网状构件组成(例如，编织材料，穿孔薄板、多孔元件和/或丝垫)。阻焰器子组件400可为刚性的，并且可连接到例如电池模块的壳体。如所示，阻焰器子组件400包括多个孔，其尺寸可为允许未燃烧的气流通过其间，而阻止或防止燃烧的流体(例如，火焰)流过其间。阻焰器子组件400可由陶瓷或金属或其它材料制造，其包括具有高熔点、低燃烧性和/或低生烟特性的材料。因此，阻焰器子组件400可从燃烧的流体或火焰去除能量以帮助阻止或防止火焰扩散。
图4B示出了阻焰器子组件410的另一个示例性实施方案。阻焰器子组件410包括封闭在框架412内的筛构件414。筛构件414可基本上类似于阻焰器子组件400。框架412可刚性地围绕筛构件414且可连接到例如本文描述的电池模块的壳体或其它部件。在一些方面中，框架412可包封多个筛构件414，筛构件414串联安装(例如，相对于其间的空气或流体流动)在框架412内。在一些方面中，筛构件414的每一个可具有明显的特性，例如孔尺寸或网孔厚度、材料或其它。例如，一个筛构件414可与另一个筛构件414相比可相对精细，因此对通过其间的燃烧的流体的流动提供不同的屏障，而仍允许通过其间的气流。
图4C示出了阻焰器子组件420的另一个示例性实施方案。阻焰器子组件420包括包封在框架422内的筛构件424。筛构件424可基本上类似于阻焰器子组件400。框架422可刚性地包封筛构件424且可连接到例如本文描述的电池模块的壳体或其它部件。与阻焰器子组件410一样，在一些方面中，框架422可包封多个筛构件424，筛构件424串联安装(例如，相对于其间的空气或流体流动)在如图4D所示的框架422内，图4D是阻焰器子组件420的俯视图。如图4D所示，框架422的部分432可设置在两个筛构件422之间，因此为例如阻焰器子组件420提供结构刚性。
在一些方面中，筛构件424的每一个可具有明显的特性，例如孔尺寸或网孔厚度、材料或其它。例如，一个筛构件424与另一个筛构件424相比可相对精细，因此对通过其间的可燃流体的流动提供不同的屏障，而仍允许通过其间的气流(如所示)。
如所示，框架422包括侧部426，侧部426包括两个等分428。在所示的两个等分428配合在一起(例如附着或连接)的示例中，形成导线通孔430。框架422的附加部分(例如，在侧部426的相对侧上)也可为分开的或者其他设计为形成一个或多个导线通孔430。
图5示出了在电池模块中管理燃烧事件的方法500的流程图。在一些方面中，方法500可实施有电池模块100、200和/或300的一个或多个或者在本公开的范围内的其它电池模块。方法500包括在数据中心设置电池模块的步骤(502)。
例如，电池模块，诸如本文描述的电池模块的一个或多个实施方案，可用于给支撑在服务器机架中、在母板上或其它的电子装置(例如，服务器、处理器、存储器、网络装置和其它)供电(例如，主要或次要电源)。在某些示例中，一个或多个电池模块可安装在具有电子装置的服务器机架中或与其相邻。
方法500还包括循环气流以冷却电池模块中多个电池的步骤(504)。在一些方面中，在模块之内和/或之外的风扇可循环气流通过电池模块的一端中的开口，通过气流通道以冷却电池和/或其它产热部件(例如，电池管理系统)，以及在电池模块的另一个端通过开口到电池模块之外。在一些方面中，自然对流可用于流动冷却气流通过电池模块。
方法500还包括通过安装在电池模块内的阻焰器循环气流的步骤(506)。例如，在电池模块的常规运行期间(例如，没有燃烧事件发生)，气流可通过安装在电池模块内的一个或多个阻焰器。阻焰器包括筛、网孔或多孔构件，其允许气流通过其间。因此，在电池模块的常规运行期间，安装在电池模块中的阻焰器可对冷却电池的冷却气流的流动没有影响或有可忽略的印象。
方法500还包括阻止起火的流体从电池模块通过到周围环境的步骤(508)。例如，甚至燃烧可能发生在电池模块内或电池模块外。在高温事件，燃烧甚至可能发生在电池模块的内部或外部，这引起一个或多个可燃流体燃烧。可燃流体可包括例如包含在电力单元中的电解质溶液，其可通过通风口构件从安装在电池模块中的每个电力单元排出。因此，在示例性燃烧事件场景期间，流出的电解质溶液可能在电池模块内燃烧，因此在模块内形成燃烧的流体(例如，火焰)。在一些方面中，由于电池模块的容积内的电力单元和阻焰器的设置方案，燃烧的流体可仅通过阻焰器从电池模块排出。在步骤508中，阻焰器可阻止或防止燃烧的流体和/或火焰通过其间流动，因此在电池模块内控制住可燃流体和/或火焰。
方法500还包括从燃烧波前沿去除能量的步骤(510)。例如，起火的流体可产生燃烧波前沿或火焰前沿，如果没有阻挡，其可延伸超过电池模块。由于阻焰器可处于较低温度，或者可为良好的热导体，来自燃烧火焰前沿的能量(例如，热)可从燃烧火焰前沿传递到阻焰器。由于能量被传递，并且降低了燃烧火焰前沿中的能量，燃烧火焰前沿可被阻止或降低。
已经描述了一些示例。然而，应理解可进行各种修改。例如，在“牵引冷却系统”中总气流也可右到左(与左到右气流的附图和“推动冷却系统”相比)。牵引冷却系统有时称为“负压冷却系统”，并且推动冷却系统有时称为“正压冷却系统”。与任何类型的潜在场效应一样，梯度导向流动。此外，例如，图5中的示范性流程图的步骤可以以其它顺序执行，某些步骤可去除，并且其它的步骤可增加。作为另一个示例，电池模块(例如，电池模块100或其它)可包括在侧面或顶部的气流开口，附加于或替代地在端部上的气流开口。因此，其它的示例在所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种电池模块，包括：
壳体，该壳体限定内部容积且包括气流通道，该气流通道从形成在该壳体的第一端构件中的孔通过该内部容积至形成在该壳体的第二端构件中的孔；
多个电力单元，该多个电力单元安装在该壳体的该内部容积中，该电力单元的每一个包括位于该电力单元端部的通风口构件；以及
阻焰器，该阻焰器安装为横跨该气流通道且在该多个电力单元和形成在该壳体的该第二端构件中的该孔之间，该阻焰器包括丝网筛，该丝网筛包括多个流体通道，该多个流体通道的尺寸为允许气流从该气流通道穿过该流体通道，并且尺寸为阻止燃烧的流体在其间穿过。
2.如权利要求1所述的电池模块，还包括风扇，该风扇安装在该壳体中，使得该气流在形成在该壳体的该第一端构件中的该孔和形成在该壳体的该第二端构件中的该孔之间循环。
3.如权利要求1所述的电池模块，其中该多个电力单元定向安装在该内部容积中，使得该通风口构件面对相对于形成在该壳体的该第一端构件中的该孔或形成在该壳体的该第二端构件中的该孔的至少一个的偏置方向。
4.如权利要求1所述的电池模块，其中该阻焰器还包括可连接到该壳体的框架，该筛安装在该框架内。
5.如权利要求4所述的电池模块，其中该框架包括通孔，该通孔形成在该阻焰器侧面之间的电缆通道。
6.如权利要求4所述的电池模块，其中该筛包括第一筛，该阻焰器还包括安装在该框架内的第二筛，该第二筛与该第一筛基本上平行。
7.如权利要求6所述的电池模块，其中该第二筛包括多个第二流体通道，并且该第二流体通道的至少一部分的尺寸与该第一筛的该流体通道的一部分的尺寸不同。
8.如权利要求1所述的电池模块，其中该阻焰器包括第一阻焰器，该模块还包括第二阻焰器，该第二阻焰器安装为横跨该气流通道并且在所述多个电力单元和形成在该壳体的该第一端构件中的该孔之间，该第二阻焰器包括筛，该筛包括多个流体通道，其尺寸为允许气流从该气流通道穿过该流体通道，并且该尺寸为阻止燃烧的流体从其间流过。
9.如权利要求1所述的电池模块，其中该多个电力单元包括多个锂离子电池。
10.如权利要求9所述的电池模块，其中该锂离子电池的每一个包括形状参数为18650的锂离子电池。
11.一种在电池模块中管理燃烧事件的方法，包括：
将电池模块设置在数据中心中，该电池模块包括具有第一端构件和第二端构件的壳体，以及安装在该壳体中的多个电力单元，该电力单元的每一个包括位于该电力单元一端的通风口构件；
循环气流，该气流从该第一端构件中的孔通过该壳体的内部容积以冷却该多个电力单元且至该第二端构件中的孔；
循环该气流穿过安装在该壳体内且在多个电力单元和形成在该壳体的该第二端构件中的该孔之间的阻焰器；以及
用该阻焰器阻止燃烧的流体穿过该壳体至该数据中心中的周围环境。
12.如权利要求11所述的方法，还包括用安装在该壳体内的风扇循环该气流。
13.如权利要求11所述的方法，其中该气流是通过自然对流而循环的。
14.如权利要求11所述的方法，其中循环该气流使其穿过阻焰器包括循环该气流使其穿过安装在该阻焰器的框架内的筛。
15.如权利要求14所述的方法，其中该筛包括第一筛，该方法还包括循环该气流使其穿过安装在该框架内的第二筛，该第二筛与该第一筛基本上平行。
16.如权利要求11所述的方法，其中该阻焰器包括第一阻焰器，该方法还包括：
循环该气流使其穿过安装在该壳体内且在该多个电力单元和形成在该壳体的该第一端构件中的该孔之间的第二阻焰器；以及
用该第二阻焰器阻止该燃烧的流体穿过该壳体至该数据中心中的周围环境。
17.一种电力系统，包括：
多个电池模块，电耦合为形成电力单位，该电力单位配置为对数据中心中的多个机架安装的电子设备提供电力，该电池模块电的至少一个包括：
箱体，该箱体其端部朝向周围环境至少部分开口并且限定在该箱体的该端部之间的流道；
多个电力单元，该多个电力单元安装在该箱体中；
风扇，该风扇安装在该箱体中以通过该流道循环气流来冷却该多个电力单元；以及
第一筛，该第一筛安装为横跨该流道，且在该多个电力单元和该箱体的该端部之一之间，该第一筛包括多个开口，该开口的尺寸为允许该气流从其间流过而阻止燃烧的流体在其间穿过。
18.如权利要求17所述的电力系统，其中该电池模块还包括第二筛，该第二筛安装为横跨该流道且在该多个电力单元和该箱体的另一端部之间，该第二筛包括多个开口，该多个开口尺寸为允许气流从其间流过而阻止该燃烧的流体在其间穿过。
19.如权利要求18所述的电力系统，其中该电池模块还包括隔热屏，该隔热屏设置在该流道内且在该箱体的该端部之间延伸。
20.如权利要求19所述的电力系统，其中该隔热屏在该箱体内的该第一筛和该第二筛之间延伸。
21.如权利要求17所述的电力系统，其中该电池模块还包括电池管理系统，该电池管理系统设置在该流道内且在该第一筛与该箱体的该端部之一之间。
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