CN112870969A - 动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，包括外壳，外壳内安装有电池组；外壳顶部下表面设有烟雾传感器；烟雾传感器通过电力信号线与控制器连接；外壳和外壳顶部均设有夹层，并且相互连通，夹层内设有空气净化材料；外壳顶部下表面设有顶部单向阀与夹层连通，外壳底部的下表面设有底部单向阀，底部单向阀与外壳的夹层连通，底部单向阀通过排气管连接抽气泵，抽气泵通过控制器控制。本发明采用吸附剂以及催化剂处理电池燃烧产生的烟雾，经过吸附、催化转化处理有毒的烟雾转变为净化气体在排放到空气中，减少了机组人员以及乘客因吸入有毒气体中毒的危险，同时也减少了因温度过高、烟气浓度过大而引发燃烧爆炸的风险。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统。
背景技术
随着航空业的快速发展，碳排放问题变得日益严重，碳中和成为世界各国奋斗的目标。因此，开发和使用更加清洁、高效的多电/全电飞机成为航空业的发展方向。这其中，锂电池因良好的充放电性能及较长的使用寿命，成为各种电动飞机的主要候选电源。但锂电池存在热安全风险，在过充、过放、挤压、碰撞等异常情况下易发生热失控。电池一旦发生热失控，除造成高温风险外，还将产生有CO、HF、HCI、CxHy等有毒有害气体，以及含Ni、Co、Mn等有毒有害重金属的颗粒物，严重威胁机上人员生命安全以及飞机的运行安全。
处理燃烧烟雾的方法大致可分为两种：直接排放、收集再处理。直接排放是最简单快捷的方法，但是不会降低其毒害性，2013年波音787机载辅助动力电池失火后针对烟雾的改进方案是通过泄放管直接泄放到机外，这种方法最为简单快捷，但是燃烧产生的有毒害的成分易对环境造成污染，也存在着危害机上人员生命安全的隐患；收集再处理可以根据实际需要制定相应的处理方法，降低其危害性。电池燃烧产生的烟雾毒害性较大，更适宜采用收集再处理的方法。
目前针对燃烧烟雾处理的方法主要采用物理处理方法，比如吸附、降沉或者直接排放等方法；有的也采用特殊的烟雾净化器或者一定的化学方法去处理有毒害的烟雾。
实用新型专利，一种工业尾气环保高效去酸除烟装置(申请号：201922324448.X)公开了一种工业尾气环保高效去酸除烟装置，包括处理池、顶盖、排污组件和主控制器；该实用新型专利选择将工业废气通入设计好的装有吸收液的装置内，利用水溶液吸附沉降废气中的固体颗粒，废气中的硫化物、氮氧化合物与吸收液发生化学反应，被吸收液吸收，从而达到减少工业废气排放，保护环境的目的；但是该实用新型专利所述的方案不适用于飞机上消除锂电池热失控产生的烟雾，飞机在飞行过程中遭遇气流容易发生颠簸，液体的吸收液容易喷溅，且锂电池内部电解液成分复杂，一旦发生热失控致使烟雾中的成分更为复杂，现不具备高效处理电池燃烧烟雾的吸收液；飞机上空间有限，限制平台空间将会影响烟雾吸收效率。
发明专利，一种空气污染治理用烧烤炉辅助除烟装置(申请号：202011307271.3)公开了一种空气污染治理用烧烤炉辅助除烟装置，包括：烧烤炉、移动机构、除油机构、烟雾净化机构、控制器、水箱和水泵；该发明专利选择将烧烤后产生的油烟气体吸入除油机内部经过油网过滤进行油烟分离，处理后的烟气进入烟雾净化机构通过水雾喷洒沉降烟雾中的固体颗粒物实现烧烤烤炉的油烟分离和烟气净化一体化，避免烧烤时的烟气露天排放造成环境污染；该发明专利所述的燃烧烟雾处理方法不适用于飞机上消除锂电池热失控产生的烟雾，在烟雾净化机构通过水雾喷洒沉降烟雾中的固体颗粒物只能消除大部分固体颗粒物，但是锂电池热失控产生的CO、HF、HCI、CxHy等有毒有害气体并不能有效地被处理成无害物质，一旦排放到空气中容易导致机组人员及乘客中毒，对飞行安全将产生严重威胁。
发明内容
锂电池发生严重热失控时往往伴随着烟雾，由于电池内部化学成分较为复杂，所以燃烧产生的烟雾具有较强的毒性，易对人造成伤害；本发明提供一种通过催化剂催化转化电池燃烧烟雾的处理系统，将烟雾吸附剂和催化剂填充在电池组外壳的夹层内，让燃烧产生的烟雾通过单向阀，先进入顶部的吸附层，过滤掉有毒金属颗粒物后，再进入箱体夹层，利用热失控烟气自身的温度，在催化剂作用下进一步发生反应，生成稳定而洁净的气体产物，排放到空气中。
具体的技术方案为：
动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，包括外壳，外壳内安装有电池组；所述的外壳顶部下表面设有烟雾传感器；烟雾传感器通过电力信号线与控制器连接；
外壳和外壳顶部均设有夹层，并且相互连通，夹层内设有空气净化材料；外壳顶部下表面设有顶部单向阀与夹层连通，外壳底部的下表面设有底部单向阀，底部单向阀与外壳的夹层连通，底部单向阀通过排气管连接抽气泵，抽气泵通过控制器控制。利用烟雾传感器、抽气泵与控制器三者相结合的模式，使抽气泵在烟雾传感器以及控制器的信号指令下立刻工作或者处于关闭状态，具备自动开启与关闭的功能。抽气泵与外壳底部中央位置的单向阀相连接，最大限度地提升烟雾与催化转化剂的接触面积，提升了烟雾催化转化效率。
进一步的，所述的外壳的夹层填充有净化空气的催化剂；外壳顶部夹层内填充吸附烟气的吸附剂。利用吸附剂、催化剂处理锂电池燃烧产生的烟雾，先通过吸附剂吸附烟雾颗粒。然后利用催化剂将有毒害的烟气催化转化为净化气体排放到空气中，以减少对机组人员以及乘客的毒害危险。
另外，电池组的外壳夹层内填充吸附剂和催化剂，减少占用飞机上有限的空间，同时利用锂电池热失控产生的高温烟雾中的能量为催化剂提供适宜的催化反应温度，提升催化剂反应速率，加快烟雾催化转化效率。
优选的，所述的外壳开口边沿设有螺栓孔用于连接外壳顶部，外壳顶部还安装有若干螺栓用于与外壳的螺栓孔连接。
本发明技术方案带来的有益效果：
(1)本发明采用吸附剂以及催化剂处理电池燃烧产生的烟雾，经过吸附、催化转化处理有毒的烟雾转变为净化气体再排放到空气中，减少了机组人员以及乘客吸入有毒气体中毒的危险，同时也减少了因温度过高、烟气浓度过大而引发燃烧爆炸的风险。
(2)本发明中的吸附剂、催化剂填充于电池组外壳夹层内，不仅减少了吸附剂与填充剂的占用空间，还能最大限度提升烟雾与吸附剂及催化剂的接触面积，提升烟雾催化转化效率；
(3)锂电池热失控产生的烟雾具有较高的温度，烟雾与催化剂接触反应时较高的烟气温度使催化剂转化速率达到一个较高的水平，从而实现高效率的烟雾催化转化；
(4)本发明采用烟雾传感器与控制器再与抽气泵相连接的模式，通过烟雾信号、控制器指令达到三者同步工作的效果，避免了抽气泵常开所造成的浪费或者锂电池热失控后无法第一时间开启的情况；
(5)抽气泵在抽气过程中可以带走部分能量，避免因温度过高造成催化剂转化速率下降或者因热传播引燃飞机其他部件，同时抽气泵提升了夹层内气体流动速度，加快了烟雾催化转化效率。
(6)本发明采用气体单向阀导通产生的烟雾以及转化后的气体，促使烟雾按照单一的通道流动，防止夹层内的烟雾倒流，提升催化转化的反应效率。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明催化剂在外壳夹层中的剖面结构示意图；
图3为本发明吸附剂在外壳顶部夹层中的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例子仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“中”、“内”、“侧面”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，包括外壳1，外壳1内安装有电池组2，外壳1开口边沿设有螺栓孔3用于连接外壳顶部，外壳1的外壳顶部12下表面设有烟雾传感器16；烟雾传感器16通过电力信号线11与控制器10连接；外壳顶部12还安装有若干螺栓14用于与外壳1的螺栓孔3连接；
如图2所述，外壳1内部夹层填充有净化空气的催化剂4；如图3所述，外壳顶部12夹层内填充吸附剂13，外壳顶部12下表面设有顶部单向阀15与夹层连通；外壳顶部12的夹层与外壳1内部夹层连通；
外壳底部5的下表面设有底部单向阀6，底部单向阀6与外壳1内部夹层连通，底部单向阀6通过排气管9连接抽气泵7，抽气泵7通过控制器10控制。
工作时，外壳顶部12通过螺栓14与螺栓孔3与外壳1紧密结合使电池组处于密闭空间内；抽气泵7处于待机状态，通过排气管9与外壳下底部单向阀6相连接；当电池组2发生热失控时，锂电池燃烧产生的烟雾聚集在外壳1内部，烟雾传感器16探测到烟雾后通过电力信号线11将烟雾信号传递给控制器10，控制器10将烟雾信号转换成控制信号到抽气泵7，使其自动开启电机工作，促使顶部单向阀15打开使烟雾快速进入外壳顶部12夹层内，先通过吸附剂13吸附烟雾颗粒，吸附后的烟雾进入外壳1其余各个表面夹层内再与催化剂4进行催化转化反应；经过充分接触反应后，吸附催化后的烟雾转化为净化气体8，然后其通过外壳底部5外壳下的底部单向阀6再经排气管9、抽气泵7排到空气中；当烟雾传感器16探测不到烟雾后，控制器10传达停止工作的信号指令给抽气泵7，停止抽气。
本实施例中，所述电池组2使用方形电池，但不限于方形电池，可根据实际情况进行选择。
所述外壳1、外壳顶部12不限于金属材质，还采用耐高温的复合材料或者阻燃材料，阻止锂电池热传播，引燃飞机其他部件。
所述吸附剂为沸石分子筛、活性炭、活性氧化铝中的一种或多种，但不限于以上几种，可根据实际情况进行选择。
所述催化剂，其载体采用碳化硅、三氧化二铝、分子筛、活性炭中的一种，但不限于以上几种，催化剂活性成分为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Mo、Pt、Au、Pd、Ag中的一种或几种，但不限于以上几种。
Claims (3)
1.动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，包括外壳，外壳内安装有电池组；其特征在于，所述的外壳顶部下表面设有烟雾传感器；烟雾传感器通过电力信号线与控制器连接；
外壳和外壳顶部均设有夹层，并且相互连通，夹层内设有空气净化材料；外壳顶部下表面设有顶部单向阀与夹层连通，外壳底部的下表面设有底部单向阀，底部单向阀与外壳的夹层连通，底部单向阀通过排气管连接抽气泵，抽气泵通过控制器控制。
2.根据权利要求1所述的动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，其特征在于，所述的外壳的夹层填充有净化空气的催化剂；外壳顶部夹层内填充吸附烟气的吸附剂。
3.根据权利要求1所述的动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，其特征在于，所述的外壳开口边沿设有螺栓孔用于连接外壳顶部，外壳顶部还安装有若干螺栓用于与外壳的螺栓孔连接。
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