CN113169394A - 电化学储存装置的热管理 - Google Patents

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Abstract

本发明基于热抑制构造的并入而提供了电化学单元电池系统和相关联的操作方法，所述热抑制构造包括对不导电、不易燃的冷却剂的供应。所述冷却剂提供在正常操作模式期间的第一冷却方法，所述第一冷却方法通过对单元进行冷却而有益于所述单元，并且提供在高温异常情况下的第二冷却方法，其中所述冷却剂被分配到所述单元内部以直接冷却所述电极并使所述单元惰性化。

Description

电化学储存装置的热管理
发明人：Randy Dunn
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月15日提交的且标题为“THERMAL MANAGEMENT OFELECTROCHEMICAL STORAGE DEVICES”的美国临时申请序列号62/745,747的优先权，其公开内容以引用方式并且以不与本公开相冲突的程度并入本文。
技术领域
本公开一般涉及电池，并且更具体地涉及由多个电化学单元或静电单元组成的二次电池。
背景技术
背景技术部分中讨论的主题不应仅仅因为其在背景技术部分中提及而被认为是现有技术。类似地，背景技术部分中提到的或者与背景技术部分的主题相关联的问题不应该被认为是先前在现有技术中已经认识到的。背景技术部分中的主题仅仅代表不同的方法，这些方法本身可以是发明。
二次电池是由一个或多个电化学单元或静电单元(以下统称为“单元”)组成的装置，所述一个或多个电化学单元或静电单元可以被充电以在需要时提供静电电势或释放的电荷。单元基本上由至少一个正电极和至少一个负电极组成。这种单元的一种常见形式是众所周知的封装在圆柱形金属罐或棱柱形壳体中的二次单元。用于这种二次单元的化学物质的示例是锂钴氧化物、锂锰、磷酸铁锂、镍镉、镍锌和镍金属氢化物。其他类型的单元包括电容器，这些电容器可以是电解质电容器、钽电容器、陶瓷电容器、磁性电容器的形式，并且包括超级电容器和超电容器系列。在不断增长的消费市场的驱动下，这种单元大量生产，市场需要便携式电子器件的低成本可再充电能源。能量密度是单元的总可用能量相对于单元质量的量度，通常用瓦特小时/千克或Wh/kg来测量。功率密度是单元功率输出相对于单元质量的量度，通常用瓦特/千克或W/kg来测量。能量密度和成本两者都是牵引电池价值的关键指标，如在“Lithium-ion Batteries for Hybrid and All-Electric Vehicles：theU.S.Value Chain”中记录的，该文献由Marcy Lowe、Saori Tokuoka、Tali Trigg和GaryGereffi编辑，所述教导内容在此引用作为参考。
为了获得期望的工作电压水平，单元串联地电连接以形成单元电池，其通常被称为电池。为了获得期望的电流水平，单元被并联地电连接。当单元组装成电池时，单元通常通过金属条、金属带、电线、汇流条等电连接在一起，金属条、金属带、电线、汇流条等被焊接、锡焊或以其他方式紧固到每个单元上，以将它们以期望的构型连接在一起。
二次电池通常用于驱动牵引马达，以推动电动载具。这些载具包括电动自行车、摩托车、汽车、公共汽车、卡车、火车等。这种牵引电池通常很大，其中数百或数千或更多的单个单元在内部连接在一起并安装在壳体中以形成组装电池。
这种单元的故障模式包括放热事件，也称为热逸散。这种特征使得在某些应用中使用这种单元非常危险，诸如在飞机、车辆或医疗应用中。热逸散的常见原因包括过度充电、外部短路或内部短路。使用保险丝和过压断开装置可以防止过度充电和外部短路。然而，这种装置在防止内部短路方面是无效的，因为没有实用的方法来阻止单元内部非常大的负极到正极界面上的短路。为了方便和提高安全性，正热系数装置有时安装在单元内部，但是正热系数装置仍然不能阻止负极到正极的内部短路，因为正热系数装置位于电路外部。电路中断装置(无论是机械的还是电子的)可以防止过度充电，但是由于它们也在负极到正极电路的外部，它们不能通过任何机制来防止内部短路。
热事件对前述牵引电池构成实质性威胁，因为每个牵引电池包含大量单元。热事件的概率随着单元数量的增加而增加，热事件级联到电池内其他单元的可能性也增加，从而导致事件的整体潜在影响增加。因此，某种形式的热逸散缓解有利于电池的整体安全性。
在公开号为US 2009/0176148 A1的文献中教导了一种将单元浸入不导电的氢氟醚流体中的新颖解决方案，该解决方案已经显示出能够减轻热逸散，而不需要泵或其他需要维护或易于失效的复杂设备。该专利申请公开了将电池浸入填充有热传递流体的容器中，并且该容器包含至少部分地填充该热传递流体的热交换器。该流体是液体或气体，并且优选地是热传递流体，诸如氢氟醚(HFE)，其具有低沸点温度，例如低于80℃或甚至低于50℃。这种流体的蒸发有助于从浸没的电池中散热。
例如，HFE可通过商标名称NOVEC工程流体(可从3M Company，St.Paul，Minn.获得)或VERTREL特种流体(可从DuPont，Wilmington，Del.获得)获得。对于前述专利中的实施方案特别有用的HFE包括NOVEC 7100、NOVEC 7200、NOVEC 71 IPA、NOVEC 71DE、NOVEC 71DA、NOVEC 72DE和NOVEC 72DA，所有这些都可以从3M获得。如上述专利申请中所述，浸没在所述流体内的单元由于流体的蒸发不会进入热逸散。将单元浸入流体中在远低于单元燃点的温度下有效地散热。这已被证明是正确的，尽管使用通常会诱发此类事件的标准做法进行了多次短路尝试。
这种提高电池安全性的方法的缺点是依赖气体和/或液体作为传递流体。HFE特别地是非常光滑的材料，并且在电池组壳体内的气体或液体在壳体中形成任何开口时易于逸出，诸如通过冲击或通过直接渗透。在一些情况下，可以添加贮存器以减轻材料随着时间通过壳体的损失。该贮存器为随着时间溢出的冷却剂提供备用。这还具有在需要时向电池中提供额外冷却剂的额外益处。
这两种方法的一个缺点在于在大规模牵引电池中实现这种解决方案所需的材料的质量。由于整个电池充满冷却剂，并且在所述冷却剂池中携带更多的冷却剂，因此满足这些设计所需的流体量是相当大的。HFE非常重，通常是水质量密度的两倍。这对于牵引电池是非常不利的，因为电池通常已经构成车辆总质量的大部分。如上所述，重力能量密度是牵引电池价值的关键指标。尽管有能力停止热事件，但受影响的一个或多个单元仍保留引起热事件的能力。尽管热量已被去除，但单元内部不受影响。如果冷却剂被耗尽，如在外部能量源超过可用冷却剂的冷却能力(包括储存在附加贮存器中的任何储备)的持续过充的情况下，则单元可能进入热事件状况。先前的技术没有解决如何禁用单元或使单元“安全”的问题。
使用如此多材料的另一个缺点是成本。通常，HFE的价格约为60美元/千克。尽管美国US 2009/0176148没有具体公开在比较例中使用的流体的量，但是其确规定单元被浸没。假设单元的浸没至少为单元体积的20％。实验中使用的A123具有1.7kg/l的密度，并且HFE具有2kg/l的密度。根据这一评估，简单地淹没100kWh能量的包括A123单元的大型牵引电池具有951kg的质量，并且需要223kg的冷却剂。这是与仅单元相比的23％的额外质量。以2018年的价格计算，冷却剂的成本将进一步达到13,425美元，并且相比30,000美元的单元成本，与仅单元相比增加了44％的成本开销。如上所述，总成本是牵引电池价值的关键指标。
除了现有技术的上述缺点之外，一个主要缺点是它们仅在单元外部工作的方式。公开号为US 2009/0176148 A1的情况示例是在加热期间不膨胀的圆柱形刚性硬壳体。没有提到广泛使用的软袋单元，也没有提到通常采用塑料或薄壁柔性金属的棱柱形单元。这些壳体不符合任何现有技术的教导。关键原因是壳体本身固有的灵活性。在诱发的热事件期间，内部产生的气体迫使壳体膨胀。单元中的电极通过这些气体填充的间隙与单元壳体分开。这防止冷却剂与电极发生热反应，热反应是内部发热的来源。冷却剂影响热事件的能力显著受到阻碍，壳体仍然可能进入热逸散。
需要一种方法和结构来减轻电池过热的影响，同时对质量和成本的影响最小。
发明内容
为了提供对本教导的一个或多个实施方案的一些方面的基本理解，以下给出了简化的概要。该概要不是广泛的概述，也不旨在识别本教导的重要或关键元素，也不描绘本公开的范围。相反，其主要目的仅仅是以简化的形式呈现一个或多个概念，作为稍后呈现的详细描述的序言。
在本教导的一个实施方案中，电池系统可包括一个或多个单元，所述一个或多个单元包括密封壳体，在壳体内设置有电化学单元，该电化学单元包括一组电极和电解质。密封壳体包括至少一个减压阀。电极包括通常由隔板隔离的至少一个负极和至少一个正极。所述至少一个负极连接到导电且导热的负端子，该负端子存在于单元的密封壳体的内部和外部。所述至少一个正极连接到导电且导热的正端子，该正端子存在于单元的密封壳体的内部和外部。导电和导热端子中的一个或两个端子可以包括电附接机构，以允许单元以传统方式在系统中电连接。导电和导热端子中的一个或两个端子可以包括至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口，以用于冷却剂进出端子的通道。导电和导热端子中的一个或两个端子(在下文中称为“冷却端子”)在内部包括通道，以允许冷却剂通过冷却端子。冷却端子包括至少一个热敏致动器，所述至少一个热敏致动器在电极的热邻近范围内。
在冷却端子内应用特定的不导电的氢氟醚或类似的低沸点热流体，其不导电且不具有自然闪点，以下称为“热流体”。该流体可以是静态的，或者任选地通过冷却端子循环。可以使用某种类型的泵设备、具有某种方法的热交换器以常规方法管理循环，以从热流体中去除热量或向热流体添加热量。在正常操作中，冷却剂通过端子的通道提供了控制冷却端子温度的机制。由于冷却端子热连接到单元壳体内的电极，该冷却端子提供根据需要冷却或加热电极的直接方法。通过以这种方式直接控制单元温度，系统不需要通过壳体壁冷却或加热单元。这允许壳体由不导热材料诸如塑料制成。塑料的益处是成本和隔热。热隔离有助于减轻电池系统中紧密封装单元的单元到单元热逸散传播。
本公开的另一个益处是其如何管理热逸散事件。如果单元足够热，其使冷却端子中的所述至少一个热敏致动器打开，从而释放直接淹没到电极和电解质上的热流体。热流体通过相变、蒸发来冷却电极，导致压力增加，从而迫使通风通过所述至少一个排放孔，释放并抑制热事件。通过聚合物袋型锂单元在过充电中的实验，已经有了显著的观察，其中电极在1.5倍的额定电压和8倍的额定电流下过充电。已经观察到，在电解质蒸发过程期间，例如，当热流体和电解质两者由于热量而同时蒸发时，随着热流体深深地淹没电极的多孔空腔中，从两种流体产生的蒸气密切混合。已经观察到，产生的蒸气混合物保持冷却和不可燃，这从热流体中继承了这个特征，该热流体的存在量显著大于电解质的量。热流体(在这种情况下是可通过商购获得的沸点为61℃的NOVEC 7100)在70℃以下保持非常低的电极温度，并且在大约150秒内与电解质一起蒸发。在这段时间之后，电解质已经安全地排出到单元壳体的外部，并且此后变得惰性化，不能接受任何充电、放电和电流，或者不能产生任何热量。这是非常有益的，因为并不总是确定过充电或短路或其他外部刺激的原因会在任何特定时间停止。这优于现有技术，现有技术依赖于连续可用的冷却剂或外部源的移除，并且不会使单元变得惰性化。
附图说明
在此并入并构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中，相同的附图标记代表相同的部分：
图1示出了根据示例性实施方案的组装电池的顶视图；
图2示出了控制电池温度的方法；
图3示出了根据示例性实施方案的防止热逸散事件的方法；以及
图4示出了根据示例性实施方案的具有来自图1的电池端子的电池系统的横截面的详细视图。
具体实施方式
以下描述仅是各种示例性实施方案，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，以下描述旨在为实现包括最佳模式的各种实施方案提供方便的说明。显而易见的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施方案中描述的元件的功能和布置进行各种改变。例如，在任何方法或过程描述中引用的步骤可以以任何顺序执行，并且不一定限于所呈现的顺序。此外，许多制造功能或步骤可以外包给一个或多个第三方或由一个或多个第三方执行。此外，对单数的任何引用包括多个实施方案，对多于一个部件或步骤的任何引用可以包括单数的实施方案或步骤。而且，对附接、固定、连接等的任何引用可以包括永久、可移除、暂时、部分、全部和/或任何其他可能的附接选项。如本文所用，术语“联接的”、“联接”或其任何其他变型旨在涵盖物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。
为了简洁起见，用于机械系统构造、管理、操作、测量、优化和/或控制的常规技术，以及用于机械动力传递、调制、控制和/或使用的常规技术在此不再详细描述。此外，本文包含的各种附图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应当注意，在模块化结构中可以存在许多另选的或附加的功能关系或物理连接。
从前述内容中，对于读者来说显而易见的是，本公开的一个重要且主要的目的在于提供一种新颖的方法来防止电化学单元或单元组的热逸散。本公开具有基于单元温度的自动响应机制的优点，并且与现有技术相比具有减小的质量和经济影响。
现在参考图1，所提出的电池解决方案包括密封壳体1，该密封壳体能够以锂离子单元构造领域中已知的常规方式容纳一个或多个内部电极堆叠2，所述一个或多个内部电极堆叠被有机电解质(未示出)饱和。密封壳体1可以由能够为单元提供机械支撑并具有完全密封能力的多种材料制成。各种结构塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)因其隔热性能而被优选，但金属化聚酯薄膜和金属包括通常用于构造锂离子电池的铝和钢也是合适的材料。
密封壳体1还具有带有泄压阀11的至少一个排放端口10、至少一个正端子4和至少一个负端子5。至少一个正端子4电连接到电极堆叠正极3。至少一个负端子5电连接到电极堆叠负极8。这种单元可以串联或并联或者串联和并联的组合连接。至少一个正端子4或至少一个负端子5中的至少一个包括至少一个冷却剂入口6、至少一个冷却剂出口7和至少一个分配端口9。出于简化的目的，从这一点开始，描述将仅使用至少一个正端子4作为本公开的示例性实施方案。然而，重要的是，在不背离本公开的功能的情况下，一个端子可以包括冷却剂入口6、冷却剂出口7和分配端口9，并且另一个端子可以包括这些特征部或者是缺少这些特征部的常规端子。
分配端口9和冷却剂出口7可以在没有另一个的情况下使用，并且仍然在本公开的范围内。例如，电池端子可以包括冷却剂入口6和分配端口9。因此，热传递流体在电池端子内可以是静态的，并且通过分配端口9释放以防止热逸散事件。在另一个示例性实施方案中，电池端子可以包括冷却剂入口6和冷却剂出口7。因此，冷却剂可以通过冷却回路不断地流过冷却剂入口6，并且流出冷却剂出口7，以调节电池系统内单元的内部温度。
泄压阀11在正常操作条件下是密封的。在正常操作条件下，泄压阀不会让气体或液体进出密封壳体1。这可以防止电解质变干或外部污染物进入。如果密封壳体1内的压力超过指定的压力水平，泄压阀11将气体从密封壳体1中释放出来。泄压阀11的启动压力水平根据电池的大小而变化，但是通常相对较低，在大多数应用中大于1PSIG但小于约200PSIG。
通过本领域技术人员公知的方法连接到一个或多个内部电极堆叠2的至少一个正端子4不仅在它们之间提供电连接，还提供热连接。在示例性实施方案中，至少一个正端子4的内部是通道，以允许热传递流体从至少一个冷却剂入口6流入，并且通过至少一个冷却剂出口7流出。至少一个冷却剂入口6和至少一个冷却剂出口7的尺寸设置成允许足够的流体通过，以在至少一个正端子4、电极堆叠正极3和一个或多个内部电极堆叠2上提供期望的冷却或加热效果。
在示例性实施方案中，至少一个冷却剂入口6和至少一个冷却剂出口7连接到冷却回路。例如，冷却回路可以包括不导电的管、泵、辐射、贮存器、过滤器等。此外，可以使用用于循环热传递流体的任何合适的系统。在系统中分配的热传递流体是不导电的，从而不会引起单元之间和横跨单元的短路。冷却回路以常规方式用于加热和冷却热传递流体，以便通过迫使流体通过每个单元的至少一个正端子4来加热或冷却单元。在冷却回路内分配不导电的热传递流体，诸如具有低沸点温度，例如低于80℃或甚至低于70℃的氢氟醚(HFE)。热传递流体的这种性质是，其在接近单元的高工作温度范围的温度下开始沸腾。材料类别的示例是商业上用于清洁电子部件的高度氟化化合物。合适冷却剂的商业示例包括以商品名HFE-7100、HFE-7200等销售的3MTM NovecTM工程流体系列产品。HFE-7100具有61℃的沸点，其与许多峰值工作温度范围为65℃的商用电化学单元高度兼容。
至少一个分配端口9可以连接到至少一个正端子4内部的通道，并且所述至少一个分配端口的尺寸被设置为相对于空腔的尺寸允许足够的流体通过，以便抑制可能发生的任何热事件。至少一个分配端口9可以包括热敏塞12，该热敏塞对过热敏感并且被过热激活。热敏塞12可以由在期望温度下熔化的金属制成。合适的金属包括具有低熔点的共晶合金或易熔合金，包括铅、铋和锡的合金，并且通常被称为伍德合金、罗斯合金和利波维茨合金。这种金属是众所周知的，并且广泛用于消防喷淋阀中，从而防止加压水从管道中流出，直到被热触发，此时合金充分软化以释放密封塞。热敏塞12可另选地包括热敏玻璃灯泡，热敏玻璃灯泡也是众所周知的，并且广泛用于消防喷淋阀。与合金一样，玻璃灯泡被设计成在加热时由于热膨胀而破裂，从而打开限制冷却剂的密封件，释放密封壳体1内的冷却剂并将冷却剂分配到电极堆叠2。至少一个分配端口9的大小和位置由内部空腔的特定几何形状决定，并且可以位于内部空腔的顶部、底部或侧面或其任意组合。
本公开的第一冷却方法考虑电池处于正常操作状态。在正常操作中，根据示例性定义的热传递流体被泵送通过系统中每个单元的至少一个正端子4。通过向热传递流体添加热量或从热传递流体去除热量的过程，至少一个正端子4冷却/加热电极堆叠正极3，并且一个或多个内部电极堆叠2通过热传导被加热或冷却。
本公开的第二冷却方法将电池视为处于故障状态，其中至少一个单元过热。该冷却方法的过程由一个或多个内部电极堆叠2内的过高温度触发。这种过热激活热敏塞12，从而通过至少一个分配端口9释放热传递流体。热传递流体由此被释放到密封壳体1中，淹没相应的空腔并与一个或多个内部电极堆叠2直接接触。此时，热传递流体将开始冷却一个或多个内部电极堆叠2。一个或多个内部电极堆叠2的温度可以稳定，这可以减轻热事件。如果一个或多个内部电极堆叠2的温度继续升高，该温度将最终超过热传递流体的沸点。热传递流体的沸点被选择为远低于一个或多个内部电极堆叠2中采用的电解质化学物质的燃点。例如，热传递流体HFE-7100具有61℃的沸点，这与许多峰值工作温度范围为65℃的商用电化学单元高度兼容。淹没密封壳体1中的HFE-7100将阻止一个或多个内部电极堆叠2的温度升高超过流体的61℃沸点。随着一个或多个内部电极堆叠2变热，电解质蒸发成蒸气。这种蒸气通常是高度易燃的，并且会引发众所周知的影响锂离子单元的热逸散过程。通常高度易燃的电解质蒸气与沸腾热传递流体的蒸气混合，该沸腾热传递流体没有闪点，并且完全不易燃。由冷却回路供给的热传递流体的量大于电解质的量，电解质通常仅占单元重量的5％-10％。混合蒸气是不可燃的，并且由于热传递流体的低沸点而保持冷却。随着压力快速建立，泄压阀11被启动，并且至少一个排放端口10在压力下排放，并且将混合的蒸气释放到大气中。热传递流体的低温沸腾和产生的蒸气的释放过程冷却至少一个或多个电极堆叠2，防止所述至少一个或多个电极堆叠达到会引发热逸散事件、引发火灾或引起任何火焰的温度。
本公开的另一方面在于，以这种安全的方式使电解质沸腾是有限的事件。电解质非常迅速地从一个或多个内部电极堆叠2和密封壳体1中完全排出，从一个或多个内部电极堆叠2中安全地移除电解质，从而使单元惰性化。所得到的惰性单元很快变得没有任何电解质，并且此后不能造成伤害，因为其不再能够吸收可能导致热量的内部能量，也不能释放可能导致热量的能量。然后单元被动冷却，并且不再对安全构成任何威胁。
本公开还提供了显著的质量减少，因为所需的冷却剂的量的大小仅适合于电池系统的一部分。这与在电池系统中冷却一组单元的技术形成鲜明对比，该技术涉及用相对大量的热传递流体淹没单元之间的空间。这种新颖的方法利用多于一个单元遭受内部短路的可能性非常低的优点，这种短路在大电池中在任何时间都会导致潜在的热事件。现代单元的故障率是0.1ppm，或者10e-7。这是在具有大量单元的电池系统中一个单元在给定较长时间段内经历热事件的概率，但是两个这样的单元同时经历热事件的概率下降到10e-14。因此，在这样的系统中，两个单元几乎不可能同时遭受同样的情况。由于本公开具有用非常少量的热传递流体专门针对事件位置来化解单个单元热事件的能力，因此其提供了优于现有技术的优化解决方案。
本公开的另一方面是减小电池体积。单元分离是减轻热传播的常见做法。但是，这种分离对于可靠性而言并非微不足道，并且会导致更大、更重的电池。本公开还进一步减小了电池的体积和质量，因为单元的分离可以非常小。如上所述，也可以在每个空腔中放置多于一个的单元。虽然只有一个单元可能遭受热事件，但由于分配到整个共享空腔中的热传递流体，其他单元将受到最小程度的影响。
因此，在示例性实施方案中，电池包括由相变蒸发流体保护的热逸散抑制系统，其中保护电池的流体的附加体积是电池的总单元体积的1％-10％。更优选地，保护单元的流体的附加体积是电池的总单元体积的1％-5％。在另一个示例性实施方案中，保护单元的流体的附加体积是电池的总单元体积的3％-5％。
因此，在示例性实施方案中，电池包括由相变蒸发流体保护的热逸散抑制系统，其中如果没有保护电池的流体，保护电池的流体的附加质量是电池质量的1％-10％。更优选地，如果没有保护电池的流体，保护单元的流体的附加质量是电池质量的1％-5％。在另一个示例性实施方案中，如果没有保护电池的流体，保护单元的流体的附加质量是电池质量的3％-5％。最大的质量和体积节省是在包括数百个内部空腔的大型系统中。
现在参考图2，示出了根据示例性实施方案的控制电池温度的方法200和/或防止热逸散的方法。方法200包括在电池的第一端子内的第一冷却回路中设置第一热传递流体(步骤202)。第一热传递流体可以是静态的或动态的(即流动通过第一冷却回路)。第一端子可以是正端子，诸如至少一个正端子4。方法200还可包括在电池的第二端子内的第二冷却回路中设置第二热传递流体(步骤204)。第二热传递流体可以是第一热传递流体。第二热传递流体可以与第一热传递流体相同或不同于第一热传递流体。第一冷却回路和第二冷却回路可以流体联接。第二热传递流体可以是静态的或动态的(即流动通过第二冷却回路)。第二端子可以是负端子，诸如至少一个负端子5。
该方法还可包括加热设置在第一端子的第一分配端口中的第一热敏阀(步骤206)和/或加热设置在第二端子的第二分配端口中的第二热敏阀(步骤208)。可以在电池的密封壳体内从内部电极堆叠中的单元产生热量。单元可以经历热逸散事件并产生足够的热量以熔化第一热敏阀。该方法还可以包括通过第一分配端口将第一热传递流体释放到电池的密封壳体中(步骤210)和/或通过第二分配端口将第二热传递流体释放到电池的密封壳体中(步骤212)。第一热传递流体和/或第二热传递流体可以浸没经历热逸散事件的单元和/或防止级联到相邻单元。该方法还可以包括通过泄压阀排出第一热传递流体和/或第二热传递流体的蒸气(步骤214)。泄压阀可以联接到密封壳体的排放端口。泄压阀可响应于热逸散事件产生的蒸气压力和第一热传递流体和/或第二热传递流体的加热而释放。
现在参考图3，示出了根据示例性实施方案的控制电池温度的方法300。方法300包括在电池的第一端子内的第一冷却回路中设置第一热传递流体(步骤302)。第一端子可以是正端子，诸如至少一个正端子4。方法300还可包括在电池的第二端子内的第二冷却回路中设置第二热传递流体(步骤304)。第二热传递流体可以是第一热传递流体。第二热传递流体可以与第一热传递流体相同或不同于第一热传递流体。第一冷却回路和第二冷却回路可以流体联接。第二端子可以是负端子，诸如至少一个负端子5。
方法300还包括使第一热传递流体流动通过第一冷却剂入口并从第一冷却剂出口流出(步骤306)。第一冷却剂入口可设置在电池的第一端子上，并且与第一冷却回路流体连通。类似地，第一冷却剂出口可设置在电池的第一端子上，并且与第一冷却回路流体连通。该方法还可以包括使第二热传递流体流动通过第二冷却剂入口和第二冷却剂出口(步骤308)。第二冷却剂入口可设置在电池的第二端子上，并且与第二冷却回路流体连通。类似地，第二冷却剂出口可设置在电池的第二端子上，并且与第一冷却回路流体连通。在示例性实施方案中，第一冷却剂出口与第二冷却剂入口流体连通，这可以允许单个热传递流体流动通过两个端子。
现在参考图4，示出了根据示例性实施方案的具有来自图1的电池端子的电池系统的横截面的详细视图。电池系统包括密封壳体1和正端子4。正端子4包括冷却剂入口6、冷却剂出口7、分配端口9和热敏塞12。正端子4还可包括在冷却剂入口6和冷却剂出口7之间延伸的流体导管13。分配端口9可以流体联接到流体导管13和密封壳体1的内部。热敏塞12可以设置在分配端口9中。热敏塞12可以在正常操作期间将密封壳体1与设置在冷却导管13中的热传递流体密封隔离。在各种实施方案中，冷却导管13中的热传递流体在正常操作中是被动的(例如，流体在冷却导管13中是静态的)。在各种实施方案中，冷却导管13中的热传递流体在正常操作中是活动的(例如，流体流动通过冷却导管13)。
本文公开了一种电池系统。该电池系统可以包括：密封壳体，该密封壳体具有内部空腔；内部电极堆叠，该内部电极堆叠设置在内部空腔中；以及第一端子，该第一端子包括：第一冷却剂入口；第一冷却剂出口和联接到第一冷却剂入口和第一冷却剂出口的第一流体导管。
在各种实施方案中，电池系统还包括热传递流体，该热传递流体被配置为流动通过第一冷却剂入口、第一流体导管和第一冷却剂出口。该电池系统还可以包括联接到流体导管的第一分配端口，其中热传递流体被配置为通过第一分配端口释放到密封壳体的内部空腔中，并且接触内部电极堆叠以防止热逸散事件。该电池系统还可以包括第一热敏塞，该第一热敏塞被配置为在温度阈值下熔化，以在热逸散事件期间通过第一分配端口释放热传递流体。第一端子可以被配置为在操作期间主动冷却电池系统。
虽然本公开的原理已经在各种实施方案中示出，但是在不脱离本公开的原理和范围的情况下，可以使用对结构、布置、比例、元件、材料和部件(其特别适用于特定环境和操作要求)的许多修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本公开的范围内，并且可以在以下权利要求中表达。
已经参考各种实施方案描述了本公开。然而，本领域普通技术人员理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改都旨在包括在本公开的范围内。同样，上面已经关于各种实施方案描述了益处、其他优点和问题的解决方案。
然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加显著的任何元素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或元素。如本文所用，术语“包括”、“包含”或其任何变型旨在涵盖非排他性包括，使得包括一系列元素的过程、方法、制品或设备不仅包括那些元素，而且可以包括未明确列出的或对于这样的过程、方法、制品或设备固有的其他元素。
当在权利要求书或说明书中使用类似于“A、B或C中的至少一个”或“A、B和C中的至少一个”的语言时，该短语旨在表示以下中的任何一个：1.A中的至少一个；2.B中的至少一种；3.C中的至少一种；4.A中的至少一个和B中的至少一个；5.B中的至少一个和C中的至少一个；6.A中的至少一个和C中的至少一个；或7.A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个。

Claims (15)

1.一种电池系统，包括：
密封壳体，所述密封壳体具有内部空腔；
内部电极堆叠，所述内部电极堆叠设置在所述内部空腔中；
第一端子，所述第一端子包括：
第一冷却剂入口；以及
第一流体导管，所述第一流体导管联接到所述第一冷却剂入口；
第一分配端口，所述第一分配端口与所述第一流体导管和所述内部空腔流体连通；以及
第一热敏塞，所述第一热敏塞设置在所述第一分配端口内。
2.根据权利要求1所述的电池系统，还包括联接到所述第一流体导管的第一冷却剂出口，其中热传递流体被配置为流动通过所述第一冷却剂入口、所述第一流体导管和所述第一冷却剂出口。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其中热传递流体被配置为在正常操作条件下在所述第一流体导管中保持静态。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其中所述热传递流体被配置为通过所述第一分配端口释放到所述密封壳体的所述内部空腔中，并且接触所述内部电极堆叠以防止热逸散事件。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中所述第一热敏塞被配置为在温度阈值下熔化，以在所述热逸散事件期间通过所述第一分配端口释放所述热传递流体。
6.根据权利要求1所述的电池系统，还包括第二端子，所述第二端子包括第二冷却剂入口和联接到所述第二冷却剂入口的第二流体导管，所述电池系统还包括与所述第二流体导管和所述内部空腔流体连通的第二分配端口和设置在所述第二分配端口内的第二热敏塞。
7.根据权利要求6所述的电池系统，还包括电极堆叠负极和电极堆叠正极，其中所述第一端子电联接到所述电极堆叠负极，并且所述第二端子电联接到所述电极堆叠正极。
8.根据权利要求2所述的电池系统，还包括联接到所述密封壳体的排放端口，其中所述排放端口被配置为在热逸散事件期间排出由所述内部空腔中的所述热传递流体形成的蒸气。
9.根据权利要求8所述的电池系统，还包括联接到所述排放端口的泄压阀。
10.根据权利要求8所述的电池系统，其中在所述热逸散事件期间，来自所述热传递流体的所述蒸气的温度低于所述内部电极堆叠的电解质的闪点。
11.一种控制电池温度的方法，所述方法包括：
响应于热逸散中的电极堆叠熔化第一热敏阀，所述第一热敏阀设置在第一端子的第一分配端口中，所述第一分配端口联接到设置在所述第一端子中的流体导管；以及
响应于热逸散中的所述电极堆叠熔化第二热敏阀，所述第二热敏阀设置在第二端子的第二分配端口中，所述第二分配端口联接到设置在所述第二端子中的第二流体导管。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
通过所述第一分配端口将第一热传递流体释放到所述电池的密封壳体中，所述密封壳体封闭所述电极堆叠；以及
通过所述第二分配端口将第二热传递流体释放到所述电池的所述密封壳体中。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括在熔化所述第一热敏阀之前，使所述第一热传递流体通过所述第一端子的第一冷却剂入口流入第一流体导管中并流出所述第一端子的第一冷却剂出口，并且使所述第二热传递流体通过所述第二端子的第二冷却剂入口流入所述第二流体导管中并流出所述第二端子的第二冷却剂出口。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括响应于所述第一热传递流体和所述第二热传递流体接触所述电极堆叠的电解质，蒸发所述第一热传递流体和所述第二热传递流体。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将蒸发的热传递流体从排放口排出，所述排放口联接到所述密封壳体并与所述密封壳体的内部空腔流体连通。
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