CN113629302A - 全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统及其处置方法 - Google Patents

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王庆杨
任政全
王津铭
卫展鹏
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Abstract

本发明提供全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统及其处置方法，包括阻燃绝缘油存储器，所述的阻燃绝缘油存储器连接有两个油管支路，其中第一个油管支路为冷却管路，依次连接第一液体驱动器、冷凝器；第二个油管支路为回收管路，连接第二液体驱动器；冷却管路和回收管路分别通过阀门连接在电池模组两侧；第一液体驱动器、冷凝器、第二液体驱动器分别与变压器连接；电池模组通过光纤与光纤解调器连接，光纤解调器与单片机连接。本发明大幅度加强了锂电池对热问题的对抗能力，大幅度加强了锂电池的安全性以及可靠性。

Description

全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统及其处置方法
技术领域
本发明属于锂电池安全技术领域，具体为一种全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统及其处置方法。
背景技术
锂电池凭借高比能量、无记忆效应、使用寿命长等优点，在各领域广泛应用，同时，锂电池也被应用于各类特殊场景，例如空间站各类电驱动设备及宇航服，轻型及大型无人飞行器设备，波音787等商用飞机的辅助动力系统与应急照明电源。但锂电池易受环境影响发生热失控灾害，短时间内释放大量热量与有毒易燃气体，形成剧烈喷射、燃爆等灾害行为，产生严重后果及制约新能源技术的进一步发展，如新能源汽车火灾及航空锂电池事故频发等问题，据美国联邦航空局(FAA)统计，自2006年1月-2020年10月期间，全球范围内有300起因锂电池引起民用航空器及机场事件。如何实现锂电池高效地热安全管理和热灾害的紧急处置是当下重点研究关注的热点和难点。
现如今，存在的大多数电池热探测技术都是采点探测技术，若要测量每一个电池的信号，需要安装多个热电偶进行测量，这样无法使定位结果精确。目前国内外对于锂电池热失控的防范方式主要以风冷，以及增强电池包的导热能力为主要方向。其中强迫风冷技术最广泛，锂电池的强制风冷却就是利用风扇来提高流经散热片处的冷却空气的流速，从而达到冷却的目的。但是当效率低下，而且在电池已经发生热失控的时候没有应急的处理方案，而且强大的气流还会加大电池热灾害的危险性。而增强电池的导热能力只要以配套风冷或者单独存在，在配套风冷时具有和上方一样的问题，而单独存在时也无法在电池发生热失控的时候有效的阻止热失控的蔓延，无法对发生热失控的电池起到良好控制作用。
发明内容
本发明针对以上不足，提供了一种全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统及其处置方法。
具体技术方案为：
全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统，包括阻燃绝缘油存储器，所述的阻燃绝缘油存储器连接有两个油管支路，其中第一个油管支路为冷却管路，依次连接第一液体驱动器、冷凝器；第二个油管支路为回收管路，连接第二液体驱动器；冷却管路和回收管路分别通过阀门连接在电池模组两侧；
第一液体驱动器、冷凝器、第二液体驱动器分别与变压器连接；
电池模组通过光纤与光纤解调器连接，光纤解调器与单片机连接。
光纤缠绕在电池模组中。
电池模组包括相变材料，相变材料为骨架将每个电池单体隔开。
该全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统的处置方法：
利用光纤测温技术，光线对电池模组中每一个电池单体的实时精确测温；光纤解调器将对输入的光信号进行解调产生电信号并将电信号传递至单片机；
单片机对光纤解调器传来的电信号进行处理；一旦发现某个电池单体温度异常，单片机启动第一液体驱动器、冷凝器、第二液体驱动器，阻燃绝缘油从阻燃绝缘油存储器流经第一液体驱动器、冷凝器，然后通过阀门进入电池模组对热失控的锂电池进行降温热处理，升温的阻燃绝缘油再通过阀门和第二液体驱动器从电池模组进入阻燃绝缘油存储器，然后循环至冷凝器中，通过冷凝器对阻燃绝缘油进行冷却，从而形成一个浸没式紧急冷却循环系统。
本发明采用浸没式阻燃绝缘油循环冷却技术：通过阀门系统的设计，当某一电池组温度过高时，可快速精准的将冷却的阻燃绝缘油注入热失控的电池包中，实现及时降温冷却的同时不会影响电池的正常工作阻燃绝缘油具有较好的疏热导热作用，实现了锂电池组热量的有效控制与管理，保障其正常高效的工作，并可以减少不必要的系统重量，有助于本系统在飞机等需要减负的设备中应用。
采用实时监控与定位技术：使用一根测温光纤对电池组中某些单体锂电池按照固定方式环绕，巧妙的将分布式光纤测温技术应用在锂电池温度监控上，并对锂电池进行分块分区域放置，实现了单体电池温度实时监控与位置精确定位，避免了系统的复杂程度和冗余度。
本发明采用的相变材料具有良好的疏热性和导热性，可以更好的应对突变的环境温度，将电池的热量高效的向外界输送，提高系统的安全性。
本发明具有的技术效果：
(1)加强了锂电池组的安全性:
整个电池组固定在复合材料电池模具中，使用相变材料为骨架将每个电池单体隔开。当电池热失控时通过泵的动力将阻燃绝缘油加入模具，并辅以冷凝器降低阻燃绝缘油的温度以持续降温。此设计功能有三:
其一在电池热失控后持续向外输送热量；
其二防止单体电池热失控后的喷射物和产生的热量对周边电池产生影响。此设计更加降低了锂电池热失控火灾的危害；
其三，当发生热失控时加入的阻燃绝缘油可以很好的降低电池的温度防止热失控的进一步蔓延，并利用阻燃绝缘油的粘性降低失控电池单体对其他电池单体的影响。
(2)加强了系统对电池热状态的监控能力:
针对对象不仅可以是圆柱电池也可以是软包电池，而且大大增加了系统的精确性和降低冗余性：首先光纤体积相对较小，质量相对要轻，一根光纤的设定不仅降低了设备重量，还降低了系统的冗余性，更能使得光纤测量的定位精确性大大提升，通过阻燃绝缘油来使整个系统得到冷却及保护，从而更好的应用机车以及飞机上。
综上所述，本发明相变材料加强锂电池对热问题的抗性，减少了锂电池单体热事故对锂电池组的危害，并且加入阻燃绝缘油降温系统加强了装置对热问题的处理能力，最后运用光纤探温技术解决了现有的采点测量法无法实现的单体电池精确度与定位的难题。
因此，本发明大幅度加强了锂电池对热问题的对抗能力，大幅度加强了锂电池的安全性以及可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
如图1所示，全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统，包括阻燃绝缘油存储器1，所述的阻燃绝缘油存储器1连接有两个油管支路，其中第一个油管支路为冷却管路，依次连接第一液体驱动器2、冷凝器3；第二个油管支路为回收管路，连接第二液体驱动器7；冷却管路和回收管路分别通过阀门连接在电池模组8两侧；
第一液体驱动器2、冷凝器3、第二液体驱动器7分别与变压器4连接；
电池模组8通过光纤9与光纤解调器6连接，光纤解调器6与单片机5连接。
光纤9缠绕在电池模组8中。
电池模组8包括相变材料，相变材料为骨架将每个电池单体隔开。
阻燃绝缘油存储器1，储存阻燃绝缘油并回收热处理过的高温液体。阻燃绝缘油替换成其他可以进行快速降温，体积小的物体，以更快速的方式进入热失控的电池包中。
第一液体驱动器2、第二液体驱动器7，给液体提供动力。
冷凝器3，降低阻燃绝缘油的温度，使系统可以实现对电池模组8的持续降温，并且提高系统降温的效率。
变压器4为冷凝器和液体驱动器提供符合要求的工作电压。
单片机5处理光纤解调器6传来的信息，控制整个系统的运行，以及让系统的热状态变的可视化。
光纤解调器6通过处理光纤9传递的信号对电池进行热监控，以及故障的分析定位，并将信息传递给单片机5。
电池模组8通过相变材料制成的基底固定锂电池，增强电池包散热能力及应变环境温度能力，防止电池热灾害产生的溅射物对其他电池单体的安全产生影响。
光纤9，实时监测锂电池的热状态并将信号传输给光纤解调器6。
阀门控制液体流向和管道的开关，对专门热失控的锂电池包进行降温处理。
液体从阻燃绝缘油存储器1流经第一液体驱动器2、冷凝器3，然后通过阀门进入电池模组8对热失控的锂电池进行降温热处理，升温的液体再通过阀门和第二液体驱动器7从电池模组8进入阻燃绝缘油存储器1，从而进行可循环的高效的热故障处理，同时用光纤9进行温度探测和定位并将信号传递给光纤解调器6和单片机5，光纤解调器6和单片机5对传递的信号进行分析并控制整个系统高效有序的运行从而进行热监控和热处理。
将光线9缠绕在电池模组8中，通过光纤测温技术，实现对每一个电池单体的实时精确测温。一旦电池发生热失控出现异常。光纤解调器6将对输入的光信号进行解调产生电信号并将电信号传递至中央控制器，即单片机5，利用单片机5对光纤解调器6传来的电信号进行处理，从而实现数据可视化且进行实时监控。一旦发现某个电池单体温度异常，单片机5就会对整个系统进行操控。迅速通过油泵提供动力将阻燃绝缘油以最快速度注入热失控的电池包中，利用阻燃绝缘油良好的导热性，绝缘性以及粘性，可以对过热的电池单体进行紧急降温和对已经发生热灾害的电池单体产生的火焰和高温有毒气体进行包裹和吸收，有良好的降温，包裹作用。最后循环至冷凝器3中，期间通过冷凝器3对阻燃绝缘油进行冷却，从而形成一个浸没式紧急冷却循环系统，实现对过热电池单体紧急降温以及对电池热灾害的损失进行降低。
因此，上述全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统的处置方法：
利用光纤测温技术，光线9对电池模组8中每一个电池单体的实时精确测温；光纤解调器6将对输入的光信号进行解调产生电信号并将电信号传递至单片机5；
单片机5对光纤解调器6传来的电信号进行处理；一旦发现某个电池单体温度异常，单片机5启动第一液体驱动器2、冷凝器3、第二液体驱动器7，阻燃绝缘油从阻燃绝缘油存储器1流经第一液体驱动器2、冷凝器3，然后通过阀门进入电池模组8对热失控的锂电池进行降温热处理，升温的阻燃绝缘油再通过阀门和第二液体驱动器7从电池模组8进入阻燃绝缘油存储器1，然后循环至冷凝器3中，通过冷凝器3对阻燃绝缘油进行冷却，从而形成一个浸没式紧急冷却循环系统。
本实施例将光纤探温技术应用到锂电池的热安全管理监控上，可以做到只用一根测温光纤就可以对每个单体电池进行环绕，有效解决了现如今无法实时监控锂电池组单体电池热安全状态的技术难题，减少了监测系统的冗余性，实现了单体电池精确测量和精准定位。
阻燃绝缘油具有包裹性强，绝缘，粘性高，导热性好的优点，可以实现电池的快速降温，利用这些特性，将阻燃绝缘油作为应急处理锂电池热失控的材料，在电池发生热灾害时，可以有效包裹住火焰以及高温有毒气体，防止火灾的进一步蔓延，降低了危害。
本发明只针对发生故障的电池包进行全浸没紧急处理，在一般状态下我们把阻燃绝缘油储存在专用的阻燃绝缘油存储器1中，在发现电池包热失控时快速加入某个发生热失控电池的电池包中，可以及时对过热的电池进行降温。此设计可以减少不必要的系统重量，有助于本系统在飞机等需要减负的设备中应用。
利用相变材料的高导热能力降低锂电池发生热失控的几率，同时加快在阻燃绝缘油加入后对电池温度的降低速度提高在紧急热失控事件发生时系统的处理能力，而且相变材料还可以充当防护板，在电池单体发生热失控时很大程度上阻止电池单体因热失控产生的废物对其他电池单体的影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统，其特征在于，包括阻燃绝缘油存储器(1)，所述的阻燃绝缘油存储器(1)连接有两个油管支路，其中第一个油管支路为冷却管路，依次连接第一液体驱动器(2)、冷凝器(3)；第二个油管支路为回收管路，连接第二液体驱动器(7)；冷却管路和回收管路分别通过阀门连接在电池模组(8)两侧；
第一液体驱动器(2)、冷凝器(3)、第二液体驱动器(7)分别与变压器(4)连接；
电池模组(8)通过光纤(9)与光纤解调器(6)连接，光纤解调器(6)与单片机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统，其特征在于，所述的光纤(9)缠绕在电池模组(8)中。
3.根据权利要求1所述的全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统，其特征在于，所述的电池模组(8)包括相变材料，相变材料为骨架将每个电池单体隔开。
4.根据权利要求1到3任一项所述的全浸没式锂电池热灾害紧急处置系统的处置方法，其特征在于，包括以下过程：
利用光纤测温技术，光线(9)对电池模组(8)中每一个电池单体的实时精确测温；光纤解调器(6)将对输入的光信号进行解调产生电信号并将电信号传递至单片机(5)；
单片机(5)对光纤解调器(6)传来的电信号进行处理；一旦发现某个电池单体温度异常，单片机(5)启动第一液体驱动器(2)、冷凝器(3)、第二液体驱动器(7)，阻燃绝缘油从阻燃绝缘油存储器(1)流经第一液体驱动器(2)、冷凝器(3)，然后通过阀门进入电池模组(8)对热失控的锂电池进行降温热处理，升温的阻燃绝缘油再通过阀门和第二液体驱动器(7)从电池模组(8)进入阻燃绝缘油存储器(1)，然后循环至冷凝器(3)中，通过冷凝器(3)对阻燃绝缘油进行冷却，从而形成一个浸没式紧急冷却循环系统。
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