CN114267900A - 一种锂电池热失控抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池热失控抑制装置，属于锂离子电池领域。包括锂电池模组、安装在每一个锂电池单体上的被动式感温冷媒喷头、以及冷媒罐；每一个被动式感温冷媒喷头通过管道连接锂电池模组外部的冷媒罐；本发明的锂电池热失控抑制装置无需连通BMS系统，直接依靠有机溶剂的受热膨胀性能进行热失控反馈，从而起到抑制作用，减轻了BMS系统负载压力，在BMS系统供电发生故障时亦可工作，并且响应速度完全满足抑制热失控需求。待降温/灭火完成后，仅取出出现热失控的单颗电池进行维修或替换即可，不会影响其他电芯，有效延长了锂电池的工作寿命。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂电池热失控抑制装置。
背景技术
随着世界范围内的能源危机与环境污染问题愈发严峻，新能源产业得到越来越多的重视，二次电池凭借着其较高的能量密度、良好的循环性能等优点，近年来被作为重要的能源广泛应用，已经成为了电子产品与电动汽车的重要能源。
如今锂离子电池在使用过程中，安全方面的性能一直是各大厂家优先考虑的问题，通过增加隔热层或者电池保护壳等方式来提高电芯的安全性能。两者的原理均是在单颗电芯出现热失控而温度失衡时，通过隔热层或保护壳来降低其他电芯受到的影响，而减少连锁反应的发生。这种方式在一定程度上减缓了整体连锁反应，但是无法彻底抑制其对周围电芯的影响，最终依然会导致整体热失控的发生，而造成破坏性后果。
如何在锂电池的单颗电芯出现热失控后及时进行抑制，从而切断热失控向整个锂电池的蔓延，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提出了一种锂电池热失控抑制装置，通过在每颗电芯上配置被动式感温冷媒喷头系统，当单颗电芯出现热失控后及时响应，将热失控现象抑制在单颗电池阶段，有效切断了热失控向整个锂电池的蔓延趋势。
本发明采用如下技术方案：
一种锂电池热失控抑制装置，包括锂电池模组、安装在每一个锂电池单体上的被动式感温冷媒喷头、以及冷媒罐；每一个被动式感温冷媒喷头通过管道连接锂电池模组外部的冷媒罐；
所述的被动式感温冷媒喷头包括喷头外壳、阀塞、玻璃球、弹性支撑件和主盖；所述的喷头外壳为两端开口的中空柱体结构，且平行于电池单体放置，喷头外壳的一端与连通冷媒罐的管道连接，在连接管道的端口处设置有阀塞；喷头外壳的另一端安装有主盖。
所述的喷头外壳靠近电池单体的侧壁上开设有窗口，玻璃球安装在喷头外壳内部，与窗口位置相对应，玻璃球的一端抵接在阀塞上，玻璃球的另一端通过弹性支撑件抵接在主盖上；玻璃球内部盛有热膨胀液体。
作为本发明的优选，所述的玻璃球为柱形结构，玻璃球抵接于阀塞的一端设有尖锥，所述阀塞上设有与所述尖锥相匹配的锥形槽；玻璃球连接弹性支撑件的一端设有平滑倒角。
作为本发明的优选，所述的弹性支撑件包括球托和压缩弹簧，所述的球托与玻璃球一端的平滑倒角结构相匹配；所述的压缩弹簧一端抵接在球托上，压缩弹簧另一端抵接在主盖上。
作为本发明的优选，所述的主盖与喷头外壳通过螺纹连接。
作为本发明的优选，所述的玻璃球两端壁厚大于中间壁厚。
作为本发明的优选，所述的喷头外壳连接冷媒罐管道的开口小于喷头外壳的内径。
作为本发明的优选，所述的被动式感温冷媒喷头位于每一个电池单体的正上方1-10cm。
作为本发明的优选，所述的热膨胀液体采用丙二醇、N-甲基甲酰胺或环乙醇有机溶剂。
作为本发明的优选，所述的阀塞与喷头外壳内壁之间设有密封圈。
与现有技术相比，本发明的锂电池热失控抑制装置无需连通BMS系统，直接依靠有机溶剂的受热膨胀性能进行热失控反馈，从而起到抑制作用，减轻了BMS系统负载压力，在BMS系统供电发生故障时亦可工作，并且响应速度完全满足抑制热失控需求。待降温/灭火完成后，仅取出出现热失控的单颗电池进行维修或替换即可，不会影响其他电芯，有效延长了锂电池的工作寿命。
附图说明
图1是本发明实施例示出的一种锂电池热失控抑制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例示出的一种锂电池热失控抑制装置的剖视图；
图3是本发明实施例示出的图2的局部放大示意图；
图中：1-阀塞，2-喷头外壳，3-有机溶剂，4-密封圈，5-玻璃球，6-球托，7-压缩弹簧，8-主盖，9-被动式感温冷媒喷头，A-局部放大。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明提出了一种锂电池热失控抑制装置，包括锂电池模组、安装在每一个锂电池单体上的被动式感温冷媒喷头、以及冷媒罐；每一个被动式感温冷媒喷头通过管道连接锂电池模组外部的冷媒罐。
本实施例中，冷媒罐中的冷媒种类选定为R134a，重量约为1000g，独立于锂电池模组之外；被动式感温冷媒喷头与锂电池单体封装在锂电池外壳内，用于连接被动式感温冷媒喷头与冷媒罐的管道采用硬质材料制作，在锂电池外壳上的通孔处固定，同时起到支撑固定被动式感温冷媒喷头的作用。所述的被动式感温冷媒喷头位于每一个电池单体的正上方1-10cm。
如图2-3所示，所述的被动式感温冷媒喷头包括喷头外壳2、阀塞1、玻璃球5、弹性支撑件、密封圈4和主盖8；所述的喷头外壳2为两端开口的中空柱体结构，且平行于电池单体放置，用于控制冷媒的喷射方向，并起到保护内部玻璃球的作用。喷头外壳2的一端与连通冷媒罐的管道连接，在连接管道的端口处设置有阀塞1，所述的阀塞1与喷头外壳内壁之间设有密封圈4；所述的阀塞1与密封圈4配合起到密封作用，使冷媒不外漏。
喷头外壳2的另一端安装有主盖8。
所述的喷头外壳2靠近电池单体的侧壁上开设有窗口，玻璃球5安装在喷头外壳2内部，与窗口位置相对应，玻璃球5的一端抵接在阀塞1上，玻璃球5的另一端通过弹性支撑件抵接在主盖8上；窗口的设计一方面提高玻璃球的感温灵敏度，若电池单体发生热失控，玻璃球可以透过窗口快速升温；另一方面，窗口控制了冷媒的喷射方向，冷媒是透过窗口喷向热失控电池单体的。
所述的玻璃球内部盛有膨胀系数较高的热膨胀液体，受热膨胀，从内部使得玻璃球炸裂。本实施例中，所述的热膨胀液体采用丙二醇、N-甲基甲酰胺或环乙醇有机溶剂，也可以选择与其沸点相近、无毒或微毒的其他有机溶剂。
本发明中的玻璃球是作为热膨胀液体的容器使用的，并且起到支撑阀塞的作用，在本发明的一项具体实施中，所述的玻璃球5的主体部分为柱形结构，与喷头外壳的柱形内腔相匹配。玻璃球抵接于阀塞1的一端设有尖锥，所述阀塞1上设有与所述尖锥相匹配的锥形槽；玻璃球连接弹性支撑件的一端设有平滑倒角。所述的玻璃球两端壁厚大于中间壁厚，一方面，两端较厚的壁厚承受更大的压力，使得玻璃球5在阀塞和弹性支撑件之间不会被破坏；另一方面，中部较薄的壁厚使得热膨胀液体对温度更加敏感，可以实现快速响应。
所述的弹性支撑件包括球托6和压缩弹簧7，所述的球托与玻璃球一端的平滑倒角结构相匹配；所述的压缩弹簧一端抵接在球托上，压缩弹簧另一端抵接在主盖上。由于冷媒罐的阀门是开启状态，阀塞靠近管道的一侧承受冷媒的压力，挤压玻璃球，使得压缩弹簧处于压缩状态。同时由于内部具有一定压力，从而支撑住玻璃球使其不会随意滑动。所述的主盖8与喷头外壳2通过螺纹连接，在喷头外壳的端部设置内螺纹，在主盖上设置外螺纹，可调节拧紧的程度。
本发明的工作过程如下：
1、当锂电池模组中某颗电芯(锂电池单体)发生热失控现象，其本身与周围环境温度会急剧上升，此时玻璃球中的有机溶液的温度也会急剧上升，体积膨胀剧烈，到达极限后从内部炸碎玻璃球。
2、内部压力消失，阀塞受到的冷媒管道端的压力大于另一侧压力后，阀塞被冷媒管道中的压力挤出。
3、冷媒通过喷头外壳上开设的窗口喷洒至电芯上，冷媒气化，吸收热量，进行冷却与灭火工作，冷媒持续喷出，直到冷媒罐中的冷媒使用完毕或者冷媒罐上的阀门被关闭为止。
在本发明的一项具体实施中，喷头外壳2连接冷媒罐管道的开口小于喷头外壳2的内径，使得从管道喷出的冷媒可以快速大范围洒向热失控电芯。由于每颗电芯上部都配有被动式感温冷媒喷头，可及时响应，将热失控现象抑制在单颗电池阶段，防止由单颗电池热失控发展至整个电池包的起火爆炸，大大降低设备损失。
本发明的锂电池热失控抑制装置无需连通BMS系统，直接依靠有机溶剂的受热膨胀性能进行热失控反馈，从而起到抑制作用，减轻了BMS系统负载压力，在BMS系统供电发生故障时亦可工作，并且响应速度完全满足抑制热失控需求。待降温/灭火完成后，仅取出出现热失控的单颗电池进行维修或替换即可，不会影响其他电芯，有效延长了锂电池的工作寿命。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锂电池热失控抑制装置，其特征在于，包括锂电池模组、安装在每一个锂电池单体上的被动式感温冷媒喷头、以及冷媒罐；每一个被动式感温冷媒喷头通过管道连接锂电池模组外部的冷媒罐；
所述的被动式感温冷媒喷头包括喷头外壳(2)、阀塞(1)、玻璃球(5)、弹性支撑件和主盖(8)；所述的喷头外壳(2)为两端开口的中空柱体结构，且平行于电池单体放置，喷头外壳(2)的一端与连通冷媒罐的管道连接，在连接管道的端口处设置有阀塞(1)；喷头外壳(2)的另一端安装有主盖(8)；
所述的喷头外壳(2)靠近电池单体的侧壁上开设有窗口，玻璃球(5)安装在喷头外壳(2)内部，与窗口位置相对应，玻璃球(5)的一端抵接在阀塞(1)上，玻璃球(5)的另一端通过弹性支撑件抵接在主盖(8)上；玻璃球内部盛有热膨胀液体。
2.根据权利要求1所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的玻璃球(5)为柱形结构，玻璃球抵接于阀塞(1)的一端设有尖锥，所述阀塞(1)上设有与所述尖锥相匹配的锥形槽；玻璃球连接弹性支撑件的一端设有平滑倒角。
3.根据权利要求1或2所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的弹性支撑件包括球托(6)和压缩弹簧(7)，所述的球托与玻璃球一端的平滑倒角结构相匹配；所述的压缩弹簧一端抵接在球托上，压缩弹簧另一端抵接在主盖上。
4.根据权利要求3所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的主盖(8)与喷头外壳(2)通过螺纹连接。
5.根据权利要求2所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的玻璃球两端壁厚大于中间壁厚。
6.根据权利要求1所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的喷头外壳(2)连接冷媒罐管道的开口小于喷头外壳(2)的内径。
7.根据权利要求1所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的被动式感温冷媒喷头位于每一个电池单体的正上方1-10cm。
8.根据权利要求1所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的热膨胀液体采用丙二醇、N-甲基甲酰胺或环乙醇有机溶剂。
9.根据权利要求1所述的锂电池热失控抑制装置，其特征在于，所述的阀塞(1)与喷头外壳内壁之间设有密封圈(4)。
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