CN115000595A - 电池热失控烟气处理装置、电池壳体及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池热失控烟气处理装置、电池壳体及电池，属于电池领域，主要解决现有电池热失控烟气处理方式处理不彻底、处理装置体积较大等问题。该电池热失控烟气处理装置包括冷却吸附单元和点火单元；冷却吸附单元包括N个依次串联的罐体，N个罐体内填充有冷却材料和/或吸附材料，用于对电池热失控烟气进行冷却和/或吸附，N为大于等于1的整数；点火单元设置于第N个罐体的出口端，用于对经过冷却和/或吸附后的烟气进行点燃。该装置有助于提高后端冷却吸附腔对电池热失控烟气的冷却吸附效果，同时烟气流过的行程长，节省空间，组装方便；点火单元可消耗掉烟气中的可燃成分，防止吸附不充分，提高安全性。
Description
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种电池热失控烟气处理装置、电池壳体及电池。
背景技术
锂离子电池的应用领域十分广泛，近年来随着锂离子电池储能领域的进一步发展，锂离子电池的安全使用也受到关注。由于锂离子电池的原理和结构特性，在反复使用过程中常因内阻发热产生较大热量，而且热量会逐渐增加，如果堆积的热量没有得到有效散发，温度则会进一步升高，当温度达到极限时，电池的热平衡则会被破坏，引发一连串的自加热副反应，产生大量的可燃气体，出现“热失控”现象，最终会导致电池内部着火，严重时引发爆炸，对使用者的人身安全造成隐患。
中国专利CN109088109A公开了一种安全电池，其包括电池组件和安全气囊，在电池组件的泄压口处设置收集气囊，用于对电池热失控时产生的气体进行收集，随后采用惰性气体对热失控气体进行稀释，使得混合气体具有不燃性。但是，由于电池泄压口喷出的气体温度较高，因此对收集气囊的耐温性有较高的要求；此外，大容量电池一旦发生热失控，其释放的气体量非常大，在于数倍体积的惰性气体稀释后，其气囊体积非常大，且结构复杂；且该专利并未对烟气进行；因此该种收集加稀释的方式不适合大容量电池，仅仅适用于容量较小的电池。
中国专CN108417757A提供了一种安全型锂电池及其制备方法，该方案中的锂电池包括电芯和安全防爆装置，所述安全防爆装置为物料袋，所述物料袋内部设置有气体吸附体，所述气体吸附体为活性炭、分子筛或活性炭与分子筛的混合物，该方案中直接对电池喷出的高温物质直接进行吸附。采用的吸附剂如活性炭、分子筛等吸附时，吸附物质的温度越高其吸附效果越差，如活性炭对气体物质的吸附温度在50℃以下，而电池热失控时喷出气体的温度一般均高于300℃，而这一温度下活性炭将失去对气体物质的吸附功能，反而对其吸附的物质有脱附功能，虽然这一温度下吸附剂能吸收气化的电解液，但可能无法充分吸附电池热失控时产生的氢气、一氧化碳、甲烷等易燃气体物质，这些物质仍然会在电池热失控时发生爆炸的危险。
由上述描述可知，现有的电池热失控烟气处理方式虽然能够对热失控烟气进行一定处理，但是存在处理不彻底，且处理装置体积较大、结构复杂等缺陷。
发明内容
为解决现有电池热失控烟气处理方式处理不彻底，且处理装置体积较大、结构复杂等缺陷等问题，本发明提供一种电池热失控烟气处理装置、电池壳体及电池。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种电池热失控烟气处理装置，包括冷却吸附单元和点火单元；
所述冷却吸附单元包括N个依次串联的罐体，N个所述罐体内填充有冷却材料和/或吸附材料，用于对电池热失控烟气进行冷却和/或吸附，N为大于等于1的整数；
所述点火单元设置于第N个所述罐体的出口端，用于对经过冷却和/或吸附后的烟气进行点燃。
优选的，N个所述罐体线性排布为一排，或者线性排布为U形，或者线性排布为V形,或者线性排布为L形。
优选的，每个罐体内设置有X个多孔板,相邻的两个多孔板与罐体内壁形成冷却吸附腔，所述冷却材料和/或吸附材料填充在部分冷却吸附腔或全部冷却吸附腔内，X为大于等于2的整数。
优选的，相邻多孔板通过连接杆轴向连接。
优选的，相邻的罐体通过弯管或软管串联，所述弯管内形成电池热失控烟气通过的缓冲回流腔。
优选的，第N个所述罐体上还固定设置有防回火单元。
优选的，第N个所述罐体与所述点火单元之间还设有收集单元。
优选的，所述点火单元为脉冲点火器；所述点火单元还包括进气口，用以通入空气，与热失控烟气混合点燃。
和现有技术相比，本发明技术方案具有如下优点：
1.本发明提供的电池热失控烟气处理装置中，N个冷却和/或吸附罐体任意组合串联，电池热失控烟气通过冷却罐体降低温度与流量，通过吸附罐体进行吸附处理，使得烟气流过的行程较长，对电池热失控烟气的处理更加彻底，使得其安全性大幅提升。
2.本发明提供的电池热失控烟气处理装置中，电池热失控烟气经过冷却吸附腔可以降低烟气的温度与流量，从而有助于提高后方冷却吸附腔对烟气的吸附量，提高了净化效果。同时，对电池热失控烟气在前端进行冷却处理后，使得后端的处理装置的使用寿命增加。
3.本发明提供的电池热失控烟气处理装置中，为防止经过N个罐体的冷却和/或吸附后氢气、一氧化碳、甲烷等可燃成分仍存在，于第N个罐体的出口端设置了点火单元，用于对经过冷却和/或吸附后的烟气进行点燃，可消耗掉烟气中的可燃成分，防止烟气中的可燃物质进入空气中造成安全事故。
4.本发明提供的电池热失控烟气处理装置中，N个罐体可根据安装空间的要求进行排布，可排布为一排、U形、V形或L形等多种形式，满足各种安装要求，且节省空间。
5.本发明提供的电池热失控烟气处理装置中，N个罐体可通过弯管进行组装，使得其安装和拆卸方便，适用于现有大部分单体电池和组装电池，且无需对现有电池的结构进行更改，处理成本较低，适用范围较广。
6.本发明提供的电池热失控烟气处理装置中，收集单元可将烟气中的可燃成分收集起来，气体量达到阈值后在出口端进行点燃，若未达到阈值则不启动点火单元，增加了收集单元作为点火单元之前的一道防线，提高了安全性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例中电池热失控烟气处理装置的结构示意图之一；
图2为本发明实施例中电池热失控烟气处理装置的结构示意图之二；
图3为本发明实施例中电池热失控烟气处理装置的结构示意图之三；
图4为本发明实施例中电池热失控烟气处理装置的结构示意图之四；
附图标记：1-冷却吸附单元，2-点火单元，3-罐体，4-弯管，5-收集单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
本发明提供的电池热失控烟气处理装置包括冷却吸附单元和点火单元；冷却吸附单元包括N个依次串联的罐体，N个罐体内填充有冷却材料和/或吸附材料，用于对电池热失控烟气进行冷却和/或吸附，N为大于等于1的整数；点火单元设置于第N个罐体的出口端，用于对经过冷却和/或吸附后的烟气进行点燃。
本发明对罐体的排布方式、内部结构不进行限定，只要能够满足使用需求即可，罐体内部的冷却材料和/或吸附材料可以部分填充或全部填充，以满足不同的使用要求。电池热失控烟气经过冷却吸附腔可以降低烟气的温度与流量，从而有助于提高后端冷却吸附腔对烟气的吸附量；为防止经过N个罐体的冷却和/或吸附后氢气、一氧化碳、甲烷等可燃成分仍存在，于第N个罐体的出口端设置了点火单元，用于对经过冷却和/或吸附后的烟气进行点燃，可消耗掉烟气中的可燃成分，防止烟气中的可燃物质进入空气中造成安全事故。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的冷却吸附单元1和点火单元2；冷却吸附单元1包括8个罐体3，第1至4个罐体3内填充有冷却材料，第5至8个罐体3内填充有吸附材料，8个罐体3线性排布为一排；点火单元2设置于第8个罐体3的出口端，用于对经过冷却和吸附后的烟气进行点燃。
在本实施例中，相邻的罐体3之间通过弯管4串联，弯管4内形成烟气的缓冲回流腔。第1至4个罐体3内设置有2个多孔板，2个多孔板通过两端设有螺纹的连接杆轴向连接，即连接杆的两端分别穿过多孔板，通过螺母固定,相邻的两个多孔板与罐体3内壁形成冷却吸附腔，陶瓷球填充在冷却吸附腔内；同样的，第5至8个罐体3内设置有2个多孔板,相邻的两个多孔板与罐体内壁形成冷却吸附腔，活性炭填充在冷却吸附腔内。电池热失控烟气通过第1至4个罐体降低温度与流量，随后进入第5至8个罐体进行吸附处理，提高了净化效果；第8个罐体的出口端设置了点火单元2，对经过冷却和吸附后的烟气进行点燃，防止经过冷却和吸附后烟气中仍有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃物质存在而造成安全事故。
在本实施例中对罐体的形状不进行限定，只要能够在其内部填充冷却材料和/或吸附材料即可，在本实施例中，罐体优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。
在本实施例中冷却材料还可以为蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种的组合；吸附材料还可以为石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种的组合。
在本实施例中，第8个罐体3上还固定设置有防回火单元，防止烟气回流；第8个罐体3与点火单元2之间还设有收集单元7，收集单元7可将烟气中的可燃成分收集起来，气体量达到阈值后在出口端进行点燃，若未达到阈值则不启动点火单元2，增加了收集单元作为点火单元之前的一道防线，提高了安全性。
在本实施例中，点火单元2为脉冲点火器，点火单元2还包括进气口，用以通入空气，与热失控烟气混合点燃。
实施例2
本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的冷却吸附单元1和点火单元2；冷却吸附单元1包括6个罐体3，6个罐体3内均填充有冷却材料，6个罐体3线性排布为一排；点火单元2设置于第6个罐体3的出口端，用于对经过冷却和吸附后的烟气进行点燃。
在本实施例中，相邻的罐体3之间通过弯管4串联，弯管4内形成烟气的缓冲回流腔。每罐体3内设置有2个多孔板，2个多孔板通过两端设有螺纹的连接杆轴向连接，即连接杆的两端分别穿过多孔板，通过螺母固定,相邻的两个多孔板与罐体3内壁形成冷却吸附腔，氧化铝填充在冷却吸附腔内。电池热失控烟气通过6个罐体3降低温度与流量，第6个罐体的出口端设置了点火单元2，对经过冷却后的烟气进行点燃，防止经过冷却后烟气中仍有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃物质存在而造成安全事故。
在本实施例中对罐体的形状不进行限定，只要能够在其内部填充冷却材料即可，在本实施例中，罐体优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。
在本实施例中冷却材料还可以为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种的组合；吸附材料还可以为石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种的组合。
在本实施例中，第6个罐体3上还固定设置有防回火单元，防止烟气回流。
在本实施例中，点火单元2为脉冲点火器，点火单元2还包括进气口，用以通入空气，与热失控烟气混合点燃。
实施例3
本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的冷却吸附单元1和点火单元2；冷却吸附单元1包括8个罐体3，罐体3内均填充有吸附材料，8个罐体3线性排布为一排；点火单元2设置于第8个罐体3的出口端，用于对经过冷却和吸附后的烟气进行点燃。
在本实施例中，相邻的罐体3之间通过弯管4串联，弯管4内形成烟气的缓冲回流腔。每个罐体3内设置有2个多孔板,相邻的两个多孔板与罐体内壁形成冷却吸附腔，石墨填充在冷却吸附腔内。电池热失控烟气进入8个罐体进行吸附处理，提高了净化效果；第8个罐体的出口端设置了点火单元2，对经过吸附后的烟气进行点燃，防止经过吸附后烟气中仍有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃物质存在而造成安全事故。
在本实施例中吸附材料还可以为活性炭、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种的组合。
在本实施例中，第8个罐体3上还固定设置有防回火单元，防止烟气回流；第8个罐体3与点火单元2之间还设有收集单元7，收集单元7可将烟气中的可燃成分收集起来，气体量达到阈值后在出口端进行点燃，若未达到阈值则不启动点火单元2，增加了收集单元作为点火单元之前的一道防线，提高了安全性。
在本实施例中，点火单元2为脉冲点火器，点火单元2还包括进气口，用以通入空气，与热失控烟气混合点燃。
实施例4
如图3、图4所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的冷却吸附单元1和点火单元2；冷却吸附单元1包括4个罐体3，第1至2个罐体3内填充有冷却材料，第3至4个罐体3内填充有吸附材料，4个罐体3线性排布为一排；点火单元2设置于第4个罐体3的出口端，用于对经过冷却和吸附后的烟气进行点燃。
在本实施例中，相邻的罐体3之间通过弯管4串联，弯管4内形成烟气的缓冲回流腔。第1至2个罐体3内设置有2个多孔板，2个多孔板通过两端设有螺纹的连接杆轴向连接，即连接杆的两端分别穿过多孔板，通过螺母固定,相邻的两个多孔板与罐体3内壁形成冷却吸附腔，蜂窝陶瓷体填充在冷却吸附腔内；同样的，第3至4个罐体3内设置有2个多孔板,相邻的两个多孔板与罐体内壁形成冷却吸附腔，多孔玻璃填充在冷却吸附腔内。电池热失控烟气通过第1至2个罐体降低温度与流量，随后进入第3至4个罐体进行吸附处理，提高了净化效果；第8个罐体的出口端设置了点火单元2，对经过冷却和吸附后的烟气进行点燃，防止经过冷却和吸附后烟气中仍有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃物质存在而造成安全事故。
在本实施例中对罐体的形状不进行限定，只要能够在其内部填充冷却材料和/或吸附材料即可，在本实施例中，罐体优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。
在本实施例中冷却材料还可以为陶瓷球、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种的组合；吸附材料还可以为石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、活性炭中的一种或多种的组合。
在本实施例中，第8个罐体3上还固定设置有防回火单元，防止烟气回流；第8个罐体3与点火单元2之间还设有收集单元7，收集单元7可将烟气中的可燃成分收集起来，气体量达到阈值后在出口端进行点燃，若未达到阈值则不启动点火单元2，增加了收集单元作为点火单元之前的一道防线，提高了安全性。
在本实施例中，点火单元2为脉冲点火器，点火单元2还包括进气口，用以通入空气，与热失控烟气混合点燃。
实施例5
本实施例提供一种电池壳体，包括上述实施例1至4中的电池热失控烟气处理装置。
实施例6
本实施例提供一种电池，包括上述实施例5中的电池壳体。
以上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本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，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电池热失控烟气处理装置，其特征在于：包括冷却吸附单元和点火单元；
所述冷却吸附单元包括N个依次串联的罐体，N个所述罐体内填充有冷却材料和/或吸附材料，用于对电池热失控烟气进行冷却和/或吸附，N为大于等于1的整数；
所述点火单元设置于第N个所述罐体的出口端，用于对经过冷却和/或吸附后的烟气进行点燃。
2.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：N个所述罐体线性排布为一排，或者线性排布为U形，或者线性排布为V形,或者线性排布为L形。
3.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：每个罐体内设置有X个多孔板,相邻的两个多孔板与罐体内壁形成冷却吸附腔，所述冷却材料和/或吸附材料填充在部分冷却吸附腔或全部冷却吸附腔内，X为大于等于2的整数。
4.根据权利要求3所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：相邻多孔板通过连接杆轴向连接。
5.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：相邻的罐体通过弯管或软管串联，所述弯管内形成电池热失控烟气通过的缓冲回流腔。
6.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：第N个所述罐体上还固定设置有防回火单元。
7.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：第N个所述罐体与所述点火单元之间还设有收集单元。
8.根据权利要求1所述的电池热失控烟气处理装置，其特征在于：所述点火单元为脉冲点火器；所述点火单元还包括进气口，用以通入空气，与热失控烟气混合点燃。
9.一种电池壳体，其特征在于：包括权利要求1至8任一所述的电池热失控烟气处理装置。
10.一种电池，其特征在于：包括权利要求9所述的电池壳体。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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2022
- 2022-06-01 CN CN202210618523.7A patent/CN115000595A/zh active Pending
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