CN115518489A - 一种电池烟气吸收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池烟气吸收装置，涉及电池技术领域，其包括电池箱、电池组和吸收组件。本发明通过设置所述吸收箱、隔离板和吸附层，当电池热失控产生的有害烟气经过所述隔离板时，只能从所述通孔通过，避免电池热失控产生的有害烟气从上述情况中的空隙层直接排出，且有利于增长电池热失控产生的有害烟气在所述流动通道中的停留时间，使得所述吸附层与有害烟气能够长时间接触并将有害烟气充分吸收，使得排出的烟气几乎没有毒性，不会对人造成伤害。

Description

一种电池烟气吸收装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池烟气吸收装置。
背景技术
锂离子电池由于其卓越性能，已逐步成为代表未来发展方向的绿色能源电池，在电动车、电动船、储能等产业已广泛应用。近年来，中国锂离子动力电池总出货量全球第一，电池单体产品水平达世界前列，具有良好的大规模工业应用基础。在军事应用领域，锂离子电池在XX、水面JC、UUV等众多领域已逐步得到了应用，是XX动力电池、水面JC备用电池的主要发展方向。国外主要军事强国在XX用锂离子动力电池领域已取得突破进展，其XX的战斗力提升对我国海军构成严重威胁。日本首艘锂电池XX苍龙级凰龙号(SS-511)于2018年10月下水，2020年3月交付入列，第二艘锂电池XX苍龙级登龙号(SS-512)于2019年11月下水。高性能的锂离子电池使苍龙级XX具有更好的隐蔽性和更强的作战能力。XX的特殊使用环境对锂离子电池系统提出了极高的安全要求，不允许出现任何灾难性安全事故。锂离子电池安全问题是制约我国锂离子电池向XX、水面JC等领域大规模应用的关键问题。在XX、JC用锂离子电池系统众多安全技术中，电池的热失控烟气安全防护是关键技术之一。当锂电池发生热失控时，会泄放大量可燃及有害烟气，包括H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、HF等。锂离子电池热失控产生的大量烟气会不但会导致窒息、死亡，甚至舱室爆炸。然而，现有的民用技术均不能满足XX、水面JC密闭电池舱室环境对海上/水下载人大规模锂离子电池系统热失控烟气安全防护要求。
专利CN112870969A公布了动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，该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烟气再排放到空气中，减少了机组人员以及乘客吸入有毒烟气中毒的危险，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。
然而，现有的烟气催化净化系统容易失效，不能将电池热失控产生的有害烟气充分吸收，导致排出的烟气仍然具有较强的毒性，易对人造成伤害，为此，本发明提出一种电池烟气吸收装置。
发明内容
针对现有技术的状况，本发明提供了一种电池烟气吸收装置，能够有效解决现有技术中烟气催化净化系统容易失效，不能将电池热失控产生的有害烟气充分吸收，导致排出的烟气仍然具有较强的毒性，易对人造成伤害的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供了一种电池烟气吸收装置，包括：
电池箱，所述电池箱内部形成有容纳空间，所述容纳空间内通入有防护液。
电池组，所述电池组设于所述容纳空间，且所述电池组浸没于所述防护液。
吸收组件，所述吸收组件包括吸收箱、隔离板和吸附层，所述吸收箱内部形成有吸收通道，所述吸收箱对应所述吸收通道的一端形成有与所述容纳空间相连通的第一进气口、另一端形成有用于排放烟气的第一出气口，所述吸收通道中烟气从所述第一进气口流动至所述第一出气口为第一方向，所述隔离板设于所述吸收通道且可将所述吸收通道分隔成沿所述第一方向依次分布的两个流动通道，所述吸附层填充于所述吸收通道，所述隔离板至少一侧面与所述吸附层在垂直于所述第一方向的纵向截面相贴合，所述隔离板开设有用于烟气从一个所述流动通道进入另一个所述流动通道的通孔。
进一步的，所述通孔的最高处与所述吸收箱对应所述吸收通道的内侧顶面之间的距离大于零。
进一步的，所述吸附层包括第一吸附单元、第二吸附单元和第三吸附单元，所述吸收通道对应所述第一方向依次设置有所述第一吸附单元、第二吸附单元和第三吸附单元。
进一步的，所述第一吸附单元和第二吸附单元的分界处设有所述隔离板。
进一步的，所述第二吸附单元和第三吸附单元的分界处设有所述隔离板。
进一步的，所述第一吸附单元为离子交换吸附纤维，所述第二吸附单元为超高交联树脂，所述第三吸附单元为活性炭。
进一步的，所述吸收组件还包括第一单向阀，所述第一单向阀设于所述吸收箱的第一进气口且其开启方向朝向所述吸收通道内。
进一步的，所述吸收组件还包括第二单向阀，所述第二单向阀设于所述吸收箱的第一出气口且其开启方向朝向所述吸收通道外。
进一步的，所述电池组包括支架和至少一个电池单体，所述支架设于所述容纳空间，每个所述电池单体均设有泄压阀，所述支架与所述电池箱之间形成有用于热失控烟气流通的流通通道。
进一步的，所述吸收装置还包括净化组件，所述净化组件包括输气管、净化箱和多个烟气吸收层，所述输气管的一端与所述第一出气口相连通，所述净化箱内部形成有容纳腔体且开设有分别与所述容纳腔体相连通的第二进气口和第二出气口，所述多个烟气吸收层间隔设于所述容纳腔体内。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过设置所述吸收箱、隔离板和吸附层，所述吸附层填充于所述吸收通道，且所述隔离板设于所述吸收通道且可将所述吸收通道分隔成沿所述第一方向依次分布的两个流动通道，所述隔离板至少一侧面与所述吸附层在垂直于所述第一方向的纵向截面相贴合，所述隔离板开设有用于烟气从一个所述流动通道进入另一个所述流动通道的通孔，当电池热失控产生的有害烟气经过所述隔离板时，只能从所述通孔通过，避免电池热失控产生的有害烟气从上述情况中的空隙层直接排出，且有利于增长电池热失控产生的有害烟气在所述流动通道中的停留时间，使得所述吸附层与有害烟气能够长时间接触并将有害烟气充分吸收，使得排出的烟气几乎没有毒性，不会对人造成伤害。
附图说明
图1为本发明提供的电池烟气吸收装置一实施例的立体结构示意图；
图2为本发明提供的电池烟气吸收装置部分结构一实施例的平面结构示意图；
图3为本发明提供的吸收组件在没有设置吸附层的状态下一实施例的爆炸结构示意图一；
图4为本发明提供的吸收组件在设置有吸附层的状态下一实施例的爆炸结构示意图一；
图5为本发明提供的吸收组件在没有设置吸附层的状态下一实施例的爆炸结构示意图二；
图6为本发明提供的吸收组件在设置有吸附层的状态下一实施例的爆炸结构示意图二；
图7为本发明提供的净化组件一实施例的平面结构示意图。
附图标记：1、电池箱；10、容纳空间；2、电池组；21、支架；210、流通通道；22、电池单体；221、泄压阀；3、吸收组件；31、吸收箱；310、吸收通道；311、第一进气口；312、第一出气口；32、隔离板；321、通孔；33、吸附层；331、第一吸附单元；332、第二吸附单元；333、第三吸附单元；4、净化组件；41、输气管；42、净化箱；420、容纳腔体；421、第二进气口；422、第二出气口；43、烟气吸收层。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明优选实施例，附图构成本申请一部分，并与本发明实施例一起用于阐释本发明，并非用于限定本发明。
如图1至7所示，一种电池烟气吸收装置，包括：
电池箱1，所述电池箱1内部形成有容纳空间10，所述容纳空间10内通入有防护液。
电池组2，所述电池组2设于所述容纳空间10，且所述电池组2浸没于所述防护液。
吸收组件3，所述吸收组件3包括吸收箱31、隔离板32和吸附层33，所述吸收箱31内部形成有吸收通道310，所述吸收箱31对应所述吸收通道310的一端形成有与所述容纳空间10相连通的第一进气口311、另一端形成有用于排放烟气的第一出气口312，所述吸收通道310中烟气从所述第一进气口311流动至所述第一出气口312为第一方向，所述隔离板32设于所述吸收通道310且可将所述吸收通道310分隔成沿所述第一方向依次分布的两个流动通道，所述吸附层33填充于所述吸收通道310，所述隔离板32至少一侧面与所述吸附层33在垂直于所述第一方向的纵向截面相贴合，所述隔离板32开设有用于烟气从一个所述流动通道进入另一个所述流动通道的通孔321。
现有的烟气催化净化系统在外界的影响下，吸附层33容易出现位置移动，从而导致吸附层33中出现空隙，如：当所述烟气催化净化系统长期处在振动的环境下，吸附层33容易向下沉积，从而导致吸附层33中出现空隙，而电池热失控产生的有害烟气可从空隙直接排出，导致排出的烟气仍然具有较强的毒性，易对人造成伤害，特别的，当所述烟气催化净化系统中的吸附通道为水平通道时，上述情况可能更加严重，因为吸附层33在吸附通道向下沉积，导致吸附通道顶部出现空隙层，而电池热失控产生的有害烟气可从空隙层排出，此时吸附层33对电池热失控产生的有害烟气吸收效果更差，导致排出的烟气仍然具有较强的毒性，易对人造成伤害；而本发明提供的电池烟气吸收装置，通过设置所述吸收箱31、隔离板32和吸附层33，所述吸附层33填充于所述吸收通道310，且所述隔离板32设于所述吸收通道310且可将所述吸收通道310分隔成沿所述第一方向依次分布的两个流动通道，所述隔离板32至少一侧面与所述吸附层33在垂直于所述第一方向的纵向截面相贴合，所述隔离板32开设有用于烟气从一个所述流动通道进入另一个所述流动通道的通孔321，当电池热失控产生的有害烟气经过所述隔离板32时，只能从所述通孔321通过，避免电池热失控产生的有害烟气从上述情况中的空隙层直接排出，且有利于增长电池热失控产生的有害烟气在所述流动通道中的停留时间，使得所述吸附层33与有害烟气能够长时间接触并将有害烟气充分吸收，使得排出的烟气几乎没有毒性，不会对人造成伤害。
特别的，如图1所示，为了使得本发明的电池烟气吸收装置不容易失效，所述吸附通道优选为水平通道，此时可在所述吸附通道中按上述安装方式至少设置一个隔离板32，使得电池热失控产生的有害烟气能够在所述吸附通道中停留的时间更长，且当所述吸附通道顶部出现空隙层时，所述隔离板32可阻挡电池热失控产生的有害烟气从空隙层直接排出，使得所述吸附层33对电池热失控产生的有害烟气能够充分吸收。
其中，所述通孔321的位置、大小、形状及个数可根据实际情况进行设定，且所述通孔321的最高处与所述吸收箱31对应所述吸收通道310的内侧顶面之间的距离也可根据实际情况进行设定，例如，有时候所述电池组2的应用环境较好，可能很多年都不会出现热失控，但是所述吸附通道顶部出现空隙层的距离可能相对较大，此种场景下所述隔离板32的选用规格为所述通孔321的最高处与所述吸收箱31对应所述吸收通道310的内侧顶面之间的距离较大，且可根据实验设定上述距离的具体数值。
为了便于吸附层33对有害烟气充分吸收，所述通孔321的最高处与所述吸收箱31对应所述吸收通道310的内侧顶面之间的距离大于零。此时所述吸附通道优选为水平通道，实际应用中，可在所述吸附通道中按上述安装方式至少设置一个隔离板32，当所述吸附通道顶部出现空隙层时，所述隔离板32可阻挡电池热失控产生的有害烟气从空隙层直接排出，使得所述吸附层33对电池热失控产生的有害烟气能够充分吸收。
为了便于吸附层33对有害烟气充分吸收，所述吸附层33包括第一吸附单元331、第二吸附单元332和第三吸附单元333，所述吸收通道310对应所述第一方向依次设置有所述第一吸附单元331、第二吸附单元332和第三吸附单元333。其中，所述第一吸附单元331和第二吸附单元332的分界处设有所述隔离板32，所述第二吸附单元332和第三吸附单元333的分界处设有所述隔离板32，特别的，所述隔离板32也可直接设于所述第一吸附单元331中间，将所述第一吸附单元331分隔成两个部分，上述设计中所述隔离板32均可发挥其作用，既可使电池热失控产生的有害烟气在所述吸附通道中停留的时间更长，也可阻挡电池热失控产生的有害烟气从空隙层直接排出，使得吸附层33能够对有害烟气充分吸收。
为了便于吸附层33对有害烟气充分吸收，所述第一吸附单元331为离子交换吸附纤维，所述第二吸附单元332为超高交联树脂，所述第三吸附单元333为活性炭。其中，当所述吸附层33进入有电池热失控产生的有害烟气时，有害烟气依次通过所述第一吸附单元331、第二吸附单元332和第三吸附单元333，其具体吸附步骤并分析如下：
第一步：由于第一吸附单元331直接与烟气接触，烟气浓度较高、会夹杂防护液介质及固体颗粒，且需要造成尽量小的压降。离子交换吸附纤维在吸附分离方面有以下优势：(1)吸附纤维的烷基氨(伯、仲、叔氨基)含量较高，对酸性烟气具有较高的吸附容量；(2)纤维直径小、外比表面积高、压降小、吸附速度快；(3)纤维本身有一定的弹性，在固定床吸附时，吸附质的流动阻力容易控制，并且可编制成各种形状，能够应用于各种场景。因此，第一吸附单元331可采用离子交换吸附纤维，并进行碱性基团改性，首先对酸性烟气CO2和HF进行物理/化学吸附。
第二步：超高交联树脂具有超高的比表面积和丰富的孔结构，同时与烃类烟气具有相似的结构和极性，超高交联聚合物对烃类化合物的吸附具有更大的优势。因此，第二吸附单元332活性材料可采用超高交联树脂，对烃类烟气进行吸附。
第三步：氢气在高比表面积活性炭上的吸附属于物理吸附，它基于物理的范德华力，不同于化学吸附，物理吸附没有化学键的生成与打开过程，故而其吸放氢条件温和，吸附热效应相对较小(4～6KJ/mol),氢气吸附量随温度下降而迅速增长。烟气在第三步吸附时温度较前两级更低。因此，第三吸附单元333可采用高比表面活性炭或活性炭纤维，对H2和CO烟气进行吸附。
通过上述第一吸附单元331、第二吸附单元332和第三吸附单元333可对电池热失控产生的有害烟气充分吸收，且设置所述隔离板32，既可使电池热失控产生的有害烟气在所述吸附通道中停留的时间更长，也可阻挡电池热失控产生的有害烟气从空隙层直接排出，使得吸附层33能够对有害烟气更加充分吸收。
作为一较佳的实施例，所述第一吸附单元331为离子交换吸附纤维，且其填充的长度为160mm，密度为0.8g/cm3；所述第二吸附单元332为超高交联树脂，且其填充的长度为340mm，密度为0.2g/cm3，所述第三吸附单元333为活性炭，且其填充的长度为340mm，密度为0.45g/cm3。按照上述参数进行热失控实验，发现经过所述第一吸附单元331、第二吸附单元332和第三吸附单元333吸附后，排出的烟气中有害烟气的含量较少，且均不足以对人造成伤害，但是，此实施例中的上述参数只是影响本实验的部分参数，而影响实验结果的参数还有其他，如电池的功率或电池箱1的容积大小等，都对实验结果有关，因此，此实施例主要说明所述第一吸附单元331、第二吸附单元332和第三吸附单元333为上述三种材料时，有一个较好的吸附效果。
为了保证所述吸附层33的活性，所述吸收组件3还包括第一单向阀，所述第一单向阀设于所述吸收箱31的第一进气口311且其开启方向朝向所述吸收通道310内。所述吸收组件3还包括第二单向阀，所述第二单向阀设于所述吸收箱31的第一出气口312且其开启方向朝向所述吸收通道310外。其中，所述第一单向阀的开启压力大于所述电池箱1内的工作压力，避免防护液蒸汽、空气等介质在电池正常工作情况下进入所述吸收通道310内并与所述吸附层33长期接触，导致所述吸附层33的吸收位点被占据，降低所述吸附层33的吸收效能；所述第二单向阀的阀值可根据实际情况进行设定，所述第二单向阀可避免热失控烟气回流，且在电池正常工作情况下可将所述吸附层33与外界环境隔开。
为了便于吸附层33对有害烟气充分吸收，所述吸收通道310呈U型、S型或Z型。这样设计可增长烟气吸附路径，当然，所述吸收通道310还可以是其他不规则的形状，只要能够保证对热失控烟气的吸收效果即可。
为了防止热失控在电池单体22间的扩散，所述电池组2包括支架21和至少一个电池单体22，所述支架21设于所述容纳空间10，每个所述电池单体22均设有泄压阀221，所述支架21与所述电池箱1之间形成有用于热失控烟气流通的流通通道210。由于所述容纳空间10内通入有防护液，通过所述防护液可对发生热失控的电池单体22和产生的热失控烟气进行原位冷却，一方面可以通过降低电池单体22温度而减小热失控烟气总量与释放速率，另一方面可以对烟气中低沸点组分，如电解液蒸汽被原位冷凝，进而阻止低沸点组分泄放；此外，通过使用防护液还可以阻止热失控在电池单体22间的扩散，从而能最小化热失控电池单体22数量，最小化热失控烟气产生源头。
为了进一步净化从所述吸收组件3排出的空气，所述吸收装置还包括净化组件4，所述净化组件4包括输气管41、净化箱42和多个烟气吸收层43，所述输气管41的一端与所述第一出气口312相连通，所述净化箱42内部形成有容纳腔体420且开设有分别与所述容纳腔体420相连通的第二进气口421和第二出气口422，所述多个烟气吸收层43间隔设于所述容纳腔体420内。其中，所述烟气吸收层43可采用为催化氧化CO、H2的催化氧化剂，常温具备催化氧化CO、H2能力。这样设计使得排出的烟气既不会对人造成伤害，也不会对环境造成污染。
与现有技术相比，本发明所提供的电池烟气吸收装置有以下有益效果：
本发明通过设置所述吸收箱31、隔离板32和吸附层33，所述吸附层33填充于所述吸收通道310，且所述隔离板32设于所述吸收通道310且可将所述吸收通道310分隔成沿所述第一方向依次分布的两个流动通道，所述隔离板32至少一侧面与所述吸附层33在垂直于所述第一方向的纵向截面相贴合，所述隔离板32开设有用于烟气从一个所述流动通道进入另一个所述流动通道的通孔321，当电池热失控产生的有害烟气经过所述隔离板32时，只能从所述通孔321通过，避免电池热失控产生的有害烟气从上述情况中的空隙层直接排出，且有利于增长电池热失控产生的有害烟气在所述流动通道中的停留时间，使得所述吸附层33与有害烟气能够长时间接触并将有害烟气充分吸收，使得排出的烟气几乎没有毒性，不会对人造成伤害。
以上所述，仅是本发明较佳实施例，并非对本发明任何形式上的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池烟气吸收装置，其特征在于，包括：
电池箱，所述电池箱内部形成有容纳空间，所述容纳空间内通入有防护液；
电池组，所述电池组设于所述容纳空间，且所述电池组浸没于所述防护液；
吸收组件，所述吸收组件包括吸收箱、隔离板和吸附层，所述吸收箱内部形成有吸收通道，所述吸收箱对应所述吸收通道的一端形成有与所述容纳空间相连通的第一进气口、另一端形成有用于排放烟气的第一出气口，所述吸收通道中烟气从所述第一进气口流动至所述第一出气口为第一方向，所述隔离板设于所述吸收通道且可将所述吸收通道分隔成沿所述第一方向依次分布的两个流动通道，所述吸附层填充于所述吸收通道，所述隔离板至少一侧面与所述吸附层在垂直于所述第一方向的纵向截面相贴合，所述隔离板开设有用于烟气从一个所述流动通道进入另一个所述流动通道的通孔。
2.根据权利要求1所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述通孔的最高处与所述吸收箱对应所述吸收通道的内侧顶面之间的距离大于零。
3.根据权利要求1所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述吸附层包括第一吸附单元、第二吸附单元和第三吸附单元，所述吸收通道对应所述第一方向依次设置有所述第一吸附单元、第二吸附单元和第三吸附单元。
4.根据权利要求3所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述第一吸附单元和第二吸附单元的分界处设有所述隔离板。
5.根据权利要求4所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述第二吸附单元和第三吸附单元的分界处设有所述隔离板。
6.根据权利要求5所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述第一吸附单元为离子交换吸附纤维，所述第二吸附单元为超高交联树脂，所述第三吸附单元为活性炭。
7.根据权利要求1所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述吸收组件还包括第一单向阀，所述第一单向阀设于所述吸收箱的第一进气口且其开启方向朝向所述吸收通道内。
8.根据权利要求7所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述吸收组件还包括第二单向阀，所述第二单向阀设于所述吸收箱的第一出气口且其开启方向朝向所述吸收通道外。
9.根据权利要求1所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述电池组包括支架和至少一个电池单体，所述支架设于所述容纳空间，每个所述电池单体均设有泄压阀，所述支架与所述电池箱之间形成有用于热失控烟气流通的流通通道。
10.根据权利要求1所述的电池烟气吸收装置，其特征在于，所述吸收装置还包括净化组件，所述净化组件包括输气管、净化箱和多个烟气吸收层，所述输气管的一端与所述第一出气口相连通，所述净化箱内部形成有容纳腔体且开设有分别与所述容纳腔体相连通的第二进气口和第二出气口，所述多个烟气吸收层间隔设于所述容纳腔体内。
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