CN1996640A - 具有安全装置的中型或大型电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有多个单元电池的中型或大型电池组。所述电池组包括安全装置(灭火安全装置)，当电池组温度超过威胁电池组安全性的临界温度范围时，该安全装置用于喷射物质以防止或抑制电池组着火或爆炸。当电池组由于各种原因如安全系统的破坏导致整体或局部温度或电压急剧升高并且不可能只通过工作控制系统控制电池组时，本发明具有确保电池组安全性的作用。

Description

具有安全装置的中型或大型电池组
技术领域
本发明涉及具有灭火安全装置的中型或大型电池组，更具体地，本发明涉及具有多个单元电池的中型或大型电池组，其中所述电池组包括安全装置，当由于各种原因导致电池组温度超过威胁电池组安全的临界温度到电池组可能着火或爆炸的程度时，所述安全装置喷射用来迅速降低电池组温度的物质和/或抑制电池组着火的物质，从而确保电池组的安全性。
背景技术
近年来，随着对环境污染的担心的不断增加，为了解决由现有的使用矿物燃料的汽油和柴油车辆引起的问题，可充放电的二次电池作为车辆的能源已经吸引了大量的注意。结果是，开发了仅使用电池工作的电动车辆(EV)和结合使用电池和常规发动机工作的混合型电动车辆(HEV)。商业上已经使用一些电动车辆和混合型电动车辆。主要使用镍-金属氢化物混合型(Ni-MH)二次电池作为电动车辆和混合型电动车辆的能源。近些年来，试图使用具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池作为电动车辆和混合型电动车辆的能源。这种二次电池需要高输出和大容量以用作电动车辆和混合型电动车辆的能源。为此，多个小型二次电池(单元电池)彼此串联连接以构成电池组。
在单元电池充放电过程中，从二次电池(即单元电池)产生大量的热量。当在单元电池充放电过程中从单元电池产生的热量未被有效除去时，热量聚积在单元电池内，导致单元电池劣化。特别是，锂二次电池的高的危险可能性在于锂二次电池可能由于高温或锂二次电池的过充电而着火或爆炸。因此，确保中型或大型电池组(包括作为单元电池的锂二次电池)的安全性非常重要。
然而，最近开发的安全系统的问题在于，当温度急剧升高时，在中型或大型电池组内发生急剧过充电，或急剧过电流，安全系统不能有效控制这种异常。另外，这种急剧的环境变化可能破坏安全系统。例如，冷却系统用于在单元电池之间循环冷却剂(例如空气)从而降低单元电池的温度到预定温度。然而，当电池组内整体或局部温度急剧升高时，冷却系统不能提供足以抑制温度急剧升高的冷却效率。另外，控制系统工作用于检测单元电池的温度和电压，当检测值超过预定水平时，控制系统工作中断电流以暂停电池组的工作。然而，当仅仅通过由于急剧的环境变化而暂停电池组的工作不能排除原因时，不可能获得所需效果。
因此，从根本上解决由全部或一些单元电池由于各种原因而变得不稳定时所引起的问题非常有必要。另外，因为中型或大型电池组是包括多个二次电池的电池组，一些二次电池的着火或爆炸引起其余二次电池的连续着火或爆炸，从而引起重大事故。
就此而论，已经提出了具有以下构造的安全装置，其中灭火剂或冷却剂布置在电池组系统内并且同时灭火剂或冷却剂储存在预定容器内，当检测电池组温度时获得的检测值超过预定温度时，使用喷射单元喷射灭火剂或冷却剂。然而，该安全装置需要若干组件，如用于储存灭火剂或冷却剂的容器、喷射单元、温度检测单元等。因此，安全装置的制造成本高，并且安全装置在电池组系统内需要大的安装空间。因此，这种安全装置的使用不适于更有效电池组的制造。
发明内容
因此，本发明已经解决了上述问题和其它尚未解决的问题。
作为为解决上述问题而进行的深入和卓越研究的结果，本发明人开发了当电池组温度急剧升高时从根本上确保电池组安全性(该安全性问题通过常规安全系统如工作控制系统未得以解决)的技术，并且使用少数组件和小安装空间有效地进行工作。基于该技术完成了本发明。
根据本发明，可以通过提供具有多个单元电池的中型或大型电池组完成上述和其它目的，其中所述电池组具有以下构造，其中作为灭火剂的全氟化酮(perfluoroketone)布置在电池组内并且同时全氟化酮储存在密封状态下的预定容器内，当电池组温度升高时，所述密封容器由于全氟化酮蒸发所引起的蒸气压升高被破坏，从而喷射蒸发的全氟化酮。
根据本发明，中型或大型电池组包括安全装置(下文还称作“灭火安全装置”)，当不可能只通过工作控制系统控制电池组时所述安全装置用于喷射灭火剂以防止或抑制电池组着火或爆炸。另外，灭火安全装置适时喷射灭火剂而无需使用附加的温度检测单元或喷射单元。因此，大大减少了组件数和安装空间的尺寸。
电池组的着火或爆炸主要是由于电池组温度的急剧升高。因此，灭火安全装置构造为灭火安全装置在电池组温度超过特定临界温度范围的温度下限时开始工作。临界温度可根据各种因素如单元电池种类、单元电池数和电池组工作条件等而定。通常，电池组的适当工作温度为-30℃到60℃，在150℃以上温度时电池组极有可能着火。然而，电池组在相对低温下也可能由于短路而着火。因此，考虑到上述条件可以设定适当的温度范围作为临界温度。
不特别限制灭火剂，只要灭火剂是迅速降低电池组温度并抑制电池着火的物质即可。例如，灭火剂可以是任何的固相、液相或气相物质。优选地，灭火剂是在接近临界温度时至少保持气相的物质，使得灭火剂可以被迅速喷射到电池组的发生安全相关性问题的区域。本发明所属领域公知许多这种物质，并且这些物质必然被解释为处在本发明的范围内。
这种灭火剂的合乎需要的例子是全氟化酮，其在电池组正常工作温度范围内保持为液相，在接近临界温度时变成气相。具有上述物理性质的全氟化酮在低于临界温度的温度至少保持为液相。因此，全氟化酮可布置在电池组内并且同时全氟化酮保持如上构造的小型容器内。另外，全氟化酮在接近临界温度时蒸发，因此，全氟化酮的体积增加，容器因此被全氟化酮破坏，因此全氟化酮被喷出用于灭火，而无需使用附加的温度检测单元或喷射单元。
全氟化酮的特别合乎需要的例子可以是由式CF3CF2C(O)CF(CF3)2表示的化合物。由上式表示的全氟化酮在大气压力(1atm)下的沸点为约50℃。因此，全氟化酮在电池组正常工作温度范围内保持为液相。另一方面，当电池组温度升高时，全氟化酮蒸发，因此全氟化酮的蒸气压逐渐升高。然而，全氟化酮储存在密封状态下的本发明的灭火装置的容器内。因此，尽管全氟化酮的蒸气压升高，但是全氟化酮不喷射。当电池组温度不断升高时，电池组温度因此达到临界温度，全氟化酮的蒸气压急剧升高，并因此破坏容器，全氟化酮从容器喷出。
当使用全氟化酮作为灭火剂时，可获得以下优点。第一个优点是与工作有关的优点。具体地，全氟化酮在低于电池组正常工作温度的温度即50℃以下保持为液相，在高于电池组正常工作温度的温度自动蒸发。因此，全氟化酮具有高的工作可靠性，不需要附加的温度检测单元和控制单元。另外，全氟化酮在低于电池组正常工作温度的温度保持为液相，因此不需要昂贵的压缩容器。第二个优点是与安装有关的优点。具体地，全氟化酮在特定温度自动蒸发，通过全氟化酮的蒸气压破坏容器，从而将全氟化酮引向电池。因此，不需要附加的温度检测单元或喷射单元。第三个优点是，尽管容器在不希望的情况下被破坏，结果是全氟化酮被喷出，但是全氟化酮不对电池组的组件造成影响。例如，电池组的组件不被全氟化酮氧化。
不特别限制密封容器，只要密封容器的构造能够实施上述操作即可。在优选方案中，密封容器包括：在一端开口并且在其中储存有全氟化酮的空心壳体、和装配到空心壳体的开口端用于密封全氟化酮的覆盖件，所述覆盖件在预定的内部压力下被破坏。更优选地，提供在至少一个主表面具有凹槽的覆盖件，使得当内部压力升高时覆盖件容易被破坏。因此，当灭火剂体积由于电池组温度升高而增加时，密封容器可容易地打开，因此，有可能根据电池组温度的升高提高灭火装置工作的准确性。
优选地，壳体包括被装配到电池组的密闭下端和从密闭下端垂直延伸的圆筒状侧部。更优选地，覆盖件被装配到圆筒状侧部的内部上端，并且在覆盖件被装配到圆筒状侧部的内部上端的区域处布置有垫片。壳体的密封性通过垫片的使用得到改善，因此，有可能防止灭火剂在电池组正常工作温度下发生泄漏。
依照情况而定，灭火剂可储存在壳体的空心部分内并且同时灭火剂通过薄膜形片密封。所述薄膜形片防止灭火剂由于任何在密封件中存在的缝隙或密封件的老化而导致的泄漏。即，所述薄膜形片改善了灭火剂的密封性和储存性。
本发明的灭火安全装置可以各种方式布置在电池组内。例如，将双面胶带粘附到灭火安全装置壳体的下端，使得灭火安全装置可以通过双面胶带被粘附到电池组的预定位置。或者，在壳体下端形成接合孔，螺钉插入各自接合孔使得灭火安全装置可以通过螺钉的使用被接合到电池组的预定位置。
不特别限制构成本发明的中型或大型电池组的单元电池，只要单元电池是二次电池即可。例如，可使用镍-镉电池、镍-金属氢化物电池、锂离子电池、锂聚合物电池作为二次电池。其中，优选使用锂离子电池和锂聚合物电池，因为它们具有高能量密度和高放电电压。
另外，电池组优选构造为紧凑结构，因为电池组用作车辆如电动车辆(EV)和混合型电动车辆(HEV)的电源。通常，电池组需要空白空间用于冷却单元电池、一组或多组单元电池，使得均一地保持电池组的工作温度。灭火安全装置被装配在电池组的空白空间内，因此，不需要附加空间用来装配灭火安全装置。因此，可使电池组的总尺寸最小化。
在优选方案中，在电池组内装配两个或多个灭火安全装置。在这种情况下，不需要大型的灭火安全装置，因此，用于装配灭火安全装置所必需的空间减小了。另外，可在电池组的需要部分装配多个灭火安全装置。因此，可迅速响应电池组温度的局部升高，因此改善了电池组的安全性。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和其它优点通过结合以下附图进行的详细说明得到更好理解，其中：
图1是说明根据本发明的优选方案的灭火安全装置的透视图，
图2和图3是说明根据本发明的其它优选方案的灭火安全装置的剖视图，和
图4是说明在其中装配了灭火安全装置的中型或大型电池组，所述灭火安全装置之一如图1所示。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选方案。然而，应注意本发明的范围不受所述方案的限制。
图1是根据本发明的优选方案的灭火安全装置100的透视图。
参见图1，灭火安全装置100包括空心壳体110和覆盖件120。壳体110在其上端开口。灭火剂储存在壳体110的空心部分内，并且壳体110通过覆盖件120密封。
在壳体110的下端形成具有多个接合孔114的侧延伸部分112。因此，灭火安全装置100可容易地以接合方式被装配到电池组的预定区域(未示出)。
图2和图3是根据本发明的其它优选方案的灭火安全装置200和300的剖视图。
参见图2，灭火安全装置200具有这样的构造，其中灭火剂230储存在壳体210的空心部分内，覆盖件220通过垫片240装配到壳体210的开口上端。
灭火剂230在电池组正常工作温度范围内保持为液相(未示出)。当电池组温度超过灭火剂230的沸点时，灭火剂230的蒸气压急剧升高。然而，灭火剂230由于覆盖件220而未喷出。当电池组温度超过临界温度时，灭火剂230的蒸气压进一步升高，结果，覆盖件220破裂，因此灭火剂230从壳体210中喷出。
参见图3，灭火安全装置300与图2中所示的灭火安全装置200的不同之处在于灭火剂330储存在壳体310内并且同时灭火剂330通过薄膜形片350密封，通过薄膜形片350密封的灭火剂330被覆盖件320覆盖。因此，蒸气压随温度升高而升高的灭火剂330只有在薄膜形片350和覆盖件320都破裂时才从壳体310中喷出。
图4是在其中装配了灭火安全装置的中型或大型电池组400，其中所述灭火安全装置之一如图1所示。
参见图4，中型或大型电池组400包括具有多个彼此电连接的单元电池的电池模块410，在其上设置电池模块410的下底板420，和用于覆盖电池模块410的外壳。在电池组400中，提供了用于装配冷却流动沟道和其它组件的空白空间。在该空白空间内装配多个如图1所示的灭火安全装置。当然也可以在该空白空间内装配如图2所示的多个灭火安全装置或如图3所示的多个灭火安全装置。当电池模块410在特定区域P处急剧过热或着火时，电池模块410的温度因此升高到临界温度，灭火剂从壳体喷出然后分散到电池模块410内。结果是，在电池模块410的特定区域P处实施了灭火操作。
灭火安全装置可以具有各种构造，只要通过灭火安全装置可实现本发明的原理即可。因此，应该理解的是，可由本领域的技术人员进行各种改变，并且这些改变在本发明的范围内。
工业适用性
从以上说明可看出，当中型或大型电池组由于各种原因如安全系统的破坏导致整体或局部温度急剧升高并且不可能只通过工作控制系统控制电池组时，本发明具有喷射灭火剂的作用，从而防止或抑制电池着多或爆炸，并因此确保了电池组的安全性。
尽管已经公开了用于说明性目的的本发明的优选方案，本发明的技术人员会理解到各种变体、附加和置换是可能的，并且它们不脱离由本发明权利要求所公开的保护范围和精神实质。

Claims (8)

1.具有多个单元电池的中型或大型电池组，其中电池组具有以下构造，其中：
作为灭火剂的全氟化酮布置在电池组内并且同时全氟化酮储存在密封状态下的预定容器中，当电池组温度升高时，所述密封容器由于全氟化酮蒸发所引起的蒸气压升高被破坏，从而喷射蒸发的全氟化酮。
2.权利要求1所述的电池组，其中全氟化酮是由式CF3CF2C(O)CF(CF3)2表示的化合物。
3.权利要求1所述的电池组，其中密封容器包括：
在一端开口并在其中储存有全氟化酮的空心壳体；和
装配到壳体的开口端用于密封全氟化酮的覆盖件，该覆盖件在预定的内部压力下被破坏。
4.权利要求3所述的电池组，其中壳体包括被装配到电池组的密闭下端和从密闭下端垂直延伸的圆筒状侧部。
5.权利要求4所述的电池组，其中覆盖件被装配到圆筒状侧部的内部上端，并且在覆盖件被装配到圆筒状侧部的内部上端的区域处布置有垫片。
6.权利要求3所述的电池组，其中提供在至少一个主表面具有凹槽的覆盖件，使得当内部压力升高时覆盖件容易被破坏。
7.权利要求3所述的电池组，其中全氟化酮储存在壳体的空心部分内并且同时全氟化酮被薄膜形片密封。
8.权利要求1所述的电池组，其中在电池组内装配两个或多个壳体。
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