ES3034265T3 - Battery pack including fire suppression means - Google Patents

Battery pack including fire suppression means

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ES3034265T3 ES21805241T ES21805241T ES3034265T3 ES 3034265 T3 ES3034265 T3 ES 3034265T3 ES 21805241 T ES21805241 T ES 21805241T ES 21805241 T ES21805241 T ES 21805241T ES 3034265 T3 ES3034265 T3 ES 3034265T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un paquete de baterías que comprende un medio para evitar que un incendio o calor se propague a celdas de batería adyacentes cuando ocurre una anormalidad tal como un incendio o calor en una celda de batería, comprendiendo el paquete de baterías: una pluralidad de celdas de batería; una caja para alojar la pluralidad de celdas de batería; un medio de descarga de energía para descargar la energía del paquete de baterías si ocurre una anormalidad; y un medio de extinción de incendios, que libera aerosol a la temperatura de funcionamiento o superior para extinguir las llamas que se generan dentro del paquete de baterías. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Paquete de baterías que incluye medios de supresión de incendios
Sector de la técnica
La presente solicitud reivindica el beneficio de la prioridad con respecto a la Solicitud de Patente Coreana n.° 2020-0057035 presentada el 13 de mayo de 2020.
La presente invención se refiere a un paquete de baterías que incluye un medio de descarga de energía y un medio de extinción de incendios, por medio de los cuales se mejora la estabilidad del paquete de baterías.
Antecedentes de la invención
Con el desarrollo tecnológico de los dispositivos móviles como, por ejemplo, teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles y cámaras digitales, y un aumento en la demanda de los mismos, se ha estado llevando a cabo de manera activa una investigación sobre baterías secundarias que sean capaces de cargarse y descargarse. Además, las baterías secundarias, que son fuentes de energía que reemplazan a los combustibles fósiles que provocan contaminación del aire, se han aplicado a un vehículo eléctrico (EV, por sus siglas en inglés), un vehículo eléctrico híbrido (HEV, por sus siglas en inglés), un vehículo eléctrico híbrido enchufable (P-HEV, por sus siglas en inglés) y un sistema de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés).
El sistema de almacenamiento de energía (ESS) es un sistema que almacena una gran cantidad de energía en exceso en una batería con el fin de usar la energía almacenada cuando se necesite. El sistema de almacenamiento de energía sirve para mantener, de manera uniforme, la calidad de la energía en relación con la generación de energía nueva y renovable y para aumentar la eficiencia del uso de energía al almacenar energía en el momento en el que la cantidad de uso de energía es pequeña y al usar la energía almacenada cuando la demanda de energía es alta. El ESS puede clasificarse principalmente como un ESS de sistema de red, un suministro de alimentación ininterrumpida (UPS, por sus siglas en inglés) o un ESS para uso doméstico.
Existen una batería de iones de litio, una batería de polímeros de litio, una batería de níquel-cadmio, una batería de níquel-hidruro, y una batería de níquel-zinc como baterías secundarias que se usan ampliamente en la actualidad. La tensión operativa de una celda de batería secundaria unitaria, es decir, una unidad de celda de batería, es de alrededor de 2,0 V a 5,0 V. En el caso en el cual se requiera una tensión de salida mayor que la tensión operativa de más arriba, por lo tanto, múltiples celdas de batería pueden conectarse entre sí en serie para constituir un conjunto de módulos de batería. Además, los conjuntos de módulos de batería pueden conectarse entre sí en serie o en paralelo para constituir un módulo de batería dependiendo de la tensión de salida o de las capacidades de carga y descarga requeridas. En general, un paquete de baterías se fabrica usando al menos un módulo de batería añadiendo un componente adicional.
Dado que una batería secundaria de litio tiene el peligro de explosión e incendio debido a la generación de calor, sin embargo, uno de los problemas importantes es garantizar la seguridad de la misma. Si no se adoptan medidas apropiadas inicialmente cuando ocurre un fenómeno anormal, la temperatura de la batería secundaria aumenta de forma abrupta debido a la generación de calor, y ocurre una fuga térmica debido a dicho aumento abrupto de temperatura, por lo cual la batería secundaria puede explotar y el calor se propaga a otra batería secundaria adyacente a la misma y, por lo tanto, un paquete de baterías puede dañarse en gran medida. Los métodos de enfriamiento o aislamiento térmico de la batería secundaria de litio en el paquete de baterías pueden usarse para garantizar la seguridad del paquete de baterías. Sin embargo, existe el problema de que no es posible disipar la energía térmica generada en la batería secundaria de litio, que tiene alta densidad energética, cuando ocurre un fenómeno anormal solo usando dichos métodos.
El documento US 2010/0026242 describe un método conocido y una disposición para descargar un sistema de almacenamiento de energía para energía eléctrica.
El documento JP 2020017517 describe sistemas y métodos para operar una arquitectura de sistema de distribución de alta tensión de batería de iones de litio de tipo conocido.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente invención se ha llevado a cabo teniendo en cuenta los problemas de más arriba, y es un objeto de la presente invención proveer un paquete de baterías que tenga un medio de descarga de energía y un medio de extinción de incendios provistos en el mismo.
Solución técnica
Un paquete de baterías según la presente invención para lograr el objeto anterior es un paquete de baterías como se define en las reivindicaciones anexas.
Además, un dispositivo según la presente invención incluye al menos un paquete de baterías según la presente invención.
Efectos ventajosos
Un paquete de baterías según la presente invención tiene la ventaja de que un medio de descarga de energía y un medio de extinción de incendios se incluyen de modo tal que, cuando ocurre un fenómeno anormal como, por ejemplo, generación de calor o explosión, en una celda de batería específica en el paquete de baterías, la energía de la celda de batería se descarga rápidamente y el incendio se suprime, por medio de lo cual es posible evitar que un fenómeno de fuga térmica se propague a una celda de batería adyacente a la misma.
Además, el paquete de baterías según la presente invención tiene la ventaja de que el medio de extinción de incendios se opera usando la energía térmica generada a partir de los medios de descarga de energía cuando ocurre el fenómeno anormal, por lo cual no es necesario un dispositivo separado configurado para operar los medios de extinción de incendios.
Descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista esquemática que muestra un paquete de baterías según una realización de la presente invención.
La FIG. 2 es una vista esquemática que muestra un paquete de baterías según otra realización de la presente invención.
La FIG. 3 es una vista esquemática que muestra un medio de descarga de energía de la presente invención.
La FIG. 4 es una vista esquemática que muestra un medio de extinción de incendios de la presente invención.
Mejor modo
En la presente solicitud, debe comprenderse que los términos “comprende”, “tiene”, “incluye”, etc., especifican la presencia de características, números, etapas, operaciones, elementos, componentes o combinaciones establecidas de los mismos, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números, etapas, operaciones, elementos, componentes o combinaciones diferentes de los mismos.
Además, los mismos números de referencia se usarán a lo largo de los dibujos para hacer referencia a partes que llevan a cabo funciones u operaciones similares. En el caso en el cual se indica que una parte se conecta a otra parte en la memoria descriptiva, la parte puede no solo conectarse directamente a la otra parte, sino que también la parte puede conectarse indirectamente a la otra parte mediante una parte adicional. Además, que cierto elemento se incluya no significa que otros elementos se excluyan, sino que significa que dichos elementos pueden incluirse además a menos que se establezca lo contrario.
A continuación, se describirá un paquete de baterías según la presente invención con referencia a los dibujos anexos.
La FIG. 1 es una vista esquemática de un paquete de baterías que incluye un medio de descarga de energía y un medio de extinción de incendios según una primera realización preferida de la presente invención.
Cuando se describe el paquete 10 de baterías con referencia a la FIG. 1, el paquete 10 de baterías según la presente invención se configura de modo tal que múltiples celdas 100 de batería se reciben en una caja 200 de paquete de baterías en un estado de estar dividido en dos o más secciones. Una pared 500 divisoria configurada para particionar las secciones una de la otra se ubica entre las respectivas secciones. Una placa de aislamiento de calor configurada para llevar a cabo el aislamiento de calor entre las secciones o una placa de disipación de calor o una placa de enfriamiento configurada para descargar el calor generado de la celda 100 de batería al exterior pueden usarse como la pared 500 divisoria, según sea necesario.
Mientras tanto, como se muestra en la FIG. 1, el medio 300 de descarga de energía y el medio 400 de extinción de incendios se proveen en cada sección, donde se reciben múltiples celdas 100 de batería.
Aquí, el medio 300 de descarga de energía sirve para, cuando ocurre un fenómeno de generación de calor anormal en una celda 100 de batería específica del paquete 10 de baterías, descargar energía de la celda 100 de batería como energía térmica, inhibiendo de este modo un fenómeno de fuga térmica debido a la generación de calor anormal, mejorando así la seguridad del paquete 10 de baterías.
Además, el medio 400 de extinción de incendios se dispone adyacente al medio 300 de descarga de energía, y la temperatura del medio de extinción de incendios alcanza una temperatura operativa mediante el uso de la energía térmica descargada por el medio 300 de descarga de energía, cuando ocurre un fenómeno de generación de calor anormal, por lo cual es posible extinguir rápidamente las llamas en el paquete 10 de baterías.
La FIG. 2 es una vista esquemática de un paquete de baterías que incluye un medio de descarga de energía y un medio de extinción de incendios según una segunda realización preferida de la presente invención.
El paquete 10 de baterías de la FIG. 2 es idéntico al paquete 10 de baterías de la FIG. 1 excepto que el medio 300 de descarga de energía y el medio 400 de extinción de incendios se proveen solo en una sección media, entre múltiples secciones divididas, en comparación con el paquete 10 de baterías de la FIG. 1.
Mientras tanto, cuando se describe el medio 300 de descarga de energía en detalle con referencia a la FIG. 3, el medio 300 de descarga de energía incluye una resistencia 310 que tiene alta resistencia eléctrica y un conmutador 320 operativo configurado para encender/apagar la conexión eléctrica con celdas 100 de batería en una sección específica.
La resistencia 310 puede seleccionarse de resistencias conocidas, siempre que la resistencia eléctrica de la resistencia sea capaz de descargar rápidamente energía de la celda 100 de batería como energía térmica y la energía térmica sea capaz de proveer una temperatura a la cual se opera el medio 400 de extinción de incendios ubicado adyacente a la misma.
Además, el conmutador 320 operativo puede proveerse en solo una dirección de un circuito, como se muestra en (a) de la FIG. 3, o puede proveerse en ambas direcciones de un circuito, como se muestra en (b) de la FIG. 3.
En el medio 300 de descarga de energía descrito más arriba, cuando ocurre un fenómeno de generación de calor anormal, el conmutador 320 operativo, que está apagado mientras el paquete 10 de baterías se opera normalmente, se enciende, por lo cual la celda 100 de batería y la resistencia 310 se conectan eléctricamente entre sí. Como resultado, la energía eléctrica de la celda 100 de batería se descarga como energía térmica por la resistencia 310, que tiene alta resistencia eléctrica y, por lo tanto, es posible evitar que el fenómeno de generación de calor anormal se propague a celdas 100 de batería adyacentes a la misma.
Además, el paquete 10 de baterías puede incluir además un controlador (no se muestra) con el fin de llevar a cabo la gestión general del paquete 10 de baterías y de controlar el funcionamiento del medio 300 de descarga de energía cuando ocurre un fenómeno de generación de calor anormal.
Cuando se describe el medio 400 de extinción de incendios con referencia a la FIG. 4, el medio 400 de extinción de incendios puede ser un dispositivo de extinción de incendios de aerosol sólido que incluye un químico 410 de extinción de incendios, una porción 420 de enfriamiento y una boquilla 430.
Aquí, el dispositivo de extinción de incendios de aerosol sólido es un sistema de extinción de incendios que interrumpe la reacción en cadena de combustión a través de un efecto de catalizador negativo en el cual radicales de aerosol generados cuando un compuesto sólido que incluye ingredientes especiales se quema reaccionan con radicales activos como, por ejemplo, O, H y OH, alrededor del fuego, con el fin de interrumpir la reacción en cadena, suprimiendo de este modo el incendio.
De manera específica, cuando el químico 410 de extinción de incendios se quema a una temperatura operativa o más alta, el aerosol, que es un material de extinción de incendios, se genera, el aerosol generado se enfría hasta un temperatura apropiada inofensiva para cuerpos humanos o instalaciones mientras pasa a través de la porción 420 de enfriamiento, el aerosol enfriado se pulveriza como partículas A de aerosol a través de la boquilla 430, y el aerosol pulverizado suprime el fuego a través del efecto de catalizador negativo descrito más arriba.
Cualquiera de varios químicos de extinción de incendios conocidos puede usarse como el químico 410 de extinción de incendios del medio 400 de extinción de incendios. En particular, preferiblemente se usa un compuesto de espuma en aerosol (AFC, por sus siglas en inglés), que está en un estado sólido a una temperatura más baja que una temperatura operativa y que se pulveriza en la forma de aerosol a la temperatura operativa o más alta.
Es preferible que al menos uno de nitrato de potasio, nitrato de estroncio y nitrato de magnesio se incluya como un ingrediente principal del AFC. Dado que las temperaturas de descomposición y combustión varían dependiendo de los ingredientes del AFC, es necesario establecer el tamaño y las especificaciones de la resistencia que se aplicará al medio 300 de descarga de energía teniendo en cuenta la temperatura operativa del AFC.
La temperatura operativa puede tener varios rangos de temperatura dependiendo de los ingredientes incluidos en el AFC. En particular, un rango de temperatura de 300 a 1100 °C es preferible teniendo en cuenta el tipo de AFC y la resistencia 310 que se usan generalmente.
Además, el paquete de baterías que incluye el medio 300 de descarga de energía y el medio 400 de extinción de incendios según la presente invención puede aplicarse a un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV), un vehículo eléctrico híbrido enchufable (P-HEV) o un sistema de almacenamiento de energía (ESS).
Aunque los detalles específicos de la presente invención se han descrito en detalle, las personas con experiencia en la técnica apreciarán que la descripción detallada de la misma describe solo realizaciones preferidas de la presente invención y, por consiguiente, no limita el alcance de la presente invención. Por consiguiente, las personas con experiencia en la técnica apreciarán que varios cambios y modificaciones son posibles, sin apartarse de la categoría y de la idea técnica de la presente invención, y será obvio que dichos cambios y modificaciones caen dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.
Descripción de símbolos de referencia
10: paquete de baterías
100: celda de batería
200: caja
300: medio de descarga de energía
310: resistencia
320: conmutador operativo
400: medio de extinción de incendios
410: químico de extinción de incendios
420: porción de enfriamiento
430: boquilla
A: partículas de aerosol
500: pared divisoria

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un paquete (10) de baterías que comprende un medio configurado para, cuando ocurre un fenómeno anormal como, por ejemplo, un incendio o generación de calor, en una celda (100) de batería, evitar que el fuego o calor se propaguen a otra celda (100) de batería adyacente a la misma, el paquete (10) de baterías comprendiendo: múltiples celdas (100) de batería;
una caja (200) configurada para recibir las múltiples celdas (100) de batería;
un medio (300) de descarga de energía configurado para descargar energía del paquete (10) de baterías cuando ocurre el fenómeno anormal; y
un medio (400) de extinción de incendios configurado para descargar aerosol a una temperatura operativa o más alta con el fin de extinguir las llamas generadas en el paquete (10) de baterías,
en donde el medio (300) de descarga de energía comprende una resistencia (310) que tiene una resistencia eléctrica y un conmutador (320) operativo; y
en donde el medio (400) de extinción de incendios se dispone adyacente a la resistencia (310) y una temperatura del medio (400) de extinción de incendios alcanza la temperatura operativa usando la energía térmica generada a partir de la resistencia (310) cuando ocurre el fenómeno anormal.
2. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 1, en donde las múltiples celdas (100) de batería se reciben en el paquete (10) de baterías dividido en dos o más secciones.
3. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 2, en donde el medio (300) de descarga de energía se instala en solo una de las dos o más secciones.
4. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 2, en donde el medio (300) de descarga de energía se instala en cada una de las dos o más secciones.
5. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 1, que además comprende un controlador configurado para llevar a cabo la gestión general del paquete (10) de baterías y para controlar el funcionamiento del medio (300) de descarga de energía.
6. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 1, en donde el medio (400) de extinción de incendios comprende un químico (410) de extinción de incendios, una porción (420) de enfriamiento y una boquilla (430).
7. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 6, en donde el químico (410) de extinción de incendios es un compuesto de espuma en aerosol (AFC) configurado para estar en un estado sólido a una temperatura más baja que la temperatura operativa y para pulverizarse en forma de aerosol a una temperatura más alta que la temperatura operativa.
8. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 7, en donde el AFC comprende al menos uno de nitrato de potasio, nitrato de estroncio y nitrato de magnesio.
9. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 1, en donde el medio (300) de descarga de energía y el medio (400) de extinción de incendios se ubican en la caja (200).
10. Un dispositivo que comprende el paquete (10) de baterías según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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