TW202239047A - 鋰離子電池組的熱防護 - Google Patents
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Abstract
一種用於在由鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法。本揭露亦提供一種用於撲滅由展現出熱失控的鋰離子電池組所產生的火災之系統。
Description
本揭露係關於防護鋰離子電池組免受熱事件影響，該防護包括撲滅火焰並終止熱失控。
在專業滅火工業內公認氣態清潔滅火藥劑（諸如1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷（CF
3CHFCF
3，亦已知由ASHRAE命名為HFC-227ea，且以FM-200
™滅火藥劑販售）、及十二氟-2-甲基戊-3-酮（其係1,1,1,2,2,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮(CF
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3)
2，亦已知由ASHRAE命名為FK-5-1-12，且以Novec
™1230防火流體(fire protection fluid)販售））在目前可用的方法及系統中無法終止熱失控，尤其是與鋰離子電池組(ithium ion battery, LIB)火災相關的串接熱失控(cascading thermal runaway)，且僅限於撲滅與LIB相關的液態電解質火災。例如，Ingram於「Lithium-Ion Batteries: A Potential Fire Hazard」(Data Center Journal, 2013)中揭示，「氣態藥劑會撲滅導因於燃燒洩漏之電解質的火災，但對減輕或防止在鋰離子電池(Li-ion cell)內發生的熱失控幾乎沒有影響」。最近，Ingram於「Fire Suppression for Lithium Ion Battery Fires」（在2019年Fire Suppression System Association年會上發表）中揭示，「熱失控…無法被任何抑制系統控制」。
U.S. 2010/0078182揭示一種用於產生並儲存電氣或機械能之裝置（諸如燃料電池、普通電池組、或可充電電池組），及用於避免火災之方法。用於產生或儲存電氣或機械能之該裝置的至少一個元件係設置在封裝內。儲存阻燃物質的一容器係與該封裝接觸。若存在多個電池(multiple cells)，該系統不會將電池彼此隔離以防止對其他電池的損壞。此外，此系統沒有用於在明火存在的情況下啟動之方法。US 2010/0078182敘述火焰撲滅，但未能解決熱失控的終止。
CN206167681揭示一種防護汽車中之鋰離子電池組免受火災影響的裝置，其涉及使用位在圍封電池組的一電池組殼體內的一火災偵測/遞送管。滅火藥劑可為七氟丙烷。一壓力信號感測器安裝在該電池組殼體之內的滅火藥劑輸送管及火災偵測管上。CN206167681敘述火焰撲滅，但未能解決熱失控的終止。
US7823650揭示一種危險控制系統，其回應於危險的偵測（諸如火災）而遞送滅火藥劑。該系統可使用經組態以回應於暴露於熱而洩漏的壓力管。該系統的元件包括(1)一控制單元、(2)滅火藥劑；(3)一危險偵測系統、(4)一危險區域、及(5)一遞送系統，其將滅火藥劑遞送至該危險區域。危險偵測系統回應於偵測到危險（諸如壓力管中之壓力變化）而產生一信號。US7823650敘述一火災控制系統，但未能解決如何撲滅火災或如何終止熱失控。
仍然需要解決與鋰離子電池組相關的熱防護需求，包括熱失控的終止、及撲滅火焰、以及防止已撲滅之火災的重燃。本揭露符合這些需求。
本揭露提供一種用於在由鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法。該方法包含：(a)提供一外殼；(b)提供一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)提供一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一雙向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該雙向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)提供一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該雙向控制閥連通而另一端經封蓋，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近；及(e)提供一熱刺激，其產生一火焰並起始熱失控，於是該感溫管破裂，在該感溫管中生成一開口（「熱刺激生成之開口(heat stimulus-created opening)」），並造成該感溫管內的該惰性氣體或熱失控終止藥劑通過該感溫管中的該熱刺激生成之開口釋放並進入該外殼，導致在該感溫管內的一壓降，該壓降致動該雙向控制閥使該熱失控終止藥劑從該儲存容器通過該雙向控制閥遞送至該感溫管，並從該感溫管中之該熱刺激生成之開口出來並進入該外殼中；其中該熱失控終止藥劑的該遞送係由一釋放時間、一熱失控終止藥劑濃度、及保持時間所表徵，從而撲滅該火焰及終止熱失控，並防止該火焰的該撲滅之後的重燃。
亦提供一種用於在由鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法，其包含：(a)提供一外殼；(b)提供一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)提供一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一三向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該三向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)提供一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該三向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近；(e)提供一噴嘴連接管，該噴嘴連接管的一端與該三向控制閥連通，並在該噴嘴連接管的另一端終止於該鋰離子電池組附近的一噴嘴；及(f)提供一熱刺激，其產生一火焰並起始熱失控，於是該感溫管破裂，在該感溫管中生成一開口（「熱刺激生成之開口」），並造成該感溫管內的該惰性氣體或熱失控終止藥劑通過該感溫管中的該熱刺激生成之開口釋放並進入該外殼，導致在該感溫管內的一壓降，該壓降致動該三向控制閥以將該熱失控終止藥劑從該儲存容器通過該三向控制閥遞送至該噴嘴連接管，導致該熱失控終止藥劑從該噴嘴釋放到該外殼中；其中該熱失控終止藥劑的該遞送係由一釋放時間、一熱失控終止藥劑濃度、及保持時間所表徵，從而撲滅該火焰及終止熱失控，並防止該火焰的該撲滅之後的重燃。
在該外殼內的該熱失控終止藥劑的濃度、釋放時間、及保持時間提供超過現有系統的下列優點：(1)一旦火焰產生，撲滅火焰；(2)終止在單一電池(single cell)鋰離子電池組中或在多個電池鋰離子電池組中或在一鋰離子電池組庫中發生的熱失控，且(3)防止在火焰已撲滅之後發生的重燃。
亦提供一種防火系統，其包含：(a)一外殼；(b)一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一雙向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該雙向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；及(d)一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該雙向控制閥連通而該另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近，且該管當感測到一臨限溫度時係可爆裂的。
亦提供一種防火系統，其包含：(a)一外殼；(b)一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一三向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該三向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；及(d)一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該感溫管具有兩端，其中(i)一端係與該三向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該感溫管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該感溫管係設置在該鋰離子電池組附近，且該感溫管當感測到一臨限溫度時係可爆裂的；及(e)一噴嘴連接管，該噴嘴連接管的一端與該三向控制閥連通，並在該噴嘴連接管的另一端終止於該鋰離子電池組附近的一噴嘴。
基於本揭露，其他特徵對所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見。
根據本揭露，解決鋰離子電池組滅火藥劑無法終止熱失控且無法藉由任何抑制系統終止熱失控的問題。本揭露係藉由選擇特定熱失控終止藥劑且在由一鋰離子電池組供電的一裝置內以特定濃度及保持時間將該藥劑投予一段特定釋放時間，其不僅撲滅在該設備內的火焰（初始撲滅），而且亦終止熱失控並防止火焰初始撲滅之後的重燃。
十二氟-2-甲基戊-3-酮（IUPAC名稱）可在下文中稱為ASHRAE、NFPA、及ISO 14520代號FK-5-1-12。十二氟-2-甲基戊-3-酮亦稱為1,1,1,2,2,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮，且具有式(CF
3CF
2C(=O)CF(CF
3)
2。用語十二氟-2-甲基戊-3-酮、FK-5-1-12、1,1,1,2,2,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮、及Novec
™1230防火流體在此應理解為同義詞。
用於撲滅火焰並終止熱失控之方法
實施例1
在本揭露之某些實施例中，提供一種用於在一裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法，其包含(a)提供一外殼；(b)提供一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)提供一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一雙向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該雙向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)提供一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該雙向控制閥連通而另一端經封蓋，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近；及(e)提供一熱刺激，其產生一火焰並起始熱失控，於是該感溫管破裂，在該管中生成一開口（「熱刺激生成之開口(heat stimulus-created opening)」），並造成該感溫管內的該惰性氣體或熱失控終止藥劑通過該感溫管中的該熱刺激生成之開口釋放並進入該外殼，導致在該感溫管內的一壓降，該壓降致動該雙向控制閥使該熱失控終止藥劑從該儲存容器通過該雙向控制閥遞送至該感溫管，並從該感溫管中之該熱刺激生成之開口出來並進入該外殼中；其中該熱失控終止藥劑的該遞送係由一釋放時間、一熱失控終止藥劑濃度、及保持時間所表徵，從而撲滅該火焰及終止熱失控，並防止該火焰的該撲滅之後的重燃。
雙向控制閥係與感溫管感測器連通。在此實施例中，感溫管通過雙向控制閥與來源呈流體連通，使得當雙向控制閥致動時，熱失控終止藥劑經遞送至感溫管。在此實施例中，感溫管既用於偵測熱刺激又將熱失控終止藥劑遞送到外殼中。
在實施例1的一個方法中，在步驟(d)中，感溫管含有惰性氣體。在實施例1的替代方法中，在步驟(d)中，感溫管含有熱失控終止藥劑。
實施例2
亦提供一種用於在由鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法，其包含(a)提供一外殼；(b)提供一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)提供一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一三向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該三向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)提供一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該感溫管具有兩端，其中(i)一端係與該三向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該感溫管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該感溫管係設置在該鋰離子電池組附近；(e)提供一噴嘴連接管，該噴嘴連接管的一端與該三向控制閥連通，並在該噴嘴連接管的另一端終止於該鋰離子電池組附近的一噴嘴；及(f)提供一熱刺激，其產生一火焰並起始熱失控，於是該感溫管破裂，在該感溫管中生成一開口（「熱刺激生成之開口」），並造成該感溫管內的該惰性氣體或熱失控終止藥劑通過該感溫管中的該熱刺激生成之開口釋放並進入該外殼，導致在該感溫管內的一壓降，該壓降致動該三向控制閥以將該熱失控終止藥劑從該儲存容器通過該三向控制閥遞送至該噴嘴連接管，導致該熱失控終止藥劑從該噴嘴釋放到該外殼中；其中該熱失控終止藥劑的該遞送係由一釋放時間、一熱失控終止藥劑濃度、及保持時間所表徵，由此撲滅該火焰及終止熱失控，並防止該火焰的該撲滅之後的重燃。
三向控制閥係與感溫管感測器連通。在此實施例中，感溫管與來源呈流體連通，使得當三向控制閥致動時，熱失控終止藥劑通過終止於鋰離子電池組附近的一噴嘴的一噴嘴連接管遞送，通過該噴嘴將熱失控終止藥劑釋放到外殼中。在此實施例中，感溫管用於偵測熱刺激，且一噴嘴連接管用於將熱失控終止藥劑遞送到外殼中。
在實施例2的一個方法中，在步驟(d)中，感溫管含有惰性氣體。在實施例2的替代方法中，在步驟(d)中，感溫管含有熱失控終止藥劑。
用於鋰離子電池組之防火系統
實施例3
在本揭露之某些實施例中，提供一種防火系統，其包含：(a)一外殼；(b)一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一雙向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該雙向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(c)一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該雙向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該感溫管係設置在該鋰離子電池組附近，且該感溫管當感測到一臨限溫度時係可爆裂的。
雙向控制閥在此實施例中係與感溫管感測器連通。此外，在此實施例中，感溫管與來源呈流體連通，使得當雙向控制閥致動時，熱失控終止藥劑經遞送至感溫管。在此實施例中，感溫管既用於偵測熱刺激又將熱失控終止藥劑遞送到外殼中。
在實施例3的一個防火系統中，組件(c)的感溫管含有惰性氣體。在實施例3的替代防火系統中，其中組件(c)的感溫管含有熱失控終止藥劑。
實施例4
亦提供一種防火系統，其包含：(a)一外殼；(b)一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一三向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該三向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該三向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該感溫管係設置在該鋰離子電池組附近，且該感溫管當感測到一臨限溫度時係可爆裂的；及(e)一噴嘴連接管，該噴嘴連接管的一端與該三向控制閥連通，並在該噴嘴連接管的另一端終止於該鋰離子電池組附近的一噴嘴。
三向控制閥在此實施例中係與感溫管感測器連通。此外，在此實施例中，三向控制閥與噴嘴連接管呈流體連通，使得當三向控制閥致動時，熱失控終止藥劑經遞送至噴嘴連接管。在此實施例中，感溫管執行溫度感測器、及三向控制閥的致動器或致動（啟動）裝置的功能，但不作為用於熱失控終止藥劑進入外殼中之遞送管。噴嘴連接管在此實施例中執行遞送管的功能。
在實施例4的一個防火系統中，組件(c)的感溫管含有惰性氣體。在實施例4的替代防火系統中，其中組件(c)的感溫管含有熱失控終止藥劑。
本文所使用具有特定意義的用語係提供如下。
所謂「感測器連通(sensor communication)」在本文中意指一控制閥能夠接收由感溫管所產生的一信號，該信號導致致動控制閥來打開容器以從該容器釋放熱失控終止藥劑。控制閥係一雙向控制閥或一三向控制閥，其係取決於實施例。該信號可為，例如，氣動的或電子的。
在實施例1及3中，雙向控制閥係與感溫管感測器連通。在實施例2及4中，三向控制閥係與感溫管感測器連通。
如本文中所使用，一雙向控制閥係具有至少兩個埠的一控制閥。因此，所屬技術領域中具有通常知識者應理解，一雙向控制閥可具有多於兩個埠。在實施例1及3中，一雙向控制閥係意指包括具有至少三個埠的一控制閥。例如，可採用具有一第三埠的一雙向控制閥，其中一第三埠提供用於抽取容器內容物樣本之選項。
同樣地，一三向控制閥係具有至少三個埠的一控制閥。因此，所屬技術領域中具有通常知識者應理解，一三向控制閥可具有多於三個埠。在實施例2及4中，一三向控制閥係意指包括具有至少四個埠的一控制閥。例如，可採用具有一第四埠的一三向控制閥，其中一第四埠提供用於抽取容器內容物樣本之選項。
所謂「流體連通(fluid communication)」意指流體能夠從容器通過一控制閥不間斷地流至感溫管或至噴嘴連接管。
在實施例1及3中，雙向控制閥係與容器及感溫管呈流體連通。在實施例2及4中，三向控制閥係與容器及噴嘴連接管呈流體連通。
更具體而言，在實施例1中，在步驟(e)中感溫管的破裂導致熱失控終止藥劑從容器通過雙向控制閥流至感溫管並進入外殼中。更具體而言，在實施例2中，在步驟(f)中感溫管的破裂導致熱失控終止藥劑從容器通過三向控制閥流至噴嘴連接管，通過鋰離子電池組附近的噴嘴進入外殼中。
無論該來源係定位在外殼之內還是外殼之外，皆發生感測器連通及流體連通。
裝置
如實施例1、2、3、或4中任一者所述/所提供的由一鋰離子電池組供電的裝置係由一或多個鋰離子電池組供電的任何裝置。適用於本文中所揭示的方法及系統的鋰離子電池組供電之裝置的實例包括數據記錄器、電信設備、個人電子設備、電動工具、儲能系統、資料中心、電動馬達車輛、及電動腳踏車。個人電子設備包括手機、膝上型電腦、及遊戲系統。
電池組
如本文中所使用之「電池組(battery)」意指包含至少一個電池的容器，在其中化學能轉換成電並用作一電力來源。「電池(cell)」包含被用於產生電壓及電流的電解質隔開之單一陽極及陰極。在一「電池組庫(battery bank)」或「電池組包(battery pack)」中，當存在三或更多個電池組時，二或更多個電池組可以並聯、串聯、或兩者的組合配置。
鋰離子電池組
如本文中所使用之「鋰離子電池組(lithium ion battery)」或「LIB」，如實施例1、2、3、或4中任一者所述/所提供，意指使用鋰離子化學且包含具有鋰鹽電解質的一電解電池的一電池組。鋰離子電池組可為單一電池電池組或多個電池電池組、或包含二或更多個鋰離子電池組的電池組庫。
LIB包含：包含一陽極的一陽極室、包含一陰極的一陰極室、及將陽極室與陰極室隔開的一半透膜。陽極係由受固態電解質介面(solid electrolyte interphase, SEI)層防護的石墨構成。陰極係由鋰金屬氧化物（諸如LiCoO
2、LiFePO
4、LiMn
2O
4、或LiNiMnCoO
2）構成。陽極室及陰極腔室各自填充有液態電解質。液態電解質一般係可燃有機碳酸酯，諸如碳酸伸乙酯或碳酸二乙酯。液態電解質含有鋰鹽，諸如LiPF
6、LiAsF
6、LiClO
4、LiBF
4、或LiCF
3SO
3。
外殼
鋰離子電池組供電裝置係位於一外殼內。外殼係由足夠耐溫及耐壓的材料構成，以將從電池組產生的火焰容納在外殼內。外殼在LIB供電之裝置與圍繞該外殼的區域之間生成實體障壁。
熱失控終止藥劑之來源
提供一熱失控終止藥劑之一來源。該來源包含一儲存容器，其在正常操作期間儲存熱失控終止藥劑。該來源進一步包含安裝在容器上之一控制閥。控制閥可係一雙向控制閥或一三向控制閥，其係取決於實施例。
在本文中所揭示的任何實施例中，該來源可位於外殼內。
替代地，在本文中所揭示的任何實施例中，該來源可位於外殼之外。在此類實施例中，外殼具有一開口以提供感溫管與控制閥之間的感測器連通。當此實施例係實施例1或實施例3時，外殼亦具有一開口以提供雙向控制閥與感溫管之間的流體連通，以將熱失控終止藥劑遞送到外殼中。當此實施例係實施例2或實施例4時，外殼亦具有一開口以提供三向控制閥與噴嘴連接管之間的流體連通。外殼中用於感測器連通及流體連通之開口經密封以在一熱刺激之事件中維持外殼的完整性。
控制閥
在包括實施例1及實施例3的某些實施例中，當感溫管的破裂導因於LIB火災的火焰所引起的過熱時，一雙向控制閥允許將熱失控終止藥劑從容器通過感溫管釋放到外殼中。
雙向控制閥係與感溫管感測器連通。雙向控制閥可為能夠接收來自感溫管的一信號並由該信號致動的任何類型的閥。該信號係在感溫管受一熱刺激破裂時在該感溫管內產生的。當致動時，雙向控制閥開啟從容器通過閥及至感溫管的流體連通，以將熱失控終止藥劑遞送至鋰離子電池組附近。
在此類實施例中，熱失控終止藥劑係通過在感溫管中形成的熱刺激生成之開口遞送到外殼中。在此類實施例中，雙向控制閥與感溫管既呈感測器連通又呈流體連通。
在包括實施例2及實施例4的某些實施例中，當感溫管的破裂導因於LIB火災的火焰所引起的過熱時，一三向控制閥允許將熱失控終止藥劑從容器通過該閥至一噴嘴連接管釋放到外殼中。
三向控制閥係與感溫管感測器連通。三向控制閥可為能夠接收來自感溫管的一信號並由該信號致動的任何類型的閥。該信號係在感溫管受一熱刺激破裂時在該感溫管內產生的。當致動時，三向控制閥開啟從容器通過閥並至一噴嘴連接管的流體連通，以將熱失控終止藥劑通過一噴嘴遞送至鋰離子電池組附近。
在此類實施例中，熱失控終止藥劑係通過噴嘴連接管遞送到外殼中。在此類實施例中，三向控制閥與感溫管呈感測器連通且與噴嘴連接管呈流體連通。
惰性氣體
如本文中所使用的惰性氣體包含選自氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物的氣體。可選地惰性氣體進一步包含熱失控終止藥劑。
熱失控終止藥劑
熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮（或簡稱FK-5-1-12），當遞送至實施例1或2的外殼時，其量足以提供至少13% v/v（體積/體積）FK-5-1-12的濃度。
在一較佳實施例中，熱失控終止藥劑包含FK-5-1-12，當遞送至實施例1或2的外殼時，其量足以提供至少18% v/v FK-5-1-12的濃度。
實施例1、2、3、或4中任一者之熱失控終止藥劑可進一步包含一或多種惰性氣體。惰性氣體可選自氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物。
實施例1、2、3、或4中任一者之FK-5-1-12/惰性氣體混合物在70℉下的總壓力較佳為120至600 psig（在21℃下為0.8至4 Mpa）。在上限尤其基於實用性之情況下，可使用更高的壓力。
對於實施例1、2、3、或4中任一者，熱失控終止藥劑可進一步包含一或多種鹵碳(halocarbon)氣體。鹵碳氣體可選自1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)、五氟乙烷(HFC-125)、碘三氟甲烷(CF
3I)、三氟甲烷(CHF
3)、1,1,1,3,3,3-六氟乙烷(HFC-236fa)、E-或Z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯（E-或Z-HFO-1336mzz）、E-或Z-1,3,4,4,4-五氟-3-(三氟甲基)-1-丁烯（E-或Z-HFO-1438ezy）、
E-或
Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯（
E-或
Z-HCFO-1233zd）、2-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFO-1233xf)、E-或Z-1,3,3,3-四氟丙烯（
E-或
Z-HFO-1234ze）、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、
E-或
Z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯（
E-或
Z- 1224yd）、或2-溴-3,3,3-三氟丙烯(HBFO-1233xfB)。
感溫管
感溫管係位於外殼內。感溫管為一壓力管，意指該管含有或填充有預定壓力之惰性氣體或熱失控終止藥劑。感溫管可商購自，例如，Rotarex, Luxembourg。
對在感溫管內的惰性氣體或熱失控終止藥劑提供的預定壓力可有所變化，以提供不同爆管溫度(tube burst temperature)。較高的壓力會導致在較低的溫度下爆管，而較低的壓力會導致在較高的溫度下爆管。
所謂「爆管(tube burst)」意指當一熱刺激發生時，在管內的惰性氣體或熱失控終止藥劑的壓力增加，引起該管的破裂。換句話說，當感測到臨限溫度時，感溫管係「可爆裂的(burstable)」。
臨限溫度係感溫管會破裂的溫度。臨限溫度係由對在感溫管內的惰性氣體或熱失控終止藥劑提供的預定壓力，及感溫管的特定配方所判定。亦即，可變化感溫管的詳細組成以提供爆管之不同臨限溫度。
如下文進一步描述，在實施例1或2的方法中，熱刺激可為從外部熱源或從內部熱源對外殼施加熱的結果。
外部熱源係實體上位於外殼之外的任何熱源，諸如熱引擎或外部火焰。
內部熱源可為LIB本身導因於機械事件、或電氣事件、或缺陷事件的過熱，當其發生時，在外殼內產生熱。下文提供更多資訊。
一旦爆管，管會釋放先前含在其中的惰性氣體或熱失控終止藥劑。此外，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，一旦爆管，在感溫管內的惰性氣體或熱失控終止藥劑將被釋放到外殼中。
感溫管係設置在外殼內的裝置內的鋰離子電池組附近，使得從熱刺激釋放的熱導致該管的破裂。
感溫管的破裂導致在感溫管中形成一開口，將在正常操作期間維持在感溫管中之惰性氣體或熱失控終止藥劑釋放到外殼中。破裂亦產生一信號，例如來自感溫管中之壓力損失，該信號經轉送至控制閥。
在實施例1中，該信號致動一雙向控制閥以將熱失控終止藥劑從儲存容器，通過雙向控制閥釋放到感溫管中，並通過熱敏管(heat sensitive tube)中之熱刺激生成之開口排出，其提供火焰撲滅，及熱失控的終止並防止火焰初始撲滅之後的重燃。在此實施例中，感溫管執行溫度感測器、雙向控制閥的致動器或致動裝置、及用於熱失控終止藥劑進入外殼中之遞送管的功能。
在實施例2中，將藉由管的破裂所產生的信號轉送至一三向控制閥，該信號致動三向控制閥以將熱失控終止藥劑從容器通過三向控制閥釋放至一噴嘴連接管。噴嘴連接管係與感溫管分開的。在此實施例中，噴嘴連接管在外殼之內的三向控制閥遠端處具有一噴嘴。在此實施例中，感溫管執行溫度感測器、及三向控制閥的致動器或致動裝置的功能，但不作為用於熱失控終止藥劑進入外殼中之遞送管。噴嘴連接管在此實施例中執行遞送管的功能。
正常操作條件
所謂「正常操作條件(normal operating condition)」在本文中意指由一鋰離子電池組供電的裝置係在不會引起感溫管爆裂的溫度、壓力、及環境因素的條件下操作。
熱刺激
如實施例1及2中所述/所提供的一熱刺激係引起外殼內的熱產生的事件，致使LIB點燃導致在裝置內的火焰及熱失控。熱刺激可為機械事件、熱事件、電氣事件、或缺陷事件。
典型LIB熱失控事件的描述可在“Lithium-Ion Battery Chemistries,” John T. Warner [Elsevier 2019]的第3.9.3章中找到。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，在本說明中所指示的溫度並非精確數字，因為精確溫度取決於電池設計及化學，然而，對於不同的LIB設計，涉及熱失控的事件順序係類似的。
當在LIB電池內的溫度上升超出正常操作條件的溫度時熱失控發生，使得在電池內起始鏈反應，導因於不受控制的溫度增加及氧氣產生，該鏈反應係自我持續式(self-sustaining)。
根據Warner，一旦電池的溫度到達約80℃，導因於鋰與電解質溶劑的反應，陽極上之防護性固態電解質介面(SEI)層開始分解並在該放熱反應（產生熱）中崩解(break down)。在約100℃至120℃下，電解質（一般為可燃的有機碳酸酯）開始在另一放熱反應中崩解，其繼而在電池內產生各種氣體諸如CO
2及烴。隨著溫度接近120℃至130℃時，陽極與陰極之間的隔板熔化，使陽極與陰極之間接觸，引起內部短路並產生更多的熱。隨著溫度繼續上升，在約130℃至150℃下，陰極與電解質在另一個放熱化學反應中開始崩解，其亦產生氧氣。
從陰極崩解釋放的氧氣及與可燃電解質接觸會產生電池內之火災（火焰）。陰極的崩解亦為高度放熱反應，其產生顯著量的熱並繼續驅動該電池走向最終失效，並進一步增強在電池處之火災。
當溫度上升至150℃至180℃以上時，若電池無法迅速地驅散所產生的熱，則鏈反應可能變成自我持續式。此時，電池被稱為「熱失控(thermal runaway)」，因溫度增加及氧氣產生使火災成為自我持續式。若氣體繼續在電池內聚積，則電池可能破裂或通過一安全閥排放。電池在此時可能會破裂或排放可燃烴氣體及氫氟碳化物電解質。引入的火花可能點燃電解質及氣體，引起火焰、火災、及潛在地爆炸。
所謂「機械事件(mechanical event)」意指對LIB之實體損壞，諸如被一鋒利或鈍的物體穿透、被一重物、汽車碰撞擠壓。
所謂「熱事件(thermal event)」意指LIB係暴露於引起該LIB劣化的溫度中。溫度的來源可為內部的（諸如不良連接引起LIB從內部過熱），或外部的（諸如鄰近的熱源、外部火焰、或氣候控制區域中之氣候控制損失）。
所謂「電氣事件(electrical event)」意指LIB經受干擾或中斷正常電子流通過LIB的問題，諸如歸因於短路或過充電。
所謂「缺陷事件(defect event)」意指LIB的設計或製造（諸如品質控制不足、絕緣不良、不良連接）引入無法防護LIB在正常操作期間免受短路或熱產生影響的瑕疵。
機械事件、熱事件、電氣事件、或缺陷事件中之二或更多者可耦合引起熱刺激。例如，在一個實施例中，短路（電氣事件）可引起LIB過熱（熱事件），導致作為熱刺激之耦合事件。在另一實施例中，機械事件（諸如LIB的穿刺或穿透可能引起短路（電氣事件），導致作為熱刺激之迅速加熱（熱事件）。在另一實施例中，不良連接（缺陷事件）可能導致作為熱刺激之過熱（熱事件）。前述實施例僅係實例而非意欲為詳盡無遺。
當熱刺激發生時，感溫管爆裂，因此將惰性氣體或熱失控終止藥劑釋放到外殼中。
熱失控終止藥劑係在指定的釋放時間、藥劑濃度、及保持時間下釋放，由此終止火焰及熱失控二者，並且防止火焰初始撲滅之後的重燃。所屬技術領域中具有通常知識者所理解的藥劑濃度、釋放時間、及保持時間的公認定義如於NFPA 2001 Standard for Clean Agent Fire Protection Systems中所提供，可在https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=2001獲得。
熱失控終止藥劑係以指定的釋放時間、藥劑濃度、及保持時間釋放到外殼中，每個均足以撲滅可能存在的任何火焰以及終止熱失控。亦提供熱失控終止藥劑釋放，使得該保持時間足以將外殼及LIB冷卻至防止重燃的溫度。
在實施例1或實施例2的較佳實施例中，熱失控終止藥劑包含FK-5-1-12，當遞送至外殼時，其量足以提供13%至30% v/v的濃度。在實施例1或實施例2的替代性實施例中，熱失控終止藥劑包含FK-5-1-12，其量足以提供18%至28% v/v的濃度。在另一者中，熱失控終止藥劑包含FK-5-1-12，其量足以提供20%至25% v/v的濃度。
在實施例1或實施例2之較佳實施例中，釋放時間範圍係18秒至180秒、或25至120秒、及或45至120秒。所謂「釋放時間(discharge time)」在本文中係意指從藥劑開始遞送到外殼中的時間起至已有95%的藥劑遞送到外殼中的時間為止。
在實施例1或實施例2之較佳實施例中，保持時間範圍係10秒至15分鐘、或15至30分鐘、或30至60分鐘。所謂「保持時間(hold time)」在本文中係意指在外殼中之藥劑濃度保持在所欲濃度的時間段（隨著時間推移，藥劑可緩慢地從外殼中之小開口，例如排氣孔、百葉窗等洩漏）。
在實施例1或實施例2的一個實施例中，釋放時間係至少18秒，且熱失控終止藥劑包含FK-5-1-12，其量足以提供至少13% v/v FK-5-1-12的濃度，以提供火焰撲滅、終止單電池或多電池構型中之熱失控、及足以防止重燃的冷卻。在上限尤其基於實用性之情況下，可使用更長的釋放時間及更高的濃度。
圖式簡單說明
圖1a及圖1b係本文中所揭示的一LIB防護系統的示意圖，其使用在如本文中所揭示用於在由一鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法中。外殼
101係一危險區域，其可能經受源自位於一LIB供電之裝置
103中之LIB
102的鋰離子電池組(LIB)火災。LIB防火系統包括一熱失控終止藥劑的來源
104，其包含熱失控終止藥劑容器
105及雙向控制閥
106，該雙向控制閥連接至熱失控終止藥劑容器
105及感溫管。感溫管
107具有經由管端密封件
108封住的一端。感溫管
107係用惰性氣體或熱失控終止藥劑加壓至所欲壓力。在起源於LIB供電之裝置
103的火災
109的事件中，感溫管107偵測到最大熱（臨限溫度）的部分破裂（參見圖1b），形成一熱刺激生成之開口
110，將惰性氣體或熱失控終止藥劑從感溫管
107內釋放到外殼
101中，且同時導致在感溫管
107內的壓降，該壓降啟動控制閥
106以將熱失控終止藥劑從熱失控終止藥劑儲存容器
105通過控制閥
106遞送到感溫管
107中，從熱刺激生成之開口
110（參見圖1b）出來進入感溫管
107中並進入外殼
101中。將熱失控終止藥劑釋放到外殼
101中導致在LIB供電之裝置
103中之火焰撲滅及熱失控的終止，並防止火焰初始撲滅之後的重燃。
圖1b與圖1a相同，不同的是在圖1b中，感溫管
107已破裂（導因於火焰
109）且可見熱刺激生成之開口
110。
在圖1a及圖1b中所繪示的LIB防火系統中，感溫管
107執行溫度感測器（亦視為火災偵測裝置）、雙向控制閥的致動器或致動裝置（亦視為系統啟動裝置）、及用於熱失控終止藥劑進入外殼中之遞送管的功能。
圖2係本文中所揭示的一LIB防護系統的示意圖，其使用在如本文中所揭示用於在由一鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法中。外殼
201係一危險區域，其可能經受源自位於LIB供電之裝置
203之內的LIB
202中之一鋰離子電池組(LIB)火災。LIB防火系統包括熱失控終止藥劑的來源
204，其包含熱失控終止藥劑容器
205及三向控制閥
206，該三向控制閥連接至熱失控終止藥劑容器
205及感溫管
207，該感溫管的末端經由管端密封件
208封住。感溫管
207係用惰性氣體或熱失控終止藥劑加壓至所欲壓力。噴嘴連接管
211連接至三向控制閥
206並終止於遞送噴嘴
212。在起源於LIB供電之裝置
203的火災的事件中，感溫管
207偵測到最大熱（臨限溫度）的部分破裂，將在感溫管
207內的惰性氣體或熱失控終止藥劑釋放到外殼
201中，且同時導致在感溫管
207內的壓降，該壓降啟動三向控制閥
206以將流動從感溫管
207轉移至噴嘴連接管
211，將熱失控終止藥劑從熱失控終止藥劑儲存容器
205通過三向控制閥
206，遞送到噴嘴連接管
211，並從遞送噴嘴
212出來。將熱失控終止藥劑釋放至外殼
201中導致LIB供電之裝置
203中之火焰撲滅及熱失控的終止，並防止火焰初始撲滅之後的重燃。
在圖2中所繪示的LIB防火系統中，感溫管
207執行溫度感測器（亦視為火災偵測裝置）、控制閥
206的致動器或致動裝置（亦視為系統啟動裝置）的功能，但不作為用於熱失控終止藥劑進入外殼
201中之遞送管。噴嘴連接管
211與遞送噴嘴
212執行遞送管的功能。
圖3係本文中所揭示的一LIB防護系統的示意圖，其使用在如本文中所揭示用於在由一鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法中，其中熱失控終止容器係位於外殼
301之內，而不是位於外殼之外。外殼
301係一危險區域，其可能經受源自位於LIB供電之裝置
303之內的LIB
302中之一鋰離子電池組(LIB)火災。LIB防火系統包括一熱失控終止藥劑的來源
304，其包含熱失控終止藥劑容器
305及雙向控制閥
306，該雙向控制閥連接至熱失控終止藥劑容器
305及感溫管
307，該感溫管的末端經由管端密封件
308封住。感溫管
307係用惰性氣體或熱失控終止藥劑加壓至所欲壓力。在起源於LIB供電之裝置
303的火災的事件中，感
溫管
307偵測到最大熱（臨限溫度）的部分破裂，形成一開口，將惰性氣體或熱失控終止藥劑從感溫管
307內釋放到外殼
301中，且同時導致在感溫管
307內的壓降，該壓降啟動雙向控制閥
306以將熱失控終止藥劑從熱失控終止藥劑儲存容器
305通過雙向控制閥
306遞送到感
溫管
307中，從感溫管中之熱刺激生成之開口出來並進入外殼
301中。將熱失控終止藥劑釋放到外殼
301中導致LIB供電之裝置
303中之火焰撲滅及熱失控的終止，並防止火焰初始撲滅之後的重燃。
圖3係類似於圖1a及圖1b。在圖3中所繪示的LIB防火系統中，感溫管
307執行溫度感測器（亦視為火災偵測裝置）、控制閥的致動器或致動裝置（亦視為系統啟動裝置）、及用於熱失控終止藥劑進入外殼中之遞送管的功能。
圖4係本文中所揭示的一LIB防護系統的示意圖，其使用在如本文中所揭示用於在由一鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法中，其中熱失控終止容器係位於外殼401之內，而不是位於外殼之外。
外殼
401係一危險區域，其可能經受源自位於LIB供電之裝置
403之內的LIB
402中之一鋰離子電池組(LIB)火災。LIB防火系統包括一熱失控終止藥劑的來源
404，其包含熱失控終止藥劑容器
405及三向控制閥
406，該三向控制閥連接至熱失控終止藥劑容器
405及感溫管
407，該感溫管的末端經由管端密封件
408封住。感溫管
407係用惰性氣體或熱失控終止藥劑加壓至所欲壓力。噴嘴連接管
411連接至三向控制閥
406並終止於遞送噴嘴
412。在起源於LIB供電之裝置
403的火災的事件中，感溫管
407偵測到最大熱（臨限溫度）的部分破裂，將在感溫管
407內的惰性氣體或熱失控終止藥劑釋放到外殼
401中，且同時導致在感溫管
407內的壓降，該壓降啟動三向控制閥
406以將流動從感溫管
407轉移至噴嘴連接管
411，將熱失控終止藥劑從熱失控終止藥劑儲存容器
405通過三向控制閥
406，遞送到噴嘴連接管
411，並從遞送噴嘴
412出來。將熱失控終止藥劑釋放至外殼
401中導致LIB供電之裝置
403中之火焰撲滅及熱失控的終止，並防止火焰初始撲滅之後的重燃。
圖4係類似於圖2。在圖4中所繪示的LIB防火系統中，感溫管
407執行溫度感測器（亦視為火災偵測裝置）、控制閥
406的致動器或致動裝置（亦視為系統啟動裝置）的功能，但不作為用於熱失控終止藥劑進入外殼
401中之遞送管。噴嘴連接管
411與遞送噴嘴
412執行遞送管的功能。
圖5為一典型鋰離子電池組(LIB)的示意圖。LIB包含外殼體
520，在其中係位於LIB的陽極室
522中之陽極
521、及位於LIB的陰極室
524中之陰極
523。陽極室
522及陰極室
524係被半透性膜隔板(semipermeable membrane separator)
525隔開。陽極
521經由陽極-負載連接
527連接至負載
526，而陰極
523經由陰極-負載連接
528連接至負載
526。陽極
521受固態電解質介面(SEI)層
529防護。陽極室
522及陰極室
524兩者皆填充有液態電解質（未繪示）。
實例 材料
6700 mAh鋰離子供電包及鋁殼體之3.2 V DC LiFePO
4鋰離子聚合物電池組可商購自多個來源，包括Duracell、Ravpower、及Tenergy。Rotarex直接型低壓閥(direct low-pressure valve)、Rotarex壓力開關、Rotarex FireDETEC感溫管、及Rotarex管線末端應接器(end-of-line adapter)全部可購自Rotarex S.A., Luxembourg。Harbin Coslight GYFP4875T型數據記錄器可購自Harbin Coslight Storage Battery Co., Ltd., Heilongjiang, China。
十二氟-2-甲基戊-3-酮可以3M
™Novec
™1230防火流體購自3M, St. Paul, MN。
實例 1 （比較性）. 自由燃燒試驗 (Freeburn test) ：經由機械破壞起始供電包中之熱失控。
經由機械損壞起始一塑膠殼體之6700 mAh鋰離子供電包中之熱失控。將配備有一刺穿尖端的重錘柱塞(weighted plunger)通過一導管落在位於一1.15 m
3鋼製測試外殼（配備有觀察窗及閉路電視(CCTV)）中之供電包上。當刺穿電池組後，發生火焰及熱失控，其持續大約15分鐘。
實例 2 （比較性）. 自由燃燒試驗：經由機械破壞起始 3.2 V DC LiFePO
4 電池組中之熱失控。
重複實例1的程序以起始一鋁殼體之3.2 V DC LiFePO
4鋰離子聚合物電池組中之熱失控。當刺穿電池組後，發生火焰及熱失控，其持續大約15分鐘。
實例 3. 抑制鋰離子電池組火災及熱失控：機械損壞
重複實例2的程序，其中添加安裝在測試外殼中之防護系統。防護系統由下列所組成：(1)一滅火藥劑儲存容器，其含有FK-5-1-12滅火藥劑（用於濃度19.3%之FK-5-1-12藥劑的遞送）、(2)一Rotarex直接型低壓閥，其位於儲存鋼瓶上、(3)一Rotarex壓力開關，其位於低壓閥上、(4)一段Rotarex FireDETEC感溫管，其用氮氣加壓至15巴，該感溫管位於鋰離子電池組上方大約6吋處、及(5)一Rotarex管線末端應接器，其固定在該感熱管的末端。在藉由重錘柱塞裝置刺穿電池組後，正如燃燒所證，熱失控發生。在起始熱失控之後，系統自動啟動，釋放FK-5-1-12藥劑並撲滅所有燃燒。在15分鐘保持時間之後沒有發生重燃，且在打開測試外殼並將測試外殼內容物暴露於空氣中時也沒有重燃。
實例 4. 抑制鋰離子電池組火災及熱失控：過充電 / 過熱之電池組
抑制測試係在發生在一Harbin Coslight GYFP4875T型數據記錄器中之鋰離子電池組火災上進行，該數據記錄器由十二個串接的鋁殼體之3.2 V DC LiFePO
4鋰離子聚合物電池組所組成的一電池組包供電。數據記錄器係位於1 m
3的二開室外機櫃(outdoor cabinet, ODC)中，其配備有一觀察窗及一防護系統。防護系統由下列所組成：(1)一滅火藥劑儲存容器，其含有FK-5-1-12滅火藥劑、(2)一Rotarex直接型低壓閥，其位於儲存鋼瓶上、(3)一Rotarex壓力開關，其位於低壓閥上、(4)一段Rotarex FireDETEC感熱管，其用氮氣加壓至15巴，該感溫管位於鋰離子電池組上方大約6吋處、及(5)一Rotarex管線末端應接器，其固定在該感熱管的末端。將十一個電池組充電至100%的充電狀態，而將一個電池組通過施加3.4至3.6伏特（100至110 A）來過充電；在過充電11分鐘之後，將位於過充電電池上的一加熱器打開以提供額外的加熱，直到熱失控開始，正如燃燒所證。在2分鐘之後，系統自啟動、釋放FK-5-1-12藥劑並撲滅所有燃燒。在15分鐘保持時間之後沒有發生重燃，且在打開測試外殼並將測試外殼內容物暴露於空氣中時也沒有重燃。
101:外殼
102:LIB
103:LIB供電之裝置
104:熱失控終止劑的來源
105:熱失控終止劑容器
106:雙向控制閥
107:感溫管
108:管端密封件
109:火災
110:熱刺激生成之開口
201:外殼
202:LIB
204:熱失控終止劑的來源
205:熱失控終止劑容器
206:三向控制閥
207:感溫管
208:管端密封件
211:噴嘴連接管
212:噴嘴
301:外殼
302:LIB供電之裝置
303:LIB供電之裝置
304:熱失控終止劑的來源
305:熱失控終止劑容器
306:雙向控制閥
307:感溫管
308:管端密封件
401:外殼
402:LIB
403:LIB供電之裝置
404:熱失控終止劑的來源
405:熱失控終止劑容器
406:三向控制閥
407:感溫管
408:管端密封件
411:噴嘴連接管
412:遞送噴嘴
520:外殼體
521:陽極
522:陽極室
523:陰極
524:陰極室
525:半透性膜隔板
526:負載
527:陽極-負載連接
529:固態電解質介面(SEI)層
圖1a及圖1b係本揭露之一LIB防護系統的一個實施例的示意圖。
圖2係本揭露之一LIB防護系統的第二實施例的示意圖。
圖3係本揭露之一LIB防護系統的第三實施例的示意圖。
圖4係本揭露之一LIB防護系統的第四實施例的示意圖。
圖5係一般鋰離子電池組(LIB)的示意圖。
Claims (49)
- 一種用於在由鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法，其包含：(a)提供一外殼；(b)提供一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)提供一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一雙向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該雙向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)提供一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該控制閥連通而另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近；及(e)提供一熱刺激，其產生一火焰並起始熱失控，於是該感溫管破裂，在該感溫管中生成一開口，並造成該感溫管內的該惰性氣體或熱失控終止藥劑通過該感溫管中的該熱刺激生成之開口釋放並進入該外殼，導致在該感溫管內的一壓降，該壓降致動該控制閥以將該熱失控終止藥劑從該儲存容器通過該控制閥遞送至該感溫管，並從該感溫管中之該熱刺激生成之開口出來並進入該外殼中；其中該熱失控終止藥劑的該遞送係由一釋放時間、一熱失控終止藥劑濃度、及保持時間所表徵，從而撲滅該火焰及終止熱失控，並防止該火焰的該撲滅之後的重燃。
- 如請求項1之方法，其中在步驟(d)中該感溫管含有一惰性氣體。
- 如請求項2之方法，其中該惰性氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物。
- 如請求項3之方法，其中該惰性氣體進一步包含該熱失控終止藥劑。
- 如請求項1之方法，其中在步驟(d)中該感溫管含有一熱失控終止藥劑。
- 如請求項1至5中任一項之方法，其中該雙向控制閥具有至少三個埠。
- 如請求項6之方法，其中該雙向控制閥具有一第三埠，該第三埠提供用於從該等容器內容物中抽取一樣本之一選項。
- 一種用於在由鋰離子電池組供電的裝置中撲滅火焰並終止熱失控之方法，其包含：(a)提供一外殼；(b)提供一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)提供一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一三向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該三向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；(d)提供一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該三向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近；(e)提供一噴嘴連接管，該噴嘴連接管的一端與該三向控制閥連通，並在該噴嘴連接管的另一端終止於該鋰離子電池組附近的一噴嘴；及(f)提供一熱刺激，其產生一火焰並起始熱失控，於是該感溫管破裂，在該感溫管中生成一開口（「熱刺激生成之開口」），並造成該感溫管內的該惰性氣體或熱失控終止藥劑通過該感溫管中的該熱刺激生成之開口釋放並進入該外殼，導致在該感溫管內的一壓降，該壓降致動該三向控制閥以將該熱失控終止藥劑從該儲存容器通過該三向控制閥遞送至該噴嘴連接管，導致該熱失控終止藥劑從該噴嘴釋放到該外殼中；其中該熱失控終止藥劑的該遞送係由一釋放時間、一熱失控終止藥劑濃度、及保持時間所表徵，從而撲滅該火焰及終止熱失控，並防止該火焰的該撲滅之後的重燃。
- 如請求項8之方法，其中在步驟(d)中該感溫管含有一惰性氣體。
- 如請求項9之方法，其中該惰性氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物。
- 如請求項10之方法，其中該惰性氣體進一步包含該熱失控終止藥劑。
- 如請求項8之方法，其中在步驟(d)中該感溫管含有一熱失控終止藥劑。
- 如請求項8至12中任一項之方法，其中該三向控制閥具有至少四個埠。
- 如請求項13之方法，其中該三向控制閥具有一第四埠，該第四埠提供用於從該等容器內容物中抽取一樣本之一選項。
- 如請求項1至14中任一項之方法，其中該裝置係選自數據記錄器、電信設備、個人電子設備、電動工具、儲能系統、資料中心、電動馬達車輛、及電動腳踏車。
- 如請求項15之方法，其中該裝置係選自手機、膝上型電腦、及遊戲系統的個人電子設備。
- 如請求項1至16中任一項之方法，其中該鋰離子電池組包含：包含一陽極的一陽極室、包含一陰極的一陰極室、及將該陽極室與該陰極室隔開的一半透膜，且其中該陽極係由受固態電解質介面層防護的石墨構成，而該陰極係由選自LiCoO 2、LiFePO 4、LiMn 2O 4、或LiNiMnCoO 2的鋰金屬氧化物構成。
- 如請求項17之方法，其中該陽極室及陰極室係各自填充有液態電解質，該液態電解質係選自碳酸伸乙酯或碳酸二乙酯的可燃有機碳酸酯，該液態電解質含有選自LiPF 6、LiAsF 6、LiClO 4、LiBF 4、或LiCF 3SO 3的鋰鹽。
- 如請求項1至18中任一項之方法，其中該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮，當遞送至該外殼時，其量足以提供至少13% v/v（體積/體積）的十二氟-2-甲基戊-3-酮的一濃度。
- 如請求項19之方法，其中該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮，當遞送至該外殼時，其量足以提供至少18% v/v的十二氟-2-甲基戊-3-酮的一濃度。
- 如請求項1至20中任一項之方法，其中該熱失控終止藥劑包含一或多種選自下列之惰性氣體：氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物。
- 如請求項1至21中任一項之方法，其中該熱失控終止藥劑包含一或多種鹵碳氣體。
- 如請求項22之方法，其中該鹵碳氣體係選自HFC-227ea、HFC-125、CF 3I、CHF 3、HFC-236fa、E-或Z-HFO-1336mzz、E-或Z-HFO-1438ezy、 E-或 Z-HCFO-1233zd、HCFO-1233xf、 E-或 Z-HFO-1234ze、HFO-1234yf、 E-或 Z- 1224yd、或HBFO-1233xfB。
- 如請求項1至23中任一項之方法，其中該熱刺激係從一外部來源對該外殼施加熱的結果。
- 如請求項1至23中任一項之方法，其中該熱刺激係從一內部來源對該外殼施加熱的結果。
- 如請求項25之方法，其中該內部來源係因為一機械事件、或電氣事件、或一缺陷事件所致的該LIB過熱。
- 如請求項26之方法，其中一機械事件、一熱事件、一電氣事件、或一缺陷事件中之二或更多者耦合引起該熱刺激。
- 如請求項1至26中任一項之方法，其中該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮，當遞送至該外殼時，其量足以提供13%至30% v/v的十二氟-2-甲基戊-3-酮的一濃度。
- 如請求項28之方法，其中該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮，當遞送至該外殼時，其量足以提供18%至28% v/v的十二氟-2-甲基戊-3-酮的一濃度。
- 如請求項28之方法，其中該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮，當遞送至該外殼時，其量足以提供20%至25% v/v的十二氟-2-甲基戊-3-酮的一濃度。
- 如請求項1至30中任一項之方法，其中該釋放時間範圍係18秒至180秒。
- 如請求項31之方法，其中該釋放時間範圍係25至120秒。
- 如請求項31之方法，其中該釋放時間範圍其中該釋放時間範圍係45至120秒。
- 如請求項1至34中任一項之方法，其中該保持時間範圍係10至15分鐘。
- 如請求項34項之方法，其中該保持時間範圍係15至30分鐘。
- 如請求項34項之方法，其中該保持時間範圍係30至60分鐘。
- 如請求項1至28中任一項之方法，其中該釋放時間係至少18秒，且該熱失控終止藥劑包十二氟-2-甲基戊-3-酮，其量足以提供至少13% v/v的十二氟-2-甲基戊-3-酮的一濃度。
- 一種防火系統，其包含：(a)一外殼；(b)一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一雙向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該雙向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；及(d)一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該管具有兩端，其中(i)一端係與該雙向控制閥連通而該另一端經封端，(ii)該管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該管係設置在該鋰離子電池組附近，且該管當感測到一臨限溫度時係可爆裂的。
- 如請求項38之防火系統，其中組件(c)的該感溫管含有一惰性氣體。
- 如請求項39之防火系統，其中該惰性氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物。
- 如請求項39之防火系統，其中該惰性氣體進一步包含該熱失控終止藥劑。
- 如請求項38之防火系統，其中組件(c)的該感溫管含有一熱失控終止藥劑。
- 一種防火系統，其包含：(a)一外殼；(b)一裝置，其定位在該外殼內，其中該裝置包含一鋰離子電池組並由其供電；(c)一熱失控終止藥劑之一來源，其中該來源包含一容器及一三向控制閥，其中該容器含有該熱失控終止藥劑，該三向控制閥係附接至該容器中之一開口，且該熱失控終止藥劑包含十二氟-2-甲基戊-3-酮；及(d)一感溫管，其含有適合該裝置正常操作條件的一預定壓力及溫度之一惰性氣體或一熱失控終止藥劑，其中該感溫管具有兩端，其中(i)一端係與該三向控制閥連通而另一端經封端，(ii)該感溫管係位於該外殼內，且包含用於偵測一臨限溫度之一溫度感測器，且(iii)該感溫管係設置在該鋰離子電池組附近，且該感溫管當感測到一臨限溫度時係可爆裂的；及(e)一噴嘴連接管，該噴嘴連接管的一端與該三向控制閥連通，並在該噴嘴連接管的另一端終止於該鋰離子電池組附近的一噴嘴。
- 如請求項43之防火系統，其中組件(c)的該感溫管含有一惰性氣體。
- 如請求項44之防火系統，其中該惰性氣體係選自氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、及其混合物。
- 如請求項44之防火系統，其中該惰性氣體進一步包含該熱失控終止藥劑。
- 如請求項43之防火系統，其中組件(c)的該感溫管含有一熱失控終止藥劑。
- 如請求項38至47中任一項之防火系統，其中該裝置係選自數據記錄器、電信設備、個人電子設備、電動工具、儲能系統、資料中心、電動馬達車輛、及電動腳踏車。
- 如請求項48之防火系統，其中該裝置係選自手機、膝上型電腦、及遊戲系統的個人電子設備。
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