[發明專利]用于管理電池系統中的熱失控氣體的方法和設備

有效

• 申請號: 201780038164.5
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN109565096B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: J·林德斯特羅姆;D·洛克霍斯特
• 申請（專利權）人: 康福斯能源公司
• 主分類號: H01M10/6566
• 分類號: H01M10/6566;H01M10/613;H01M50/30
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;王艷春

包括安裝在機架組件中的一個或多個電池模塊的系統具有限定冷卻空氣通路的結構，該冷卻空氣通路用于使冷卻空氣流動穿過每個電池模塊的側面和/或底部，由此冷卻電池模塊，或者可替代地，流動穿過電池模塊中的能量單元。此外，該系統具有限定熱失控氣體通路的結構，該熱失控氣體通路用于使來自電池模塊的熱失控氣體流出該系統。該系統結構被構造為確保冷卻空氣通路和熱失控氣體通路物理分離，由此最小化熱失控氣體與冷卻空氣在大程度上混合而可能導致自燃和爆炸的風險。

技術領域

本公開總的涉及用于管理電池系統中的熱失控氣體的方法和設備，包括使電池系統中的熱失控氣體與冷卻空氣分離。

背景技術

一種類型的可充電電池是具有多層結構的鋰離子電池，該多層結構包括由各種混合的氧化物或橄欖石型材料(olivines)激活的正電極，由特殊碳激活的負電極，以及全部浸沒在有機電解質中的隔板。電池通常容納在外殼中，以形成電池模塊。在正常操作條件期間，電能在充電期間被轉換為化學能并且作為化學能存儲起來，并且在放電期間所存儲的化學能被轉換成電能。更具體地說，在充電期間，正電極中的鋰被電離并且層層移動到負電極；在放電期間，離子移動到正電極并恢復到其原始化合物。多個鋰離子電池模塊可以安裝在機架組件(rack assembly)上，以形成電池組。

在諸如過電壓、過電流或過熱的某些極端情況下，在鋰離子電池內可能發生稱為“自加熱(self heating)”的情況，這可導致電池進入稱為“熱失控(thermal runaway)”的狀態。自加熱是電池單元(battery cell)的內部電化學結構導致其中的溫度升高的情況。當電池單元中的內部溫度增加到發生化學反應并釋放出可燃氣體的水平時，發生熱失控。如果容納電池單元的外殼內有足夠的氧氣，則可燃氣體將會點燃并釋放出大量能量。

單個電池模塊中的熱失控的影響可能非常劇烈且具有破壞性。當發生熱失控時，會產生少量氧氣，內部溫度可升至800℃以上。這些事件的組合可導致內部著火、過度放氣，并且隨后導致鋰離子單元周圍的外殼破裂。火迅速消耗內部產生的氧氣并繼續消耗單元周圍的氧氣。

在電池模塊內產生的過量氣體可導致內部壓力增加超過安全極限，并且可能導致破壞性事件，例如外殼中的爆裂。因此，已知的是為外殼提供壓力釋放或排氣裝置，以允許過量氣體離開模塊。然而，當這些氣體與周圍空氣混合，并且所得到的混合物處于可燃性下限和上限之間時，混合物可能自燃，并可能引起爆炸。某些電池系統加劇了這種潛在的問題，這些電池系統使用鼓風機使空氣流過電池模塊，以移除運行期間產生的熱量。如果在這樣的系統中發生熱失控，則由于鼓風機有助于過量氣體與周圍空氣混合，故從電池模塊泄出的過量氣體與周圍空氣混合的風險更大。

因此，期望的是提供一種解決現有技術電池系統所面臨的至少其中一些挑戰的解決方案。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種用于管理電池中的熱失控的系統，包括：至少一個電池模塊，其包括至少一個能量單元；冷卻空氣通路，其與該至少一個能量單元熱連通；熱失控氣體通路，其與該至少一個能量單元氣體連通；和分隔器，其物理上分離冷卻空氣通路和熱失控氣體通路，使得沿著冷卻空氣通路流動的冷卻空氣基本上不與從該至少一個能量單元泄出并沿著熱失控氣體通路流動的熱失控氣體混合。