[发明专利]抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置，是抑制锂离子电池热失控的发生和阻止锂离子电池组热失控的传播的方法及装置。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、能量密度大、循环寿命长以及良好的高、低温放电性能等优点，其应用范围越来越广泛。但锂离子电池在应用中潜在的安全问题已经成为制约其发展的一个瓶颈，尤其用于动力系统的锂离子电池组，由于含有更多的单体电池，其安全问题也更加突出。

通常研究者试图从改进电池材料、完善单体和模块结构、提高电池外围电路可靠性，这三个方面来解决锂离子电池安全性问题，但到目前为止效果并不理想，锂离子电池的安全事故仍然不断发生。因此，急需一种新的思路来提高锂离子电池的安全性。

目前，人们开始尝试通过电池外部的相关安保措施来阻止锂离子电池的热失控。

CN 102470261 A公开了一种制止或预防锂离子电池燃烧的方法，通过使用钙盐的含水溶液和凝胶灭火剂来达到减少锂离子电池燃烧的危险。但钙盐的含水溶液是可以导电的，其作用在电池上，无疑会增加电池短路的风险。

US 6,599,656 B2公开了一种阻止锂离子电池热失控的方法，通过在锂离子电池组中增加装载有二氧化碳或者氮气与氩气的混合物的罐体，在探测到异常情况时，使这些高压惰性气体喷射到电池周围，驱逐可燃气体和氧气，从而达到阻燃的目的。但电池燃烧只加剧而不能决定热失控进程，因而，通过喷射高压惰性气体并不能完全阻断热失控在电池组内的传播。

US 2013/0312947 A1和US 2013/0316198 A1公开了一种冷却液喷射灭火的锂离子电池组设计。正常使用时，制冷剂以高压液态的形式储存在罐中，当BMS检测到出现热失控等紧急情况时，高压制冷剂（R-123）从预设管道喷出，扑灭火焰、在热失控电池表面汽化，吸收大量热量，并稀释可燃电解液，从而阻断热失控传播，保护整个电池组安全。R-123常作为空调、冰箱等电器的制冷剂，但灭火效能并不理想，而且，R-123是一种温室气体，同时也会对臭氧层产生破坏，因，此一些国家已开始限制使用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置，是通过液态惰性气体对故障锂离子电池制冷和灭火双重作用，安保方式功能齐全、稳定、安全、可靠，效能高，液态惰性气体汽化产物无毒、环保、洁净、对电池设备没有二次伤害。

本发明抑制和阻止锂离子电池热失控方法的技术方案是：

一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法，它是使用液态惰性气体对故障锂离子电池进行喷淋制冷和灭火，步骤包括：

A、选取喷淋时机：当电池单体达到一定温度时，即开启喷淋装置；

B、确定喷淋气体的喷淋量：以液态惰性气体的汽化潜热量计，液态惰性气体的汽化潜热量为电池单体热失控放热量的0.1～10倍；

C、确定喷淋方式：喷淋方式为连续喷淋或间断喷淋。

进一步的技术方案是：

所述的抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其液态惰性气体为液氮、液氩和液态二氧化碳它们中的一种，或二种，或三种组合。

所述的抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其A步骤中，电池单体温度达到60℃～140℃时开启喷淋装置。

所述的抑制和阻止锂离子电池热失控的方法，其液态惰性气体喷淋量以升计，由下式确定：

      h＝0.1～10 Q / R               （1）

    式中：h为液态惰性气体喷淋量：

          Q为电池单体热失控放热量；

           R为每升液态惰性气体汽化潜热量。

所述的抑制和阻止锂离子电池热失控方法，电池单体热失控放热量Q和每升液态惰性气体汽化潜热量r由下式确定：

Q＝m₁q₁+ m₂q₂+…+ m_nq_n    -----（2）

        式中：q为组成锂离子电池的可燃材料的热值；

              m为组成锂离子电池的可燃材料的质量。

所述的抑制和阻止锂离子电池热失控的方法，其液态惰性气体喷淋方式为连续喷淋或和间断喷淋。

所述的抑制和阻止锂离子电池热失控方法，其锂离子电池的电池单体的活性物质正极为三元材料，或磷酸铁锂，或锰酸锂。