[发明专利]用于管理电池系统中的热失控气体的方法和设备

说明书

包括安装在机架组件中的一个或多个电池模块的系统具有限定冷却空气通路的结构，该冷却空气通路用于使冷却空气流动穿过每个电池模块的侧面和/或底部，由此冷却电池模块，或者可替代地，流动穿过电池模块中的能量单元。此外，该系统具有限定热失控气体通路的结构，该热失控气体通路用于使来自电池模块的热失控气体流出该系统。该系统结构被构造为确保冷却空气通路和热失控气体通路物理分离，由此最小化热失控气体与冷却空气在大程度上混合而可能导致自燃和爆炸的风险。

技术领域

本公开总的涉及用于管理电池系统中的热失控气体的方法和设备，包括使电池系统中的热失控气体与冷却空气分离。

背景技术

一种类型的可充电电池是具有多层结构的锂离子电池，该多层结构包括由各种混合的氧化物或橄榄石型材料(olivines)激活的正电极，由特殊碳激活的负电极，以及全部浸没在有机电解质中的隔板。电池通常容纳在外壳中，以形成电池模块。在正常操作条件期间，电能在充电期间被转换为化学能并且作为化学能存储起来，并且在放电期间所存储的化学能被转换成电能。更具体地说，在充电期间，正电极中的锂被电离并且层层移动到负电极；在放电期间，离子移动到正电极并恢复到其原始化合物。多个锂离子电池模块可以安装在机架组件(rack assembly)上，以形成电池组。

在诸如过电压、过电流或过热的某些极端情况下，在锂离子电池内可能发生称为“自加热(self heating)”的情况，这可导致电池进入称为“热失控(thermal runaway)”的状态。自加热是电池单元(battery cell)的内部电化学结构导致其中的温度升高的情况。当电池单元中的内部温度增加到发生化学反应并释放出可燃气体的水平时，发生热失控。如果容纳电池单元的外壳内有足够的氧气，则可燃气体将会点燃并释放出大量能量。

单个电池模块中的热失控的影响可能非常剧烈且具有破坏性。当发生热失控时，会产生少量氧气，内部温度可升至800℃以上。这些事件的组合可导致内部着火、过度放气，并且随后导致锂离子单元周围的外壳破裂。火迅速消耗内部产生的氧气并继续消耗单元周围的氧气。

在电池模块内产生的过量气体可导致内部压力增加超过安全极限，并且可能导致破坏性事件，例如外壳中的爆裂。因此，已知的是为外壳提供压力释放或排气装置，以允许过量气体离开模块。然而，当这些气体与周围空气混合，并且所得到的混合物处于可燃性下限和上限之间时，混合物可能自燃，并可能引起爆炸。某些电池系统加剧了这种潜在的问题，这些电池系统使用鼓风机使空气流过电池模块，以移除运行期间产生的热量。如果在这样的系统中发生热失控，则由于鼓风机有助于过量气体与周围空气混合，故从电池模块泄出的过量气体与周围空气混合的风险更大。

因此，期望的是提供一种解决现有技术电池系统所面临的至少其中一些挑战的解决方案。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于管理电池中的热失控的系统，包括：至少一个电池模块，其包括至少一个能量单元；冷却空气通路，其与该至少一个能量单元热连通；热失控气体通路，其与该至少一个能量单元气体连通；和分隔器，其物理上分离冷却空气通路和热失控气体通路，使得沿着冷却空气通路流动的冷却空气基本上不与从该至少一个能量单元泄出并沿着热失控气体通路流动的热失控气体混合。