电池模组、电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置及方法

本发明属于储能电站消防领域，具体涉及电池模组、电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置及方法。

背景技术：

1、储能技术在电力系统发、输、配、用电的各环节发挥着调峰调频、灵活输出、无功支撑等重要作用，是实现智能电网的关键技术之一。磷酸铁锂(lifepo4)电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优点，在大规模储能领域中应用广泛。而随着磷酸铁锂电池储能在电网的大规模工程应用，储能系统的安全问题也越来越突出。电池单体一致性不足、电池性能劣化、保护系统失效等都会使电池不可避免的发生过充、过放、过热等滥用状况。例如过充条件下，锂枝晶在石墨负极上持续生长可能使电池聚合物隔膜穿孔，导致正负极直接接触发生短路，造成单体电池热失控，单体电池热失控后产生的高温会进一步引发相邻电池热失控，从而引起电池模组的热失控，最终导致起火、爆炸等重大安全事故。因此，储能锂电池热失控抑制对于锂电池储能电站安全运行具有重要意义。

2、目前抑制锂电池火灾的主要灭火剂类型有干粉灭火剂及气体灭火剂、水雾喷淋灭火、七氟丙烷灭火和全氟己酮灭火。其中，干粉灭火剂及气体灭火剂可以完全阻断电池与空气的接触，能一定程度降温，但效果较差，且此类灭火剂并不能阻止电池的热失控，往往会发生复燃及爆炸；水雾喷淋灭火电池温度会明显降低，可以有效延长热失控蔓延的时间，但一旦停止喷淋，电池极易再次发生热失控，且水雾灭火后会产生氢气、氟化氢等气体，不仅增加消防救援的危险性，还可能导致储电站电路的损坏，水量过大还会对储能系统电绝缘性造成永久性破坏，且水雾喷淋在锂电池不同热失控阶段抑温效果差异较大，在初爆阶段使用可以有效抑制热失控的发生，在燃爆阶段使用则基本无效；七氟丙烷虽然能迅速隔绝锂电池与空气之间的接触从而达到灭火的效果，但并不能做到快速降低体系温度从而阻止锂电池的热失控，储能电池内部化学反应仍在持续进行，反应过程中产生大量由可燃物质构成的烟气，因而易发生复燃及爆炸；全氟己酮可以有效地控制电池的热失控，但是会释放出大量酸性烟气，腐蚀电池模组甚至整个电池簇。与此同时，目前的储能电站消防系统主要为集中式，最多只能以电池模组为最小单元进行防控，而储能电站电池模组在单预制舱内排列高度密集，使得灭火剂难以进入到电池本体，热失控仍然在孕育、发生、扩展，极易发生复燃。

技术实现思路

1、本发明围绕储能电站消防问题，提供了电池模组、电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置及方法，以克服现有技术存在的缺陷，在单体电池热失控早期将其抑制，提高储能电站的运行安全性。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，包括外壳、热敏绝缘材料和感温引发剂，感温引发剂设置在热敏绝缘材料上，外壳包覆在热敏绝缘材料和感温引发剂整体结构的外部，外壳上在与感温引发剂正对的位置开设有第一通孔，外壳上在与热敏绝缘材料正对的位置开设有若干第二通孔，所述感温引发剂的温度临界值大于电池正常工作温度最大值且小于热敏绝缘材料反应温度，当感温引发剂温度超过临界温度时，感温引发剂发生反应并触发热敏绝缘材料发生反应，热敏绝缘材料反应后能够生成灭火剂。

4、优选的，所述感温引发剂设置于热敏绝缘材料的中心位置，感温引发剂露出于热敏绝缘材料的表面。

5、优选的，所述热敏绝缘材料的成分包括氧化剂、可燃剂和黏合剂，其中氧化剂包括硝酸钾和硝酸锶，可燃剂包括镁和铝，黏合剂采用水玻璃或酚醛树脂。

6、优选的，外壳上设置有固定螺孔。

7、本发明还提供了一种电池模组，包括电池模组壳以及设置于电池模组壳内的多个电池单体以及本发明如上所述的电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，电池模组壳内在与电池单体顶部相对的位置设置有所述电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，外壳与电池模组壳连接，第一通孔和第二通孔均与电池单体相对。

8、优选的，第一通孔与电池单体顶部的防爆阀正对，所有第二通孔的分布范围覆盖电池单体所占据的范围。

9、优选的，外壳与电池单体顶部之间的距离为1-5cm。

10、优选的，电池模组壳内在与每个电池单体顶部正对的位置均设置有一所述电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置。

11、优选的，外壳与电池模组壳之间通过胶粘或螺钉固定的方式连接。

12、本发明如上所述电池模组自触发电池热失控抑制的方法，其特征在于，包括如下过程：

13、当电池单体发生热失控时，发生热失控的电池单体上的防爆阀开启，从防爆阀喷出的高温烟气经第一通孔与感温引发剂接触并触发感温引发剂发生反应，感温引发剂发生反应后触发热敏绝缘材料发生反应，热敏绝缘材料反应后生成灭火剂，生成的灭火剂从第二通孔喷出，从第二通孔喷出的灭火剂喷射在发生热失控的电池单体上及该电池单体的周围，对发生热失控的电池单体进行灭火和降温。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置中设置感温引发剂，感温引发剂能够利用电池热失控时产生的热量发生反应，感温引发剂发生反应后产生的热量能够触发热敏绝缘材料发生反应，该感温引发剂起到了引信的作用，并实现了在电池发生热失控时自动启动本装置的作用，无需传感器、电源等外部设备，大大简化了大规模储能电站消防系统的结构；热敏绝缘材料发生反应后能够产生灭火剂，生成的灭火剂可通过若干第二通孔喷射而出，从而实现对电池的自动灭火。利用本发明电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置能够实现电池热失控早期将其抑制，提高储能电站的运行安全性。

技术特征：

1.电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，其特征在于，包括外壳(6)、热敏绝缘材料(8)和感温引发剂(4)，感温引发剂(4)设置在热敏绝缘材料(8)上，外壳(6)包覆在热敏绝缘材料(8)和感温引发剂(4)整体结构的外部，外壳(6)上在与感温引发剂(4)正对的位置开设有第一通孔(9)，外壳(6)上在与热敏绝缘材料(8)正对的位置开设有若干第二通孔(10)，所述感温引发剂(4)的温度临界值大于电池正常工作温度最大值且小于热敏绝缘材料(8)反应温度，当感温引发剂(4)温度超过临界温度时，感温引发剂(4)发生反应并触发热敏绝缘材料(8)发生反应，热敏绝缘材料(8)反应后能够生成灭火剂。

2.根据权利要求1所述的电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，其特征在于，所述感温引发剂(4)设置于热敏绝缘材料(8)的中心位置，感温引发剂(4)露出于热敏绝缘材料(8)的表面。

3.根据权利要求1所述的电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，其特征在于，所述热敏绝缘材料(8)的成分包括氧化剂、可燃剂和黏合剂，其中氧化剂包括硝酸钾和硝酸锶，可燃剂包括镁和铝，黏合剂采用水玻璃或酚醛树脂。

4.根据权利要求1所述的电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置，其特征在于，外壳(6)上设置有固定螺孔(7)。

5.电池模组，其特征在于，包括电池模组壳(2)以及设置于电池模组壳(2)内的多个电池单体(3)以及权利要求1-4任意一项所述的电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置(1)，电池模组壳(2)内在与电池单体(3)顶部相对的位置设置有所述电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置(1)，外壳(6)与电池模组壳(2)连接，第一通孔(9)和第二通孔(10)均与电池单体(3)相对。

6.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，第一通孔(9)与电池单体(3)顶部的防爆阀(3-1)正对，所有第二通孔(10)的分布范围覆盖电池单体(3)所占据的范围。

7.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，外壳(6)与电池单体(3)顶部之间的距离为1-5cm。

8.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，电池模组壳(2)内在与每个电池单体(3)顶部正对的位置均设置有一所述电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置(1)。

9.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，外壳(6)与电池模组壳(2)之间通过胶粘或螺钉固定的方式连接。

10.权利要求5-9所述电池模组自触发电池热失控抑制的方法，其特征在于，包括如下过程：

技术总结本发明公开了电池模组、电化学储能电站分布式自触发电池热失控抑制装置及方法。该抑制装置包括热敏绝缘材料、感温引发剂和外壳，热敏绝缘材料通过吸热降温作用、气相化学抑制作用、固相化学抑制作用以及物理抑制作用对热失控电池进行灭火和降温。装置固定在电池单体防爆阀正上方，利用电池热失控防爆阀开启后大量高温烟气从防爆阀向上喷出加热感温引发剂来触发，在高效抑制电池热失控的同时能有效避免装置误触发。同时，装置体积小、成本低、无需供电，启动后不会影响其他正常电池的继续使用，为储能电池模组内每个电池单体均配置一个自触发电池热失控抑制装置，可有效实现电化学储能电站的分布式热失控抑制，保障储能电站的安全运行。技术研发人员：孟国栋,唐佳,于子轩,李雨珮,成永红受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/2/19