阅读说明：本技术 带有消防灭火功能的锂离子电池及其管理系统和控制方法 (Lithium ion battery with fire-fighting and extinguishing function and management system and control method thereof ) 是由 尚德华 杨泽乾 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：公开了一种带有消防灭火功能的锂离子电池及其管理系统和控制方法。本申请一实施例中,带有消防灭火功能的锂离子电池,包括：电池本体和微型灭火装置,所述电池本体包括外壳、盖板和设有防爆阀的电芯,所述微型灭火装置安装在所述盖板内部且遮住所述防爆阀的至少一半。本申请实施例可以在锂离子电池发生热失控或有着火风险之时第一时间进行灭火,从而在单体电池起火爆炸之前留出充足的时间以便采取必要措施,同时保障相应电池包中其他部分及其所属设备的安全,减少因锂离子电池热失控而导致其他电池及其所属设备而报废的情况,降低成本。(A lithium ion battery with fire-fighting function and its management system and control method are disclosed. In an embodiment of this application, lithium ion battery with fire control function includes: battery body and miniature extinguishing device, battery body includes shell, apron and is equipped with the electric core of explosion-proof valve, miniature extinguishing device installs inside just hiding of apron at least half of explosion-proof valve. The embodiment of the application can extinguish a fire in the first time when the lithium ion battery is out of control thermally or has a fire risk, so that sufficient time is reserved before a single battery is exploded by fire so as to take necessary measures, meanwhile, the safety of other parts and equipment of the other parts in the corresponding battery pack is guaranteed, the condition that other batteries and equipment of the other batteries are scrapped due to the thermal runaway of the lithium ion battery is reduced, and the cost is reduced.)

带有消防灭火功能的锂离子电池及其管理系统和控制方法

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种带有消防灭火功能的锂离子电池及其管理系统和控制方法。

背景技术

由于锂离子电池具有比容量大、循环寿命长、质量轻且有较高性能等优势，已经由数码3C领域延伸到交通动力、储能、通信、机器人等领域，应用越来越广泛。但随着对锂离子电池的性能要求越来越高，安全因素越来越突出。通常，锂离子电池在过充、过放、内部短路等异常情况下，容易出现热失控进一步引发燃烧甚至***，造成人员伤亡或财产损失。

相关技术中，主要通过在电池模组或封装包之外单独配置消防灭火系统，在发生火灾报警时，消防灭火系统迅速向电池包喷洒大量的水灭火或启动灭火器灭火，此方法反应慢，不能第一时间针对危险处灭火降温，会导致内部大量的电器件损毁和锂电池报废，并且仅仅适用于大型集装箱储能，不适用于电动工具和小储能应用场景。

目前，电动车等电动工具和小储能应用场景以及其他类似的应用中，更多地依赖电池管理系统和锂离子电池本身的安全设计来实现电池包的及时报警和风险消除等功能，该方法往往都是在风险发生时才能报警以通知人员逃生或采取外部灭火方式灭火，这会错过最佳灭火时间，设备很可能已经全部报废，并且容易造成不必要的人员伤亡和财产损失。而且，相关应用场景的安全法规要求单体电池热失控后，在5分钟内不起火不***，为乘员预留安全逃生时间，因此，单体电池需要在热失控后能及时冷却，避免起火***的发生。因此，期望提供一种带有消防灭火功能的锂离子电池及其管理系统和控制方法。

发明内容

为解决上述技术问题，期望提供一种带有消防的灭火功能的锂离子电池及其管理系统和控制方法，不仅可以在单体电池起火***之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以保障相关电池包中其他部分及其所属设备的安全，减少因锂离子电池热失控而导致其他电池及其所属设备而报废的情况，降低成本。

根据本申请的一个方面，提供了一种带有消防的灭火功能的锂离子电池，包括：电池本体，包括外壳、盖板和设有防爆阀的电芯；微型灭火装置，安装在所述盖板内部且遮住所述防爆阀的至少一半。

一些示例中，所述微型灭火装置为内部装有液体的玻璃管，所述液体为压缩惰性液态气体或冷却液。

一些示例中，所述玻璃管通过安装夹具固定在所述盖板内部。

一些示例中，所述安装夹具具有施力针，所述玻璃管上设有挤压破裂点，并且所述玻璃管上的挤压破裂点与所述安装夹具上的施力针相对。

根据本申请的一个方面，提供了一种锂离子电池的管理系统，包括：

温度传感器，安装在锂离子电池上，配置为实时监测所述锂离子电池的温度并上报给控制器；

控制器，配置为确定所述锂离子电池的温度是否满足预先设定的热失控条件，以及在所述锂离子电池的温度满足所述热失控条件时控制所述锂离子电池中的微型灭火装置对所述锂离子电池进行灭火降温。

一些示例中，所述电池管理系统还包括：报警器，与所述控制器电连接；

所述控制器，还配置在所述锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制所述报警器发出报警信号。

一些示例中，所述微型灭火装置为内部装有液体的玻璃管，且所述玻璃管通过安装夹具固定在所述电池包的盖板内部；所述控制器，是配置为在所述锂离子电池的温度满足所述热失控条件时，控制所述微型灭火装置的安装夹具的施力针挤压所述玻璃管上的挤压破裂点，以使所述玻璃管裂开，释放所述液体，所述液体转化为气体以冷却降温并隔绝氧气，以完成所述锂离子电池的灭火降温。

根据本申请的一个方面，提供了一种锂离子电池的控制方法，所述锂离子电池为如上述带有消防灭火功能的锂离子电池，所述控制方法包括：

实时监测所述锂离子电池的温度；

确定所述锂离子电池的温度是否满足预先设定的热失控条件；以及

在所述锂离子电池的温度满足所述热失控条件时，控制所述锂离子电池中的微型灭火装置对所述锂离子电池进行灭火降温。

一些示例中，所述微型灭火装置为内部装有液体的玻璃管，且所述玻璃管通过安装夹具固定在所述电池包的盖板内部；在所述锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制所述微型灭火装置对所述锂离子电池进行灭火降温，包括：在所述锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制所述安装夹具的施力针挤压所述玻璃管上的挤压破裂点，以使所述玻璃管裂开，释放所述液体，所述液体转化为气体以冷却降温并隔绝氧气，以完成所述锂离子电池的灭火降温。

本申请实施例中，消防灭火装置安装在锂离子电池内部，响应速度快，可以在锂离子电池发生热失控或有着火风险之时第一时间进行灭火，阻止热失控或着火风险向所属模组或封装包内其他锂离子电池蔓延，从而在单体电池起火***之前留出充足的时间以便采取必要措施，同时保障相应电池包中其他部分及其所属设备的安全，减少因锂离子电池热失控而导致其他电池及其所属设备而报废的情况，降低成本。

附图说明

图1为本申请实施例的一种带有消防灭火功能的锂离子电池的结构示意图。

图2为本申请一优选实施例中微型灭火装置的布局示意图。

图3为本申请实施例中带有消防灭火功能的锂离子电池的电池管理系统的组成结构示意图。

图4为本申请实施例中带有消防灭火功能的锂离子电池的控制方法的流程图。

附图标记说明：

10、带有消防灭火功能的锂离子电池；11、外壳；12、盖板；13、电芯；14、防爆阀；15、微型灭火装置；20、玻璃管；21、安装夹具；30、电池管理系统；31、温度传感器；32、控制器；33、报警器。

具体实施方式

下文将结合附图对本申请实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各个实施例及其中的各特征可以相互任意组合。

图1示出了本申请实施例提供的一种带有消防的灭火功能的锂离子电池的示例性结构。如图1所示，该带有消防的灭火功能的锂离子电池10可以包括电池本体和微型灭火装置15。

如图1所示，电池本体可以包括：外壳11、盖板12和电芯13，电芯13上设有防爆阀14，微型灭火装置15安装在盖板12内部且遮住防爆阀14的至少一半。采用该布设方式，在锂离子电池10发生热失控或有着火风险的情况下，内部气体通过防爆阀14冲出并直接冲击微型灭火装置15，从而在锂离子电池发生热失控或有着火风险的第一时间启动微型灭火装置15进行灭火降温，阻止锂离子电池的热失控或着火风险向其他部分或所处环境蔓延，不仅可以在电池包起火***之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以保障所属电池包中其他部分或其相关设备的安全，减少设备和其他电池报废的情况，降低成本。

本申请实施例的锂离子电池可适用于电动工具、小储能应用场景或其他类似的应用场景中。

实际应用中，微型灭火装置15可以固定在盖板12内部能够遮住防爆阀一半、三分之二、四分之三或全部的位置。具体可以根据需要来进行安装。

至少一些实施例中，微型灭火装置15可以为内部装有液体的玻璃管20，该玻璃管20内的液体可以为但不限于为压缩惰性液态气体或低沸点的冷却液。此玻璃管20可以是特制玻璃管，在遇到高温时会发生爆裂或者当遇到一定外力冲击时也会发生爆裂。这样，微型灭火装置15设置遮住锂离子电池10防爆阀至少一半的位置时，在锂离子电池10因热失控或有着火风险而有气体冲出或温度升高一定程度时，能够致使玻璃管20破裂，液体就会瞬间释放，液体立即转化为气体，冷却降温并隔绝氧气，从而实现锂离子电池10的灭火降温。

图2示出了本申请实施例中微型灭火装置15在盖板12内部的示例性安装图。如图2所示，微型灭火装置15的主体是玻璃管20(例如，特制玻璃管)，玻璃管20通过安装夹具21固定在盖板12内部，并且处在能够遮住防爆阀14至少一半的位置，此玻璃管20在遇到高温时会发生爆裂或者当遇到大的外力冲击时也会发生爆裂，玻璃管20内的压缩液体就会瞬间释放，液体立即转化为气体，冷却降温并隔绝氧气，从而对锂离子电池进行灭火降温。

一些示例中，安装夹具21可以具有施力针(图中未示出)，玻璃管20上设有挤压破裂点，并且玻璃管20上的挤压破裂点与安装夹具21上的施力针相对。这样，可以通过主动控制施力针来使得玻璃管20破裂从而实现锂离子电池10的灭火降温。该示例中，安装夹具的施力针可以受锂离子电池10外部的电池管理系统30控制。具体地，当电池管理系统30检测到锂离子电池10发生热失控或有着火等安全风险时，则控制安装夹具21的施力针挤压玻璃管20的挤压破裂点，使玻璃管20裂开，玻璃管20内的压缩液体就会瞬间释放，液体立即转化为气体，冷却降温并隔绝氧气，对锂离子电池10进行灭火降温。该电池管理系统30及其控制方法的具体实现细节可参照下文相关描述。

由上述可见，本申请实施例的锂离子电池10中微型灭火装置15可以采用机械打开方式，不仅可以在锂离子电池10热失控或有着火风险时由自防爆阀14冲出的气体冲压而打开，而且可以通过例如电池管理系统30等外部系统来通过监测锂离子电池10的温度来智能开启微型灭火装置15的灭火降温功能，由此，可以有效避免有着火风险时控制失效的发生，更安全可靠。

本申请实施例中，电池本体中的电芯13可以由正极片、负极片和隔膜通过卷绕或底片的方式制成，且通过正负极极耳焊接在盖板12上。

下面对锂离子电池10的示例性组装过程进行详细说明。

首先，制作正极片和负极片，经配料、涂布、辊压、裁切工序制作成正负极片。

其次，将正极片、负极片和隔膜通过卷绕或叠片的方式制成电芯13。

第三，将微型灭火装置15安装在盖板12上，并使得微型灭火装置遮住电芯13上防爆阀14的一半，以便在锂离子电池10发生热失控时气体冲出防爆阀14即可致使微型灭火装置15中的玻璃管破裂，进而对锂离子电池10进行灭火降温。

第四，将电芯13通过正负极耳焊接在盖板12上。

第五，电芯13放入保护袋(图1中未示出)，放置止动架后放入外壳11中，并对盖板12和外壳11进行壳盖焊接密封。

第六，对水分含量合格的电池，进行电解液加注，确保电解液填满电池内部后，静置。

第七，注液后电芯13经陈化、化成、封口、分容、检测等步骤制成锂离子电池10。

本申请实施例还提供了一种用于对上述锂离子电池10进行管理和控制的电池管理系统30。如图3所示，该电池管理系统30可以包括温度传感器31、控制器32。实际应用中，温度传感器31可以设置在锂离子电池10上，例如固定在其外壳11上(例如，外壳11的散热区域)，控制器32可以控制锂离子电池10中安装夹具的施力针。

其中，温度传感器31可配置为实时监测所述锂离子电池的温度并上报给控制器32。控制器32，可以配置为确定锂离子电池10的温度是否满足预先设定的热失控条件，以及在锂离子电池10的温度满足热失控条件时控制锂离子电池10中的微型灭火装置15对锂离子电池10进行灭火降温。

在至少一些实施例中，上述电池管理系统30还可以包括报警器33，可以与所述控制器31电连接。控制器32还可以配置在所述锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制所述报警器发出报警信号，以便通知外部设备或工作人员电池包10内部锂离子电池的异常，从而及时采取外部消防灭火措施，保障电池包10所属设备的安全及其周围环境和相关人员的安全。

实际应用中，报警器可以包括但不限于警报信号指示器(例如喇叭、闪烁灯等)、将警报信息传输至指定的外部设备的信号传输模块等。实际应用中，该报警器可以安装在电池10的外壳11的外部一侧。

图4示出了本申请实施例中锂离子电池10的示例性控制方法，该方法通过上述电池管理系统30来实现。如图4所示，该示例性控制方法可以包括如下步骤：

步骤S401，监测锂离子电池的温度；

实际应用中，可以由布设在锂离子电池10上的温度传感器31来实时检测锂离子电池10的温度并上报给电池管理系统30的控制器32。

步骤S402，确定锂离子电池10的温度是否满足预先设定的热失控条件；

一些示例中，热失控条件可以预先配置。例如，该热失控条件可以为预先构建并配置在电池管理系统30中的热失控模型。该热失控模块可以通过对锂离子电池10的特性、参数和发生热失控时的历史数据来构建。具体的，相关技术中的任何可适用于本申请实施例的热失控模型均可应用于本申请实施例中，对于具体采用何种热失控模型以及该热失控模型的具体构建方法，本申请实施例不予限制。

步骤S403，在锂离子电池10的温度满足热失控条件时，控制锂离子电池10中的微型灭火装置15对锂离子电池10进行灭火降温。

如上文所述，锂离子电池10中的微型灭火装置15可以为内部装有液体的玻璃管，且玻璃管通过安装夹具固定在电池包的盖板内部。在步骤S403中，在所述锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制安装夹具的施力针挤压玻璃管上的挤压破裂点，以使玻璃管裂开，释放液体，液体转化为气体以冷却降温并隔绝氧气，以完成锂离子电池的灭火降温。

一些实施例中，在步骤S402之后，例如步骤S402之后、之前或同时，还可以包括：在确定锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制报警器发出报警信号，以便通过外部设备和相关人员及时采取外部措施来进行消防灭火的处理。

通过本申请实施例的上述控制方法，通过对电池内部微型灭火装置的智能控制，不仅响应速度块，而且可以在锂离子电池发生热失控或有着火风险的第一时间启动微型灭火装置对锂离子电池进行灭火降温处理，阻止热失控或着火风险向所属电池包内其他锂离子电池蔓延，不仅可以在电池起火***之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以保障相应电池包中未发生热失控的部分锂离子电池或该电池包所应用的相关设备的安全，减少设备报废的情况，降低成本。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。