一种电池热失控烟气处理装置、电池及电池组的制作方法

1.本实用新型属于电池领域，具体涉及一种电池热失控烟气处理装置、电池及电池组。


背景技术：

2.近年来随着锂离子电池储能领域的进一步发展，锂离子电池的安全使用也受到关注。由于锂离子电池的原理和结构特性，在反复使用过程中常因内阻发热产生较大热量，若堆积的热量没有得到有效散发，温度会进一步升高。当温度达到极限时，电池的热平衡会被破坏，引发一连串的自加热副反应，产生大量的可燃气体，出现“热失控”现象，最终可能导致电池内部着火，严重时引发爆炸，造成安全隐患。
3.中国专利申请cn110299486a公开了一种电池安全箱及具有其的安全充电柜，电池安全箱包括箱体，箱体具有容纳腔、第一排气口和第一排放管，第一排气口与容纳腔连通；第一排放管的一端与第一排气口连通，第一排放管的另一端与安全排放空间连通。将电池放置到箱体中，箱体可起到防护以及与外部隔离的作用，若电池发生热失控可通过第一排气口和第一排放管将高温气体排出，避免高温高压气体在有限空间聚集而发生危险。该电池安全箱能够提高电池存放以及充电时的安全性。但是，其只是将高温烟气排出，避免发生电池内部爆炸的风险，并没有对高温烟气进行彻底处理，排放的高温烟气排放到外部环境中会产生污染以及存在二次爆炸的风险。
4.中国专利申请cn209730109u公开了一种电池热流主动抽离装置，其包括用于包裹内部电芯的电池外壳和进行抽吸热流的抽气机构，电池外壳的内部密封且内壁上设置有耐高温的云母挡板，电池外壳外接有排气管，排气管的一端连通至电池外壳的内部，另一端连接至抽气机构，排气管上自前至后依次设置有过滤机构、冷却机构和第一防爆阀，电池外壳上设置有第二防爆阀。上述装置采用主动抽气的方式对热失控的电池进行处理，通过过滤机构和冷却机构过滤和冷却热流，有效控制排放气体温度和质量，但是，该装置也无法彻底对热失控烟气进行处理，对环境还是存在一定的污染。


技术实现要素：

5.为解决现有电池热失控烟气处理方式处理不彻底以及存在安全隐患的问题，本实用新型提供一种电池热失控烟气处理装置、电池及电池组。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
7.一种电池热失控烟气处理装置，包括点火器、触发装置和烟气管道；所述触发装置包括控制电路板和传感器，所述传感器设置在烟气管道或电池壳体上，其输出端与控制电路板连接，用于电池热失控时输出信号给控制电路板，所述控制电路板根据所述信号输出点火电流；所述点火器为电弧式点火器或电阻丝点火器，所述点火器设置在烟气管道上，能够在控制电路板输出的点火电流下点燃烟气管道排出的热失控烟气。
8.进一步地，所述电阻丝点火器包括点火器壳体和电阻丝；所述点火器壳体内设置
有与烟气管道连通的点火腔，所述电阻丝设置在点火腔内，且电阻丝的两端与点火器壳体外部的控制电路板连接。
9.进一步地，所述电弧式点火器包括点火器壳体、第一电极丝和第二电极丝；所述点火器壳体内设置有与烟气管道连通的点火腔，所述第一电极丝的一端和第二电极丝的一端设置在点火腔内，且二者之间设置有电离间隙，所述第一电极丝和第二电极丝的另一端设置在点火器壳体外，与控制电路板连接。
10.进一步地，所述电弧式点火器和电阻丝点火器还包括陶瓷压环和陶瓷压圈，所述陶瓷压环内设置有环形凹槽，所述电阻丝、第一电极丝或第二电极丝丝设置在环形凹槽内，且被陶瓷压圈压紧。
11.进一步地，所述控制电路板上设置有振荡电路，用于将直流电转为交流电，所述电弧式点火器与控制电路板之间设置有升压线圈，用于将控制电路板输出的交流电进行升压输送给第一电极丝、第二电极丝。
12.进一步地，所述触发装置包括压力传感器、气体传感器或温度传感器中的至少一种。
13.进一步地，所述压力传感器、气体传感器或温度传感器通过三通管设置在烟气管道上。
14.进一步地，所述烟气管道包括烟气主管和多个烟气支管；多个烟气支管的进口与烟气主管的出口连通，多个烟气支管的出口均设置有点火器。
15.同时，本实用新型还提供一种电池，包括上述电池热失控烟气处理装置，所述烟气管道的进口与电池壳体的泄爆口或泄爆管连接。
16.此外，本实用新型还提供一种电池组，包括汇流管、多个电池和上述电池热失控烟气处理装置，多个电池并联，所述汇流管的一端与多个电池壳体的泄爆口或泄爆管连接，另一端与烟气管道的进口连接。
17.和现有技术相比，本实用新型技术方案具有如下优点：
18.本实用新型电池热失控烟气处理装置包括点火器、触发装置和烟气管道；触发装置包括控制电路板和传感器，传感器用于电池热失控时输出信号给控制电路板，控制电路板根据信号输出点火电流；点火器设置在烟气管道上，能够在控制电路板输出的点火电流下点燃烟气管道排出的热失控烟气。该装置能够及时点燃电池热失控产生的烟气，避免排放的热失控烟气对环境产生污染；同时也避免热失控烟气在电池内聚集，发生爆炸、火灾等危险事件，使得电池安全性大幅提升。此外，上述点火器为电弧式点火器或电阻丝点火器，电弧式点火器或电阻丝点火器为持续性点火装置，避免外部环境中的风或雨影响点火器的性能，从而避免了不能及时点燃热失控烟气的风险。
19.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型实施例1中电池热失控烟气处理装置结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例1中电弧式点火器的剖视图；
23.图3为本实用新型实施例1中电弧式点火器的俯视图；
24.图4为本实用新型实施例2中电池热失控烟气处理装置结构示意图；
25.图5为本实用新型实施例2中电阻丝点火器的剖视图；
26.图6为本实用新型实施例2中电阻丝点火器的俯视图；
27.图7为本实用新型实施例4中烟气管道的结构示意图；
28.图8为本实用新型实施例4中电池组的结构示意图一；
29.图9为本实用新型实施例4中电池组的结构示意图二。
30.附图标记：1-点火器，2-触发装置，3-烟气管道，4-三通管，5-电池，6-泄爆口或泄爆管，7-汇流管，11-电弧式点火器，12-电阻丝点火器，111-点火器壳体，112-第一电极丝，113-第二电极丝，114-点火腔，115-电离间隙，116-陶瓷压环，117-陶瓷压圈，118-升压线圈，121-电阻丝，21-控制电路板，22-传感器，31-烟气主管，32-烟气支管。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本实用新型的技术原理，目的并不是用来限制本实用新型的保护范围。
32.本实用新型提供一种电池热失控烟气处理装置，该装置包括点火器、触发装置和烟气管道；触发装置包括控制电路板和传感器，传感器设置在烟气管道或电池壳体上，其输出端与控制电路板连接，用于电池热失控时输出信号给控制电路板，控制电路板根据信号输出点火电流；点火器为电弧式点火器或电阻丝点火器，点火器设置在烟气管道上，在控制电路板输出的点火电流下点燃烟气管道排出的热失控烟气。该装置能够及时点燃电池热失控产生的烟气，避免产生的热失控烟气对环境大气产生污染；同时也避免热失控烟气在电池内聚集，发生爆炸、火灾等危险事件，使得电池安全性大幅提升。该装置的点火器为电弧式点火器或电阻丝点火器，电弧式点火器或电阻丝点火器为持续性点火装置，能够避免外部环境中的风或雨影响点火器的性能，从而避免了不能可靠点燃热失控烟气的风险。
33.本实用新型装置对电阻丝点火器的结构不进行限定，只要能够及时可靠点燃电池产生的热失控烟气即可。例如，该电阻丝点火器包括点火器壳体和电阻丝、陶瓷压环和陶瓷压圈；点火器壳体内设置有与烟气管道连通的点火腔，电阻丝设置在上述点火腔内，且电阻丝与点火器壳体外部的控制电路板连接。具体的，陶瓷压环内设置有环形凹槽，电阻丝设置在环形凹槽内，且被陶瓷压圈压紧，使得电阻丝通过陶瓷压环和陶瓷压圈安装在点火器壳体内，陶瓷压环和陶瓷压圈为绝缘件，实现点火器壳体与电阻丝之间的良好绝缘。上述电阻丝点火器结构简单，不需要升压、振荡器等电路元件，其布置在烟气管道内，亦可作为防风电热丝使用，使得电池热失控烟气被可靠点燃。
34.本实用新型装置中电弧式点火器的结构也可为多种。例如，电弧式点火器包括点火器壳体、第一电极丝、第二电极丝、陶瓷压环和陶瓷压圈；点火器壳体内设置有与烟气管道连通的点火腔，第一电极丝的一端和第二电极丝的一端设置在点火腔内，且二者之间设
置有电离间隙，第一电极丝、第二电极丝的另一端均通过高温导线与控制电路板连接。此外，控制电路板上设置有振荡电路，用于将直流电转为交流电，电弧式点火器与控制电路板之间设置有升压线圈，用于将控制电路板输出的交流电进行升压输送给第一电极丝、第二电极丝，电离之间的空气，进而产生电弧。该装置中，陶瓷压环内设置有环形凹槽，第一电极丝和第二电极丝设置在环形凹槽内，且被陶瓷压圈压紧，使得第一电极丝、第二电极丝通过陶瓷压环和陶瓷压圈安装在点火器壳体内，陶瓷压环和陶瓷压圈为绝缘件，能够防止第一电极丝、第二电极丝与点火器壳体接触，实现点火器壳体与电极丝之间的良好绝缘。上述电弧式点火器升压电路(即升压线圈)的电压在100kv左右，远高于脉冲式点火器，所以具有起弧快，点火速度快等特点，能够及时快速电池点燃热失控烟气。
35.本实用新型触发装置可为不同结构的传感器，只要能够在电池热失控时发出信号即可，即在电池热失控时对温度、压力或气体体积分数等参数进行实时检测，当超过设定阈值时即可发出信号，该信号可为电信号或机械信号等。具体的，上述传感器可为压力传感器、气体传感器或温度传感器中的至少一种，压力传感器、气体传感器和温度传感器具体可设置在烟气管道或电池壳体上。现场安装时，压力传感器、气体传感器或温度传感器通过三通管设置在烟气管道上，或者通过螺纹连接在电池壳体上，该种安装能够直接快速检测到热失控烟气，在电池热失控起始或初期即可进行可靠检测，从而能够及时对电池热失控烟气进行处理。
36.为实现电池热失控烟气的可靠点燃，还可安装多个点火器，此时，上述烟气管道包括烟气主管和多个烟气支管；多个烟气支管的进口与烟气主管的出口连通，多个烟气支管的出口均设置有点火器。相应的，触发装置也为多个，多个触发装置一一对应设置在多个烟气支管上。同时，在烟气主管或烟气支管上还设置有防回火装置，该防回火装置可为防回火阀，用于防止烟气主管或烟气支管内的热失控烟气回流。具体安装使用时，烟气支管和点火器的数量可根据电池的数量和需求进行设置，可设置为2个、3个、4个、
……
10个等，设置为2个及以上可保证点燃的可靠性，当某一个点火器失效或发生故障时，其他点火器能够正常进行工作。
37.本实用新型还提供一种电池，包括上述电池热失控烟气处理装置，烟气管道的进口与电池壳体的泄爆口或泄爆管连接。此外，本实用新型还提供一种电池组，包括汇流管、多个电池和上述的电池热失控烟气处理装置，多个电池并联或串联，汇流管的一端与多个电池壳体的泄爆口或泄爆管连接，另一端与烟气管道的进口连接。
38.实施例1
39.如图1至图3、图8所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括点火器1、触发装置2和烟气管道3；触发装置2包括控制电路板21和传感器22，传感器22设置在烟气管道3或电池壳体上，其输出端与控制电路板21连接，用于电池热失控时输出信号给控制电路板21，控制电路板21根据信号输出点火电流；点火器1为电弧式点火器11，其设置在烟气管道3上，在控制电路板21输出的点火电流下点燃烟气管道3排出的电池热失控烟气。上述传感器22具体为压力传感器、气体传感器或温度传感器中的一种，压力传感器、气体传感器或温度传感器通过三通管4设置在烟气管道3上或者通过螺纹连接在烟气管道3上。
40.本实施例中的电弧式点火器11包括点火器壳体111、第一电极丝112、第二电极丝113、陶瓷压环116、陶瓷压圈117和升压线圈118；点火器壳体111内设置有与烟气管道3连通
的点火腔114，第一电极丝112的一端和第二电极丝113的一端设置在点火腔114内，且二者之间设置有电离间隙115，第一电极丝112和第二电极丝113的另一端设置在点火器壳体111外，并与控制电路板21连接。陶瓷压环116内设置有环形凹槽，第一电极丝112和第二电极丝113设置在环形凹槽内，且被陶瓷压圈117压紧。此外，控制电路板21上设置有振荡电路，用于将直流电转为交流电，电弧式点火器11与控制电路板21之间设置有升压线圈118，用于将控制电路板输出的交流电进行升压输送给第一电极丝、第二电极丝，电离之间的空气，产生电弧。
41.本实施例中的电池热失控烟气处理装置为一种自动控制电弧式点火装置，此装置安装在烟气管道3端部，当传感器22探测到烟气管道3内有可燃气体时反馈信号到控制电路板21，控制电路板21接通电池与升压线圈118，升压线圈118对电压进行升高后，使距离很近的电弧发生头间的空气被电离形成电弧，引燃烟气管道3排出的可燃气体。即电池发生热失控时，烟气管道3内有气体流过时，压力传感器探测到烟气管道3内压力变化(或者气体传感器探测到有可燃气体流过、亦或是温度传感器探测温度急剧上升时)，传感器22传输信号给控制电路板21，控制电路板21接受到信号后，继电器闭合，电池5的直流电流通过控制电路板21上的震荡电流(或者振荡器)转换成交流电输出到升压线圈118内，通过升压线圈118瞬间把电流升压到50kv高压，再通过高温导线传到点火器1的第一电极丝112和第二电极丝113上，当两个第一电极丝112和第二电极丝113距离小于8mm时，瞬间的高压会把第一电极丝112和第二电极丝113之间的空气电离，产生电弧，烟气管道3内可燃气体遇到电弧即可被点燃。
42.本实施例的电弧式点火器11中，第一电极丝112、第二电极丝113的材料为铜铬合金、铜钨合金等合金。该电弧式点火器11与电脉冲式点火器相比，由于升压电路的电压在100kv左右，远高于脉冲式点火器，所以具有起弧快，点火速度快等特点。
43.实施例2
44.如图4至图6、图9所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括点火器1、触发装置2和烟气管道3；触发装置2包括控制电路板21和传感器22，传感器22设置在烟气管道3或电池壳体上，其输出端与控制电路板21连接，用于电池热失控时输出信号给控制电路板21，控制电路板21根据信号输出点火电流；点火器1为电阻丝点火器12，点火器1设置在烟气管道3上，在控制电路板21输出的点火电流下点燃烟气管道3内的热失控烟气。
45.本实施例中的电阻丝点火器12包括点火器壳体111、电阻丝121、陶瓷压环116和陶瓷压圈117；点火器壳体111内设置有与烟气管道3连通的点火腔114，电阻丝121设置在点火腔114内，电阻丝121的两端与点火器壳体111外部的控制电路板21连接。陶瓷压环116内设置有环形凹槽，电阻丝121设置在环形凹槽内，且被陶瓷压圈117压紧。该电阻丝点火器12中电阻丝121的材料为铁铬铝电阻丝或镍铬电阻丝等。该电阻丝点火器12与电脉冲式点火器相比，具有结构简单，不需要升压、振荡器等电路元件等特点，该装置布置在烟气管道3内，亦可作为防风电热丝使用。
46.本实施例提供的电池热失控烟气处理装置为一种自动控制电阻丝点火装置，此装置安装在烟气管道3内，当探测到烟气管道3内有可燃气体时给出信号到控制电路板21，控制电路板21接通电阻丝121，使电阻丝121急速加热到达气体的可燃温度即可点燃气体，防止气体大量聚集。该装置能够及时点燃电池热失控产生的烟气，避免排放的热失控烟气对
大气产生污染；同时也避免热失控烟气在电池内聚集，发生爆炸、火灾等危险事件，使得电池安全性大幅提升。
47.实施例3
48.本实施例提供一种电池，包括实施例1或实施例2中的电池热失控烟气处理装置，电池热失控烟气处理装置的烟气主管的进口与电池壳体的泄爆口或泄爆管连接。当电池壳体内的电芯发生热失控而导致泄爆口或泄爆管打开，电池内部的高温物质会通过泄爆口或泄爆管进入烟气主管，此时触发装置感应到热失控烟气后启动点火器，点火器对热失控烟气进行点燃。为进一步增加安全性，可在电池壳体的泄爆口或泄爆管处连接冷却装置，冷却装置内填充冷却材料，热失控烟气通过冷却和吸附后再通过装置进行点燃。
49.实施例4
50.如图7至图9所示，本实施例提供一种电池组，包括实施例1或实施例2中的电池热失控烟气处理装置、多个电池5和汇流管7，烟气管道3包括烟气主管31和多个烟气支管32，烟气主管31的进口与多个电池壳体的泄爆口或泄爆管6通过汇流管7连接，即汇流管7的一端与多个电池壳体的泄爆口连接，另一端与烟气主管31的进口连接，多个烟气支管32的出口均设置有点火器，同时，多个烟气支管32上均设置有传感器。当多个电池5发生热失控而导致泄爆口或泄爆管6打开，电池5内部的高温物质会通过泄爆口或泄爆管6进入烟气主管31和烟气支管32，此时触发装置2感应到热失控烟气后启动点火器，点火器对电池热失控烟气进行点燃。