Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания Российский патент 2020 года по МПК H01M10/525 H01M10/60 H01M2/02 H01M2/18 

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, к устройствам для защиты литий-ионных аккумуляторов от возгорания, обладающих повышенным быстродействием в обнаружении и ликвидации очага возгорания литий-ионного аккумулятора.

Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения к патенту Российской Федерации №2451367, в котором охарактеризовано устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:

- «N»-литий-ионных ячеек, каждая из которых выполнена в виде первого сепаратора, представляющего собой первую термостойкую пористую подложку, пропитанную электролитом, катод и анод, расположенные по обе стороны первого сепаратора, и первого слоя пористого покрытия, изготовленного из смеси множества неорганических частиц и связующего полимера, и созданного по меньшей мере на одной из поверхностей первой термостойкой пористой подложки, пропитанной электролитом, и объединенные друг с другом литий-ионными ячейками в многослойную структуру литий-ионного аккумулятора;

- непрерывный единичный второй сепаратор, представляющий собой твердый состав, состоящий из полиолефинового пористого слоя с нанесенным на одну из его поверхностей слоя пористого покрытия из смеси множества неорганических частиц и связующего полимера, пропитанного электролитом, помещенный между соседними «N»-литий-ионными ячейками, окружающий соответствующими участками своей поверхности внешние поверхности каждой отдельной «N»-литий-ионной ячейки, преобразующий при воздействии температуры ≥100^оС этот твердый состав в жидкую смесь, осуществляющий функцию контроля следящей системы и обеспечивающий при появлении возгорания литий-ионного аккумулятора, за счет плавления твердого состава непрерывного единичного второго сепаратора и закрытия пор, прекращения доступа кислорода к очагу возгорания, чтобы предотвратить возгорание, как минимум, одной ячейки литий-ионного аккумулятора, а следовательно и его защиту от возгорания.

В известном решении очаг возгорания сначала возникает в первом сепараторе и с задержкой времени переходит во второй сепаратор, в котором окончательно обнаруживается (фиксируется) возникновение очага возгорания и осуществляется его последующая ликвидация.

Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения к патенту США № US 8733465 В1, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа, и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:

- «N» - электроизоляционных корпусов, каждый из которых выполнен в виде цилиндрического стакана с крышкой, установленной над внутренней полостью цилиндрического стакана;

- «N» -систем сброса давления, каждая из которых выполнена на внешней поверхности крышки каждого из «N» -цилиндрического стакана;

- «N» -литий-ионных ячеек, выполненных в виде герметичных емкостей цилиндрической формы и установленных с использованием уплотнительных элементов внутри «N» -электроизоляционных корпусов, выполненных в виде цилиндрических стаканов;

- сеть термочувствительных труб, соединяющая выход контейнера с пожар тушащим агентом, с внутренними полостями, последовательно или параллельно соединенными между собой внутренними полостями «N» -электроизоляционных корпусов, выполненных в виде цилиндрических стаканов, и заполняющая внутренние полости «N» -электроизоляционных корпусов, выполненных в виде цилиндрических стаканов, пожаротушащим агентом;

- контейнер с пожаротушащим агентом, подсоединенный своим выходом к входу сети термочувствительных труб;

- положительные токосъемные контакты, закрепленные на соответствующих участках «N» -изоляционных корпусов, выполненных в виде цилиндрических стаканов, и подсоединенные к соответствующим положительным выводам «N» -литий-ионных ячеек;

- отрицательные токосъемные контакты, закрепленные на соответствующих участках «N» -изоляционных корпусов, выполненных в виде цилиндрических стаканов, и подсоединенные к соответствующим отрицательным выводам «N» -литий-ионных ячеек.

Общими признаками предлагаемого устройства для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания и прототипа являются:

- электроизоляционный корпус;

- литий-ионные ячейки, установленные внутри электроизоляционного корпуса;

- положительные токосъемные контакты, закрепленные на соответствующих участках электроизоляционного корпуса, и подсоединенные к положительным выводам литий-ионных ячеек;

- отрицательные токосъемные контакты, закрепленные на соответствующих участках электроизоляционного корпуса, и подсоединенные к отрицательным выводам литий-ионных ячеек;

- пожаротушащий агент, расположенный во внутренней полости электроизоляционного корпуса.

В известном решении участки внешней поверхности термочувствительных труб располагаются только на незначительной площади поверхностей литий-ионных ячеек, что сдерживает быстродействие обнаружения и ликвидацию очага возгорания литий-ионного аккумулятора.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания устройств для защиты литий-ионных аккумуляторов, обладающих повышенным быстродействием в обнаружении и ликвидации очага возгорания литий-ионных аккумуляторов является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания, содержит литий-ионные ячейки, электроизоляционный корпус, положительные токосъемные контакты, закрепленные на электроизоляционном корпусе и подсоединенные к положительным выводам литий-ионных ячеек, отрицательные токосъемные контакты, закрепленные на электроизоляционном корпусе, подсоединенные к отрицательным выводам литий-ионных ячеек, и пожаротушащий агент, расположенный во внутренней полости электроизоляционного корпуса, при этом электроизоляционный корпус выполнен в виде первого объемного, пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала и второго объемного, пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала, при этом литий-ионные ячейки, закреплены своими концами в отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхности первого объемного, пустотелого термочувствительного основания и второго объемного, пустотелого термочувствительного основания. Литий-ионные ячейки герметично закреплены своими концами в отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхности первого объемного, пустотелого термочувствительного основания и второго объемного, пустотелого термочувствительного основания. Первое объемное, пустотелое термочувствительное основание закреплено со вторым объемным, пустотелым термочувствительным основанием посредством вертикальных стоек, закрепленных своими соответствующими концами на соответствующих участках поверхностей первого и второго оснований. Первый и второй объемные пустотелые термочувствительные основания из легкоплавкого материала содержат входные патрубки для подачи жидкого пожаротушащего агента и выходные патрубки для отвода жидкого пожаротушащего агента.

Выполнение изоляционного корпуса и расположение каждой из ячеек литий-ионного аккумулятора и их установка, как это указано выше, при возникновении возгорания в, как минимум, одной литий-ионной ячейке за счет повышения температуры внутри этой литий-ионной ячейки, осуществляется нагревание до определенной температуры верхнего и нижнего корпуса из термочувствительного легкоплавкого материала, приводящий к разрыву соответствующего участка электроизоляционного корпуса и обеспечивающего точечный приток жидкого пожаротушащего агента к очагу возгорания, и обеспечивающего своевременную и быструю ликвидацию очага возгорания литий-ионного аккумулятора. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.

Предлагаемое устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания поясняется нижеследующим примером выполнения устройства и чертежами, где на фиг.1 представлен пример конструкции устройства для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания, на фиг.2 представлен вид в разрезе расположения литий-ионного элемента в электроизоляционном корпусе. Устройство содержит:

- электроизоляционный корпус, выполненный в виде нижнего, объемного, пустотелого основания-1, например, прямоугольной формы, и верхнего, объемного, пустотелого основания-2 прямоугольной формы, закрепленного своей нижней поверхностью над верхней поверхностью нижнего, объемного, пустотелого основания-1 прямоугольной формы, посредством вертикальных стоек-3, закрепленных своими соответствующими концами на соответствующих участках верхней и нижней поверхностей нижнего и верхнего объемных, пустотелых оснований-1,2;

- первый и второй входные патрубки-4 (второй входной патрубок на чертежах не представлен) для подачи жидкого пожаротушащего агента в соответствующие внутренние полости нижнего и верхнего объемных, пустотелых оснований-1,2 прямоугольной формы;

- первый и второй выходные патрубки-5,6 для отвода жидкого пожаротушащего агента из соответствующих внутренних полостей нижнего и верхнего объемных, пустотелых оснований-1,2 прямоугольной формы;

- литий-ионные элементы (ячейки)-7, герметично закреплённые своими верхними и нижними концами в отверстиях (на чертежах не обозначены), выполненных на соответствующих участках поверхности нижнего, объемного, пустотелого термочувствительного основания 1 и верхнего, объемного, пустотелого термочувствительного основания 2.

- положительные токосъемные контакты-8, закрепленные на соответствующих участках верхней, внешней поверхности верхнего, объемного, пустотелого основания-2 прямоугольной формы, и подсоединенные к соответствующим положительным выводам-9 литий-ионных элементов (ячеек)-7;

- отрицательные токосъемные контакты-10, закрепленные на соответствующих участках нижней, внешней поверхности нижнего, объемного, пустотелого основания-1 прямоугольной формы, и подсоединенные к соответствующим отрицательным выводам литий-ионных элементов (ячеек)-7 (при этом подсоединения отрицательных токосъемных контактов к соответствующим отрицательным выводам на чертежах не представлены).

Предлагаемое устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания эксплуатируется следующим образом.

Перед заполнением внутренних полостей нижнего, объемного, пустотелого основания-1 и верхнего, объемного, пустотелого основания-2, закрывают заглушками или пробками выходные отверстия выходных патрубков-5,6, заполняют внутренние полости верхнего и нижнего объемных, пустотелых оснований-1,2 пожаротушащей смесью и закрывают выходные отверстия входных патрубков-4 заглушками или пробками.

После этого к положительным токосъемным контактам-8 и к отрицательным токосъемным контактам-10 подсоединяют соответствующие выводы зарядного устройства и заряжают литий-ионный аккумулятор, который впоследствии подключают к соответствующей нагрузке и обеспечивают ее питание.

Однако же в процессе эксплуатации литий-ионного аккумулятора, в каком-то литий-ионном элементе-7, в силу определенных ситуаций, внутри литий-ионного элемента-7 возникает возгорание и резкое увеличение температуры.

При достижении температуры внутри литий-ионного элемента-7 соответствующей температуре плавления нижнего, объемного, пустотелого термочувствительного основания или верхнего, объемного, пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала, например, амальгамы или сплава Вуда, имеющего температуру плавления +68^оС, корпус основания плавиться, открывая поступление пожаротушащей смеси к очагу возгорания и обеспечивая, таким образом, ликвидацию очага возгорания в литий-ионном аккумуляторе.

Таким образом, за счет использования термочувствительных верхнего и нижнего оснований корпуса, и за счет закрепления в них литий-ионных ячеек, при возникновении очага возгорания внутри литий-ионного элемента обеспечивается быстродействие плавления верхнего и нижнего легкоплавкого материала и практически мгновенная ликвидация очага возгорания.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для защиты литий-ионных аккумуляторов от возгорания, обеспечивающим повышенное быстродействие в обнаружении и ликвидации очага возгорания литий-ионного аккумулятора. Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания содержит литий-ионные ячейки, расположенные в электроизоляционном корпусе, токосъемные контакты, закрепленные на электроизоляционном корпусе, пожаротушащий агент, расположенный во внутренней полости электроизоляционного корпуса, при этом электроизоляционный корпус выполнен в виде первого объемного пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала и второго объемного пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала. В корпусе литий-ионные ячейки герметично закреплены своими концами в отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхности первого объемного пустотелого термочувствительного основания и второго объемного пустотелого термочувствительного основания, при этом основания закреплены между собой посредством вертикальных стоек и содержат входные патрубки для подачи жидкого пожаротушащего агента и выходные патрубки для отвода жидкого пожаротушащего агента. Повышение надежности защиты литий-ионных ячеек от возгорания является техническим результатом изобретения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания, содержащее литий-ионные ячейки, электроизоляционный корпус, положительные токосъемные контакты, закрепленные на электроизоляционном корпусе и подсоединенные к положительным выводам литий-ионных ячеек, отрицательные токосъемные контакты, закрепленные на электроизоляционном корпусе, подсоединенные к отрицательным выводам литий-ионных ячеек, и пожаротушащий агент, расположенный во внутренней полости электроизоляционного корпуса, отличающееся тем, что электроизоляционный корпус выполнен в виде первого объемного пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала и второго объемного пустотелого термочувствительного основания из легкоплавкого материала, при этом литий-ионные ячейки, закреплены своими концами в отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхности первого объемного пустотелого термочувствительного основания и второго объемного пустотелого термочувствительного основания.

2. Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания по п. 1, отличающееся тем, что литий-ионные ячейки герметично закреплены своими концами в отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхности первого объемного пустотелого термочувствительного основания и второго объемного пустотелого термочувствительного основания.

3. Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания по п. 1, отличающееся тем, что первое объемное пустотелое термочувствительное основание закреплено со вторым объемным пустотелым термочувствительным основанием посредством вертикальных стоек, закрепленных своими соответствующими концами на соответствующих участках поверхностей первого и второго оснований.

4. Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй объемные пустотелые термочувствительные основания из легкоплавкого материала содержат входные патрубки для подачи жидкого пожаротушащего агента и выходные патрубки для отвода жидкого пожаротушащего агента.