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原文传递用于启动电池中的热失控的装置和方法

专利名称：	用于启动电池中的热失控的装置和方法
摘要：	提供了一种用于启动电池单元中的热失控的装置和方法。该装置和方法可用于启动电池单元和电池组热失控的安全研究中。该装置包括定位成与电池单元热接触的电阻加热元件，其用于将热量传递到电池单元的区域。能量源电连接到电阻加热元件。开关可选地形成电路以发送电流脉冲通过电阻加热元件，从而在电阻加热元件处产生功率脉冲，以加热电池单元的区域来启动热失控。可选地，加热加热元件并保持在预定温度，直到启动热失控。发热速率可以设计成与电池单元内部短路的发热速率相当，这比用于启动热失控的许多现有缓慢加热方法快得多。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	加拿大;CA
申请人：	加拿大国家研究委员会
发明人：	史蒂文·雷科思凯;迪安·麦克尼尔;朱里奥·特隆恩;奥鲁申·科德拉;乔尔·佩龙
专利状态：	有效
申请日期：	2018-01-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201880007711.8
公开号：	CN110192104A
代理机构：	北京连和连知识产权代理有限公司
代理人：	李红萧
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	加拿大安大略省渥太华市
主权项：	1.一种用于启动电池单元中的热失控的装置，所述装置包括：电阻加热元件，所述电阻加热元件定位为与所述电池单元热接触，以将热量传递到所述电池单元的区域；电连接到所述电阻加热元件的能量源；以及开关，所述开关用于可选地形成电路，以发送电流脉冲通过所述电阻加热元件，从而在所述电阻加热元件处产生功率脉冲，以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控。 2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流脉冲以指数衰减。 3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中由所述功率脉冲在所述电阻加热元件处产生的峰值热通量密度至少为800,000瓦/平方米(W/m2)，其中以瓦为单位的功率是所述电阻加热元件处的加热功率，并且以平方米为单位的面积是所述电阻加热元件的足迹表面积。 4.根据权利要求3所述的装置，其中所述电阻加热元件处的所述峰值热通量密度至少为2,000,000W/m2。 5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件的足迹表面积不大于所述电池单元的壳体的总外表面积的20％。 6.根据权利要求5所述的装置，其中所述电阻加热元件的所述足迹表面积不大于所述电池单元的所述壳体的总外表面积的5％。 7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其中所述能量源中存储的能量的至少95％在所述开关形成电路之后的不超过60秒内施加。 8.根据权利要求7所述的装置，其中所述能量源中存储的所述能量的至少95％在所述开关形成所述电路之后的不超过30秒内施加。 9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其中所述能量源包括至少一个电容器。 10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述能量源包括连续直流电源。 11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其中在所述能量源放电期间在所述电阻加热元件处的以千瓦(kW)为单位的峰值加热功率与所述电池单元的以kW为单位的标准1CC-倍率恒定电流放电循环功率之比至少为50比1，其中所述C-倍率是电池的放电速率相对于其最大容量的量度。 12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其中在所述能量源放电期间由所述电阻加热元件消耗的以千焦耳(kJ)为单位的热能与所述电池单元的储能容量(kJ)之比小于0.10。 13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其中所述能量源的放电使所述电池单元的表面加热到至少150摄氏度。 14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，还包括在所述电阻加热元件外部的电绝缘屏障涂层，所述电绝缘屏障涂层用于使所述电阻加热元件电绝缘。 15.根据权利要求14所述的装置，还包括在陶瓷涂层外部的导热金属基涂层。 16.根据权利要求15所述的装置，还包括在所述金属基涂层外部的导热传热膏状物。 17.根据权利要求1-16中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件具有平面状的形状。 18.根据权利要求17所述的装置，其中所述电阻加热元件是柔性的以允许对应于所述电池单元的外表面改变所述电阻加热元件的所述形状。 19.根据权利要求1-18中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件的厚度不大于5毫米。 20.根据权利要求1-19中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件的厚度不大于2毫米。 21.根据权利要求1-20中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件包括镍铬合金。 22.根据权利要求1-20中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件包括铁-铬-铝(FeCrAl)合金。 23.根据权利要求1-22中任一项所述的装置，配置为发送单个电流脉冲通过所述电阻加热元件。 24.一种用于启动电池单元中的热失控的方法，所述方法包括：提供与所述电池单元热接触的电阻加热元件，所述电阻加热元件用于将热量传递到所述电池单元的区域；提供电连接到所述电阻加热元件的能量源；以及可选地形成电路以发送电流脉冲通过所述电阻加热元件，从而在所述电阻加热元件处产生功率脉冲，以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控。 25.根据权利要求24所述的方法，其中所述电流脉冲以指数衰减。 26.根据权利要求24-25中任一项所述的方法，其中所述功率脉冲在所述电阻加热元件处产生的峰值热通量密度至少为800,000瓦/平方米(W/m2)，其中以瓦为单位的功率是所述电阻加热元件处的加热功率，并且以平方米为单位的面积是所述电阻加热元件的足迹表面积。 27.根据权利要求26所述的方法，其中所述电阻加热元件处的所述峰值热通量密度至少为2,000,000W/m2。 28.根据权利要求24-27中任一项所述的方法，其中所设置的所述电阻加热元件的足迹表面积不大于所述电池单元的壳体的总外表面积的20％。 29.根据权利要求28所述的方法，其中所述足迹表面积不大于所述电池单元的所述壳体的所述总外表面积的5％。 30.根据权利要求24-29中任一项所述的方法，其中在开关形成所述电路之后的不超过60秒内施加所述能量源中存储的能量的至少95％。 31.根据权利要求30所述的方法，其中在所述开关形成所述电路之后的不超过30秒内施加所述能量源中存储的所述能量的至少95％。 32.根据权利要求24-31中任一项所述的方法，其中所提供的能量源包括至少一个电容器。 33.根据权利要求24-32中任一项所述的方法，其中在所述能量源放电期间在所述电阻加热元件处的以千瓦(kW)为单位的峰值加热功率与所述电池单元的以kW为单位的标准1CC-倍率恒定电流放电循环功率之比至少为50比1，其中所述C-倍率是电池的放电速率相对于其最大容量的量度。 34.根据权利要求24-33中任一项所述的方法，其中在所述能量源放电期间由所述电阻加热元件消耗的以千焦耳(kJ)为单位的热能与所述电池单元的储能容量(kJ)之比小于0.10。 35.根据权利要求24-34中任一项所述的方法，其中所述能量源的所述放电使所述电池单元的表面加热到至少150摄氏度。 36.根据权利要求24-35中任一项所述的方法，进一步包括在所述电阻加热元件外部提供电绝缘屏障涂层。 37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括在陶瓷涂层外部提供导热金属基涂层。 38.根据权利要求37所述的方法，进一步包括在所述导热金属基涂层外部提供导热传热膏状物。 39.根据权利要求24-38中任一项所述的方法，其中所提供的所述电阻加热元件具有平面状的形状。 40.根据权利要求39所述的方法，其中所提供的所述电阻加热元件是柔性的以允许对应于所述电池单元的外表面改变所述电阻加热元件的所述形状。 41.根据权利要求24-40中任一项所述的方法，其中所提供的所述电阻加热元件的厚度不大于5毫米。 42.根据权利要求41所述的方法，其中所提供的所述电阻加热元件的厚度不大于2毫米。 43.根据权利要求24-42中任一项所述的方法，其中所提供的所述电阻加热元件包括镍铬合金。 44.根据权利要求24-42中任一项所述的方法，其中所提供的所述电阻加热元件包括铁-铬-铝(FeCrAl)合金。 45.根据权利要求24-44中任一项所述的方法，其中所述可选地形成电路发送单个电流脉冲通过所述电阻加热元件。 46.一种用于启动电池单元中的热失控的装置，所述装置包括：用于将电能转换成热量的工具，其可定位为与所述电池单元热接触以用于将热量传递到所述电池单元的区域；用于提供能量的工具，其电连接到所述电阻加热元件；开关工具，其用于可选地将电流脉冲发送到用于将电能转换成热量的所述工具，从而在用于将电能转换成热量的所述工具处产生功率脉冲，以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控。 47.一种用于启动电池单元中的热失控的装置，所述装置包括：电阻加热元件，所述电阻加热元件定位为与所述电池单元热接触，以将热量传递到所述电池单元的区域；电连接到所述电阻加热元件的能量源；温度传感器，所述温度传感器用于感测所述电阻加热元件的温度；温度控制器，所述温度控制器与所述温度传感器可通信的连接，所述温度控制器配置为使能量从所述能量源释放以发送电流通过所述电阻加热元件，从而在所述电阻加热元件处产生功率以加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控，所述温度控制器还配置为使所述电阻加热元件被加热到预定温度并且响应于感测的所述电阻加热元件的温度而保持在所述预定温度。 48.根据权利要求47所述的装置，其中由所述产生的功率在所述电阻加热元件处产生的峰值热通量密度至少为800,000瓦/平方米(W/m2)，其中以瓦为单位的所述功率是所述电阻加热元件处的加热功率，并且以平方米为单位的面积是所述电阻加热元件的足迹表面积。 49.根据权利要求47-48中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件的足迹表面积不大于所述电池单元的壳体的总外表面积的20％。 50.根据权利要求47-49中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件具有平面状的形状。 51.根据权利要求47-50中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件在不超过3秒的时间内从环境温度加热到所述预定温度。 52.根据权利要求47-51中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件是柔性的以允许对应于所述电池单元的外表面改变所述电阻加热元件的形状。 53.根据权利要求47-52中任一项所述的装置，其中所述电阻加热元件的厚度不大于5毫米。 54.根据权利要求47-53中任一项所述的装置，其中所述温度控制器使用脉冲宽度调制(PWM)来控制在所述电阻加热元件处产生的所述功率。 55.根据权利要求47-54中任一项所述的装置，其中所述能量源包括直流(DC)电源。 56.根据权利要求47-55中任一项所述的装置，其中所述温度传感器包括热电偶。 57.根据权利要求47-56中任一项所述的装置，其中所述温度控制器防止所述电阻加热元件的温度响应于从所述能量源释放的所述能量而超过所述预定温度多于5％。 58.一种用于启动电池单元中的热失控的方法，所述方法包括：提供与所述电池单元热接触的电阻加热元件，所述电阻加热元件用于将热量传递到所述电池单元的区域；提供电连接到所述电阻加热元件的能量源；感测所述电阻加热元件的温度；从所述能量源释放以在所述电阻加热元件处产生功率，从而加热所述电池单元的所述区域来启动所述热失控；以及控制所述电阻加热元件的温度，使得所述电阻加热元件被加热到预定温度并且响应于感测的所述电阻加热元件的温度而保持在所述预定温度。 59.根据权利要求58所述的方法，其中在所述电阻加热元件处产生的所述功率产生的峰值热通量密度至少为800,000瓦/平方米(W/m2)，其中以瓦为单位的功率是所述电阻加热元件处的加热功率，并且以平方米为单位的面积是所述电阻加热元件的足迹表面积。 60.根据权利要求58-59中任一项所述的方法，其中所述电阻加热元件的足迹表面积不大于所述电池单元的壳体的总外表面积的20％。 61.根据权利要求58-60中任一项所述的方法，其中所述电阻加热元件具有平面状的形状。 62.根据权利要求58-61中任一项所述的方法，其中加热所述电阻加热元件包括在不超过3秒的时间内将所述电阻加热元件从环境温度加热到所述预定温度。 63.根据权利要求58-62中任一项所述的方法，其中所述电阻加热元件是柔性的以允许对应于所述电池单元的外表面改变所述电阻加热元件的形状。 64.根据权利要求58-63中任一项所述的方法，其中所述电阻加热元件的厚度不大于5毫米。 65.根据权利要求58-64中任一项所述的方法，其中所述控制使用脉冲宽度调制(PWM)来控制所述电阻加热元件的温度。 66.根据权利要求58-65中任一项所述的方法，其中所述能量源包括直流(DC)电源。 67.根据权利要求58-66中任一项所述的方法，其中所述温度传感器包括热电偶。 68.根据权利要求58-67中任一项所述的方法，其中所述控制包括防止所述电阻加热元件的温度响应于从所述能量源释放的所述能量而超过所述预定温度多于5％。
所属类别：	发明专利