Устройство для защиты литий-ионного аккумулятора от возгорания
DEVICE FOR PROTECTION OF LITHIUM-ION BATTERY FROM IGNITION

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;
о
- 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 ≥100С 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.
о
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 +68С, 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.