具有涡流分离器的能量存储容器的制作方法

在很多领域，目前正在努力将世界的能耗从矿物燃料向可再生能量源过渡。由于当今的电力网络部分地由非可再生能量源供电，所以过渡的努力部分集中在促进能量的本地生成和存储，而非在远程电厂。这可能涉及太阳能(即将太阳光转换成电力的光伏电池板)或风能(即风力农场的风力涡轮机)。由于这些类型的能量源的输出随着时间波动，并且由于对能量的需求也随着时间波动，所以存储电能用于稍后使用的能力变得很重要。

存储电能的关键技术之一是电化学电池(例如锂离子电池)。其优点是公知的：它们具有高的能量密度，可以根据需要递送大量电力，并且可以重新使用很多次。如同多数类型的能量存储装置，电化学电池必须适当地操作以便给出最佳性能而非故障。这样的操作涉及控制充电和放电过程、以及管理电池的温度。在极端情况下，发生故障的电池可能经历被称为热逃逸(thermal runaway，其中电池生成过多的热量)的过程。实际上，热逃逸电池可能开始冒烟和从其壳体喷射电解液。这可能影响附近的电池以及其他设备。

技术实现要素：

第一方面，一种涡流分离器，包括：其中具有圆柱形腔室的壳体；穿过圆柱形腔室的覆盖部(mantle)的入口，该入口定位在壳体的近端处；管子(pipe)，在近端处进入壳体并且朝着壳体的封闭(closed)的远端轴向地延伸穿过圆柱形腔室；穿过覆盖部的出口，该出口定位在远端处；以及在出口处的收集盆(catch basin)。

各实现方式可以包括以下特征中的任何或全部特征。涡流分离器被配置用于在水平定向上安装圆柱形腔室。该出口面向下并且收 集盆定位在壳体下面。涡流分离器还包括网状物(mesh)，该网状物至少部分地覆盖在圆柱形腔室的内部的管子的开口。网状物为圆柱形。网状物至少从管子的开口向远端延伸。管子在壳体外部具有转弯(turn)，该转弯提供竖直定向的排气出口(exhaust outlet)。该收集盆包括具有基本上正方形横截面轮廓的上部部分以及具有矩形横截面轮廓的下部部分。上部部分比所述下部部分更宽。

在第二方面，一种能量存储容器，包括：多个荚体(pod)，每个荚体容纳电化学电池，荚体在能量存储容器内部布置成竖直堆叠；烟囱(chimney)；从荚体到烟囱中的多个排气口(exhaust)；收集盆；以及涡流分离器，该涡流分离器具有：朝着烟囱的入口、朝着收集盆的第一出口、以及朝着能量存储容器的外部的第二出口。

各实现方式可以包括以下特征中的任何或全部特征。烟囱由能量存储容器的第一并行壁和第二并行壁限定，第二壁是第一并行壁和第二并行壁中的内部壁、并且第二壁中具有多个排气口。收集盆部分地由在第一并行壁和第二并行壁之间的至少一个分割壁(partition wall)来限定。入口包括穿过分割壁的开口。能量存储容器还包括部分地覆盖多个排气口的至少一个最下部排气口的灰尘遮挡部(ash shelter)。灰尘遮挡部包括在顶部打开的下部围挡部(enclosure)、以及通过间隙与下部围挡部的顶部分离的顶盖(roof)。间隙对应于多个排气口中的一个排气口。下部围挡部的底部比顶部更宽。该底部基本上与烟囱一样宽。涡流分离器定位在收集盆内部。烟囱定位在能量存储容器的后部、与到多个荚体的门(door)相对。

附图说明

图1示出了能量存储容器的部分横截面；

图2示出了图1中的能量存储容器的平面视图；

图3示出了涡流分离器的透视图；

图4示出了图3中的涡流分离器的俯视图；

图5示出了图3中的涡流分离器的另一透视图；以及

图6示出了图3中的涡流分离器的另一透视图。

具体实施方式

本文档描述用于在异常事件(诸如热逃逸)期间对电化学电池的系统进行管理的系统和技术的示例。如以上所讨论的，热逃逸事件可能导致气体或者其他物质从单个电池的壳体强有力的喷出。这一物质可能是更大的片的形式(诸如电池壳体或集电片的盖子(cap))和更小的粒子(诸如电池部件中的任何部件的碎片)。不管大还是小，在热事件期间可能喷出的碎片(debris)或其他固体物质统称为“粒子(particle)”。由于明显的热生成，一些粒子可能到达使得它们发热(glow)或者有效地变为火花(spark)的温度。如果火花与气体(诸如由于热逃逸事件而产生的烟)接触，则有可能出现着火。这样，可能想要将火花与气体分离以便最小化热事件的后果。本公开的实现方式因此寻求将粒子限制在被称为收集盆的封闭的容器中，同时使得气体能够逃离到外部。

图1示出了能量存储容器100的部分横截面。实质上，容器保持批量的电化学电池(下面进一步描述)并且控制其充放电。本容器基本上是具有定位在顶部与底部之间的三个侧壁(例如左壁、右壁和后壁)的橱柜(cabinet)的形式。在此，该容器具有被铰接(hinged)至结构的其余部分的门102。当前关闭的门提供到电化学电池和系统的其他部件(诸如电池管理系统、冷却系统、和通信部件)的服务接入。

由于这一图示是横截面，所以在容器内部的荚体104是可见的。荚体在此布置成在容器的顶部与底部之间的竖直堆叠(vertical stack)。在本示例中，容器中有16个荚体，但是其他实现方式可以具有更多或更少的荚体。每个荚体保持大量电化学电池(例如锂离子电池)，该电化学电池耦合至彼此并且耦合至控制部件以便能够根据需要接收能量(在充电期间)并且递送能量(即在放电期间)。例如，荚体可以包括联合地提供某个DC电压的电池，并且还包括 将电池电压变换成特定(更高的)DC电压的DC-DC变换器。来自所有荚体的累积电压因此可以用作来自能量存储容器的输出电力。例如，容器可以向逆变器(未示出)提供DC，逆变器生成AC用于在住宅中或者在商业位置使用。在一些实现方式中可以是不同大小或比例的荚体可以由适合给定类型的电池和意图用途的任何材料制成。

每个荚体是具有朝着(在本示例中)其后部的出口106的基本上封闭的结构。也就是，可以在荚体上的其他地方做出用于电和通信的触点(contact)，并且出口被设计成使得气体和粒子能够在热事件的情况下逃离。每个出口在此被装配到容器中的内壁108的对应开口中。每个出口的小的部分(例如盖子或其他封闭部(closure))在内壁108的其他侧上延伸，其在该处形成用于该荚体的相应排气口110。

烟囱112形成在内壁108与外壁114之间。在本示例中，两个壁彼此平行并且用于在容器的后部处限定烟囱。烟囱允许气体和粒子能够穿过排气口110逃离荚体。灰尘遮挡部116部分地封闭最底部排气口。灰尘遮挡部保护最下部荚体的排气口不会变得被从上部荚体的排气口掉落的粒子堵塞(clog)。也就是，灰尘遮挡部使得被覆盖的荚体能够排出其自己的气体和粒子，但是没有减小来自荚体上方的粒子在其前面的累积。在其他实现方式中，更多或更少的荚体排气口可能被灰尘遮挡部覆盖。

分割壁118在此定位在内壁108与外壁114之间并且是形成烟囱的结构的部分。如下面将描述的，该分割也可以限定收集盆。特别地，分割壁在此具有开口120，气体和粒子可以在开口120处逃离烟囱并且从而还从荚体被去除。例如，在能够将粒子收集到收集盆中以便将其与气体尽可能多地分离的同时，所生成的气体可以逃离到周围环境中。

图2示出了图1中的能量存储容器100的平面视图。在此，已经省略了外壁114(图1)以示出烟囱112、排气口110和相关结构。 特别地，可见，分隔壁118和另一分隔壁200用于限定收集盆202。收集盆是累积从任何荚体排出的粒子的基本上封闭的结构。

该容器在此具有用于将粒子(有可能是火花)与逃逸气体(其可以是可燃物)分离的涡流分离器204。特别地，涡流分离器通过入口204A接收气体和粒子的流入(influx)。例如，入口通过使得涡流分离器的面对分割壁中的开口部分进入到烟囱中来形成。在涡流分离器内，流动的气体和粒子被引导到圆柱形壳体内部的螺旋流中。壳体在其底部具有出口204B并且在其顶部具有排气口204C。螺旋流使得粒子在出口204B处逃出并且掉落到收集盆中，而气体被向上引导并且逃离排气口204C。也就是，涡流分离器在此定位在收集盆内部，但是在其他实现方式中，其可以位于其他地方，诸如在容器外部或者在烟囱内部。

灰尘遮挡部116朝着排气口110的底部定位。在此，灰尘遮挡部包括下部围挡部206和顶盖208。下部围挡部覆盖最下部排气口中的一个或多个排气口(在此为底部6个)并且被封闭在除了顶部之外的所有侧上(即其具有面朝上的开口)。该开口使得来自下部排气口的气体和粒子能够逃离。另外，顶盖防止从上部排气口掉落的粒子在下部排气口前方累积。相反，这样的粒子将被引导为朝着下部围挡部与烟囱的壁之间的空间。

下部围挡部206和顶盖208通过间隙(gap)分离。也就是，这一间隙使得来自下部围挡部内的气体和粒子能够逃离(并且最终到达涡流分离器)而顶盖会阻挡粒子掉落。在本示例中，该间隙对应于排气口之一(在此为从底部开始的第7个)的大小。

下部围挡部206的底部可以比顶部更宽。例如，相对宽的基座允许用于粒子的空间能够在围挡部内部累积而没有覆盖任何排气口，而相对窄的开口防止粒子掉落到围挡部中。在此，下部围挡部的基座基本上与烟囱一样宽，但是其在一些实现方式中可以更窄。

在以上示例中，涡流分离器被竖直地定向，这有助于将粒子与气体分离，因为粒子脱离底部到收集盆中。然而，其他实现方式可 以具有不同的定向。

图3示出了要水平地定向的涡流分离器300的透视图。涡流分离器在此具有基本上圆柱形的壳体302、以及在壳体下面定位的收集盆304。它们通过出口306连接，出口306使得粒子能够离开壳体，这将在稍后描述。涡流分离器还具有用于气体逃离的排气出口308。例如，涡流分离器可以安装到用于电化学电池的围挡部，其被竖直地定向使得其排气口方向向上。在热事件期间生成的气体和粒子通过入口(未示出)进入涡流分离器，并且一旦在内部，则粒子可以与气体分离以减小点火的风险。

图4示出了图3中的涡流分离器300的俯视图。用伪影(phantom)示出了一些特征。特别地，入口400允许气体和粒子(例如来自烟囱)能够进入到圆柱形腔室402中。管子404在此在一端处进入涡流分离器的壳体并且朝着另一端轴向地延伸穿过圆柱形腔室，该另一端被封闭。管子在圆柱形腔室内部形成一个或多个开口；在此，管子的端部被截断以呈现圆形开口。该开口在此被网状物406覆盖。出口306将圆柱形腔室连接至收集盆304。

图5示出了图3中的涡流分离器300的另一透视图。在此，入口500是可见的。例如，这一入口面朝烟囱(或者直接到电池的荚体的排气口中)以接收气体和粒子。

图6示出了图3中的涡流分离器300的另一透视图。为了清楚起见，省略了圆柱形壳体的外部盖子。特别地，箭头600示意性地图示粒子的示例性路径。也就是，被气流驱使穿过烟囱或其他结构的粒子在600A处进入圆柱形腔室。在600B处，粒子(和气体)遵循在圆柱形腔室内部的螺旋形路径。也就是，由于入口相对于圆柱形腔室切线地定向，所以气体被引导为在圆柱形腔室内以螺旋形流动。在这一运动期间，流动的物质的更重的成分被驱动到圆柱形腔室的周围。这样，比气体更重并且具有更大动量的粒子倾向于沿着圆柱形表面移动。实际上，粒子在600C处离开圆柱形腔室，因为出口也相对于圆柱形腔室切线地定位。在此，粒子掉落到收集盆中， 从而与大部分流动气体分离。

另一方面，流动的气体不能通过收集盆的方式逃离，因为其为封闭结构。这样，当收集盆内部建立压力时，气体将通过另一路线逃离。特别地，气体在圆柱形腔室内部穿过管子的开口进入管子，并且气体被允许逃离到涡流分离器的外部(例如进入到大气中)。也就是，存在于流动的气体中的粒子从而与气体分离以减小点火的风险。

管子上的网状物可以阻挡杂散(stray)的粒子与气体一起进入。例如，一些粒子可能以其他方式弹开圆柱形壁进入管子中。特别地，气流可能由于在热事件期间在电池中进行的化学反应的属性而间歇(intermittent)。这样，原始在圆柱形腔室内部行进的粒子可能在该气流平息(subside)时开始停留在其表面上。当该气流再次增加时，粒子可以在不固定的方向上被抛掷并且反弹离开网状物，但是将最终离开腔室到收集盆中。

已经描述了大量实现方式作为示例。然而，以下权利要求覆盖其他实现方式。