本发明涉及一种矿用锂离子电池防爆系统及防爆方法，属于矿用安全。
背景技术：
1、锂离子作为目前主流的电池动力能源，具有广阔的应用前景，但其在煤矿井下的恶劣工作环境中，火灾爆炸安全问题尤为突出。锂离子电池在热失控期间主要会释放co和h2，并包含烷烃类、氨气和氯化氢等多种气体，其所释放的气体表现出较大的气体爆炸燃烧风险。在锂离子电池热失控过程中，伴随着大量高温反应物、电解液和气体喷出，高温的固体反应物颗粒有点燃可燃气体风险，进而引发可燃气体爆炸，故亟需一种能在电池热失控时自动采取防护措施的安全系统。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种矿用锂离子电池防爆系统及防爆方法，通过热失控异常信号检测装置检测电池热失控的异常信号，并联动进行相应的热失控处理措施，从而抑制锂离子电池发生热失控时的爆炸发生，提高煤矿井下锂离子蓄电池使用的安全性。
2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
3、一种矿用锂离子电池防爆系统，所述系统包括防爆电池箱体、微通道结构、热失控异常信号检测装置、热失控灭火装置、热失控气体处理装置以及联动控制箱；其中，防爆电池箱体包括相连的第一腔体和第二腔体，微通道结构设置于第一腔体的六个内壁上，并且第一腔体顶部内壁的微通道结构呈下沉式半球形结构，在半球形结构的半球形边缘以及其他内壁微通道结构的边缘设置有若干个微通道入口，半球形边缘最下面的微通道入口设置有集气导流装置，集气导流装置经回收管路与回收罐体连接，回收罐体固定于联动控制箱内；所述矿用锂离子电池放置于第一腔体底部微通道结构上；联动控制箱设置于第二腔体内；
4、所述热失控异常信号检测装置与联动控制箱连接，热失控灭火装置、热失控气体处理装置分别与联动控制箱连接；所述热失控异常信号检测装置用于检测微通道结构内的温度、压力和气体信号，并在温度、压力和气体信号超出预设阈值后，将温度、压力和气体的异常信号发送至联动控制箱，由联动控制箱控制热失控灭火装置对热失控区域进行灭火，同时控制热失控气体处理装置对热失控气体进行冷却并回收至回收罐体内，直至微通道结构内的温度、压力和气体信号恢复至正常水平。
5、作为本发明系统的一种优选方案，相邻两个微通道入口之间涂覆有pcm涂层，所述pcm涂层由有机pcm材料和环氧树脂载体制备而成。
6、作为本发明系统的一种优选方案，所述集气导流装置采用在低温下关闭而在遇到热气体时打开的热敏记忆材料，与最下面的微通道入口形成单向定向流动结构。
7、作为本发明系统的一种优选方案，所述热失控异常信号检测装置包括分别与联动控制箱连接的微通道温度-压力复合型传感器、热失控复合气体探测装置和联动报警装置；所有内壁的微通道结构四周设置有若干个微通道温度-压力复合型传感器，用于检测微通道结构内的温度和压力信号；热失控复合气体探测装置设置于矿用锂离子电池上方，用于检测第一腔体内的气体信号；联动报警装置用于在温度、压力和气体信号超出预设阈值后，将温度、压力和气体的异常信号发送至联动控制箱，联动报警装置固定在联动控制箱内。
8、作为本发明系统的一种优选方案，所述热失控灭火装置包括灭火罐体、灭火管和压力感应阀门，灭火罐体固定于联动控制箱内，灭火管铺设于矿用锂离子电池上方，灭火管通过灭火剂输入管路与灭火罐体连接；压力感应阀门位于第二腔体内，且设置于灭火剂输入管路上，用于在监测到灭火管的压力发生变化时，打开压力感应阀门，对热失控区域进行灭火；灭火管采用热敏材料制成，灭火罐体内存储有全氟乙酮灭火剂。
9、作为本发明系统的一种优选方案，所述热失控气体处理装置包括液氮罐体、液氮输入管道和压力-流量调节阀，液氮罐体固定于联动控制箱内，液氮输入管道位于第二腔体内，且一端连接液氮罐体，另一端连接第一腔体其中一个侧壁的微通道结构；液氮输入管道与微通道结构的连接处设有热敏阻隔装置，当热失控气体进入微通道后，热敏阻隔装置受热膨胀使液氮输入管道开启，液氮罐体内的液氮进入微通道并与热失控气体接触；压力-流量调节阀设置于液氮输入管道上，压力-流量调节阀与联动控制箱连接，在矿用锂离子电池发生热失控后，利用联动控制箱控制压力-流量调节阀调节液氮的流量和压力，使热失控气体达到冷却惰化后的安全温度和压力水平；液氮输入管道与微通道结构的连接处还设有预冷却隔断区域。
10、作为本发明系统的一种优选方案，所述联动控制箱包括联动控制装置，联动控制装置与压力-流量调节阀、压力感应阀门、微通道温度-压力复合型传感器以及热失控复合气体探测装置分别连接。
11、作为本发明系统的一种优选方案，所述第一腔体顶部外壁上设置有微通道泄压阀和主泄压阀，微通道泄压阀和主泄压阀用于与压力-流量调节阀配合使用，共同调节微通道结构内液氮的流量和压力，使热失控气体达到冷却惰化后的安全温度和压力水平。
12、一种矿用锂离子电池防爆方法，基于所述的矿用锂离子电池防爆系统实现，所述方法包括如下步骤：
13、步骤1，当矿用锂离子电池发生热失控排出热失控气体后，微通道入口的集气导流装置接触热失控气体后膨胀打开微通道吸收热失控气体，并阻隔筛除热失控固体反应物，控制热失控气体与潜在火源隔离；相邻两个微通道入口之间布置的pcm涂层吸收贮存热失控辐射热能；
14、步骤2，热失控异常信号检测装置检测到温度、压力和气体信号超过预设阈值后，传递异常信号至联动控制装置，等待热失控灭火装置和热失控气体处理装置自响应，若自响应失效，联动控制装置启动二次主动响应；
15、步骤3，热失控灭火装置的灭火管在受到电池热失控散发辐射出的热量破裂失压后，开启灭火剂输入管路上的压力感应阀门，驱动全氟己酮灭火剂填充灭火管，对热失控区域灭火；
16、步骤4，热失控气体处理装置中的液氮输入管道，与微通道结构连接处的热敏阻隔装置与热失控气体接触后，受热膨胀打开液氮输入管道，液氮进入微通道结构与液氮输入管道的预冷却隔断区域，对热失控气体进行初步冷却；压力-流量调节阀在电池发生热失控后，与微通道泄压阀和主泄压阀配合使用，调节微通道结构内液氮的流量和压力，使热失控气体达到冷却惰化后的安全温度和压力水平；在热失控气体达到冷却惰化后的安全温度和压力水平时打开集气导流装置，使处理后的混合气体进入回收管路，并被收集在回收罐体中；
17、步骤5，在混合气体回收结束后，联动控制装置控制液氮输入管道对微通道结构再次通入液氮进行微通道清除，pcm涂层中贮存的热失控辐射热能被联动控制装置触发激活，对液氮降温后的微通道结构释放热量进行渐进式回温处理，实现对堵塞在微通道结构中的热失控固体反应物的破碎或剔除，当微通道结构内的温度、压力和气体信号恢复至正常水平后，清除结束。
18、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
19、1、本发明创造性地将防爆电池箱体和一种特殊构造的微通道结构组合，并将热失控异常信号检测装置、灭火装置、气体处理装置耦合在一起，在满足煤矿井下锂离子电池组使用需求的同时，能够有效防止电池热失控危害，控制热失控的异常能量，防止电池热失控引发的爆炸危险，保证锂离子电池组在具有爆炸环境条件下的安全使用，且该系统方法极具可靠性和可持续性，能够有效保证防爆系统的可循环使用，提高了煤矿井下使用锂离子电池的安全性。
20、2、本发明利用一种特殊构造的微通道结构，配合灭火系统和热失控气体处理系统，提供足够的接触操作表面以增强对热失控气体的冷却和惰化效率，促进热交换以控制热失控能量；且微通道设计对于电池箱体的内部空间布局有优化意义，节省了更多箱体空间容量以利于电池组的存放，更适用于复杂条件和高风险的煤矿井下作业环境。
21、3、本发明综合设计了热量管理、气体控制和过滤阻隔功能，微通道的微型孔洞结构能有效阻隔和筛除热失控时产生的固体反应物，隔离点火源和热失控气体，消除点火源的潜在风险；微通道入口侧布置的pcm涂层材料吸收贮存电池热失控辐射热能，实现了热失控热量的合理利用；由于pcm材料在热失控事件中吸收热量并在清洁过程中释放，使得防爆系统形成了一种自我维持的循环，减少了对外部能源输入的依赖，提高了能源利用效率，提供了更全面的安全设计保护。
22、4、本发明通过清除机制，允许微通道在多次热失控事件后仍能保持可靠性，不仅提高了对微通道结构的清洁效率，确保了系统在连续运行中的性能稳定性，使得系统在面对连续或多次热失控事件时能够快速响应和恢复，能够适应于高风险环境下运行的煤矿井下作业，且延长了系统的使用寿命，降低了系统的长期运营成本。
23、5、本发明所提出的防爆系统可以根据不同类型和大小的电池配置进行调整和扩展，防爆系统所体现的灵活性使得系统可以适应各种应用场景，从小型便携设备到大型工业电池系统。
1.一种矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述系统包括防爆电池箱体、微通道结构、热失控异常信号检测装置、热失控灭火装置、热失控气体处理装置以及联动控制箱；其中，防爆电池箱体包括相连的第一腔体和第二腔体，微通道结构设置于第一腔体的六个内壁上，并且第一腔体顶部内壁的微通道结构呈下沉式半球形结构，在半球形结构的半球形边缘以及其他内壁微通道结构的边缘设置有若干个微通道入口，半球形边缘最下面的微通道入口设置有集气导流装置，集气导流装置经回收管路与回收罐体连接，回收罐体固定于联动控制箱内；所述矿用锂离子电池放置于第一腔体底部微通道结构上；联动控制箱设置于第二腔体内；
2.根据权利要求1所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，相邻两个微通道入口之间涂覆有pcm涂层，所述pcm涂层由有机pcm材料和环氧树脂载体制备而成。
3.根据权利要求1所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述集气导流装置采用在低温下关闭而在遇到热气体时打开的热敏记忆材料，与最下面的微通道入口形成单向定向流动结构。
4.根据权利要求1所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述热失控异常信号检测装置包括分别与联动控制箱连接的微通道温度-压力复合型传感器、热失控复合气体探测装置和联动报警装置；所有内壁的微通道结构四周设置有若干个微通道温度-压力复合型传感器，用于检测微通道结构内的温度和压力信号；热失控复合气体探测装置设置于矿用锂离子电池上方，用于检测第一腔体内的气体信号；联动报警装置用于在温度、压力和气体信号超出预设阈值后，将温度、压力和气体的异常信号发送至联动控制箱，联动报警装置固定在联动控制箱内。
5.根据权利要求4所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述热失控灭火装置包括灭火罐体、灭火管和压力感应阀门，灭火罐体固定于联动控制箱内，灭火管铺设于矿用锂离子电池上方，灭火管通过灭火剂输入管路与灭火罐体连接；压力感应阀门位于第二腔体内，且设置于灭火剂输入管路上，用于在监测到灭火管的压力发生变化时，打开压力感应阀门，对热失控区域进行灭火；灭火管采用热敏材料制成，灭火罐体内存储有全氟乙酮灭火剂。
6.根据权利要求5所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述热失控气体处理装置包括液氮罐体、液氮输入管道和压力-流量调节阀，液氮罐体固定于联动控制箱内，液氮输入管道位于第二腔体内，且一端连接液氮罐体，另一端连接第一腔体其中一个侧壁的微通道结构；液氮输入管道与微通道结构的连接处设有热敏阻隔装置，当热失控气体进入微通道后，热敏阻隔装置受热膨胀使液氮输入管道开启，液氮罐体内的液氮进入微通道并与热失控气体接触；压力-流量调节阀设置于液氮输入管道上，压力-流量调节阀与联动控制箱连接，在矿用锂离子电池发生热失控后，利用联动控制箱控制压力-流量调节阀调节液氮的流量和压力，使热失控气体达到冷却惰化后的安全温度和压力水平；液氮输入管道与微通道结构的连接处还设有预冷却隔断区域。
7.根据权利要求6所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述联动控制箱包括联动控制装置，联动控制装置与压力-流量调节阀、压力感应阀门、微通道温度-压力复合型传感器以及热失控复合气体探测装置分别连接。
8.根据权利要求6所述的矿用锂离子电池防爆系统，其特征在于，所述第一腔体顶部外壁上设置有微通道泄压阀和主泄压阀，微通道泄压阀和主泄压阀用于与压力-流量调节阀配合使用，共同调节微通道结构内液氮的流量和压力，使热失控气体达到冷却惰化后的安全温度和压力水平。
9.一种矿用锂离子电池防爆方法，基于权利要求7所述的矿用锂离子电池防爆系统实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
