CN107342441A - 一种电池安全保护装置 - Google Patents

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张敬
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Abstract

为克服现有动力电池存在起火风险以及***风险的问题，本发明提供了一种电池安全保护装置，包括电池壳体、电池模组和灭火装置，所述电池模组和所述灭火装置封装于所述电池壳体内腔，所述灭火装置包括有储料部和温控阀门，所述储料部中容置有灭火剂，所述温控阀门连接所述储料部，用以在一定温度下导通所述储料部的内腔和所述电池壳体的内腔。本发明提供的电池安全保护装置能够在电池模组发生起火的时候，及时将火焰扑灭，降低***风险。

Description

一种电池安全保护装置
技术领域
本发明属于电池安全技术领域，具体涉及一种电池安全保护装置。
背景技术
动力电池作为现有大部分电动交通工具的动力能源，对其安全性能具有较高的要求，然而，在长期使用的过程中，动力电池的起火***事故时有发生，锂离子电池的起火***是由于锂离子电池热失控而产生的，根源主要是电极和电解液间在合适的条件下产生的剧烈的化学放热反应。除此之外，动力电池在充放电循环中，电池组成物质会发生一些物理和化学的变化而导致电池性能的衰退，这些变化将会在一定程度上影响电池的安全性。
现有的电池安全保护设置大多是通过设置BMS(battery manahement system，电池管理***)对电池的充放电进行管理，及时切断电源的充电和放电。该种设置虽然在一定程度上降低了电池起火风险，但是对于一些穿刺短路引发的起火则无法通过BMS进行控制，且当电池起火后会引发后续一系列气体生成反应，从而产生***。
发明内容
针对现有动力电池存在起火风险以及***风险的问题，本发明提供了一种电池安全保护装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种电池安全保护装置，包括电池壳体、电池模组和灭火装置，所述电池模组和所述灭火装置封装于所述电池壳体内腔，所述灭火装置包括有储料部和温控阀门，所述储料部中容置有灭火剂，所述温控阀门连接所述储料部，在所述电池壳体内的温度超过预设温度时，所述温控阀门开启以导通所述储料部的内腔和所述电池壳体的内腔，在所述电池壳体内的温度小于预设温度时，所述温控阀门关闭以隔断所述储料部的内腔和所述电池壳体的内腔。
可选地，所述电池模组包括呈矩阵排列的多个电池单体，多个所述电池单体之间通过串联和/或并联的形式电连接。
可选地，所述电池模组的外部环绕设置有封装板，所述封装板的***设置有用于将所述封装板紧固在所述电池模组外部的紧固框架，所述封装板上设置有散热孔。
可选地，所述储料部中还容置有与所述灭火剂混合的压缩气体，所述灭火剂为超细干粉灭火剂。
可选地，所述温控阀门包括热熔阀门，所述热熔阀门内部设置有连通通道，所述连通通道的入口连接所述储料部的内腔，所述连通通道的出口连接所述电池壳体的内腔，所述连通通道的出口处设置有易熔塞进行临时性封堵。
可选地，所述温控阀门包括玻璃球阀门。
可选地，所述电池安全保护装置还包括有电池管理***，所述电池壳体上设置有正极端子和负极端子，所述电池管理***分别与所述电池模组、所述正极端子和所述负极端子电连接。
可选地，所述电池模组中设置有多个温度感应探头，所述温度感应探头与所述电池管理***电连接，所述温控阀门包括电控阀，所述电控阀与所述电池管理***电连接。
可选地，所述电池壳体上开设有信号通讯端口，所述信号通讯端口与所述电池模组电连接。
可选地，所述电池壳体包括上壳和下壳，所述上壳和所述下壳可拆卸连接。
根据本发明提供的电池安全保护装置，在电池的内部设置了灭火装置，通过在储料部中储存有灭火剂，在正常使用的过程中，所述灭火剂保持在灭火装置的储料部中，通过所述温控阀门将灭火剂与电池安全保护装置的其他结构相互隔离，当电池模组发生起火之后，所述温控阀门开启将储料部中的灭火剂导出，导出的灭火剂与电池模组的起火点接触，从而尽快地将火焰扑灭，避免燃烧引起的电解液分解，从而减低***风险。
附图说明
图1是本发明提供的电池安全保护装置的结构示意图；
图2是本发明提供的电池安全保护装置其灭火装置的结构示意图；
图3是本发明提供的电池安全保护装置其上壳的结构示意图；
图4是本发明提供的电池安全保护装置其电池管理***的结构示意图；
图5是本发明提供的电池安全保护装置其电池模组的结构示意图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、电池壳体；11、上壳；111、信号通讯端口；112、正极端子；113、负极端子；12、下壳；2、灭火装置；21、储料部；22、温控阀门；221、热熔阀门；222、玻璃球阀门；223、电控阀；3、电池管理***；31、封装壳体；4、电池模组；41、紧固框架；42、封装板；421、散热孔。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本实施例公开了一种电池安全保护装置，包括电池壳体1、电池模组4和灭火装置2，所述电池模组4和所述灭火装置2封装于所述电池壳体1内腔，所述灭火装置2包括有储料部21和温控阀门22，所述储料部21中容置有灭火剂，所述温控阀门22连接所述储料部21，在所述电池壳体1内的温度超过预设温度时，所述温控阀门22开启以导通所述储料部21的内腔和所述电池壳体1的内腔，在所述电池壳体1内的温度小于预设温度时，所述温控阀门22关闭以隔断所述储料部21的内腔和所述电池壳体1的内腔。
在正常使用的过程中，所述灭火剂保持在灭火装置2的储料部21中，通过所述温控阀门22将灭火剂与电池安全保护装置的其他结构相互隔离，当电池模组4发生起火之后，所述温控阀门22开启将储料部21中的灭火剂导出，导出的灭火剂与电池模组4的起火点接触，从而尽快地将火焰扑灭，避免燃烧引起的电解液分解，从而减低***风险。
如图5所示，在本实施例中，所述电池模组4包括呈矩阵排列的多个电池单体，多个所述电池单体之间通过串联和/或并联的形式电连接，本领域技术人员可根据所需的电池容量、电压等对所述电池单体的数量和串并联方式进行具体选择，所述电池单体采用锂离子电池，需要说明的是，在其他实施例中，所述电池单体还可采用镍镉电池、镍氢电池等。
所述电池模组4的外部环绕设置有封装板42，所述封装板42的***设置有用于将所述封装板42紧固在所述电池模组4外部的紧固框架41，进而将电池模组4固定于所述封装板42的内部，所述封装板42上设置有散热孔421，所述散热孔421用于提高电池模组4的散热效率。
在本实施例中，所述储料部21中还容置有与所述灭火剂混合的压缩气体，所述灭火剂为超细干粉灭火剂，在所述温控阀门22开启的时候，储料部21与电池壳体1内部之间存在压力差，压缩气体发生膨胀，进而带动储料部21内的超细干粉灭火剂喷出，对电池壳体1内部的电池模组4进行灭火。
超细干粉灭火剂具有较小的粒径，有良好抗复燃性、弥散性和电绝缘性，其灭火机理是以化学灭火为主，通过化学、物理双重灭火机能扑灭火焰:从物理上实现了被保护物与空气的隔绝，阻断再次燃烧所需的氧气，以物理方式防止复燃；化学方面，灭火装置2释放出的超细干粉灭火剂通过与燃烧物火焰接触，产生化学反应迅速夺取燃烧自由基与热量，从而切断燃烧链实现对火焰的扑灭，灭火剂与火焰反应产生的大量玻璃状物质吸附着在被保护物表面形成一层隔离层。
所述压缩气体优选采用阻燃性气体，当所述压缩气体进入电池壳体1中时，能够将电池壳体1中的空气迅速排出，进一步提高灭火效率。
在其他优选实施例中，所述压缩气体可由在高温下能够发生分解并产生气体的热分解物质替代，当电池壳体1内部出现热失控时，热分解物质分解产生气体将超细干粉灭火剂喷出；所述压缩气体也可由多种能够接触反应生成气体的反应物替代，当电池壳体1内部出现热失控时将上述反应物混合反应，进而生成气体将超细干粉灭火剂喷出。
如图2所示，所述温控阀门22包括热熔阀门221，所述热熔阀门221内部设置有连通通道，所述连通通道的入口连接所述储料部21的内腔，所述连通通道的出口连接所述电池壳体1的内腔，所述连通通道的出口处设置有易熔塞进行临时性封堵。
所述易熔塞中设置有低熔点合金，低熔点合金是指熔点低于232℃(Sn的熔点)的易熔合金；通常由Bi、Sn、Pb、In等低熔点金属元素组成。当所述电池壳体1内部的温度过高时，所述低熔点合金熔化，对所述易熔塞进行导通。
在本实施例中，所述温控阀门22包括玻璃球阀门222，所述玻璃球阀门222内部设置有出料通道，所述出料通道的入口连接所述储料部21的内腔，所述出料通道的出口连接所述电池壳体1的内腔，所述出料通道的出口处设置有密封垫，通过玻璃球对所述密封垫进行抵接，进而将密封垫将出料通道的出料口密封，所述玻璃球中灌注有高热膨胀系数的有机溶液，当电池壳体1内部的温度升高超过一定的界限时，所述有机溶液受热发生膨胀，所述玻璃球破裂，密封垫脱落，所述储料部21中的灭火剂喷出进行灭火。
在本实施例中，所述电池安全保护装置还包括有电池管理***3，所述电池管理***3即BMS模块，所述电池壳体1上设置有正极端子112和负极端子113，所述BMS模块3分别与所述电池模组4、所述正极端子112和所述负极端子113电连接，所述电池模组4经过所述BMS模块3的调节后经由所述正极端子112和所述负极端子113进行电能输出和充电。
所述电池管理***3外部设置有封装壳体31，通过所述封装壳体31将所述电池管理***3与所述电池模块和所述灭火装置2相互隔离。
通过所述电池管理***3能够对所述电池模组4的电压和电流等参数进行实时监测，进而通过电压和电流等参数确定所述电池模组4是否处于过充或过放状态，通过MOS管等结构对电池模组4的充放电进行控制，从而避免电池模组4的过充和过放，对电池模组4进行保护。
在本发明的一优选实施例中，所述电池模组4中设置有多个温度感应探头，所述温度感应探头与所述电池管理***3电连接，通过所述温度感应探头能够实时检测所述电池模组4的温度参数，并将温度参数传输至所述电池管理***3，所述温控阀门22包括电控阀223，所述电控阀223与所述电池管理***3电连接，所述电池管理***3可控制所述电控阀223的开启和关闭，从而导通或封闭所述储料部21。
当所述温度感应探头感应到所述电池模组4上的温度超过一定的界限时，可判定电池壳体1内部出现起火，此时可通过所述电池管理***3控制所述电控阀223开启，储料部21中的灭火剂喷出进行灭火。
相对于所述热熔阀门221和所述热熔阀门221，通过电池管理***3控制电控阀223的导通方式具有更快的响应速度，也更易在发生起火时失灵。
需要说明的是，在不同的实施例中，所述热熔阀门221、所述玻璃球阀门222和所述电控阀223可单独实施，也可组合实施，以产生更佳的实施效果；另一方面，所述温控阀门22还可以是其他起到同种作用的阀门结构。
所述电池壳体1上开设有信号通讯端口111，所述信号通讯端口111与所述电池模组电连接，用于BMS模块与外部的通讯，也可用于电池的电压调节，使整个电池组的电压均衡。
在本实施例中，所述电池壳体1包括上壳11和下壳12，所述上壳11和所述下壳12可拆卸连接，具体的，所述上壳11为平面状的盖板，所述下壳12为带容置槽的薄壁型壳体，所述上壳11和所述下壳12通过设置螺钉相互连接，且所述上壳11封闭所述容置槽的顶部开口，所述电池模组4和所述电池管理***3均所述容置槽的底部，所述灭火装置2位于所述上壳11朝向所述容置槽的一侧，即所述灭火装置2悬置于所述容置槽的顶部。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池安全保护装置，其特征在于，包括电池壳体、电池模组和灭火装置，所述电池模组和所述灭火装置封装于所述电池壳体内腔，所述灭火装置包括储料部和至少一温控阀门，所述储料部中容置有灭火剂，所述温控阀门连接所述储料部，在所述电池壳体内的温度超过预设温度时，所述温控阀门开启以导通所述储料部的内腔和所述电池壳体的内腔，在所述电池壳体内的温度小于预设温度时，所述温控阀门关闭以隔断所述储料部的内腔和所述电池壳体的内腔。
2.根据权利要求1所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述电池模组包括呈矩阵排列的多个电池单体，多个所述电池单体之间通过串联和/或并联的形式电连接。
3.根据权利要求2所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述电池模组的外部环绕设置有封装板，所述封装板的***设置有用于将所述封装板紧固在所述电池模组外部的紧固框架，所述封装板上设置有散热孔。
4.根据权利要求1所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述储料部中还容置有与所述灭火剂混合的压缩气体，所述灭火剂为超细干粉灭火剂。
5.根据权利要求1所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述温控阀门包括热熔阀门，所述热熔阀门内部设置有连通通道，所述连通通道的入口连接所述储料部的内腔，所述连通通道的出口连接所述电池壳体的内腔，所述连通通道的出口处设置有易熔塞进行临时性封堵。
6.根据权利要求1所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述温控阀门包括玻璃球阀门。
7.根据权利要求1所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述电池安全保护装置还包括有电池管理***，所述电池壳体上设置有正极端子和负极端子，所述电池管理***分别与所述电池模组、所述正极端子和所述负极端子电连接。
8.根据权利要求7所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述电池模组中设置有多个温度感应探头，所述温度感应探头与所述电池管理***电连接，所述温控阀门包括电控阀，所述电控阀与所述电池管理***电连接。
9.根据权利要求7所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述电池壳体上开设有信号通讯端口，所述信号通讯端口与所述电池模组电连接。
10.根据权利要求1所述的电池安全保护装置，其特征在于，所述电池壳体包括上壳和下壳，所述上壳和所述下壳可拆卸连接。
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