CN112652851A - 一种可延缓热失控的电池上箱体总成及电池总成 - Google Patents

一种可延缓热失控的电池上箱体总成及电池总成 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池的热失控技术领域，公开一种可延缓热失控的电池上箱体总成及电池总成。其中可延缓热失控的电池上箱体总成包括上箱体本体和防爆阀，上箱体本体内限定出隔绝的容纳腔和气体通道，容纳腔内设有冷却液，气体通道位于容纳腔的下方，上箱体本体被配置为当电池单体发生热失控时，容纳腔和气体通道之间的壁面能够破裂以使容纳腔和气体通道连通，上箱体本体上设有与气体通道连通的进气口，进气口的第一流通面积大于气体通道的出口的第二流通面积，防爆阀设置在上箱体本体上，防爆阀被配置为当气体通道的出口的气体的压力高于预设压力时气体冲出防爆阀。本发明公开的可延缓热失控的电池上箱体总成具有延缓电池单体发生热失控的功能。

Description

一种可延缓热失控的电池上箱体总成及电池总成
技术领域
本发明涉及电池的热失控技术领域，尤其涉及一种可延缓热失控的电池上箱体总成及电池总成。
背景技术
现有的电池单体都采用高能量、高功率的锂电池，容易发生电池热失控，但现有的电池上箱体总成都没有延缓热失控的功能，因此需要额外增加独立的热失控保护***，增加了电池总成的生产成本。
发明内容
基于以上所述，本发明的目的在于提供一种可延缓热失控的电池上箱体总成具有延缓电池单体发生热失控的功能。
本发明还提供一种电池总成，该电池总成无需额外增设独立的热失控保护***，降低了电池总成的生产成本。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可延缓热失控的电池上箱体总成，包括：上箱体本体，其内限定出隔绝的容纳腔和气体通道，所述容纳腔内设有含有灭火剂的冷却液，所述气体通道位于所述容纳腔的下方，所述上箱体本体被配置为当电池单体发生热失控时，所述容纳腔和所述气体通道之间的壁面能够破裂以使所述容纳腔和所述气体通道连通，所述上箱体本体上设有与所述气体通道连通的进气口，所述进气口的第一流通面积大于所述气体通道的出口的第二流通面积；防爆阀，设置在所述上箱体本体上，所述防爆阀被配置为当所述气体通道的出口的气体的压力高于预设压力时所述气体将所述防爆阀从所述上箱体本体上冲出。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述第一流通面积与所述第二流通面积的比值为3-20。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，沿所述气体的流动方向，所述进气口的第一流通面积逐渐减小。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述气体通道的内壁上设有膛线。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述冷却液的体积与所述容纳腔的体积的比值为0.85-0.97。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述上箱体本体包括云母箱体、陶瓷箱体、聚氨酯箱体或者三聚氰胺箱体，所述上箱体本体的厚度大于或者等于3mm。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述上箱体本体的侧边设有角型加强凸筋，所述上箱体本体的拐角设有双层加强凸筋。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述上箱体本体上设有朝向所述电池单体凸出的冲压凸筋，所述冲压凸筋与所述上箱体本体形成两个平行分布的气体流道，两个所述气体流道分别位于所述冲压凸筋的两侧且均与所述进气口连通。
作为一种可延缓热失控的电池上箱体总成的优选方案，所述气体流道包括第一气体流道和第二气体流道，所述电池单体发生热失控时产生的气体依次流经所述第一气体流道和所述第二气体流道，所述第一气体流道的第三流通面积大于所述第二气体流道的第四流道面积。
一种电池总成，包括电池单体及以上任一方案所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，所述电池单***于所述可延缓热失控的电池上箱体总成的正下方。
本发明的有益效果为：本发明公开的可延缓热失控的电池上箱体总成的进气口的第一流通面积大于气体通道的出口的第二流通面积，使得防爆阀被冲出，在电池单体发生热失控时容纳腔和气体通道之间的壁面发生破裂，容纳腔和气体通道连通，由于冷却液内含有灭火剂，使得冷却液能够起到灭火的作用，使得该电池上箱体总成具有延缓其余电池单体发生热失控的功能，此外容纳腔内的冷却液还能够在电池上箱体总成发生振动或者碰撞时吸收一部分冲击能量，使得电池上箱体总成具有减震的特性。
本发明公开的电池总成由于包括前文所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，无需额外增设独立的热失控保护***，使得该电池总成具有延缓电池单体发生热失控的功能，降低了电池总成的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施例提供的可延缓热失控的电池上箱体总成在一个方向的示意图；
图2是本发明具体实施例提供的可延缓热失控的电池上箱体总成在另一个方向的示意图；
图3是本发明具体实施例提供的可延缓热失控的上箱体本体的剖视图；
图4是图3在A处的局部放大图；
图5是图3在B处的局部放大图。
图中：
1、上箱体本体；101、容纳腔；102、气体通道；103、进气口；104、气体流道；1041、第一气体流道；1042、第二气体流道；11、角型加强凸筋；12、双层加强凸筋；13、冲压凸筋；14、台阶；
2、防爆阀。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供一种可延缓热失控的电池上箱体总成，如图1至图4所示，包括上箱体本体1和防爆阀2，上箱体本体1内限定出隔绝的容纳腔101和气体通道102，容纳腔101内设有含有灭火剂的冷却液，气体通道102位于容纳腔101的下方，上箱体本体1被配置为当电池单体发生热失控时，容纳腔101和气体通道102之间的壁面能够破裂以使容纳腔101和气体通道102连通，上箱体本体1上设有与气体通道102连通的进气口103，进气口103的第一流通面积大于气体通道102的出口的第二流通面积，防爆阀2设置在上箱体本体1上，防爆阀2被配置为当气体通道102的出口的气体的压力高于预设压力时气体将防爆阀2从上箱体本体1上冲出。
由于第一流通面积大于第二流通面积，使得进入气体通道102的气体的压力大于从气体通道102排出的气体的压力，从而保证防爆阀2被冲出，避免了电池发生热失控时防爆阀2无法被冲出的现象的发生，保证电池单体发生热失控时产生的气体能够及时排出。具体地，如图4所示，在气体通道102的末端，气体通道102的流通面积逐渐减小。
电池单体发生热失控时，不但会产生高温高压的气体，还会产生火焰，火焰和高温高压的气体会同时对容纳腔101和气体通道102之间的壁面产生作用，使得壁面破裂，容纳腔101内的冷却液能够浇灭火焰和降低气体的温度，从而达到延缓其余电池单体发生热失控的目的。
一般来讲，电池单体发生热失控时，防爆阀2首先被冲出，实现对气体的泄压，避免了电池总成发生***的现象的发生，接着容纳腔101和气体通道102之间的壁面破裂，容纳腔101内的冷却液浇灭火焰和降低气体的温度，从而达到延缓其余电池单体发生热失控的目的。
本实施例提供的可延缓热失控的电池上箱体总成的进气口103的第一流通面积大于气体通道102的出口的第二流通面积，使得防爆阀2被冲出，在电池单体发生热失控时容纳腔101和气体通道102之间的壁面发生破裂，容纳腔101和气体通道102连通，由于冷却液内含有灭火剂，使得冷却液能够起到灭火的作用，使得该电池上箱体总成具有延缓其余电池单体发生热失控的功能，此外容纳腔101内的冷却液还能够在电池上箱体总成发生振动或者碰撞时吸收一部分冲击能量，使得电池上箱体总成具有减震的特性。
需要说明的是，本实施例的气体通道102是根据NVH、CAE、CFD仿真设计而形成的通道。优选地，本实施例的第一流通面积与第二流通面积的比值为3-20。第一流通面积和第二流通面积的比值为3-20能够保证防爆阀2被及时冲出，保证电池单体发生热失控时所产生的气体能够及时排出，降低电池单体发生热失控时的气体的压力，避免出现流经进气口103的气体的压力达到很大时防爆阀2才能被冲出的现象的发生。在其他实施例中，第一流通面积和第二流通面积的比值还可以为其他数值，具体根据实际需要设置。
如图3所示，沿气体的流动方向，进气口103的第一流通面积逐渐减小。具体地，进气口103的第一流通面积逐渐减小使得经进气口103进入气体通道102内的气体的压力逐渐增加，从而使得气体顺畅地流至气体通道102内，最终有利于经气体通道102的出口排出的气体将防爆阀2从上箱体本体1上冲出。
本实施例的气体通道102的内壁上设有膛线(图中未示出)，增设的膛线能够在气体流经气体通道102时发出尖锐的声响，形成报警的声音，这种物理报警的结构安全可靠，便于用户及时知晓电池单体发生了热失控，从而有效帮助乘客逃生。
本实施例的冷却液的体积与容纳腔101的体积的比值为0.85-0.97。若是冷却液的体积与容纳腔101的体积的比值过小，当电池单体的温度较高时，容纳腔101内的气体的体积增加的较多，使得容纳腔101的体积发生明显的变化，上箱体本体1可能会出现鼓包的现象，不利于上箱体本体1的使用，降低了上箱体本体1的使用寿命，同时冷却液的体积与容纳腔101的体积的比值过小，使得冷却液的含量较少，不利于浇灭火焰。若是冷却液的体积与容纳腔101的体积的比值过大，冷却液过多使得冷却液无法在容纳腔101内晃动，减弱了电池上箱体总成的减震的特性，不利于电池上箱体总成发生振动或者碰撞时吸收一部分冲击能量，导致电池上箱体总成发生振动或者碰撞时容易产生晃动。
进一步地，本实施例的冷却液的比热容大于或者等于500J/(kg/K)，比热容较大的冷却液能够有效阻隔外界的温度对电池单体的影响，防止电池单体在极端温度条件下过冷或者过热，提升电池单体的温度一致性，提升电池单体的使用寿命。
本实施例的上箱体本体1为云母箱体，上箱体本体1的厚度大于或者等于3mm。本实施例的非金属的云母箱体与现有的金属的上箱体本体1相比，重量更轻，且具有结构强度大和能够抵御热扩散的冲击力的作用。在其他实施例中，上箱体本体1还可以为陶瓷箱体、聚氨酯箱体、三聚氰胺箱体或者为其他非金属的材料制成的上箱体本体，具体根据实际需要选定。
如图1所示，本实施例的上箱体本体1的侧边设有角型加强凸筋11，上箱体本体1的拐角设有双层加强凸筋12，本实施例的双层加强凸筋12的个数为四个，四个双层加强凸筋12分别位于上箱体本体1的四个拐角处。增设的角型加强凸筋11和双层加强凸筋12可以提升上箱体本体1的结构强度，通过NVH、CAE、CFD仿真分析，增设的角型加强凸筋11和双层加强凸筋12设计可以保证上箱体本体1的结构强度，保证电池单体发生热失控时产生的气体的快速泄压，防止气体的压力过高造成上箱体本体1的破裂。
需要说明的是，角型加强凸筋11的位置根据实际需要设置。具体地，在大批量生产上箱体本体1之前首先对上箱体本体1进行软件模拟，通过软件模拟电池单体发生热失控时得到上箱体本体1的侧边发生破裂的位置，通过在该破裂的位置增加角型加强凸筋11实现对上箱体本体1的结构强度的加固，避免电池单体发生热失控时上箱体本体1的侧边的破裂，防止了电池单体发生热失控产生的明火通过破裂的上箱体本体1蔓延至外侧而加速热失控发生的速度。通过NVH、CAE、CFD仿真设计对上箱体本体1进行多次优化设计，在实验规定的要求范围内，当电池单体发生热失控时，保证上箱体本体1的侧边不会发生破裂，避免了火焰通过破裂的上箱体本体1向外蔓延的现象的发生。
如图1和图2所示，本实施例的上箱体本体1上设有朝向电池单体凸出的冲压凸筋13，冲压凸筋13与上箱体本体1形成两个平行分布的气体流道104，两个气体流道104分别位于冲压凸筋13的两侧且均与进气口103连通，冲压凸筋13的正下方用于分布电线，当电池单体发生热失控时气体从冲压凸筋13两侧的气体流道104流至进气口103处，不会对电线产生影响，提高了电池总成的安全性。
具体地，如图2所示，气体流道104包括第一气体流道1041和第二气体流道1042，电池单体发生热失控时产生的气体依次流经第一气体流道1041和第二气体流道1042，第一气体流道1041的第三流通面积大于第二气体流道1042的第四流道面积。进一步地，如图1和图2所示，上箱体本体1上设有台阶14，第一气体流道1041的宽度和深度分别小于第二气体流道1042的宽度和深度，使得电池单体发生热失控时产生的气体的依次快速通过第一气体流道1041、第二气体流道1042、进气口103、气体通道102实现泄压，避免内部气体流通紊乱，防止气体的压力过高造成上箱体本体1的破裂。
本实施例还提供一种电池总成，包括电池单体(图中未示出)和本实施例所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，电池单***于可延缓热失控的电池上箱体总成的正下方。
本实施例提供的电池总成由于包括前文所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，无需额外增设独立的热失控保护***，使得该电池总成具有延缓电池单体发生热失控的功能，降低了电池总成的生产成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，包括：
上箱体本体(1)，其内限定出隔绝的容纳腔(101)和气体通道(102)，所述容纳腔(101)内设有含有灭火剂的冷却液，所述气体通道(102)位于所述容纳腔(101)的下方，所述上箱体本体(1)被配置为当电池单体发生热失控时，所述容纳腔(101)和所述气体通道(102)之间的壁面能够破裂以使所述容纳腔(101)和所述气体通道(102)连通，所述上箱体本体(1)上设有与所述气体通道(102)连通的进气口(103)，所述进气口(103)的第一流通面积大于所述气体通道(102)的出口的第二流通面积；
防爆阀(2)，设置在所述上箱体本体(1)上，所述防爆阀(2)被配置为当所述气体通道(102)的出口的气体的压力高于预设压力时所述气体将所述防爆阀(2)从所述上箱体本体(1)上冲出。
2.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述第一流通面积与所述第二流通面积的比值为3-20。
3.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，沿所述气体的流动方向，所述进气口(103)的第一流通面积逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述气体通道(102)的内壁上设有膛线。
5.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述冷却液的体积与所述容纳腔(101)的体积的比值为0.85-0.97。
6.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述上箱体本体(1)包括云母箱体、陶瓷箱体、聚氨酯箱体或者三聚氰胺箱体，所述上箱体本体(1)的厚度大于或者等于3mm。
7.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述上箱体本体(1)的侧边设有角型加强凸筋(11)，所述上箱体本体(1)的拐角设有双层加强凸筋(12)。
8.根据权利要求1所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述上箱体本体(1)上设有朝向所述电池单体凸出的冲压凸筋(13)，所述冲压凸筋(13)与所述上箱体本体(1)形成两个平行分布的气体流道(104)，两个所述气体流道(104)分别位于所述冲压凸筋(13)的两侧且均与所述进气口(103)连通。
9.根据权利要求8所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，其特征在于，所述气体流道(104)包括第一气体流道(1041)和第二气体流道(1042)，所述电池单体发生热失控时产生的气体依次流经所述第一气体流道(1041)和所述第二气体流道(1042)，所述第一气体流道(1041)的第三流通面积大于所述第二气体流道(1042)的第四流道面积。
10.一种电池总成，其特征在于，包括电池单体及如权利要求1-9任一项所述的可延缓热失控的电池上箱体总成，所述电池单***于所述可延缓热失控的电池上箱体总成的正下方。
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