CN114639918A - 一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源动力电池技术领域，且公开了一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，包括绝缘板和位于绝缘板顶端开设的导电槽，在导电槽的内腔底部开设有安装槽，安装槽为沿着绝缘板长度方向设置的T型凹槽，在安装槽的内腔底部固定粘结有膨胀囊，膨胀囊、排气通道和喷流通道组成的连通腔内填充受热膨胀的气体物质。本发明通过在传统的电池包模块之间的绝缘板上加设用以阻燃的阻燃板，使得在单个电池包（即绝缘板的一侧）发生自燃明火时，膨胀囊受热膨胀后，由喷流通道向导电连接机构附近的明火源喷射高速气流以阻断附近氧气补充，从而隔断导电连接机构附近的明火源通过导电槽快速传递到相邻的电池包模块内，以此来延长自燃火势变大的时间。

Description

一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构
技术领域
本发明涉及新能源动力电池技术领域，具体为一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构。
背景技术
锂离子电池相比于传统的铅酸电池以及镍氢电池，其比能量高、比功率大、易实现快速充电和深度放电、寿命长等优点，是目前动力电池的主要发展方向。锂离子电池按照其封装方式可分为硬壳和软包两大类电池。其中，硬壳电池按照正负极片的卷绕方式又分为方形和圆形电池。
新能源汽车的发展，不仅要考虑其动力续航性能，更要考虑安全性能。由于锂电池的构造特征（主要是电解液，电解液大多是碳酸二乙酯、***、碳酸丙烯酯等沸点较低的可燃有机溶剂，再加上锂电池热稳定性较差，在200℃左右的温度下，就会分解并释放出氧气，与电解液、碳材料一起一点就着。）导致其本身就是易燃物。碰撞、挤压、火烧等不当操作行为，会导致正负极之间的隔膜破裂，引发短路，造成热失控；此外，锂电池过充，尤其是多次高功率直流快充，会使得电池内部不断生成锂枝晶，刺穿隔膜，引发短路，造成热失控。
基于上述锂电池的构造及自燃原因，现针对动力锂电池的构造进行改进以提高安全防护性能。当前，不管是方形电池还是圆形电池，其组成新能源汽车的动力源，都需要上千个小电池组成模块，其具体组成方式为若干颗电池组成一块电池包，若干块电池包组成整辆车的电池总成，电池包之间由电池线束或汇流片串接，电池包之间由绝缘板阻隔，电池总成的表面覆盖着坚固的钢壳或者铝壳。
其中，参阅图1，电池包之间的绝缘板因需要电池线束或汇流片的通过，会在绝缘板1的顶端开设导电槽2，由导电连接机构3通过导电槽2，导电连接机构3为线束或汇流片，当单个电池包自燃时，火源温度都会从导电槽2经由导电连接机构3快速的传递至相邻的电池包，由此，短时间内即可造成动力电池总成燃起熊熊大火。本申请则要对该绝缘板进行技术改进，以延长自燃蔓延时间，给驾驶员创造更多的逃生或应急处置时间。
发明内容
针对背景技术中提出的现有锂离子电池总成安全性能的不足，本发明提供了一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，具备阻燃、延长自燃明火蔓延时间的优点，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
本发明提供如下技术方案：一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，包括绝缘板和位于绝缘板顶端开设的导电槽，在导电槽的内腔底部开设有安装槽，安装槽为沿着绝缘板长度方向设置的T型凹槽，在安装槽的内腔底部固定粘结有膨胀囊，膨胀囊为柔性囊状或波纹管状，膨胀囊的顶端固定连接有阻燃板，在阻燃板的底部向中央开设有排气通道，排气通道与膨胀囊的内腔连通，在阻燃板的水平方向还开设有喷流通道，排气通道的顶端与喷流通道的中部连通，喷流通道的一端延伸出阻燃板的外部且延伸端口朝向导电槽的圆心处，延伸端口以导电槽的中轴线左右对称布置，且延伸端口以导电槽的平面中轴左右对称布置，在喷流通道的延伸端口处设有密封塞，膨胀囊、排气通道和喷流通道组成的连通腔内填充受热膨胀的气体物质。
优选的，所述喷流通道的延伸端口向上方延伸出阻燃板的外部，喷流通道的延伸端口朝上方的布置方式用于方形电池包线束串联时的阻隔。
优选的，所述喷流通道的延伸端口向下方延伸出阻燃板的外部，喷流通道的延伸端口朝下方的布置方式用于圆形电池包汇流片串联时的阻隔。
优选的，在所述安装槽的内腔底部且位于膨胀囊的左右两侧均设有支撑弹簧，支撑弹簧处于受压缩状态，两个支撑弹簧的联合弹力用以将阻燃板及其连接组件支撑并保持在绝缘板的顶部边缘，横穿阻燃板部分的导电连接机构为高温熔断类导电金属片。
优选的，所述膨胀囊的内部穿插安装有减阻杆，减阻杆设有若干数量且从上到下等间距布置，减阻杆的长度小于膨胀囊的上下顶端面的长度。
优选的，所述膨胀囊的内径、排气通道的内径、喷流通道的内径以及喷流通道的端口内径依次递减，且喷流通道的端口为细管状，其细度量级为排气通道内径的1/5～1/3。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过在传统的电池包模块之间的绝缘板上加设用以阻燃的阻燃板，使得在单个电池包（即绝缘板的一侧）发生自燃明火时，膨胀囊受热膨胀后，由喷流通道向导电连接机构附近的明火源喷射高速气流以阻断附近氧气补充，从而隔断导电连接机构附近的明火源通过导电槽快速传递到相邻的电池包模块内，以此来延长自燃火势变大的时间，为驾乘人员获取更多时间逃生或执行应急处置措施，以提高新能源动力电池的实际应用安全性能。
2、本发明通过膨胀囊、排气通道、喷流通道的结构设计，可根据圆形或方形电池种类的导电串联方式选择向上或向下开喷气端口，即可应对多种电池类型选择，适合应用的范围更广。
3、本发明通过在膨胀囊内穿插设置的减阻杆，可保障膨胀囊的膨胀延展性能稳定实施，解决实际应用层面出现的安全故障，提高实际应用性能。
附图说明
图1为传统绝缘板与导电连接片构造三视图；
图2为本发明实施例一结构正视图；
图3为本发明图2中的A-A处剖视图；
图4为本发明实施例二结构正视图；
图5为本发明图4中的B-B处剖视图；
图6为本发明实施例二中支撑弹簧的安装布置正视图；
图7为本发明图6中的C-C处剖视图；
图8为本发明图7中膨胀囊处局部详图。
图中：1、绝缘板；2、导电槽；3、导电连接机构；4、安装槽；5、膨胀囊；6、阻燃板；7、排气通道；8、喷流通道；9、密封塞；10、支撑弹簧；11、减阻杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一
参阅图2-图3，一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，用于方形电池包之间的线束串联，在原导电槽2的内腔底部继续开设安装槽4，在安装槽4的内腔底部固定粘结有膨胀囊5，膨胀囊5为柔性囊状或波纹管状，可延展伸长，膨胀囊5的顶端固定连接有阻燃板6，膨胀囊5位于安装槽4的纵向段内，阻燃板6位于安装槽4的横向段内（该处横向、纵向以图2为水平与垂直参考），在阻燃板6的底部向中央开设有排气通道7，排气通道7与膨胀囊5的内腔连通，在阻燃板6的水平方向还开设有喷流通道8，排气通道7的顶端与喷流通道8的中部连通，喷流通道8向阻燃板6的左右两侧分别延伸，喷流通道8的一端向上方延伸出阻燃板6的外部且延伸端口朝向导电槽2的圆心处（导电槽2的圆心位于绝缘板1的上边缘），延伸端口以导电连接机构3为中轴线左右对称布置，且延伸端口以导电槽2的垂直中轴左右对称布置，在喷流通道8的延伸端口处设有密封塞9，膨胀囊5、排气通道7和喷流通道8组成的连通腔内填充2个标准大气压的不可燃性气体或70～100℃汽化的不可燃性液体，密封塞9与喷流通道8之间静摩擦系数由“喷流通道8内填充2个标准大气压且温度变化差为100℃以内，密封塞9与喷流通道8不产生相对移动”来确定。
由此，在绝缘板1左右两侧的电池包自燃升温下，当额定温度超过100℃时，膨胀囊5内不可燃性气体受热膨胀后，冲开密封塞9，对导电连接机构3的两侧喷射高速气流，以此来阻止导电连接机构3外部的绝缘皮层持续性燃烧，从而阻断可燃物，使得燃烧蔓延途径切断，延长自燃蔓延时间。
实施例二
参阅图4-图5，一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，用于圆形电池包之间的汇流片串联，与实施例一不同的是，以图4主视图为例，在安装槽4的内腔底部且位于膨胀囊5的左右两侧均设有支撑弹簧10，支撑弹簧10处于受压缩状态，两个支撑弹簧10联合弹力用以将阻燃板6及其连接组件支撑且保持在绝缘板1的顶部边缘，横穿阻燃板6部分的导电连接机构3为高温（温度为150-180℃）熔断类导电金属片，喷流通道8的延伸端口朝向阻燃板6的下方，且当阻燃板6移动到顶端时，延伸端口朝向导电槽2的圆心处。
由于密封塞9在正常工作阶段，受导电连接机构3的安装限位，膨胀囊5的压差以及支撑弹簧10的弹性力均不可将阻燃板6上行推动，故密封塞9未将喷流通道8的端口打开。在电池包自燃初始阶段，导电连接机构3未熔断前，膨胀囊5内气体即使受热膨胀，亦不可顶升阻燃板6上行，待温度达到导电连接机构3的额定熔断条件下，阻燃板6的上行限位解除，阻燃板6上行并将导电槽2封堵后，由喷流通道8向膨胀囊5的左右两侧排放高速射流气体，排除导电连接机构3熔断附近的氧气，以此，来达到阻止自燃火焰蔓延的趋势，延迟自燃扩大化时间，为驾乘人员获得逃生或应急处置措施的时间。
参阅附图6-图7，在膨胀囊5的内部穿插安装有减阻杆11，减阻杆11设有若干数量且从上到下等间距布置，减阻杆11的长度小于膨胀囊5的上下顶端面的长度，由于膨胀囊5在导电连接机构3未熔断前已先受热膨胀，故而，膨胀囊5存在因高压膨胀而贴附安装槽4的内壁，贴附区存在负压现象而使得导电连接机构3熔断后膨胀囊5难以伸展，通过设置的减阻杆11将膨胀囊5的膨胀受压面与安装槽4的内壁贴合区存在间隙，且降低其接触面积，从而保障膨胀囊5能够顺利伸展。
考虑到膨胀囊5为柔性囊状且为波纹管状的特性，出于密封安装方便的考虑，减阻杆11可设为两端开设螺纹的刚性杆，穿插膨胀囊5的内腔后，在膨胀囊5的外壁使用螺母拧紧于减阻杆11的两端，并采用硅胶垫片对其实施挤压密封。
其中，实施例一与实施例二中，膨胀囊5的内径、排气通道7的内径、喷流通道8的内径以及喷流通道8的端口内径依次递减，且喷流通道8的端口为细管状，其细度量级为1/5～1/3的排气通道7内径。以此使得膨胀囊5内部产生或存在的气体膨胀高压后，从喷流通道8的端***流的速度高，喷射时间段内足够隔除导电连接机构3附近的明火源。
本发明较传统的绝缘隔板的厚度要高，出于安全和安装需求，本发明绝缘板的厚度至少为1-1.5cm，安装槽4深度至少为4cm，对于实施例二中的膨胀气体容积需求，安装槽4的长度至少为4～5cm，且膨胀气体可采用热膨胀系数高的气体带压储存。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，包括绝缘板（1）和位于绝缘板（1）顶端开设的导电槽（2），其特征在于：在导电槽（2）的内腔底部开设有安装槽（4），安装槽（4）为沿着绝缘板（1）长度方向设置的T型凹槽，在安装槽（4）的内腔底部固定粘结有膨胀囊（5），膨胀囊（5）为柔性囊状或波纹管状，膨胀囊（5）的顶端固定连接有阻燃板（6），在阻燃板（6）的底部向中央开设有排气通道（7），排气通道（7）与膨胀囊（5）的内腔连通，在阻燃板（6）的水平方向还开设有喷流通道（8），排气通道（7）的顶端与喷流通道（8）的中部连通，喷流通道（8）的一端延伸出阻燃板（6）的外部且延伸端口朝向导电槽（2）的圆心处，延伸端口以导电槽（2）的中轴线左右对称布置，且延伸端口以导电槽（2）的平面中轴左右对称布置，在喷流通道（8）的延伸端口处设有密封塞（9），膨胀囊（5）、排气通道（7）和喷流通道（8）组成的连通腔内填充受热膨胀的气体物质。
2.根据权利要求1所述的一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，其特征在于：所述喷流通道（8）的延伸端口向上方延伸出阻燃板（6）的外部，喷流通道（8）的延伸端口朝上方的布置方式用于方形电池包线束串联时的阻隔。
3.根据权利要求1所述的一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，其特征在于：所述喷流通道（8）的延伸端口向下方延伸出阻燃板（6）的外部，喷流通道（8）的延伸端口朝下方布置方式用于圆形电池包汇流片串联时的阻隔。
4.根据权利要求3所述的一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，其特征在于：在所述安装槽（4）的内腔底部且位于膨胀囊（5）的左右两侧均设有支撑弹簧（10），支撑弹簧（10）处于受压缩状态，两个支撑弹簧（10）的联合弹力用以将阻燃板（6）及其连接组件支撑并保持在绝缘板（1）的顶部边缘，横穿阻燃板（6）部分的导电连接机构（3）为高温熔断类导电金属片。
5.根据权利要求4所述的一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，其特征在于：所述膨胀囊（5）的内部穿插安装有减阻杆（11），减阻杆（11）设有若干数量且从上到下等间距布置，减阻杆（11）的长度小于膨胀囊（5）的上下顶端面的长度。
6.根据权利要求1所述的一种具有阻燃功能的复合封装锂电池结构，其特征在于：所述膨胀囊（5）的内径、排气通道（7）的内径、喷流通道（8）的内径以及喷流通道（8）的端口内径依次递减，且喷流通道（8）的端口为细管状，其细度量级为排气通道（7）内径的1/5～1/3。
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