CN108598333A - 防爆阀及电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防爆阀以及使用该防爆阀的电池系统，防爆阀包括阀体、阀芯、复位弹簧、安装法兰以及密封垫，阀体的端部开设有进气圆孔，阀体的轴心开设有一端开口的导气腔，安装法兰具有轴部和端部，轴部在其轴心位置开设有导气通道，导气通道的顶部开设有圆环部，端部沿径向贯穿地开设有三个出气通道，三个出气通道在端部的周向上均匀分布，出气通道与导气通道的底部连通，阀芯依次具有杆部、凸缘部、轴肩部以及圆柱部，圆柱部与进气圆孔间隙配合，杆部插入导气通道内，复位弹簧套在凸缘部上，密封垫套在圆柱部上，轴肩部与导气腔间隙配合，密封垫与导气腔间隙配合。防爆阀的结构简单，泄压迅速且灵敏性高，有效防止轴向单路排气孔堵塞。

Description

防爆阀及电池系统

技术领域

本发明涉及新能源电动汽车技术领域，尤其是涉及一种防爆阀以及使用该防爆阀的电动客车用电池系统。

背景技术

使用高压气体作为动力的机械设备，需要对管路及设备进行恒压保护，通过高压气体回路中增加防爆泄压阀，配合高压气体节流阀进行二级保护。新能源电动汽车是指以动力电池为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，它使用存储在电池中的电来发动。

电池是电动汽车上的重要部件，它的功能是提供汽车启动的电能和调整发电机输出和负荷之间不平衡的状态。当电机工作时，电池向电机和用电设备供电；当用电设备的用电功率大于电池系统输出功率时，电池向用电设备供电；电池在使用过程中，电池的内部反复进行充电和放电时发生电化学反应，产生气体堆积并释放到电池模组（包）内部，导致电池模组（包）内部的空气压力高于外部的空气压力，当压力增大到一定程度时会发生爆炸。电动汽车电池的防爆泄压阀，采用全密封结构，将电池模组（包）内部产生的高气压进行排泄，使电池内外部压力始终保持平衡，避免产生爆炸或损坏电池的结构部件，有效保护电池系统的正常工作。

现有的电动汽车电池模组（包）的防爆泄压保护，通常采用一次性安全泄压阀或防爆膜，产生高压时防爆膜位置机构首先爆炸，将高压气体快速排泄，起到防护主体不发生剧烈爆炸作用。或者，采用可复位式安全透气阀，透气机构在系统产生高压时自动打开，将高压气体排泄至空气中，内外压力平衡时自动关闭，可反复使用，但单路排气孔容易堵塞，导致泄压失效。

国标《电动客车安全技术条件》要求，电动客车动力电池必须达到IP67密封防护要求，同时要求电池内外部的空气压差不超过0.05MPa，并且，电池模组（包）必须安装有防爆透气阀。然而，一次性安全泄压阀或防爆膜，发生泄压时自动爆开，IP67密封防护要求失效，无法继续使用，需更换新的安全泄压阀或防爆膜，增加了系统防护的成本及多次更换的工作量。可复位式防爆透气阀一般泄压要求电池内部产生较大压力时，方可打开阀体泄压，对于有高级防护要求的电动客车用动力电池系统，难以保护电池模组（包）内部薄弱部件（比如极片和电池壳体）不产生变形，使电池系统寿命大大降低。

发明内容

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种结构简单、泄压迅速且灵敏度高的防爆阀。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种使用上述防爆阀、满足《电动客车安全技术条件》要求且使用寿命长的电池系统。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种防爆阀，包括阀体、阀芯、复位弹簧、安装法兰以及密封垫，阀体的端部开设有进气圆孔，阀体的轴心开设有一端开口的导气腔，阀体的开口端设置有内螺纹，安装法兰具有轴部和端部，轴部设置有外螺纹，外螺纹与内螺纹配合，轴部在其轴心位置开设有导气通道，导气通道的顶部开设有圆环部，端部沿轴向贯穿地开设有三个通孔，三个通孔在端部的周向上均匀分布，端部沿径向贯穿地开设有三个出气通道，三个出气通道在端部的周向上均匀分布，出气通道与导气通道的底部连通，阀芯依次具有杆部、凸缘部、轴肩部以及圆柱部，圆柱部与进气圆孔间隙配合，杆部插入导气通道内，复位弹簧套在凸缘部上并抵接在圆环部的端面和轴肩部的第一端面之间，密封垫套在圆柱部上并位于轴肩部的第二端面和导气腔的底部之间，轴肩部与导气腔间隙配合，密封垫与导气腔间隙配合。

由此可见，当电池模组（包）内部需要泄压时，气压可作用在阀芯的圆柱部的端面上以及密封垫的端面上，使阀芯和密封垫均沿轴线地朝向安装法兰方向移动，从而打开排气通过。当电池内部压力等于或低于规定值时，在复位弹簧回弹力的作用下，阀芯和密封垫均沿轴线地远离安装法兰方向移动，直至密封垫的端面抵压在导气腔的底部，从而关闭了排气通过，电池模组（包）内部的气体与外界气压接近平衡，使电池模组（包）内部的压力保持在规定值以内。防爆阀的泄压灵敏度在于0.02MPa至0.04MPa之间，即当电池的内外部气压差达到0.02MPa时，防爆阀便会自动泄压，保持电池模组（包）内外部气压差最大不超过0.05MPa。并且，电池模组（包）内部因电路短路等瞬间产生的高压气体，也可以在短时间内排除压力，当电池模组（包）内外部气压差低于0.02MPa时，防爆阀自动关闭，保持电池密封性能不变，使电池的防护安全级别高达IP67。防爆阀的结构简单，泄压迅速且灵敏性高，采用径向多路出气通道均匀分布设计，有效防止轴向单路排气孔堵塞导致泄压失效的问题。采用法兰式与电池可拆卸安装，安装方便快捷。同时，阀体和安装法兰通过轴向延伸的螺纹连接，自锁性能好，提高防爆阀的密封性能。

更进一步的方案是，出气通道与导气通道之间垂直设置。

更进一步的方案是，出气通道与导气通道之间的夹角大于90度。

更进一步的方案是，密封垫的直径小于轴肩部的直径。

更进一步的方案是，阀芯由铝合金材料或不锈钢材料制成。

更进一步的方案是，阀体由铝合金材料或不锈钢材料制成，安装法兰由铝合金材料或不锈钢材料制成。

由此可见，阀芯、阀体和安装法兰均可采用高强度铝合金材料制成，表面阳极氧化，达到表面防腐行业标准要求，提高防爆阀的密封性能和使用精度。

更进一步的方案是，出气通道的直径为2毫米至4毫米之间。

更进一步的方案是，进气圆孔与圆柱部之间的间隙为0.3毫米至1毫米之间。

更进一步的方案是，复位弹簧的弹簧丝直径为0.4毫米至0.8毫米之间，复位弹簧的自由长度为13毫米至25毫米之间，复位弹簧的有效圈数为7圈至12圈之间。

由此可见，出气通道的直径为2毫米至4毫米之间，进气圆孔与圆柱部之间的间隙为0.3毫米至1毫米之间，复位弹簧的弹簧丝直径为0.4毫米至0.8毫米之间，复位弹簧的自由长度为13毫米至25毫米之间，复位弹簧的有效圈数为7圈至12圈之间，使防爆阀泄压迅速，并提高防爆阀的泄压灵敏度。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种电池系统，包括电池壳体、防爆阀和三个固定件，防爆阀包括阀体、阀芯、复位弹簧、安装法兰以及密封垫，阀体的端部开设有进气圆孔，阀体的轴心开设有一端开口的导气腔，阀体的开口端设置有内螺纹，安装法兰具有轴部和端部，轴部设置有外螺纹，外螺纹与内螺纹配合，轴部在其轴心位置开设有导气通道，导气通道的顶部开设有圆环部，端部沿轴向贯穿地开设有三个通孔，三个通孔在端部的周向上均匀分布，端部沿径向贯穿地开设有三个出气通道，三个出气通道在端部的周向上均匀分布，出气通道与导气通道的底部连通，阀芯依次具有杆部、凸缘部、轴肩部以及圆柱部，圆柱部与进气圆孔间隙配合，杆部插入导气通道内，复位弹簧套在凸缘部上并抵接在圆环部的端面和轴肩部的第一端面之间，密封垫套在圆柱部上并位于轴肩部的第二端面和导气腔的底部之间，轴肩部与导气腔间隙配合，密封垫与导气腔间隙配合，防爆阀的阀体外壁套有密封圈，并且密封圈位于电池壳体与防爆阀的安装法兰的轴部之间，密封圈沿轴向贯穿地开设有三个开孔，三个开孔与轴部的三个通孔的位置一一对应，固定件可贯穿通孔和开孔地与电池壳体连接。

由此可见，当电池模组（包）需要泄压时，气压可作用在阀芯的圆柱部的端面上以及密封垫的端面上，使阀芯和密封垫均沿轴线地朝向安装法兰方向移动，从而打开排气通过。当电池模组（包）内部压力等于或低于规定值时，在复位弹簧回弹力的作用下，阀芯和密封垫均沿轴线地远离安装法兰方向移动，直至密封垫的端面抵压在导气腔的底部，从而关闭了排气通过，电池模组（包）内部的气体不再排放，使电池模组（包）内部的压力保持在规定值以内。防爆阀的泄压灵敏度在于0.02MPa至0.04MPa之间，即当电池模组（包）的内外部气压差达到0.02MPa时，防爆阀便会自动打开泄压，保持电池模组（包）内外部气压差最大不超过0.05MPa。并且，电池模组（包）内部因电路短路等瞬间产生的高压气体，也可以在短时间内排除压力，当电池模组（包）内外部气压差低于0.02MPa时，防爆阀自动关闭，保持电池模组（包）密封性能不变，提高了电池系统的安全防护精度，使电池系统的防护安全级别高达IP67，有效防止电池模组（包）发生爆炸从而危及汽车及乘客的安全。

附图说明

图1是本发明防爆阀第一实施例的结构图。

图2是本发明防爆阀第一实施例的分解图。

图3是本发明防爆阀第一实施例中阀体的结构图。

图4是本发明防爆阀第一实施例中阀芯的结构图。

图5是本发明防爆阀第一实施例中安装法兰的结构图。

图6是本发明防爆阀第一实施例中安装法兰的主视图。

图7是图6在A-A处的剖视图。

图8是本发明防爆阀第一实施例的结构剖视图。

图9是本发明防爆阀第二实施例在主视图视角下的剖视图。

图10是本发明防爆阀的使用状态图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

防爆阀第一实施例：

参见图1至图8，防爆阀1包括阀体3、阀芯4、复位弹簧5、安装法兰2以及密封垫6，阀体3的端部开设有进气圆孔31，阀体3的轴心开设有一端开口的导气腔32，阀体3的开口端设置有内螺纹。安装法兰2具有轴部24和端部21，轴部24设置有外螺纹，外螺纹与内螺纹配合。

轴部24在其轴心位置开设有导气通道25，导气通道25的顶部开设有圆环部26。端部21沿轴向贯穿地开设有三个通孔22，三个通孔22在端部21的周向上均匀分布。端部21沿径向贯穿地开设有三个出气通道23，三个出气通道23在端部21的周向上均匀分布，出气通道23与导气通道25的底部连通，本实施例出气通道23与导气通道25之间垂直设置。

阀芯4依次具有杆部41、凸缘部44、轴肩部42以及圆柱部43，圆柱部43与进气圆孔31间隙配合，杆部41插入导气通道25内，复位弹簧5套在凸缘部44上并抵接在圆环部26的端面和轴肩部42的第一端面之间。密封垫6套在圆柱部43上并位于轴肩部42的第二端面和导气腔32的底部之间，轴肩部42与导气腔32间隙配合，密封垫6与导气腔32间隙配合。

本实施例密封垫6的直径小于轴肩部42的直径，出气通道23的直径为2毫米至4毫米之间，进气圆孔31与圆柱部43之间的间隙为0.3毫米至1毫米之间，复位弹簧5的弹簧丝直径为0.4毫米至0.8毫米之间，复位弹簧5的自由长度为13毫米至25毫米之间，复位弹簧5的有效圈数为7圈至12圈之间。

本实施例阀芯4由铝合金材料或不锈钢材料制成，阀体3由铝合金材料或不锈钢材料制成，安装法兰2由铝合金材料或不锈钢材料制成。当阀芯4、阀体3以及安装法兰2均由铝合金材料制成时，表面需阳极氧化，从而达到表面防腐行业标准的要求。

防爆阀1安装在电动汽车的电池模组（包）上，进气圆孔31与电池的内腔相通，当电池模组（包）内部的压力升高到大于规定压力值时，气体作用于阀芯4的圆柱部43的端面上以及密封垫6的端面上，阀芯4和密封垫6均沿轴线地朝向安装法兰2方向移动，电池模组（包）内部的气体通过圆柱部43与进气圆孔31之间的间隙进入到导气腔32的下层，当电池模组（包）内部的气体压力较大时，电池模组（包）内部的气体可通过进气圆孔31直接进入到导气腔32的下层。接着，导气腔32下层的气体通过轴肩部42与导气腔32之间的间隙进入到导气腔32的上层，随后导气腔32的上层的气体经过导气通道25由三个出气通道23排出，电池模组（包）内部的压力便随之下降，此时复位弹簧5处于被压缩的状态。

当电池模组（包）内部压力等于或低于规定值时，在复位弹簧5回弹力的作用下，阀芯4和密封垫6均沿轴线地远离安装法兰2方向移动，直至密封垫6的端面抵压在导气腔32的底部，从而关闭了排气通过，电池模组（包）内部的气体不再排放，使电池模组（包）内部的压力保持在规定值以内。

国家标准对《电动客车安全技术条件》的要求，电动客车动力电池必须达到IP67密封防护要求，同时要求电池内外部的气压差不超过0.05MPa，并且电池必须安装有防爆透气阀。本实施例防爆阀1的泄压灵敏度在于0.02MPa至0.04MPa之间，即当电池模组（包）的内外部气压差达到0.02MPa时，防爆阀1便会自动泄压，保持电池内外部气压差最大不超过0.05MPa。并且，电池内部因电路短路等瞬间产生的高压气体，也可以在短时间内排除压力，当电池内外部气压差低于0.02MPa时，防爆阀1自动关闭，保持电池密封性能不变，使电池的防护安全级别高达IP67。本实施例防爆阀1的结构简单，泄压迅速且灵敏性高，采用径向多路出气通道23均匀分布设计，并且出气通道23与导气通道25之间垂直设置，有效防止轴向单路排气孔堵塞导致泄压失效的问题。采用法兰式与电池可拆卸安装，安装方便快捷，阀芯4、阀体3和安装法兰2均采用高强度铝合金材料制成，表面阳极氧化，达到表面防腐行业标准要求。同时，阀体3和安装法兰2通过轴向延伸的螺纹连接，自锁性能好，提高防爆阀1的密封性能，可通过粘接剂对螺纹连接处进行固定连接，进一步提升防爆阀1的密封性能。

防爆阀第二实施例：

作为对本发明防爆阀第二实施例的说明，以下仅对与防爆阀第一实施例的不同之处进行说明。

参见图9，出气通道231与导气通道25之间的夹角大于90度，更有利于气体从三个出气通道231排出。

防爆阀11安装在电动汽车的电池模组（包）上，进气圆孔31与电池模组（包）的内腔相通，当电池模组（包）内部的压力升高到大于规定压力值时，气体作用于阀芯4的圆柱部43的端面上以及密封垫6的端面上，阀芯4和密封垫6均沿轴线地朝向安装法兰2方向移动，电池内部的气体通过圆柱部43与进气圆孔31之间的间隙进入到导气腔32的下层，当电池模组（包）内部的气体压力较大时，电池模组（包）内部的气体可通过进气圆孔31直接进入到导气腔32的下层。接着，导气腔32下层的气体通过轴肩部42与导气腔32之间的间隙进入到导气腔32的上层，随后导气腔32的上层的气体经过导气通道25由三个出气通道231排出，电池模组（包）内部的压力便随之下降，此时复位弹簧5处于被压缩的状态。

当电池模组（包）内部压力等于或低于规定值时，在复位弹簧5回弹力的作用下，阀芯4和密封垫6均沿轴线地远离安装法兰2方向移动，直至密封垫6的端面抵压在导气腔32的底部，从而关闭了排气通过，电池模组（包）内部的气体不再排放，使电池内部的压力保持在规定值以内。

本实施例防爆阀11的结构简单，泄压灵敏性高，泄压迅速且安全防护精度也高。

电池系统实施例：

参见图10，电池装置包括电池壳体（未标示）、防爆阀1、11和三个固定件（未标示），其中，防爆阀1、11可为上述第一实施例的防爆阀1或第二实施例的防爆阀11。防爆阀1、11的阀体3外壁套有密封圈7，并且密封圈7位于电池壳体与防爆阀1、11的安装法兰2的轴部21之间。密封圈7沿轴向贯穿地开设有三个开孔71，三个开孔71与轴部21的三个通孔22的位置一一对应，固定件的一端可贯穿通孔22和开孔71地与电池壳体连接，固定件的另一端可抵压在轴部21的端面上。

防爆阀1、11的进气圆孔31与电池模组（包）的内腔相通，当电池模组（包）内部的压力升高到大于规定压力值时，气体作用于阀芯4的圆柱部43的端面上以及密封垫6的端面上，阀芯4和密封垫6均沿轴线地朝向安装法兰2方向移动，电池内部的气体通过圆柱部43与进气圆孔31之间的间隙进入到导气腔32的下层，当电池模组（包）内部的气体压力较大时，电池模组（包）内部的气体可通过进气圆孔31直接进入到导气腔32的下层。接着，导气腔32下层的气体通过轴肩部42与导气腔32之间的间隙进入到导气腔32的上层，随后导气腔32的上层的气体经过导气通道25由三个出气通道23、231排出，电池模组（包）内部的压力便随之下降，此时复位弹簧5处于被压缩的状态。

当电池模组（包）内部压力等于或低于规定值时，在复位弹簧5回弹力的作用下，阀芯4和密封垫6均沿轴线地远离安装法兰2方向移动，直至密封垫6的端面抵压在导气腔32的底部，从而关闭了排气通过，电池模组（包）内部的气体不再排放，使电池内部的压力保持在规定值以内。

本实施例电池装置使用了防爆阀1、11，提高了安全防护精度，使电池装置的防护安全级别高达IP67，有效防止电池装置发生爆炸从而危及汽车及乘客的安全。

以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.防爆阀，其特征在于：

包括阀体、阀芯、复位弹簧、安装法兰以及密封垫，所述阀体的端部开设有进气圆孔，所述阀体的轴心开设有一端开口的导气腔，所述阀体的开口端设置有内螺纹；

所述安装法兰具有轴部和端部，所述轴部设置有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹配合；

所述轴部在其轴心位置开设有导气通道，所述导气通道的顶部开设有圆环部；

所述端部沿轴向贯穿地开设有三个通孔，三个所述通孔在所述端部的周向上均匀分布；

所述端部沿径向贯穿地开设有三个出气通道，三个所述出气通道在所述端部的周向上均匀分布，所述出气通道与所述导气通道的底部连通；

所述阀芯依次具有杆部、凸缘部、轴肩部以及圆柱部，所述圆柱部与所述进气圆孔间隙配合，所述杆部插入所述导气通道内，所述复位弹簧套在所述凸缘部上并抵接在所述圆环部的端面和所述轴肩部的第一端面之间；

所述密封垫套在所述圆柱部上并位于所述轴肩部的第二端面和所述导气腔的底部之间，所述轴肩部与所述导气腔间隙配合，所述密封垫与所述导气腔间隙配合。

2.根据权利要求1所述的防爆阀，其特征在于：

所述出气通道与所述导气通道之间垂直设置。

3.根据权利要求1所述的防爆阀，其特征在于：

所述出气通道与所述导气通道之间的夹角大于90度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的防爆阀，其特征在于：

所述密封垫的直径小于所述轴肩部的直径。

5.根据权利要求4所述的防爆阀，其特征在于：

所述阀芯由铝合金材料或不锈钢材料制成。

6.根据权利要求5所述的防爆阀，其特征在于：

所述阀体由铝合金材料或不锈钢材料制成，所述安装法兰由铝合金材料或不锈钢材料制成。

7.根据权利要求4所述的防爆阀，其特征在于：

所述出气通道的直径为2毫米至4毫米之间。

8.根据权利要求7所述的防爆阀，其特征在于：

所述进气圆孔与所述圆柱部之间的间隙为0.3毫米至1毫米之间。

9.根据权利要求8所述的防爆阀，其特征在于：

所述复位弹簧的弹簧丝直径为0.4毫米至0.8毫米之间，所述复位弹簧的自由长度为13毫米至25毫米之间，所述复位弹簧的有效圈数为7圈至12圈之间。

10.电池系统，包括电池壳体、防爆阀和三个固定件，其特征在于：

所述防爆阀为上述权利要求1至9任一项中的防爆阀；

所述防爆阀的阀体外壁套有密封圈，并且所述密封圈位于所述电池壳体与所述防爆阀的安装法兰的轴部之间；

所述密封圈沿轴向贯穿地开设有三个开孔，三个所述开孔与所述轴部的三个通孔的位置一一对应，所述固定件可贯穿所述通孔和所述开孔地与所述电池壳体连接。