CN109088028A - 一种防爆锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防爆锂电池，包括锂电池(1)，其特征在于还包括锂电池的壳体(2)、防爆孔(3)、锂电池状态传感器模块(4)、半导体制冷模块(5)、螺钉(6)、支架(7)、PCB板(8)、防爆箱(9)、风扇(10)、网状开孔(13)。本申请一种防爆锂电池，通过锂电池状态传感器模块(4)采集到锂电池壳体(2)表面温度和压力的数据超出安全范围时，及时通过PCB板(8)打开防爆孔(3)，放出气体释放锂电池壳体(2)内的压力，通过PCB板(8)打开半导体制冷模块(5)的开关(55)，半导体制冷给锂电池壳体(2)降温，同时风扇(10)运转，加速热空气从防爆箱的开孔中排出，这样及时降温泄压，规避锂电池爆炸的风险。

Description

一种防爆锂电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种防爆锂电池。
背景技术
锂电池具有重量轻，体积小，充电速度快，电容量较大的优点，被广泛运用于各种电器产品，包括家用电器以及电动车上。
但由于锂电池的过充、过放或内部短路等原因导致电池工作电流过大，从而使电池的温度过高，产生高温高压的气体，使电池内部的压力和温度都很高，当电池内的压力和温度超过电池包装容器的承受能力时，包装容器被炸开，里面的易燃易爆物质外流，从而引起爆炸、起火等严重的事故，故此，电池上特别是锂电池上都需要设置有专门的防爆装置，防止电池爆炸。
目前部分锂电池采用防爆膜/片作为锂电池的防爆装置，通过在防爆膜上加设压痕，使锂电池在过载时能沿压痕爆裂。相对而言，该设计结构简单成本低，但由于防爆膜的品质不均，加工压痕深度难以控制，其可靠性并不理想。
现有技术中，申请号为“201710360653.4”的一种动力锂电池安全防爆盖板，其包括开设有防爆孔的盖板基板以及贯穿安装在防爆孔中的防爆阀，当电池内部气压过高时，防爆膜片破裂，气体进入到防爆阀中，冲开密封片进行泄压；申请号为“201020282536.4”的一种动力锂电池球式安全阀，包括阀盖、阀体、弹簧、球阀以及密封圈，通过气压对球阀的推动，进行废气气体的释放，以达到防止爆炸的作用。
上述两个申请文件中，均可以很好对锂电池进行防爆保护，但是其仍然存在较为明显的缺陷：1、防爆膜片的使用是一次性的，当膜片被电池内部的高压气体冲破时，电池内部虽然可以得到气压释放，但是就需要进行防爆膜的更换，非常麻烦且成本较高；2、使用球阀进行废气泄压，虽然可以多次使用，但是由于球阀会多次与配合处发生触碰摩擦，长时间的使用会对球阀本身造成磨损，当磨损程度过高时，则会导致气密性降低，影响电池性能。
发明内容
为克服现有技术中存在的锂电池防爆装置结构复杂不能重复使用等问题，本发明提供了一种防爆锂电池。
一种防爆锂电池，包括锂电池，还包括锂电池的壳体、防爆孔、锂电池状态传感器模块、半导体制冷装置、螺钉、支架、PCB板、防爆箱、风扇、正极接线柱、负极接线柱、网状开孔；所述防爆孔、所述锂电池状态传感器模块、所述半导体制冷模块设置在所述壳体表面，所述壳体通过所述螺钉固定在所述支架上，所述PCB板固定在所述支架的侧面，所述支架固定在所述防爆箱内，所述支架和所述防爆箱中间形成腔室，腔室内设置有所述风扇，所述正接线柱、负接线柱设置在所述防爆箱的外表面顶端，所述防爆箱上均匀分布网状开孔。
在本发明的一个优选实施例中，所述锂电池状态传感器模块包括压力传感器、温度传感器及传感器通讯模块，所述压力传感器和所述温度传感器嵌入所述壳体侧表面，采集得到锂电池表面压力和温度的数据；所述传感器通讯模块通过无线网络或者有线网络与所述PCB板连接，将数据传输到所述PCB板上。
在本发明的一个优选实施例中，所述防爆孔包括泄压盖和传动件，设置在所述壳体的顶端，所述传动件与所述PCB板连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述半导体制冷装置包括与所述壳体接触的冷端绝缘陶瓷片、冷端金属片导流条、N型半导体、P型半导体、热端金属片导流条、热端绝缘陶瓷片及半导体制冷装置的开关，所述半导体制冷装置采用所述锂电池内部直流电供电，直流电正极连接所述N型半导体，负极连接所述P型半导体，所述开关与所述PCB板连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述风扇设置在所述支架和所述防爆箱中间，固定在所述防爆箱内部下表面，所述风扇与所述PCB板连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述PCB板设置在所述支架侧面，使用所述锂电池内部供电。
在本发明的一个优选实施例中，所述防爆箱采用钢板焊接而成，表面均匀开孔，呈网状。
在本发明的一个优选实施例中，所述正极接线柱和负极接线柱插设在所述防爆箱顶端,与所述锂电池内部的正、负极依次连接。
在本发明的一个优选实施例中，还包括用户终端，所述用户终端与PCB板连接，用户终端包括台式电脑、平板电脑以及智能手机。
在本发明的一个优选实施例中，所述锂电池状态传感器模块还包括电压传感器、电流传感器、电量传感器，通过所述传感器通信模块与所述PCB板连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用锂电池状态传感器可以实时采集到锂电池的压力、温度、电压、电流、电量的变化数据；
2.采用PCB板控制传动件来开关泄压盖，可以重复使用，自动化水平高；
3.采用半导体制冷装置来给锂电池降温，结构简单，安装方便；
4.通过风扇和防爆箱上网状开孔的设置，使热量更容易散发出去；
5.设置钢板焊接的防爆箱，在最坏情况下，爆炸发生时尽量不影响锂电池外部环境。
附图说明
图1是本发明一种防爆锂电池一优选实施例的结构示意图；
图2是本发明一种防爆锂电池一优选实施例中半导体制冷装置的结构示意图；
图3是本发明一种防爆锂电池一优选实施例的流程图；
图中：1-锂电池；2-壳体；3-防爆孔；31-泄压盖；32-传动件；4-锂电池状态传感器模块；41-压力传感器；42-温度传感器；43-传感器通讯模块；44-电压传感器；45-电流传感器；46-电量传感器；5-半导体制冷装置；511-冷端绝缘陶瓷片；512-热端绝缘陶瓷片；521-冷端金属片导流条；522-热端金属片导流条；53-N型半导体；54-P型半导体；55-开关；6-螺钉；7-支架；8-PCB板；9防爆箱；10-风扇；11-正极接线柱；12-负极接线柱；13-防爆箱上的网状开孔；14-用户终端。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参看图1，本发明一种防爆锂电池一优选实施例，包括锂电池1，还包括锂电池的壳体2、防爆孔3、锂电池状态传感器模块4、半导体制冷装置5、螺钉6、支架7、PCB板8、防爆箱9、风扇10、正极接线柱11、负极接线柱12、网状开孔13。
在本实施例中，所述防爆孔3、所述锂电池状态传感器模块4、所述半导体制冷模块5设置在所述壳体2表面，所述壳体2通过所述螺钉6固定在所述支架7上，所述PCB板8固定在所述支架7的侧面，所述支架7固定在所述防爆箱9内，所述支架7和所述防爆箱9形成腔室，腔室内设置有所述风扇10，所述正接线柱8、负接线柱9设置在所述防爆箱6的外表面顶端，所述防爆箱9上均匀分布网状开孔13。
在本实施例中，所述锂电池状态传感器模块4包括压力传感器41、温度传感器42及传感器通讯模块43，所述压力传感器41和所述温度传感器42嵌入所述壳体2侧表面，采集得到锂电池1表面压力和温度的数据；所述传感器通讯模块43通过无线网络与所述PCB板8连接，将压力和温度的数据传输到所述PCB板8上。
在本实施例中，所述防爆孔3设置在所述壳体2的顶端，包括泄压盖31和传动件32，所述传动件32与所述PCB板8连接，所述PCB板8通过控制传动件32来打开或者关闭泄压盖31。
请参看图2，在本实施例中，所述半导体制冷装置5包括与所述壳体2接触的冷端绝缘陶瓷片511、冷端金属片导流条521、N型半导体53、P型半导体54、热端金属片导流条522、热端绝缘陶瓷片512及半导体制冷装置的开关55，所述冷端绝缘陶瓷片511与所述冷端金属片导流条521通过螺丝连接，所述热端绝缘陶瓷片512与所述热端金属片导流条522通过螺丝连接，所述冷端金属片导流条521与所述热端金属片导流条522中间夹有所述N型半导体53和所述P型半导体54，所述N型半导体53和所述P型半导体54交错排列。
请参看图2，在本实施例中，所述半导体制冷装置5采用所述锂电池1内部直流电供电，直流电正极连接所述N型半导体53，负极连接所述P型半导体54，所述开关55与所述PCB板8连接。
进一步的，在本实施例中，所述冷端绝缘陶瓷片511与所述冷端金属片导流条521之间涂有一层薄薄的导热硅脂。
在本实施例中，所述风扇10设置在所述支架7和所述防爆箱9形成的腔室内，固定在所述防爆箱9内部下表面，所述风扇10与所述PCB板8连接。
在本实施例中，所述PCB板8设置在所述支架7侧面，使用所述锂电池1内部供电。
在本实施例中，所述防爆箱9采用钢板焊接而成，表面均匀开孔，呈网状，使内部的气体和热量更容易排出。
进一步的，所述防爆箱9的上方的一个面可以打开，方便在防爆箱9内操作。
在本实施例中，所述正极接线柱11和负极接线柱12插设在所述防爆箱9顶端,与所述锂电池1内部的正、负极依次连接。
在本实施例中，还包括用户终端14，所述用户终端14与PCB板8连接，用户终端14包括台式电脑、平板电脑以及智能手机，可以随时观察到锂电池的状态，提前做好降温泄压等防爆的工作，提前规避爆炸的风险。
在本实施例中，所述锂电池状态传感器模块4还包括电压传感器44、电流传感器45、电量传感器46，通过所述传感器通信模块43与所述PCB板8连接。
本发明一种防爆锂电池，通过压力传感器41实时采集得锂电池表面的压力，如果压力超过阈值，PCB板8控制防爆孔3的传动件32打开泄压盖31，壳体2内的压力得到释放，同时由于防爆箱9的网状开孔13，使壳体2内部与大气压连通，解除压力过大危险。
本发明一种防爆锂电池，通过温度传感器42实时采集得锂电池表面的温度，如果温度超过阈值，PCB板8控制半导体制冷装置5的开关55，接通电源，产生能量的转移，电流从正极通过热端金属片导流条522流向N型半导体53，再通过冷端金属片导流条521流向P型半导体，再通过热端金属片导流条522流向电源负极，在这个过程中，电流由N型半导体53流向P型半导体54的接头吸收热量，冷端绝缘陶瓷片511和冷端金属片导流条521降温，冷端绝缘陶瓷片511靠近锂电池1的壳体2，由于温差的作用，给锂电池1降温，由P型半导体54流向N型半导体的接头释放能量，热端绝缘陶瓷片512和热端金属片导流条522升温。
进一步的，锂电池1表面的温度不能很快降下来时，PCB板8控制风扇10工作，及时吹走热端绝缘陶瓷片512和热端金属片导流条522的热量，由于防爆箱9的网状开孔13设计，使得热量更容易排出，避免了温度过高的危险。
本发明一种防爆锂电池，还包括了电压传感器44、电流传感器45、电量传感器46，可以实时采集到锂电池1的电压、电流、电量的变化情况，采取相应的措施，避免出现过充、过放或者内部短路的情况，提前规避爆炸的风险。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种防爆锂电池，包括锂电池(1)，其特征在于还包括锂电池的壳体(2)、防爆孔(3)、锂电池状态传感器模块(4)、半导体制冷装置(5)、螺钉(6)、支架(7)、PCB板(8)、防爆箱(9)、风扇(10)、正极接线柱(11)、负极接线柱(12)、网状开孔(13)；所述防爆孔(3)、所述锂电池状态传感器模块(4)、所述半导体制冷模块(5)设置在所述壳体(2)表面，所述壳体(2)通过所述螺钉(6)固定在所述支架(7)上，所述PCB板(8)固定在所述支架(7)的侧面，所述支架(7)固定在所述防爆箱(9)内，所述支架(7)和所述防爆箱(9)中间形成腔室，腔室内设置有所述风扇(10)，所述正接线柱(8)、负接线柱(9)设置在所述防爆箱(6)的外表面顶端，所述防爆箱(9)上均匀分布网状开孔(13)。
2.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述锂电池状态传感器模块(4)包括压力传感器(41)、温度传感器(42)及传感器通讯模块(43)，所述压力传感器(41)和所述温度传感器(42)嵌入所述壳体(2)侧表面，采集得到锂电池(1)表面压力和温度的数据；所述传感器通讯模块(43)通过无线网络或者有线网络与所述PCB板(8)连接，将数据传输到所述PCB板(8)上。
3.根据据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述防爆孔(3)包括泄压盖(31)和传动件(32)，设置在所述壳体(2)的顶端，所述传动件(32)与所述PCB板(8)连接。
4.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述半导体制冷装置(5)包括与所述壳体(2)接触的冷端绝缘陶瓷片(511)、冷端金属片导流条(521)、N型半导体(53)、P型半导体(54)、热端金属片导流条(522)、热端绝缘陶瓷片(512)及半导体制冷装置的开关(55)，所述半导体制冷装置(5)采用所述锂电池(1)内部直流电供电，直流电正极连接所述N型半导体(53)，负极连接所述P型半导体(54)，所述开关(55)与所述PCB板(8)连接。
5.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述风扇(10)设置在所述支架(7)和所述防爆箱(9)中间，固定在所述防爆箱(9)内部下表面，所述风扇(10)与所述PCB板(8)连接。
6.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述PCB板(8)设置在所述支架(7)侧面，使用所述锂电池(1)内部供电。
7.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述防爆箱(9)采用钢板焊接而成，表面均匀开孔，呈网状。
8.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述正极接线柱(11)和负极接线柱(12)插设在所述防爆箱(9)顶端,与所述锂电池(1)内部的正、负极依次连接。
9.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：还包括用户终端(14)，所述用户终端(14)与PCB板(8)连接，用户终端(14)包括台式电脑、平板电脑以及智能手机。
10.根据权利要求1所述的一种防爆锂电池，其特征在于：所述锂电池状态传感器模块(4)还包括电压传感器(44)、电流传感器(45)、电量传感器(46)，通过所述传感器通信模块(43)与所述PCB板(8)连接。
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