CN109088109A - 安全电池 - Google Patents

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张亚军
王贺武
欧阳明高
李伟峰
李成
李建秋
卢兰光
韩雪冰
杜玖玉
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Abstract

本申请涉及一种安全电池，其包括外壳、电池组件和安全气囊。所述电池组件设置于所述外壳内。所述安全气囊设置于所述外壳。所述安全气囊包括气囊本体和安全阀。所述安全阀设置于所述气囊本体，并与所述气囊本体包围形成密闭空间。所述安全阀在所述密闭空间内部压力超过预设阈值时打开。所述密闭空间内装有阻燃物。本申请提供的所述安全电池能够有效避免热失控危害的扩展，提高了电池的安全性强。同时，所述安全气囊设置于所述外壳内，不需额外增加控制系统，结构简单，体积小巧。另外，所述气囊本体和所述安全阀的结构加工容易，生产成本低。

Description

安全电池
技术领域
本申请涉及电池安全领域，特别是涉及一种安全电池。
背景技术
随着科技的发展，动力电池已成为人们日常生活和生产中常用的物品。动力电池在某些诱导因素下容易引发热失控。当动力电池发生热失控时，会快速释放出大量的热量和可燃气体气体，从而发生燃烧和爆炸。
为了防止电池热失控后发生燃烧和爆炸，人们往往采用给电池增加控制系统的方式，来防止热失控，进而阻止电池燃烧和爆炸。
但是，这种方式存在结构复杂的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种安全电池。
一种安全电池，包括：
外壳；
电池组件，设置于所述外壳内；
安全气囊，设置于所述外壳，所述安全气囊包括气囊本体和安全阀，所述安全阀设置于所述气囊本体，并与所述气囊本体包围形成密闭空间，所述安全阀在所述密闭空间内部压力超过预设阈值时打开；所述密闭空间内装有阻燃物。
在其中一个实施例中，所述气囊本体包括撕裂痕线，所述撕裂痕线包围形成所述安全阀。
在其中一个实施例中，所述安全阀凹陷于所述气囊本体表面。
在其中一个实施例中，所述安全气囊嵌套设置于所述外壳。
在其中一个实施例中，所述气囊本体的纵向截面为倒梯形，且所述气囊本体靠近所述电池组件的一面的面积小于远离所述电池组件的一面的面积，所述安全阀设置于所述气囊本体靠近所述电池组件的一面。
在其中一个实施例中，所述阻燃物为稀释阻燃物。
在其中一个实施例中，所述稀释阻燃物为所述电池组件热失控场景下的惰性气体。
在其中一个实施例中，所述惰性气体为液态。
在其中一个实施例中，所述惰性气体的量与所述电池组件热失控喷发气体的量的比例大于等于4:1。
在其中一个实施例中，所述的安全电池还包括：
单向阀，设置于所述外壳，用于泄压。
本申请实施例提供的所述安全电池包括外壳、电池组件和安全气囊。所述安全气囊包括气囊本体和安全阀。所述安全阀设置于所述气囊本体，并与所述气囊本体包围形成密闭空间。所述安全阀在所述密闭空间内部压力超过预设阈值时打开。所述密闭空间内装有阻燃物。当所述电池组件发生热失控时，所述安全阀能够自动打开，填充于所述密闭空间的所述阻燃物释放。所述阻燃物能够阻止所述电池组件发生燃烧和爆炸。因此，本申请实施例提供的所述安全电池能够有效避免热失控危害的扩展，提高了电池的安全性强。同时，所述安全气囊设置于所述外壳内，不需额外增加控制系统，结构简单，体积小巧。另外，所述气囊本体和所述安全阀的结构加工容易，生产成本低。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的安全电池结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的安全电池结构示意图；
图3为本申请一个实施例提供的安全气囊结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的安全气囊仰视图；
图5为本申请一个实施例提供的安全气囊剖视图；
图6为本申请一个实施例提供的电池组件热失控喷气组分图；
图7为本申请一个实施例提供的电池组件的燃烧岛图。
附图标记说明
安全电池 10
外壳 100
电池组件 200
安全气囊 300
气囊本体 310
撕裂痕线 311
安全阀 320
阻燃物 400
单向阀 500
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的太阳能芯片电池检测设备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申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1和图2，本申请一个实施例提供一种安全电池10，包括外壳100、电池组件200和安全气囊300。所述电池组件200设置于所述外壳100内。所述安全气囊300设置于所述外壳100。所述安全气囊300包括气囊本体310和安全阀320。所述安全阀320设置于所述气囊本体310，并与所述气囊本体310包围形成密闭空间330。所述安全阀320在所述密闭空间330内部压力超过预设阈值时打开。所述密闭空间330内装有阻燃物400。
所述外壳100用于保护所述电池组件200和所述安全气囊300。所述外壳100可以为圆柱状结构，也可以为立方体结构。所述外壳100可以是软包结构，也可以是模组结构。所述外壳100为密封结构。所述外壳100包括内部容纳空间。
所述电池组件200可以为锂离子电池，也可以为其他可能发生热失控的二次电池。所述电池组件200可以是电池单体，也可以是多个电池单体串联或并联形成的组件。所述电池组件200设置于所述外壳100内部容纳空间。
所述安全气囊300可以设置于所述外壳100的内部容纳空间，也可以设置于所述外壳100的壁上。所述安全气囊300可以设置于所述电池组件200的上、下、左、右任意方位。所述安全气囊300可以为圆柱状结构，也可以为立方体结构，还可以为其他不规则形状的结构。所述安全气囊300包括所述气囊本体310和所述安全阀320。所述气囊本体310和所述安全阀320可以是一体成型结构，也可是非一体成型结构。当所述安全阀320与所述气囊本体310为非一体成型结构时，所述安全阀320可以卡接于所述气囊本体310，也可以螺纹连接于所述气囊本体310。所述气囊本体310和所述安全阀320可以为金属材质，也可以为非金属材质。所述气囊本体310与所述安全阀320连接并形成所述密闭空间330。所述密闭空间330内填充阻燃物400。所述阻燃物400为可以阻止和抑制所述电池组件200发生燃烧的物质。所述阻燃物400可以是根据物理原理阻止所述电池组件200燃烧的物质，也可以是根据化学原理阻止所述电池组件200燃烧的物质。所述阻燃物400可以为气体，可以为液体，也可以为固体。所述安全阀320可以预设一定压力阈值。当所述密闭空间330内的压力超过所述预设阈值时，所述安全阀320可以自行打开。所述预设阈值及所述阻燃物400的填充量可以根据所述电池组件200包含的电池单体数量及所述电池单体材料决定。
具体的，当所述外壳100内的所述电池组件200发生热失控时，所述外壳100内部的温度升高。所述安全气囊300的温度也随之升高。所述密闭空间330内部的压力增大。当压力持续增大超过所述预设阈值时，所述安全阀320打开。填充于所述密闭空间330内部的所述阻燃物400释放，并进入所述外壳100的内部容纳空间。所述阻燃物400阻止所述电池组件200发生燃烧。同时，所述阻燃物400也可以吸收所述外壳100内部的热量，降低所述电池组件200的温度，阻止所述电池组件200发生燃烧和爆炸。
本实施例中，所述安全电池10包括外壳100、电池组件200和安全气囊300。所述安全气囊300包括气囊本体310和安全阀320。所述安全阀320设置于所述气囊本体310，并与所述气囊本体310包围形成密闭空间330。所述安全阀320在所述密闭空间330内部压力超过预设阈值时打开。所述密闭空间330内装有阻燃物400。当所述电池组件200发生热失控时，所述安全阀320能够自动打开，填充于所述密闭空间330的所述阻燃物400释放。所述阻燃物400能够阻止所述电池组件200发生燃烧和爆炸。因此，本实施例提供的所述安全电池10能够有效避免热失控危害的扩展，提高了电池的安全性强。同时，所述安全气囊300设置于所述外壳100内，不需额外增加控制系统，结构简单，体积小巧。另外，所述气囊本体310和所述安全阀320的结构加工容易，生产成本低。
请参见图3和图4，在一个实施例中，所述气囊本体310包括撕裂痕线311。所述撕裂痕线311包围形成所述安全阀320。
所述气囊本体310可以为密封结构。可以通过冲压所述气囊本体310表面形成所述撕裂痕线311。所述撕裂痕线311可以包围形成圆形区域，所述撕裂痕线311也可以包围形成正方形区域，所述撕裂痕线311还可以包围形成其他形状区域。所述撕裂痕线311包围形成区域即为所述安全阀320。通过冲压，所述气囊本体310的所述撕裂痕线311处的结构强度下降。当所述电池组件200发生热失控，所述密闭空间330内部的压力超过一定阈值时，所述撕裂痕线311处断裂，所述安全阀320打开。所述安全阀320打开后，所述阻燃物400释放，并对所述电池组件200进行阻燃。本实施例提供的所述安全电池10，通过所述撕裂痕线311包围形成所述安全阀320，结构简单，易加工，生产成本低。
根据冲压方向的不同，所述安全阀320可以凸出与所述气囊本体310表面，也可以凹陷于所述气囊本体310表面。请参见图5，在一个实施例中，所述安全阀320凹陷于所述气囊本体310表面。在所述气囊本体310表面向所述密封空间330方向冲压，得到所述撕裂痕线311，并使得安全阀320凹陷于所述气囊本体310表面。所述安全阀320凹陷于所述气囊本体310表面的深度可以根据所述预设阈值决定。所述预设阈值越小，凹陷深度越大。所述预设阈值越大，凹陷深度越小。所述安全阀320凹陷于所述气囊本体310表面的结构易于加工，可节省成本。同时，所述安全阀320凹陷于所述气囊本体310表面的结构利于节省所述外壳100内部空间，从而可以缩小所述安全电池10的体积，便于安装和使用。
在一个实施例中，所述安全气囊300嵌套设置于所述外壳100。所述安全气囊300可以设置于所述外壳100的上端面。具体的，所述外壳100可以包括一个安装孔，用于安装所述安全气囊300。所述安全气囊300嵌套卡接于所述安装孔。所述安全气囊300与所述外壳100之间可以通过粘接、螺纹连接等实现固定和连接。可以理解，为了实现所述壳体100内部容纳空间的密闭，所述安全气囊300与所述外壳100之间也可以设置密封器件。所述安全气囊300嵌套设置于所述外壳100，使得所述安全气囊300容易安装和拆卸。
在一个实施例中，所述气囊本体310的纵向截面为倒梯形。所述气囊本体310靠近所述电池组件200的一面的面积小于远离所述电池组件200的一面的面积。所述安全阀320设置于所述气囊本体310靠近所述电池组件200的一面。
以横向截面为圆形的所述气囊本体310为例。所述外壳100包括圆形的安装孔。所述气囊本体310嵌套卡接于所述外壳100的所述安装孔，则所述气囊本体310一部分位于所述外壳100内部容纳空间，另一部分位于所述外壳100的外部。位于所述外壳100内部容纳空间的一面的面积小于位于所述外壳100的外部的一面的面积。也就是说，所述气囊本体310楔入所述外壳100。所述安全阀320设置于所述气囊本体310位于所述外壳100的内部容纳空间的一面上。当所述安全阀320打开，所述密闭空间330内部的所述阻燃物400释放后进入所述外壳100的内部容纳空间，从而可以对所述电池组件200进行阻燃。
本实施中，所述气囊本体310的纵向截面为倒梯形，且所述气囊本体310靠近所述电池组件200的一面的面积小于远离所述电池组件200的一面的面积，从而使所述气囊本体310能够楔入所述外壳100。本实施例提供的所述安全电池10的所述安全气囊300与所述外壳100安装结构简单易操作，且牢固可靠。
在一个实施例中，所述阻燃物400为稀释阻燃物。所述稀释阻燃物是指能够稀释所述外壳100内部容纳空间内的易燃气体浓度的物质。所述稀释阻燃物可以为气态，也可以为液态，还可以为固态。当所述稀释阻燃物为液体或固体时，所述稀释阻燃物从所述密闭空间330释放后进入所述外壳100内部容纳空间后变为气态。所述电池组件200热失控释放出大量一氧化碳、氢气、甲烷等多种易燃气体。气态的所述稀释阻燃物稀释所述易燃气体，减小所述外壳100内部容纳空间内的所述易燃气体的浓度。大量所述稀释阻燃物分子降低了所述易燃气体官能团的密度，从而阻止所述易燃气体的链式燃烧。同时，所述稀释阻燃物在所述外壳100内部容纳空间扩散的过程中，能够带走所述电池组件200的温度，从而起到阻燃作用。本实施例中，通过所述稀释阻燃物进行阻燃，从易燃气体的化学结构上阻止所述易燃气体的化学反应，提高了阻燃效果。
在一个实施例中，所述稀释阻燃物为所述电池组件200热失控场景下的惰性气体。所述电池组件200热失控场景下的惰性气体是指在所述电池组件200发生热失控时，不参与反应，且能够稀释所述易燃气体密度的稳定气体。请参见图6，以所述电池组件200为100％SOC钴酸锂电池为例，所述电池组件200在热失控场景下喷发的气体主要包括：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、丙烯、丙烷、异丁烷、正丁烷、丁烯、异戊烷、正戊烷、苯和甲苯等。因此，所述惰性气体可以为氮气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气等中的一种或多种。本实施例中，所述惰性气体能够有效抑制所述电池组件200的燃烧。且所述惰性气体没有毒性，清洁环保。
在一个实施例中，所述惰性气体为液态。所述惰性气体可以经过液化，然后填充至所述密闭空间330。当所述电池组件200发生热失控时，所述外壳100内部容纳空间的温度升高。所述安全阀320打开。液态的所述惰性气体进入所述外壳100内部容纳空间，并在高温下气化为气态，从而起到阻燃作用。所述液态的所述惰性气体便于存储和运输，且能有效减小所述安全气囊300的体积。
在一个实施例中，所述惰性气体的量与所述电池组件200热失控喷发气体的量的比例大于等于4:1。所述电池组件200热失控喷发气体的量可以结合实验计算得知。请参见图7，以所述电池组件200为100％SOC钴酸锂18650电池，所述稀释阻燃物为二氧化碳为例，向所述电池组件200的热失控喷发的气体中逐渐添加二氧化碳，研究所述电池组件200的热失控喷发气体燃烧情况。由图7中的所述电池组件200的燃烧岛图可知，随着向所述电池组件200的热失控喷发气体中添加二氧化碳量的增加，所述电池组件200的热失控喷发气体的可燃区间越来越窄。当添加二氧化碳的量与所述电池组件200的热失控喷发气体的量达到4:1以后，所述电池组件200的热失控喷发气体完全不可燃。因此，本实施例中，所述惰性气体的量与所述电池组件200热失控喷发气体的量的比例大于等于4:1能够提高对所述电池组件200的阻燃效果，从而提高所述安全电池10的安全性。
请参见图1和图2，在一个实施例中，所述安全电池10还包括单向阀500。所述单向阀500设置于所述外壳100，用于泄压。所述单向阀500仅可以将所述外壳100内部气体向所述外壳100外部排出，不可反向操作。所述单向阀500可以设置于所述外壳100的顶端。当所述电池组件200发生热失控，产生气体使得所述外壳100内部压力增大。同时，所述安全阀320打开，释放出阻燃气体。所述外壳100内部压力进一步增大。当所述外壳100内部压力大于所述外壳100外部压力时，所述单向阀500开启。所述外壳100内部的气体通过所述单向阀500向外部释放，从而使所述外壳100内部压力较小，防止所述安全电池10的爆炸。所述单向阀500提高了所述安全电池10的安全性和可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种安全电池(10)，其特征在于，包括：
外壳(100)；
电池组件(200)，设置于所述外壳(100)内；
安全气囊(300)，设置于所述外壳(100)，所述安全气囊(300)包括气囊本体(310)和安全阀(320)，所述安全阀(320)设置于所述气囊本体(310)，并与所述气囊本体(310)包围形成密闭空间(330)，所述安全阀(320)在所述密闭空间(330)内部压力超过预设阈值时打开；所述密闭空间(330)内装有阻燃物(400)。
2.根据权利要求1所述的安全电池(10)，其特征在于，所述气囊本体(310)包括撕裂痕线(311)，所述撕裂痕线(311)包围形成所述安全阀(320)。
3.根据权利要求2所述的安全电池(10)，其特征在于，所述安全阀(320)凹陷于所述气囊本体(310)表面。
4.根据权利要求1所述的安全电池(10)，其特征在于，所述安全气囊(300)嵌套设置于所述外壳(100)。
5.根据权利要求4所述的安全电池(10)，其特征在于，所述气囊本体(310)的纵向截面为倒梯形，且所述气囊本体(310)靠近所述电池组件(200)的一面的面积小于远离所述电池组件(200)的一面的面积，所述安全阀(320)设置于所述气囊本体(310)靠近所述电池组件(200)的一面。
6.根据权利要求1所述的安全电池(10)，其特征在于，所述阻燃物(400)为稀释阻燃物。
7.根据权利要求6所述的安全电池(10)，其特征在于，所述稀释阻燃物为所述电池组件(200)热失控场景下的惰性气体。
8.根据权利要求7所述的安全电池(10)，其特征在于，所述惰性气体为液态。
9.根据权利要求7或8所述的安全电池(10)，其特征在于，所述惰性气体的量与所述电池组件(100)热失控喷发气体的量的比例大于等于4:1。
10.根据权利要求1所述的安全电池(10)，其特征在于，还包括：
单向阀(500)，设置于所述外壳(100)，用于泄压。
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