CN110224199A - 一种防爆电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防爆电池，包括电池壳体，电池壳体内部包括有主腔体、辅腔体；主腔体内设有电池内芯，电池内芯由相互贴合的正极膜、隔膜、负极膜往复折叠而成；辅腔体内封有液氮；辅腔体上设有一个顶开阀，该顶开阀受外力顶开后，辅腔体内的液氮向外喷入一个电池壳体内部的过渡腔，过渡腔与穿过电池内芯、电池壳体的导热分流管相连通，使从辅腔体喷出的液氮在过渡腔和导热分流管内汽化后喷入外界；主腔体上与顶开阀正对处设有一个活塞筒，该活塞筒内设有一个活塞，活塞上设有一根指向顶开阀的顶杆，主腔体内压强达到临界值时，推动活塞和顶杆，将顶开阀顶开。本发明提供的防爆电池：能充分抑制电池爆炸现象，具有极高的安全性。

Description

一种防爆电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是一种防爆电池。
背景技术
锂电池由于储电及充电性能优越，因此得到了广泛地应用。其内部结构主要包括相互贴合在一起的正极膜、膈膜、负极膜，即内芯膜；该内芯膜卷制或折叠成层状结构，设于电池壳体内部；工作时正极膜、负极膜之间通过膈膜交换电子。而由于锂离子化学活泼性极强，因此，在电池异常时，锂电池极易着火并爆炸；该种电池异常，主要是因使用不当而造成内芯膜的局部短路。就目前的锂电池保护系统而言，主要是通过及时断开正极膜、负极膜与外部电性触头之间的连接，来切断用电电流，以抑制电池内部的大电流现象；然而，当电池内部已经发生规模较大的短路现象时，如内芯膜的局部已经击穿时，普通的保护系统无法再对其进行保护，只能任其爆炸，从而引发较大的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防爆电池，以解决上述的技术问题。
本申请的一个技术方案为：一种防爆电池包括电池壳体，所述电池壳体内部包括有主腔体、辅腔体；所述主腔体内设有电池内芯，所述电池内芯由相互贴合的正极膜、隔膜、负极膜往复折叠而成；所述辅腔体内封有液氮；所述辅腔体上设有一个顶开阀，该顶开阀受外力顶开后，辅腔体内的液氮向外喷入一个所述电池壳体内部的过渡腔，所述过渡腔与穿过所述电池内芯、电池壳体的导热分流管相连通，使从所述辅腔体喷出的液氮在所述过渡腔和所述导热分流管内汽化后喷入外界；所述主腔体上与所述顶开阀正对处设有一个活塞筒，该活塞筒内设有一个活塞，所述活塞上设有一根指向所述顶开阀的顶杆，所述主腔体内压强达到临界值时，推动所述活塞和顶杆，将所述顶开阀顶开。
优选的，所述顶开阀包括一个滑塞腔，所述滑塞腔内设有一个滑塞；所述滑塞腔具有顶端开口，使所述顶杆可穿过所述顶端开口后顶住所述滑塞，且顶杆的直径小于顶端开口的直径；所述滑塞腔的底端封闭，且滑塞腔底端与滑塞之间设有支承弹簧，使该滑塞被支承向所述顶端开口；而所述滑塞腔的侧壁上设有连通所述辅腔体的侧壁孔；所述滑塞所受的、由所述顶杆指向滑塞的压力小于临界值时，所述滑塞的侧面将所述侧壁孔堵住，而所述滑塞所受的、由所述顶杆指向滑塞的压力大于临界值时，所述滑塞被顶向滑塞腔的底端，使滑塞的侧面不再堵住所述侧壁孔，以使所述辅助腔与所述滑塞腔、过渡腔连通。
优选的，所述导热分流管具有偶数根，关于所述电池壳体的中轴线对称，并且电池壳体中轴线两侧的导热分流管朝向外界的端口反向共线。
优选的，所述电池壳体的主腔体内还设有纵向延伸的条形的液体腔，所述液体腔由阻热外壳围成，并且所述液体腔与所述电池内芯一起将所述主腔体填充满；所述液体腔的阻热外壳中，与所述电池内芯的正极膜平面正交的壳平面强度明显弱于其它壳平面，记为撑破面，以使液体腔内的液体冰冻时，沿着正交于该撑破面的方向膨胀，并撑破该撑破面。进一步地，所述所述液体腔对称分布在所述主腔体的两侧；所述阻热外壳由具有空气夹层的双层塑料壁构成，所述液体腔内的液体冰冻成固体时，该固体的体积大于非冰冻状态下，所述液体腔的总体积。
本发明提供的防爆电池在使用过程中，当电池内芯急剧发热，导致主腔体内部压力急剧增大时，所述活塞筒内的活塞通过顶杆推开所述顶开阀，使所述辅腔体内的液氮通过所述过渡腔、导热分流管快速排出电池壳体，并在导热分流管内急速汽化吸热，使电池内芯的热量被急速抽走，并使电池内芯急速冰冻，从而使主腔体内的温度、压力急速下降的同时，使电池内芯失去化学活性，以完全阻断其发热爆炸的根源，从充分抑制电池爆炸现象，具有极高的安全性。
附图说明
图1是本防爆电池实施例1的示意图。
图2是本防爆电池实施例2的示意图。
图3是本防爆电池实施例3的示意图。
图4是图3的A-A向剖视图。
图5是本防爆电池中，顶开阀的一个实施例的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
在图1所示的实施例1中，该防爆电池包括电池壳体1，所述电池壳体1内部包括有主腔体10、辅腔体11；所述主腔体1内设有电池内芯2，所述电池内芯2由相互贴合的正极膜、隔膜、负极膜往复折叠而成；所述辅腔体11内封有液氮；所述辅腔体11上设有一个顶开阀3，该顶开阀3受外力顶开后，辅腔体11内的液氮向外喷入一个所述电池壳体1内部的过渡腔12，所述过渡腔12与穿过所述电池内芯2、电池壳体1的导热分流管4相连通，使从所述辅腔体11喷出的液氮在所述过渡腔12和所述导热分流管4内汽化后喷入外界；本实施例1中，所述导热分流管4具有2根，关于所述电池壳体1的中轴线对称。
所述主腔体10上与所述顶开阀3正对处设有一个活塞筒50，该活塞筒50内设有一个活塞51，所述活塞1上设有一根指向所述顶开阀3的顶杆52，所述主腔体10内压强达到临界值时，推动所述活塞51和顶杆52，将所述顶开阀3顶开。
上述的防爆电池，其顶开阀3的一个优选实施例如图5所示，其包括一个滑塞腔30，所述滑塞腔30内设有一个滑塞31；所述滑塞腔30具有顶端开口301，使所述顶杆52可穿过所述顶端开口301后顶住所述滑塞31，且顶杆52的直径小于顶端开口301的直径；所述滑塞腔30的底端封闭，且滑塞腔底端与滑塞31之间设有支承弹簧32，使该滑塞31被支承向所述顶端开口301；而所述滑塞腔30的侧壁上设有连通所述辅腔体的侧壁孔302；所述滑塞31所受的、由所述顶杆52指向滑塞31的压力小于临界值时，如图5左侧所示，所述滑塞31的侧面将所述侧壁孔302堵住，而所述滑塞31所受的、由所述顶杆52指向滑塞31的压力大于临界值时，所述滑塞31被顶向滑塞腔30的底端，如图5右侧所示，使滑塞31的侧面不再堵住所述侧壁孔302，以使所述辅助腔11与所述滑塞腔30、过渡腔12连通。
通过上述的活塞筒50、活塞51、顶杆52、顶开阀3，以及所述过渡腔12、导热分流管4形成的系统结构，可以使顶开阀3可靠地在主腔体10中压强过大时被开启，而在辅助腔11内液氮冲出时，不对顶开阀3的开启状态造成影响；这是传统单一的顶开阀机构所难以实现的。
上述防爆电池在使用过程中，当电池内芯2急剧发热，导致主腔体10内部压力急剧增大时，所述活塞筒50内的活塞51通过顶杆52推开所述顶开阀3，使所述辅腔体11内的液氮通过所述过渡腔12、导热分流管4快速排出电池壳体1，并在导热分流管4内急速汽化吸热，使电池内芯2的热量被急速抽走，并使电池内芯2急速冰冻，从而使主腔体10内的温度、压力急速下降的同时，使电池内芯2失去化学活性，以完全阻断其发热爆炸的根源，从充分抑制电池爆炸现象，具有极高的安全性。
实施例2：
对于图2所示的实施例2，其与实施例1的不同之处在于：处于所述电池壳体1中轴线两侧的导热分流管4、4b朝向外界的端口反向共线。由此，在氮气从各导热分流管4、4b喷出时，对电池壳体1的合力为零，可使电池壳体1保持稳定。
实施例3：
在图3、图4所示的实施例3中，与实施例1不同的是，所述电池壳体1的主腔体10内部两侧还设有纵向延伸的条形的液体腔6，所述液体腔6由阻热外壳61围成，并且所述液体腔6与所述电池内芯2一起将所述主腔体10填充满；所述液体腔6的阻热外壳61中，与所述电池内芯2的正极膜平面正交的壳平面强度明显弱于其它壳平面，记为撑破面611，以使液体腔6内的液体冰冻时，沿着正交于该撑破面611的方向膨胀，并撑破该撑破面611。所述阻热外壳61可以由具有空气夹层的双层塑料壁构成，使其具有较弱的导热效果，由此使液体腔6内的热量相对较缓地被电池内芯2吸走，使液体腔6内的液体在电池内芯2完全冰冻后再结冰。
所述液体腔6内的液体可以为水体，其冰冻成固体冰块时，该固体冰块的体积大于非冰冻状态下，所述液体腔6的总体积，以撑爆液体腔6的阻热外壳61，并对电池内芯2进行挤压；此时，由于电池内芯2中的正极膜、负极膜平面与固定冰块的挤压面正交，故易于将正极膜、负极膜挤碎，以完全破坏电池内芯反应结构，即便在电池内芯解冻后，也无法再恢复化学活性，使电池彻底报废，进一步提高其安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种防爆电池，电池壳体(1)，所述电池壳体(1)内部包括有主腔体(10)、辅腔体(11)；所述主腔体(10)内设有电池内芯(2)，所述电池内芯(2)由相互贴合的正极膜、隔膜、负极膜往复折叠而成；其特征在于：所述辅腔体(11)内封有液氮；所述辅腔体(11)上设有一个顶开阀(3)，该顶开阀(3)受外力顶开后，辅腔体(11)内的液氮向外喷入一个所述电池壳体(1)内部的过渡腔(12)，所述过渡腔(12)与穿过所述电池内芯(2)、电池壳体(1)的导热分流管(4)相连通，使从所述辅腔体(11)喷出的液氮在所述过渡腔(12)和所述导热分流管(4)内汽化后喷入外界；所述主腔体(10)上与所述顶开阀(3)正对处设有一个活塞筒(50)，该活塞筒(50)内设有一个活塞(51)，所述活塞(51)上设有一根指向所述顶开阀(3)的顶杆(52)，所述主腔体(10)内压强达到临界值时，推动所述活塞(51)和顶杆(52)，将所述顶开阀(3)顶开。
2.根据权利要求1所述的防爆电池，其特征在于：所述顶开阀(3)包括一个滑塞腔(30)，所述滑塞腔(30)内设有一个滑塞(31)；所述滑塞腔(30)具有顶端开口(301)，使所述顶杆(52)可穿过所述顶端开口(301)后顶住所述滑塞(31)，且顶杆(52)的直径小于顶端开口(301)的直径；所述滑塞腔(30)的底端封闭，且滑塞腔(30)底端与滑塞(31)之间设有支承弹簧(32)，使该滑塞(31)被支承向所述顶端开口(301)；而所述滑塞腔(30)的侧壁上设有连通所述辅腔体(11)的侧壁孔(302)；所述滑塞(31)所受的、由所述顶杆(52)指向滑塞的压力小于临界值时，所述滑塞(31)的侧面将所述侧壁孔(302)堵住，而所述滑塞(31)所受的、由所述顶杆(52)指向滑塞(31)的压力大于临界值时，所述滑塞(31)被顶向滑塞腔(30)的底端，使滑塞(31)的侧面不再堵住所述侧壁孔(302)，以使所述辅助腔(11)与所述滑塞腔(30)、过渡腔(12)连通。
3.根据权利要求1或2所述的防爆电池，其特征在于：所述导热分流管(4)具有偶数根，关于所述电池壳体(1)的中轴线对称，并且电池壳体(1)中轴线两侧的导热分流管(4)朝向外界的端口反向共线。
4.根据权利要求1或2所述的防爆电池，其特征在于：所述电池壳体(1)的主腔体(10)内还设有纵向延伸的条形的液体腔(6)，所述液体腔(6)由阻热外壳(61)围成，并且所述液体腔(6)与所述电池内芯(2)一起将所述主腔体(10)填充满；所述液体腔(6)的阻热外壳(61)中，与所述电池内芯(2)的正极膜平面正交的壳平面强度明显弱于其它壳平面，记为撑破面(611)，以使液体腔(6)内的液体冰冻时，沿着正交于该撑破面(611)的方向膨胀，并撑破该撑破面(611)。
5.根据权利要求4所述的防爆电池，其特征在于：所述液体腔(6)对称分布在所述主腔体(10)的两侧；所述阻热外壳(61)由具有空气夹层的双层塑料壁构成，所述液体腔(6)内的液体冰冻成固体时，该固体的体积大于非冰冻状态下，所述液体腔(6)的总体积。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115172939A (zh) * 2020-12-21 2022-10-11 高铭 一种新能源汽车用防火电池总成

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