CN112002848B - 防爆电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种防爆电池，包括第一防爆箱体和第二防爆箱体；设置在第一防爆箱体之中的电池模组，其中，电池模组包括第一区域和第二区域，第一区域包括电池模组中所有的电极，第二区域包括电池模组中所有的泄压阀；设置在第二防爆箱体之中的电源控制模组。实现电源控制模组和电池模组的隔离配置，有效减小电源控制模组产生爆燃事故时与电池模组发生故障时对彼此的影响，实现电源控制模组和电池模组的双防爆机制，有效提升防爆电池的安全可靠性和防爆保护等级。

Description

防爆电池
技术领域
本申请涉及电池安全应用技术领域，尤其涉及一种防爆电池。
背景技术
目前，煤矿井下使用的大容量防爆电池，通常以特殊型或者增安型铅酸蓄电池电源为主，由于存在能量密度小、电压低、循环次数少、环境污染严重等缺点，且GB 3836系列和IEC60079系列防爆标准对于铅酸蓄电池的使用有诸多限制，井下大容量蓄电池供电一直没有特别好的解决方案。近年来基于5G和物联网等新技术的各类井下机器人、智能危险混合物监测监控系统、纯电动辅助运输设备等装备逐步涌现，这些设备对电池容量的需求也越来越大，然而目前没有与之相配套的高安全可靠性防爆电池，这一现状成为制约井下机器人装备研发应用的技术瓶颈。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种防爆电池，实现电源控制模组和电池模组的隔离配置，有效减小电源控制模组产生爆燃事故时与电池模组发生故障时对彼此的影响，实现电源控制模组和电池模组的双防爆机制，有效提升防爆电池的安全可靠性和防爆保护等级。
为达到上述目的，本申请实施例提出的防爆电池，包括：第一防爆箱体和第二防爆箱体；设置在所述第一防爆箱体之中的电池模组，其中，所述电池模组包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述电池模组中所有的电极，所述第二区域包括所述电池模组中所有的泄压阀；设置在所述第二防爆箱体之中的电源控制模组；覆盖所述电池模组的所述第一区域的第一浇封层，所述第一浇封层具有第一开口，所述第一开口对应所述泄压阀，以使所述泄压阀可以经所述第一开口排气；至少覆盖所述电池模组的所述第二区域的第二浇封层，其中，所述第二浇封层的抗冲击强度小于泄压阀打开时的冲击强度，以使所述泄压阀打开时冲破所述第二浇封层；覆盖所述第二浇封层的第三浇封层，其中，所述第三浇封层在所述泄压阀位置处具有第二开口，所述第二开口对应所述泄压阀，以使所述泄压阀可以经所述第二开口排气，所述第三浇封层的抗冲击强度大于所述第一浇封层的抗冲击强度；设置在所述第一防爆箱体之中的压力传感器；设置在所述第一防爆箱体的防爆盖之上的泄压装置，用于在所述第一防爆箱体之中的压力增大时，将所述第一防爆箱体之中的压力泄放至外界；设置在所述第一防爆箱体之中的第一支撑件，所述第一支撑件用于支撑并固定所述电池模组；设置在所述第二防爆箱体之中的第二支撑件，所述第二支撑件用于支撑并固定所述电源控制模组；其中，所述第二浇封层还覆盖所述第一区域，且所述第二浇封层的抗冲击强度小于所述第一浇封层的抗冲击强度。
本申请实施例提出的防爆电池，通过在所述第一防爆箱体之中配置电池模组，所述电池模组包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述电池模组中所有的电极，所述第二区域包括所述电池模组中所有的泄压阀，在所述第二防爆箱体之中配置电源控制模组，实现电源控制模组和电池模组的隔离配置，有效减小电源控制模组产生爆燃事故时与电池模组发生故障时对彼此的影响，实现电源控制模组和电池模组的双防爆机制，有效提升防爆电池的安全可靠性和防爆保护等级。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的防爆电池的结构示意图；
图2是本申请另一实施例提出的电池模组的结构示意图；
图3是本申请另一实施例提出的电源控制模组的结构示意图；
图4是本申请另一实施例提出的电池包管理和保护单元的结构示意图；
图5是本申请另一实施例提出的防爆电池的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的防爆电池的结构示意图。
参见图1，该防爆电池10包括：第一防爆箱体11和第二防爆箱体12；设置在第一防爆箱体11之中的电池模组13，其中，电池模组13包括第一区域和第二区域，第一区域包括电池模组13中所有的电极131，第二区域包括电池模组13中所有的泄压阀132；设置在第二防爆箱体12之中的电源控制模组14。
本申请实施例中，以防爆电池10为锂电池进行示例，或者也可以为其他任意可能的煤矿井下作业用电池，对此不作限制。
上述的电池模组13，包括：电池包和与电池包配套的电池包管理和保护单元，其中，该电池包可以由单体锂电池以串联或并联方式连接构成。
参见图2，图2是本发明另一实施例提出的电池模组的结构示意图，电池模组包括：由单体锂电池以串联或并联方式连接构成的电池包201和与电池包配套的电池包管理和保护单元202，参见图3，图3是本发明另一实施例提出的电源控制模组的结构示意图，电源控制模组可以例如包括电气电路开关单元301和通信电路开关单元302。
上述电源控制模组中的电气电路开关单元301和通信电路开关单元302均由一定数量的继电器、一定数量的保险丝和手动机械开关构成。
参考图4，图4是本申请另一实施例提出的电池包管理和保护单元的结构示意图，电池包管理和保护单元202包括由电池管理系统构成的管理单元20201和由继电器和熔断器构成的保护单元20202，其中管理单元20201实时监控电池包201中单体电池的电压、电流、温度和形变等信息，并控制保护单元20202的工作状态。
在本申请的一些实施例中，参见图5，图5是本发明另一实施例提出的防爆电池的结构示意图，还包括：设置在第一防爆箱体11之中的第一支撑件20，第一支撑件20用于支撑并固定电池模组13；设置在第二防爆箱体12之中的第二支撑件21，第二支撑件21用于支撑并固定电源控制模组14，也即是说，电池模组13可以经由第一支撑件20固定安装在第一防爆箱体11中，而电源控制模组14可以经由第二支撑件21固定安装在第二防爆箱体12之中，从而有效保障了电池模组13和电源控制模组14安装的稳固性能。
在本申请的一个实施例中，参见图5，该防爆电池10还包括：覆盖电池模组13的第一区域的第一浇封层133，第一浇封层133具有第一开口，第一开口对应泄压阀132，以使泄压阀132可以经第一开口排气；以及至少覆盖电池模组13的第二区域的第二浇封层134，其中，第二浇封层134的抗冲击强度小于泄压阀打开时的冲击强度，以使泄压阀132打开时冲破第二浇封层134。
本申请实施例中，正是通过针对防爆电池配置覆盖电池模组的第一区域的第一浇封层，以及至少覆盖电池模组的第二区域的第二浇封层，以采用覆盖电池模组的第一区域的第一浇封层和至少覆盖电池模组的第二区域的第二浇封层实现电池模组的浇封保护。
由此，本申请实施例中，还实现电池模组的浇封保护和隔爆保护相结合的防爆保护，实现电源控制模组和电池模组的双防爆机制，以及由电源控制模组控制所有开关控制单元断开，能够确保爆炸性环境出现时，除经浇封处理的电池模组外，其它的暴露导体均不带电，从而实现从源头上阻断了点火源与爆炸性气体的接触，有效提升防爆电池的安全可靠性和防爆保护等级。
通常锂电池的主要潜在点火源为带电部件(例如，本申请中电池模组13的电极131)，也即电池模组13中单体锂电池的正负极端子，因此，本申请实施例中，通过在电池模组13的第一区域覆盖设置第一浇封层133，由该第一浇封层133实现对单体电池对应电极131部分进行有效保护，并设置至少覆盖电池模组13的第二区域的第二浇封层134，由该第二浇封层134实现对第一层浇封材料的保护的同时，也对泄压阀132部分进行了保护作用，实现了有效的浇封保护。
例如，电池模组13在防爆外壳壳体内的第一防爆箱体11中安装完成后，用浇封化合物对电池模组13和第一支撑件20进行浇封处理，浇封化合物的底部和侧面与第一防爆箱体11的箱体紧密结合，浇封化合物上表面与防爆盖102之间存在一定的自由空间。
本申请实施例中，配置第二浇封层134的抗冲击强度小于泄压阀打开时的冲击强度，以使泄压阀132打开时冲破第二浇封层134，从而使得电池在极端情况下内部化学反应产生的气体经由泄压阀132排至箱体后，能够经防爆盖上设置的泄压装置17排出至外部环境中，从而避免了气体在第一防爆箱体11内部积聚。
本申请实施例中，第一浇封层133能够有效保护单体锂电池的正负极端子，实现潜在点火源与爆炸性气体的有效隔离，大幅降低了燃烧和爆炸等极端事故的发生概率，提升了防爆电池10的安全保护性能。
在本申请的一个实施例中，参见图5，第一防爆箱体11和第二防爆箱体12包括：箱体本体101；设置在箱体本体101之上的防爆盖102，其中，防爆盖102通过螺栓103与箱体本体101相连，且覆盖电池模组13的浇封层上表面和防爆盖102之间具有自由空间，并且防爆盖102与箱体本体101之间采用密封胶条进行密封处理，从而提升整体防爆电池10的密封性能，并且，通过提供该自由空间，还能够辅助配置一些其他的部件(例如压力传感器)，以辅助丰富防爆电池10的防爆功能。
上述的第一防爆箱体11可以被视为一个浇封腔，而上述的第二防爆箱体12可以被视为一个接线腔，参见图5，第一防爆箱体11和第二防爆箱体12之间通过第一引线装置15使得电池模组13和电源控制模组14电连接，在所处环境中爆炸性危险混合物浓度超标时，由电源控制模组14控制所有开关控制单元断开。
上述的第二防爆箱体12上还设有第二引线装置22，第二引线装置22用于连接防爆电池10与外部电路。
在本申请的一些实施例中，上述的第一引线装置15或者第二引线装置22由一定数量的格兰头构成。
在一些实施例中，一并参见上述图2和图5，电池模组13分别经第一引线装置15与电源控制模组14中的电气电路开关单元301和通信电路开关单元302进行电气连接；电源控制模组14中的电气电路开关单元301和通信电路开关单元302分别经第二引线装置22与第一防爆箱体11和第二防爆箱体12外部电气电路和通信电路进行电气连接。
上述的第一引线装置15或者第二引线装置22，主要作用是电缆的紧固与密封，紧固是指通过格兰锁紧电缆，使电缆不产生轴向位移与径向的旋转，这样保证电缆的连接正常，密封是指常说的IP防护，即防尘防水，第一引线装置15或者第二引线装置22还可以应用带屏蔽的电缆防水接头，并且适用带有屏蔽层的电缆，适用于铠装电缆的铠装电缆防水接头，适用于矿井等危险区域的防爆电缆防水接头等。
在本申请的一个实施例中，参见图3，还包括：覆盖第二浇封层134的第三浇封层135，其中，第三浇封层135在泄压阀132位置处具有第二开口，第二开口对应泄压阀132，以使泄压阀132可以经第二开口排气，第三浇封层135的抗冲击强度大于第一浇封层133的抗冲击强度。
在本申请的一个实施例中，第一浇封层133、第二浇封层134和第三浇封层135填充满在电池模组13与第一防爆箱体11的侧壁和底部之间的空间，以使电池模组13与第一防爆箱体11的箱体本体101紧密贴合和固定电池模组13。
在本申请的一个实施例中，第一浇封层133、第二浇封层134和第三浇封层135为硅胶或环氧树脂，能够简化浇封层的制造工艺，并且能够保证较好的浇封保护效果，具有较好的实用性和适用性。
上述第三浇封层135的抗冲击强度被配置为大于第一浇封层133的抗冲击强度，从而使得第三浇封层135可以形成最外部的保护，以及对第二浇封层134形成了进一步的防护，也即是说，第三浇封层可以进一步增强第一浇封层和第二浇封层的保护功能，由于有第三浇封层的保护和加固作用，第二浇封层的破坏程度能得到有效限制，即破坏部分能被最大程度上限制在泄压阀132处，很大程度上降低了对第一浇封层的破坏性影响，提高了浇封防爆保护方法的可靠性。
在本申请的一个实施例中，还包括：设置在第一防爆箱体11之中的压力传感器16；设置在第一防爆箱体11的防爆盖102之上的泄压装置17，用于在第一防爆箱体11之中的压力增大时，将第一防爆箱体11之中的压力泄放至外界。
上述的泄压装置17可以例如为阻火器、单向阀或阻火器与单向阀的组合结构，对此不作限制。
也即是说，通过对第一防爆箱体11内的压力情况进行监测，能够有效避免由于第一防爆箱体11内的气体压力过高而导致的爆炸性风险。
本实施例中，通过在第一防爆箱体之中配置电池模组，电池模组包括第一区域和第二区域，第一区域包括电池模组中所有的电极，第二区域包括电池模组中所有的泄压阀，在第二防爆箱体之中配置电源控制模组，实现电源控制模组和电池模组的隔离配置，有效减小电源控制模组产生爆燃事故时与电池模组发生故障时对彼此的影响，实现电源控制模组和电池模组的双防爆机制，有效提升防爆电池的安全可靠性和防爆保护等级。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种防爆电池，其特征在于，包括：
第一防爆箱体和第二防爆箱体；
设置在所述第一防爆箱体之中的电池模组，其中，所述电池模组包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述电池模组中所有的电极，所述第二区域包括所述电池模组中所有的泄压阀；
设置在所述第二防爆箱体之中的电源控制模组；
覆盖所述电池模组的所述第一区域的第一浇封层，所述第一浇封层具有第一开口，所述第一开口对应所述泄压阀，以使所述泄压阀可以经所述第一开口排气；
至少覆盖所述电池模组的所述第二区域的第二浇封层，其中，所述第二浇封层的抗冲击强度小于泄压阀打开时的冲击强度，以使所述泄压阀打开时冲破所述第二浇封层；
覆盖所述第二浇封层的第三浇封层，其中，所述第三浇封层在所述泄压阀位置处具有第二开口，所述第二开口对应所述泄压阀，以使所述泄压阀可以经所述第二开口排气，所述第三浇封层的抗冲击强度大于所述第一浇封层的抗冲击强度；
设置在所述第一防爆箱体之中的压力传感器；
设置在所述第一防爆箱体的防爆盖之上的泄压装置，用于在所述第一防爆箱体之中的压力增大时，将所述第一防爆箱体之中的压力泄放至外界；
设置在所述第一防爆箱体之中的第一支撑件，所述第一支撑件用于支撑并固定所述电池模组；
设置在所述第二防爆箱体之中的第二支撑件，所述第二支撑件用于支撑并固定所述电源控制模组；
其中，所述第二浇封层还覆盖所述第一区域，且所述第二浇封层的抗冲击强度小于所述第一浇封层的抗冲击强度。
2.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，所述第一浇封层、所述第二浇封层和所述第三浇封层为硅胶或环氧树脂。
3.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，所述第一防爆箱体和第二防爆箱体包括：
箱体本体；
设置在所述箱体本体之上的防爆盖，其中，所述防爆盖通过螺栓与所述箱体本体相连，且覆盖所述电池模组的所述浇封层上表面和所述防爆盖之间具有自由空间。
4.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，还包括：
所述第一防爆箱体和所述第二防爆箱体之间通过第一引线装置使得所述电池模组和所述电源控制模组电连接；
所述第二防爆箱体上还设有第二引线装置，所述第二引线装置用于连接所述防爆电池与外部电路。
5.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，所述第一浇封层、所述第二浇封层和所述第三浇封层填充满所述电池模组与所述第一防爆箱体的侧壁和底部之间的空间，以使所述电池模组与所述第一防爆箱体的箱体本体紧密贴合和固定所述电池模组。
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