CN112002851A - 防爆电池 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种防爆电池，包括箱体和防爆箱体；与箱体相连接的温度调节模组，调节箱体的实际温度；电池模组，电池模组的第一区域包括所有的电极，第二区域包括所有的泄压阀；覆盖第一区域的第一浇封层，第一浇封层的第一开口对应泄压阀，以使泄压阀可以经第一开口排气；以及覆盖第二区域的第二浇封层，以使泄压阀泄压时冲破第二浇封层。通过本申请能够有效降低电池防爆机制的实现成本和重量，实现针对箱体的温控保护机制，能够有效避免箱体内的温度过高可能导致的爆燃风险，并确保在爆炸性环境出现时除经浇封处理的电池模组外，其他暴露导体均不带电，以实现及时地阻断点火源与爆炸性气体的接触，有效提升防爆机制实现的经济性和防爆控制效果。

Description

防爆电池

技术领域

本发明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

本发明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，本发明的目的在于提出一种防爆电池，能够有效降低电池防爆机制的实现成本和重量，实现针对箱体的温控保护机制，能够有效避免箱体内的温度过高可能导致的爆燃风险，并确保在爆炸性环境出现时除经浇封处理的电池模组外，其他暴露导体均不带电，以实现及时地阻断点火源与爆炸性气体的接触，有效提升防爆机制实现的经济性和防爆控制效果。

为达到上述目的，本发明实施例提出的防爆电池，包括：箱体和与所述箱体相连的防爆箱体；与所述箱体相连接的温度调节模组，所述温度调节模组被用于调节所述箱体的实际温度；设置在所述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；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；以及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，以使所述泄压阀泄压时冲破所述第二浇封层；设置在所述防爆箱体之中的电源控制模组。

本发明实施例提出的防爆电池，通过针对防爆电池配置箱体和与箱体相连的防爆箱体，与箱体相连接的温度调节模组，以调节箱体的实际温度；设置在箱体之中的电池模组，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，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，采用防爆箱体对电源控制模组实现隔爆保护，能够有效降低电池防爆机制的实现成本和重量，实现针对箱体的温控保护机制，能够有效避免箱体内的温度过高可能导致的爆燃风险，并确保在爆炸性环境出现时除经浇封处理的电池模组外，其他暴露导体均不带电，以实现及时地阻断点火源与爆炸性气体的接触，有效提升防爆机制实现的经济性和防爆控制效果。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/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是本发明一实施例提出的防爆电池的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提出的电池模组的结构示意图；

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；

图4是本发明另一实施例提出的防爆电池的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明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是本发明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：箱体11和与箱体11相连的防爆箱体12；与所述箱体11相连接的温度调节模组20，所述温度调节模组20被用于调节所述箱体11的实际温度；设置在箱体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；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泄压时冲破第二浇封层134；设置在防爆箱体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可充电电池，对此不作限制。

上述的防爆箱体12可以是焊接在箱体11之上，或者，防爆箱体12也可以是焊接在箱体11的侧面，对此不作限制。

本申请实施例中的电池模组13配置在箱体11内，而配置与箱体11相连的防爆箱体12，并在该防爆箱体12内配置电源控制模组14，以使在爆炸性环境出现时电源控制模组14能够控制所有开关控制单元断开，确保除经浇封处理的电池模组13外，其他暴露导体均不带电，从而实现从源头上阻断了点火源与爆炸性气体的接触。而仅将配置电源控制模组14的箱体设置为防爆箱体，将配置电池模组13的箱体11配置为通常的箱体，能够有效降低电池防爆机制的实现成本和重量，不仅仅实现了电源控制模组14和电池模组13的隔离配置，还有效提升防爆机制的实现的经济性和防爆控制效果之间的平衡性。

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构成，该电池包可以由单体锂电池以串联或并联方式连接构成的。

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13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14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14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。

当检测到在所处环境中爆炸性危险混合物浓度超标时，可以由电源控制模组14控制所有的电气电路开关单元301和通信电路开关单元302均断开，进而控制电池包管理和保护单元202断开与电源控制模组的电连接，从而实现从源头上阻断了点火源与爆炸性气体的接触。

在本申请的一些实施例中，第二浇封层134还覆盖第一区域，且第二浇封层134的抗冲击强度小于第一浇封层133的抗冲击强度。

当配置与所述箱体11相连接的温度调节模组20时，所述温度调节模组20被用于调节所述箱体11的实际温度，也即是说，可以采用温度调节模组20实时地检测箱体11内的实际温度，并在当前的实际温度过高时，可以自动地对其进行降温处理。

在本申请的一些实施例中，参见图4，所述温度调节模组20包括温度检测器210、加热器211以及冷却器212；所述温度检测器210和所述加热器211以及所述冷却器212分别与所述箱体11相连接，其中，所述温度检测器用于检测所述箱体11内部的第一实际温度；所述加热器211，用于在所述第一实际温度小于第一温度阈值时，对所述第一实际温度进行相应的升温调节；所述冷却器212，用于在所述第一实际温度大于第二温度阈值时，对所述第一实际温度进行相应的降温调节；所述第二温度阈值大于或者等于所述第一温度阈值。

可以理解的是，当将防爆电池10置于井下等作业场景，当井下的环境温度较低时，本申请还能够实现对箱体11的内部进行升温处理，由此，实现灵活地调整防爆电池10的实际温度，使得防爆电池10能够适用于多种不同的作业环境，拓展防爆电池10的应用场景。

上述可以配置温度检测器210去实时地探测箱体11的第一实际温度，从而根据第一实际温度和第一温度阈值以及第二温度阈值的比对情况，自动地触发加热器211或者冷却器212进入工作状态，实现简便，能够自动化地针对箱体11的温控保护机制，提升温控保护机制实现的灵活性，提升温控保护效果。

可选地，所述加热器211为半导体加热器，所述冷却器212为半导体冷却器，从而使得温控保护机制的实现更为灵敏，提升温控保护的即时性，保障温控效果。

当然，所述加热器211也可以为其他任意可能类型的加热器，而所述冷却器212也可以为其他任意可能类型的冷却器，对此不作限制。

在本申请的一些实施例中，参见图4，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，也即是说，第三浇封层135为覆盖在第二浇封层134外的一层浇封层，起到对第二浇封层134和第一浇封层133的保护作用，

在本申请的一些实施例中，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，也可以为其他任意可能的浇封材料，对此不作限制。

在本申请的一些实施例中，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与箱体11的侧壁和底部之间的空间，以使其与箱体本体紧密贴合和固定电池模组13。

可以理解的是，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实现对第一浇封层133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在防爆外壳体内的箱体11中安装完成后，用浇封化合物对电池模组13和其支撑件(第一支撑件40)进行浇封处理，浇封化合物的底部和侧面与箱体11紧密结合，浇封化合物上表面与箱盖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，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，能够经箱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能够有效保护电池模组13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事故的发生概率，提升了防爆电池10的安全保护性能。

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135可以进一步增强第一浇封层133和第二浇封层134的保护功能，由于有第三浇封层135的保护和加固作用，第二浇封层134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133的破坏性影响，提高了浇封防爆保护方法的可靠性。

在本申请的一些实施例中，参见图4，箱体11包括：

箱体本体101和防爆箱体本体104；

分别设置在所述箱体本体101和所述防爆箱体本体104之上的箱盖102和防爆箱盖105，其中，所述箱盖102和防爆箱盖105通过螺栓103与所述箱体本体101和所述防爆箱体本体104相连，且所述箱体11内覆盖所述电池模组13的浇封层的上表面和所述箱盖102之间具有自由空间。

上述的箱体11可以被视为一个浇封腔，而上述的与箱体11相连接的防爆箱体12可以被视为一个接线腔，箱体11和防爆箱体12之间通过第一引线装置15相连接，箱体11和防爆箱箱体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。

上述的防爆箱体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4，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分别经和第二引线装置22与箱体11和防爆箱体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。

在本申请的一些实施例中，参见图4，该防爆电池10还包括：

设置在箱体11中的压力传感器16；设置在箱体11的箱盖102之上的泄压装置17，用于在箱体12之中的压力增大时，将箱体12之中的压力泄放至外界。

上述泄压装置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，或者，泄压装置17还可以为一个或多个阻火器的组合结构，对此不作限制。

其中，压力传感器16是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。

在本申请的一些实施例中，参见图4，该防爆电池10还包括：

设置在箱体11之中的第一支撑件40，第一支撑件40用于支撑并固定电池模组13；设置在防爆箱体12之中的第二支撑件50，第二支撑件50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40固定安装在箱体11中，而电源控制模组14可以经由第二支撑件50固定安装在防爆箱体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，同时，能够便于电池模组13和电源控制模组14的散热，有效避免电池模组13和电源控制模组14的温度过高导致的风险，从控温的角度有效提升了防爆电池10整体的安全性能。

本实施例中，通过针对防爆电池配置箱体和与箱体相连的防爆箱体，与箱体相连接的温度调节模组，以调节箱体的实际温度；设置在箱体之中的电池模组，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，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，采用防爆箱体对电源控制模组实现隔爆保护，能够有效降低电池防爆机制的实现成本和重量，实现针对箱体的温控保护机制，能够有效避免箱体内的温度过高可能导致的爆燃风险，并确保在爆炸性环境出现时除经浇封处理的电池模组外，其他暴露导体均不带电，以实现及时地阻断点火源与爆炸性气体的接触，有效提升防爆机制实现的经济性和防爆控制效果。

需要说明的是，在本发明的描述中，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，在本发明的描述中，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，并且本发明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，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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发明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发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种防爆电池，其特征在于，包括：

箱体和与所述箱体相连的防爆箱体；

与所述箱体相连接的温度调节模组，所述温度调节模组被用于调节所述箱体的实际温度；

设置在所述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；

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；以及

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，以使所述泄压阀泄压时冲破所述第二浇封层；

设置在所述防爆箱体之中的电源控制模组。

2.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，所述温度调节模组包括温度检测器、加热器以及冷却器；所述温度检测器和所述加热器以及所述冷却器分别与所述箱体相连接，其中，

所述温度检测器用于检测所述箱体内部的第一实际温度；

所述加热器，用于在所述第一实际温度小于第一温度阈值时，对所述第一实际温度进行相应的升温调节；

所述冷却器，用于在所述第一实际温度大于第二温度阈值时，对所述第一实际温度进行相应的降温调节；所述第二温度阈值大于或者等于所述第一温度阈值。

3.如权利要求2所述的防爆电池，其特征在于，所述加热器为半导体加热器，所述冷却器为半导体冷却器。

4.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，还包括：

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。

5.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，所述箱体和防爆箱体包括：

箱体本体和防爆箱体本体；

分别设置在所述箱体本体和所述防爆箱体本体之上的箱盖和防爆箱盖，其中，所述箱盖和防爆箱盖通过螺栓与所述箱体本体和所述防爆箱体本体相连，且所述箱体内覆盖所述电池模组的浇封层的上表面和所述箱盖之间具有自由空间。

6.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，还包括：

设置在所述防爆箱体和所述箱体之间的第一引线装置；其中，所述箱体和所述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。

7.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，还包括：

设置在所述箱体之中的压力传感器；

设置在所述箱体的箱盖之上的泄压装置，用于在所述箱体之中的压力增大时，将所述箱体之中的压力泄放至外界。

8.如权利要求1所述的防爆电池，其特征在于，还包括：

设置在所述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。

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