CN113629349A - 一种大容量电池的安全结构 - Google Patents

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雷政军
翟腾飞
刘毅
张三学
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Abstract

本申请公开了一种大容量电池的安全结构，包括电池主体，设置在电池主体上的泄压口，还包括设置在所述泄压口外部且用于对高温的可燃性物质进行抑制降温的消防冷却腔；所述消防冷却腔与泄压口连接，所述泄压口与消防冷却腔通过泄压膜密封隔离。本申请当电池发生热失控而导致泄压口打开，电池内部的各种物质向外喷放时，经过消防腔，使得喷出的各种物质具有不燃性，同时这种不燃性的气体经过冷却腔后由冷却腔中的物质对其进行降温，然后再经过排气口排放，这样避免了电池因为热失控导致的可燃气体泄露而导致的爆炸、着火等二次灾害。

Description

一种大容量电池的安全结构
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及大容量电池安全泄压结构。
背景技术
锂电池是一种具有比能量高，高电压、使用寿命长、对环境无危害、无记忆性的新型电池，传统结构的锂电池在工作过程中会产生大量的热量，而锂电池材料的导热性能差，所以此种结构的锂电池内部的热量会迅速累积，使得锂电池温度过高，进一步可能造成锂电池性能下降或者热失控，严重的会引起燃烧或爆炸等危险后果。
锂电池的安全结构上有提高散热性，对电池进行降温等处理方式，设置泄压口、收集气囊等方式，提高电池散热性与对电池进行降温是对电池进行事前安全措施，设置泄压口与收集气囊则是对电池真正发生热失控的一种安全补救措施。而一旦锂电池发生热失控而导致泄压口打开时，其内部的电解液、正负极材料等物质会随着电池内部高温一同喷到环境中，这些物质特别是电解液是极易可燃的物质，喷出时温度就在其自燃点以上，它们在空气中会立即燃烧起来，将电池附近的其他物质引燃，从而造成二次损害。一般认为锂电池发生热失控而导致的火灾难以被扑灭，只能等着电池内部的可燃物燃烧殆尽，因此一旦电池发生热失控时，其安全结构的要解决的主要问题是减少二次损害的程度。
热气溶胶灭火装置是一种体积小、灭火效率高、使用温度范围广泛、无压存贮等特点，广泛应用于各种领域的消防灭火装置，而将热气溶胶灭火剂直接与大容量锂电池作为一体结构，这样的产品市场上尚未见到。本发明结合热气溶胶灭火装置具有体积小，耐温性好等特点以及阻止锂电池热失控时的燃烧物燃烧的特点，将两者结合起来，避免了锂电池热失控后喷放物质容易燃烧、爆炸的情况。
将热气溶胶灭火剂应用于锂电池的案例大都是将其根据电池仓的体积，再根据热气溶胶灭火剂的灭火能力得出需要的热气溶胶灭火装置的用量，以这样的方式灭火存在如下问题：1、与一般的火灾不同的是，电池热失控的过程不断产生可燃气体，且产热量很大的，如果热气溶胶灭火剂在电池热失控时同时启动，则电池热失控时不断产生的气体会一直将热气溶胶灭火剂挤出电池仓，因此仅以电池仓的空间大小来设计热气溶胶灭火装置的用量显然不能满足电池火的灭火需要；2、现有的热气溶胶灭火装置都是布置于电池壳体的外部一定距离的地方，这种布置方式有可能不能及时的对电池热失控时喷出的可燃气体达到窒息的目的。
专利CN212700167U等对电池包外部设置消防腔，消防腔中设置气体灭火剂，并将灭火剂与驱动气体一起密封起来形成带压灭火剂，当电池发生热失控时灭火气体的口部打开由驱动气体的压力驱动灭火剂对电池进行灭火，以这种方式也灭火时，由于电池热失控时的温度较高时间也较长，这样有可能造成带压灭火剂发生爆炸，也有可能造成灭火剂过早的释放完毕达不到灭火的目的。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请的采用技术方案如下：
本申请提供一种大容量电池的安全结构，包括电池主体，设置在电池主体上的泄压口，还包括设置在所述泄压口外部且用于对高温的可燃性物质进行抑制降温的消防冷却腔；所述消防冷却腔与泄压口连接，所述泄压口与消防冷却腔通过泄压膜密封隔离。所述消防冷却腔包括与所述泄压口连接的消防腔，和，与所述消防腔连接的冷却腔；所述消防腔与冷却腔之间设有多孔隔板。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述消防腔内设有灭火组件；所述灭火组件包括检测电池温度的温感启动装置，和，与所述温感启动装置连接的热气溶胶灭火剂单元。所述热气溶胶灭火剂单元设有阻燃硅橡胶包覆层。所述温感启动装置为感温线缆启动装置，或，电启动装置。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述泄压膜为金属膜片。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述的冷却腔中填充有陶瓷球、蜂窝陶瓷片、石墨棒、多孔陶瓷中的一种或者多种组合。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述冷却腔上设有排气口。所述排气口上设有防潮膜，所述防潮膜能够密封排气口。所述的排气口外部可以连接排气管道，或，气囊。本发明有益的效果在于：
当电池发生热失控而导致泄压口打开，电池内部的各种物质向外喷放时，首先到达消防腔，由电池内部的高温物质启动热气溶胶灭火剂的感温启动装置，启动热气溶胶灭火剂释放高效灭火物质，从而使热气溶胶灭火剂产生的高效灭火物质与电池内部的各种物质混合，由于气溶胶灭火剂的化学抑制作用，使得喷出的各种物质具有不燃性，同时这种热气溶胶灭火物质的喷放时间大于电池热失控的气体释放时间，因此可以保证电池热失控是，喷出的各种物质始终具有不燃性，这种不燃性的气体经过冷却腔后由冷却腔中的物质对其进行降温，然后再经过排气口排放，从而可以避免电池因为热失控导致的可燃气体泄露而导致的爆炸、着火等二次灾害。
本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1圆柱形大容量电池安全结构的整体结构图。
图2为本申请实施例2方形大容量电池安全结构的整体结构图。
附图标记说明：
正极极柱11/21；负极极柱111/211；电池主体110/210；泄压口18/28；泄压膜19/29；消防腔15/25；多孔隔板14/24；冷却腔13/23；排气口12/22；启动装置16/26；阻燃包覆材料213。
具体实施方式
下面结合附图对本申请做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
下面结合附图和具体的实施例对本申请的技术方案进行详细说明。
如图1、2所示，本申请提供一种大容量电池的安全结构，包括电池主体，设置在电池主体上的泄压口，还包括设置在所述泄压口外部且用于对高温的可燃性物质进行抑制降温的消防冷却腔；所述消防冷却腔与泄压口连接，所述泄压口与消防冷却腔通过泄压膜密封隔离。所述消防冷却腔包括与所述泄压口连接的消防腔，和，与所述消防腔连接的冷却腔；所述消防腔与冷却腔之间设有多孔隔板。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述消防腔内设有灭火组件；所述灭火组件包括检测电池温度的温感启动装置，和，与所述温感启动装置连接的热气溶胶灭火剂单元。所述热气溶胶灭火剂单元设有阻燃硅橡胶包覆层。所述温感启动装置为感温线缆启动装置，或，电启动装置。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述泄压膜为金属膜片。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述的冷却腔中填充有陶瓷球、蜂窝陶瓷片、石墨棒、多孔陶瓷中的一种或者多种组合。
进一步地，在本申请提供的实施例中，所述冷却腔上设有排气口。所述排气口上设有防潮膜，所述防潮膜能够密封排气口。所述的排气口外部可以连接排气管道，或，气囊。
实施例1
如图1所示，一种圆柱形大容量电池的安全结构，如图1所示，包含消防腔15、冷却腔13，其中大容量电池110的正极11，负极111位于圆柱形电池110的顶面和底面，泄压口18位于此圆柱形电池的顶面外壳之上，泄压口18通过泄压膜19将电池密封为一个封闭结构，消防腔15设置于电池的顶部紧邻泄压口18的外侧，消防腔15上部设置冷却腔13，其中消防腔15与冷却腔13之间设有多孔金属板14，冷却腔上部设置排气口12。在消防腔15装填热气溶胶灭火剂，此热气溶胶灭火剂以硝酸钾为氧化剂，采用阻燃硅橡胶包覆使其可以有序燃烧，热气溶胶灭火剂采用感温启动装置16启动，启动温度为170℃。当电池热失控时热气溶胶灭火剂的释放灭火物质的时间大于2min，且大于电池热失控时喷放易燃气体的时间，在冷却腔填充
Figure BDA0003194498430000051
的陶瓷球，在最顶部的排气口上粘贴防潮膜。
当电池发生热失控而导致泄压口打开，电池内部的各种物质向外喷放时，首先到达消防腔，由电池内部的高温物质启动热气溶胶灭火剂的感温启动装置，启动热气溶胶灭火剂释放高效灭火物质，从而使热气溶胶灭火剂产生的高效灭火物质与电池内部的各种物质混合，由于气溶胶灭火剂的化学抑制作用，使得喷出的各种物质具有不燃性，同时这种热气溶胶灭火物质的喷放时间大于电池热失控的气体释放时间，因此可以保证电池热失控是，喷出的各种物质始终具有不燃性，这种不燃性的气体经过冷却腔后由冷却腔中的物质对其进行降温，然后再经过排气口排放，从而可以避免电池因为热失控导致的可燃气体泄露而导致的爆炸、着火等二次灾害。
实施例2
如图2所示，一种方形大容量电池的安全结构，如图2所示，包含消防腔25、冷却腔23，其中大容量电池210的正极21，负极211位于方形电池的顶面同侧，泄压口28位于此方形电池的侧面外壳中部，泄压口28通过泄压膜29将电池密封为一个封闭结构，消防腔25设置于电池的侧部紧邻泄压口的外侧，消防腔25上部设置冷却腔23，其中消防腔25与冷却腔23之间设有多孔金属板24，冷却腔上部设置排气口22。在消防腔25装填热气溶胶灭火剂，此热气溶胶灭火剂以硝酸钾、硝酸锶为氧化剂，采用阻燃硅橡胶213包覆使其可以有序燃烧，热气溶胶灭火剂采用感温启动装置26启动，启动温度为170℃。当电池热失控时热气溶胶灭火剂的可释放灭火物质的时间大于5min，且大于电池热失控时喷放易燃气体的时间，在冷却腔填充蜂窝陶瓷片，在最顶部的排气口设置排放管道可以将释放的混合气体排放至安全地带。
当电池发生热失控而导致泄压口打开，电池内部的各种物质向外喷放时，首先到达消防腔，由电池内部的高温物质启动热气溶胶灭火剂的感温启动装置，启动热气溶胶灭火剂释放高效灭火物质，从而使热气溶胶灭火剂产生的高效灭火物质与电池内部的各种物质混合，由于气溶胶灭火剂的化学抑制作用，使得喷出的各种物质具有不燃性，同时这种热气溶胶灭火物质的喷放时间大于电池热失控的气体释放时间，因此可以保证电池热失控是，喷出的各种物质始终具有不燃性，这种不燃性的气体经过冷却腔后由冷却腔中的物质对其进行降温，然后再经过排气口排放至安全地带，从而可以避免电池因为热失控导致的可燃气体泄露而导致的爆炸、着火等二次灾害。
尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本申请的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种大容量电池的安全结构，包括电池主体，设置在电池主体上的泄压口，其特征在于，还包括设置在所述泄压口外部且用于对高温的可燃性物质进行抑制降温的消防冷却腔；
所述消防冷却腔与泄压口连接，所述泄压口与消防冷却腔通过泄压膜密封隔离。
2.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述消防冷却腔包括与所述泄压口连接的消防腔，和，与所述消防腔连接的冷却腔；
所述消防腔与冷却腔之间设有多孔隔板。
3.如权利要求2所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述消防腔内设有灭火组件；所述灭火组件包括检测电池温度的温感启动装置，和，与所述温感启动装置连接的热气溶胶灭火剂单元。
4.如权利要求3所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述热气溶胶灭火剂单元设有阻燃硅橡胶包覆层。
5.如权利要求3所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述温感启动装置为感温线缆启动装置，或，电启动装置。
6.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述泄压膜为金属膜片。
7.如权利要求2所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述的冷却腔中填充有陶瓷球、蜂窝陶瓷片、石墨棒、多孔陶瓷中的一种或者多种组合。
8.如权利要求2所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述冷却腔设有排气口。
9.如权利要求8所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述排气口上设有防潮膜。
10.如权利要求9所述的一种大容量电池的安全结构，其特征在于，所述的排气口外部可以连接排气管道，或，气囊。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024016212A1 (zh) * 2022-07-20 2024-01-25 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池及用电设备

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