CN113764775A - 一种模块化电池及热失控保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化电池及热失控保护装置，该模块化电池包括电池支架以及多个电池，电池整齐串连在电池支架内，电池支架的外侧壁上设有总正、负极的接线口。电池包括电池本体，电池本体的一侧面设有正负极的插线柱和电池吊耳，电池吊耳和插线柱分别对称设在侧面的四边中间处。本发明为一种模块化电池及热失控保护装置，可以保证对热失控电池的精准定位及处理，最大程度的防范电池发生热失控进而引发车辆自燃的危险，最大程度的保护人员与车辆财产的安全。本发明的装置，彻底消除了电池热失控带来的车毁人亡的风险，同时电池采用模块化布置，电池与电池支架之间能够稳定连接，即使电池组发生故障，更换其中的一个或几个模块更加方便。

Description

一种模块化电池及热失控保护装置
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地，涉及一种模块化电池及热失控保护装置。
背景技术
新能源电动汽车是未来汽车发展的主流方向之一，目前电动汽车的市场保有量也与日俱增，电动汽车在给人们带来清洁环保节能高效的出行便利的同时，也伴随着它固有的一些风险点，例如锂电池的热失控就是其中危险性非常高的一项故障模式，一旦锂电池发生热失控，轻则电池报废，重则车辆自燃，车毁人亡。
新能源汽车的动力电池，一般电压平台都在几百伏特，需要几十甚至几百个电池包进行串连，有些单包电量较小的，不但需要串连还需要并连，以满足整车需求。与此同时电池发生热失控危险，基本上都是多组串、并联的电池包中的个别电池包先出现热失控危险，进而引发连锁反应，导致整组电池包乃至整车损毁。现有技术下，大多数电池厂家仍采用多包串、并连后整体打包封装，这种模式下，一旦某一个电池包发生热失控则会殃及全车，难以避免。
现有技术只能在一定程度上降低人员伤亡的概率，并不能最大程度的保护车辆等财产不受严重损失，人员撤离后如果降温不成功，则依然会发生车辆自燃，即使降温成功，大量喷水固然可以降温，但同时也使得车辆成为进水车，可能会导致更多其他的潜在安全风险。
另外现有技术的降温是针对整个电池组进行喷水降温，但是如果热失控点位于电池组较深的位置，从外部喷水的降温效果也是十分的差强人意，只能起到聊胜于无的心理安慰作用。同时现有技术对于无人值守的充电车辆防范能力很弱，而电动车充电过程却是其电池热失控发生自燃的高危时间段，危险性依然很大。
因此，如何提供一种可以保证对热失控电池的精准定位及处理，最大程度的防范电池发生热失控进而引发车辆自燃的危险，最大程度的保护人员与车辆财产的安全的模块化电池及热失控保护装置成为本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化电池及热失控保护装置，可以保证对热失控电池的精准定位及处理，最大程度的防范电池发生热失控进而引发车辆自燃的危险，最大程度的保护人员与车辆财产的安全。
根据本发明的第一方面，提供了一种模块化电池，包括电池支架以及多个电池，所述电池整齐串连在所述电池支架内，所述电池支架的外侧壁上设有总正、负极的接线口；
所述电池包括电池本体，所述电池本体的一侧面设有正负极的插线柱和电池吊耳，所述电池吊耳和所述插线柱分别对称设在侧面的四边中间处；
所述电池支架包括支架底板、锁扣支架以及串连机构，所述锁扣支架对称设置在所述支架底板的同一侧面，所述锁扣支架上设有转动连接的锁扣转轴，所述锁扣转轴的下方设有锁扣，所述支架底板上开设有挂耳孔，所述电池吊耳穿过所述挂耳孔并挂置在所述锁扣上；所述锁扣支架的内侧壁上还设有弹簧挺柱和电磁铁，所述弹簧挺柱与所述锁扣的侧面相抵，以使得所述锁扣与所述电池吊耳稳定扣合，所述电磁铁在通电后能够吸附所述锁扣，使得所述电池吊耳脱离所述锁扣；
所述串连机构包括电机、短接铜排以及两块串连铜排，两块串连铜排通过第一绝缘座对称设置在所述支架底板上，且所述第一绝缘座上开设有插接孔，所述电池本体的插线柱穿过所述插接孔与所述串连铜排的一端连接，两块串连铜排的另一端与其他电池串连；
所述电机设置在两块串连铜排之间，所述短接铜排套设在所述电机的转轴上，且所述短接铜排的上表面通过第二绝缘座连接有螺纹滑块，所述螺纹滑块的两侧设有限位杆，所述支架底板上设有四根相对于所述螺纹滑块对称设置的限位柱，所述限位杆位于相邻的两根限位柱之间，当所述电池本体脱离所述支架底板时，所述电机带动所述螺纹滑块和所述短接铜排下移，所述短接铜排的两端与两块所述串连铜排连接，以使得模块化电池间稳定串连供电。
可选地，根据本发明的模块化电池，所述电池吊耳和所述电池本体的外壳均采用高强钢一体化成形。
可选地，根据本发明的模块化电池，所述电池本体上还设有密封圈，所述密封圈围绕所述电池吊耳和所述插线柱设置，当所述电池本体与所述电池支架扣合连接时，所述密封圈用于密封和减震；所述密封圈由HNBR橡胶或ACM橡胶制成。
可选地，根据本发明的模块化电池，所述电池吊耳上设有朝向外侧凸出的第一扣合部，所述锁扣设有朝向所述电机方向凸出的第二扣合部，所述第一扣合部与所述第二扣合部相互扣合；当所述电池本体热失控时，所述电磁铁通电，其能够克服所述弹簧挺柱的推力并吸附所述锁扣，使得所述第一扣合部和所述第二扣合部相互分离。
可选地，根据本发明的模块化电池，所述电机的转轴的顶部还设有限位帽，所述限位帽用于限制所述螺纹滑块脱离所述电机的转轴。
可选地，根据本发明的模块化电池，所述限位杆的端部还设有向下延伸的吊耳推杆，所述吊耳推杆与所述电池吊耳相互对应；
当所述电池本体热失控时，所述电磁铁吸附所述锁扣，所述电机带动所述螺纹滑块下移，所述吊耳推杆能够向下推动所述电池吊耳，使得所述电池本体快速脱离所述电池支架。
根据本发明的第二方面，还提供了一种模块化电池热失控保护装置，包括安全箱以及上述实施例中任一项所述的模块化电池；
所述电池本体设置在所述电池支架和所述安全箱之间，所述安全箱包括箱体和液氮罐，所述箱体的上方设有开口，以便于所述电池本体热失控时，通过所述开口掉进所述箱体中；所述液氮罐设置在所述箱体的一侧，所述箱体的内侧壁上设有多个液氮喷嘴，所述液氮喷嘴均与所述液氮罐连接。
可选地，根据本发明的模块化电池热失控保护装置，所述液氮罐的一端设有液氮阀，以使得对所述液氮罐及时补充液氮。
可选地，根据本发明的模块化电池热失控保护装置，所述安全箱还包括驱动轮和防火棉盖，所述驱动轮设置在所述安全箱的一端，所述防火棉盖卷设在所述安全箱的另一端，所述防火棉盖的一侧与所述驱动轮通过牵引绳连接；
当所述电池本体热失控时，所述电池本体掉进所述箱体内，所述驱动轮转动并使得所述牵引绳缠绕在所述驱动轮上，所述防火棉盖覆盖在所述开口上。
可选地，根据本发明的模块化电池热失控保护装置，所述防火棉盖的卷轴上设有发条结构的复位弹簧。
本发明为一种模块化电池及热失控保护装置，可以保证对热失控电池的精准定位及处理，最大程度的防范电池发生热失控进而引发车辆自燃的危险，最大程度的保护人员与车辆财产的安全。通过本发明的应用，彻底消除了电池热失控带来的车毁人亡的风险，同时电池采用模块化布置，电池与电池支架之间能够稳定连接，即使电池组发生故障，更换其中的一个或几个模块相较现有的整体封装的电池包会更加方便。如果发生电池热失控，也可通过安全箱的设计把损失从整个电池包，乃至整台车的损失最大化的降低到单个电池模块的损失，极大的提升了人们在面对电动车电池热失控危险时的生命、财产安全系数。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明所公开的模块化电池热失控保护装置的主视图；
图2为本发明所公开的模块化电池热失控保护装置的俯视图；
图3为本发明所公开的模块化电池热失控保护装置的侧视图；
图4为本发明所公开的电池本体的主视图；
图5为本发明所公开的电池本体的俯视图；
图6为本发明所公开的模块化电池的立体图；
图7为本发明所公开的模块化电池的剖视图；
图8为本发明所公开的模块化电池的俯视图；
图9为图8中A-A的剖视图；
图10为本发明所公开的模块化电池的仰视图；
图11为本发明所公开的安全箱的俯视图；
图12为本发明所公开的安全箱的侧视图。
附图标记说明：100-电池支架；101-接线口；102-壳体；103-螺纹滑块；1031-限位杆；104-短接铜排；1041-插接柱；1042-中孔；105-串连铜排；106-转轴；107-电机；108-支架底板；109-锁扣支架；110-锁扣转轴；111-限位柱；112-第一绝缘座；113-第二绝缘座；114-吊耳推杆；115-锁扣；116-弹簧挺柱；117-电磁铁；118-限位帽；119-挂耳孔；120-插接孔；
200-电池；201-插线柱；202-电池吊耳；203-密封圈；204-电池本体；
300-安全箱；301-箱体；302-液氮喷嘴；303-防火棉盖；304-卷轴；305-牵引绳；306-驱动轮；307-液氮阀；308-液氮罐。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据图1至图10所示，本发明提供了一种模块化电池200，包括电池支架100以及多个电池200，电池200整齐串连在电池支架100内，电池支架100的壳体102外侧壁上设有总正、负极的接线口101；电池200包括电池本体204，电池本体204的一侧面设有正负极的插线柱201和电池吊耳202，电池吊耳202和插线柱201分别对称设在侧面的四边中间处。在设置时，本发明采用模块化电池200，电池200包采用每串(根据不同的电池200类型和单包大小不同，亦可采用不同串、并数，所谓串非固定量)一个封装，形成标准的电池200模块，根据不同的整车电压平台需求，再将多个电池200封装包以矩阵的形式，插接到电池支架100上。
电池支架100包括支架底板108、锁扣支架109以及串连机构，锁扣支架109对称设置在支架底板108的同一侧面，锁扣支架109上设有转动连接的锁扣转轴110，锁扣转轴110的下方设有锁扣115，支架底板108上开设有挂耳孔119，电池吊耳202穿过挂耳孔119并挂置在锁扣115上；锁扣支架109的内侧壁上还设有弹簧挺柱116和电磁铁117，弹簧挺柱116与锁扣115的侧面相抵，以使得锁扣115与电池吊耳202稳定扣合，电磁铁117在通电后能够吸附锁扣115，使得电池吊耳202脱离锁扣115。
串连机构包括电机107、短接铜排104以及两块串连铜排105，两块串连铜排105通过第一绝缘座112对称设置在支架底板108上，且第一绝缘座112上开设有插接孔120，电池本体204的插线柱201穿过插接孔120与串连铜排105的一端连接，两块串连铜排105的另一端与其他电池200串连。
电机107设置在两块串连铜排105之间，短接铜排104套设在电机107的转轴106上，且短接铜排104的上表面通过第二绝缘座113连接有螺纹滑块103，螺纹滑块103的两侧设有限位杆1031，支架底板108上设有四根相对于螺纹滑块103对称设置的限位柱111，限位杆1031位于相邻的两根限位柱111之间，当电池本体204脱离支架底板108时，电机107带动螺纹滑块103和短接铜排104下移，短接铜排104的两端与两块串连铜排105连接，以使得模块化电池200间稳定串连供电，短接铜排104的中间处设有中孔1042，以便于电机107的转轴106通过。
在实施时，串连铜排105与插接孔120相连，并通过第一绝缘座112固定在支架底板108上，用于电池200模块间的串连，锁扣115通过锁扣转轴110吊装在锁扣支架109上，锁扣支架109固定在支架底板108上，同时支架底板108上还有四根限位柱111，两根一组位于转轴106两侧，对螺纹滑块103起到限位导向作用，防止螺纹滑块103随转轴106一起旋转，对螺纹滑块103上下移动进行导向。正常情况时，锁扣115在弹簧挺柱116的作用下对插入的电池吊耳202进行锁止，防止电池200脱落。当电池200热失控故障发生时，电磁铁117作用，吸附锁扣115克服弹簧挺柱116推力，进而解除对电池200的锁止作用。
进一步地，电池吊耳202和电池本体204的外壳均采用高强钢一体化成形，保证电池200的整体强度。
进一步地，电池本体204上还设有密封圈203，密封圈203围绕电池吊耳202和插线柱201设置，当电池本体204与电池支架100扣合连接时，密封圈203用于密封和减震；密封圈203由HNBR橡胶或ACM橡胶制成。密封圈203通过硫化工艺粘接在电池本体204上表面，在电池吊耳202锁止后，密封圈203会和电池支架100下表面形成一定的压缩量，起到密封兼具减震的作用。
进一步地，电池吊耳202上设有朝向外侧凸出的第一扣合部，锁扣115设有朝向电机107方向凸出的第二扣合部，第一扣合部与第二扣合部相互扣合；当电池本体204热失控时，电磁铁117通电，其能够克服弹簧挺柱116的推力并吸附锁扣115，使得第一扣合部和第二扣合部相互分离。
进一步地，电机107的转轴106的顶部还设有限位帽118，限位帽118用于限制螺纹滑块103脱离电机107的转轴106。
进一步地，限位杆1031的端部还设有向下延伸的吊耳推杆114，吊耳推杆114与电池吊耳202相互对应；当电池本体204热失控时，电磁铁117吸附锁扣115，电机107带动螺纹滑块103下移，吊耳推杆114能够向下推动电池吊耳202，使得电池本体204快速脱离电池支架100。螺纹滑块103嵌入限位柱111中的两条侧臂末端各有一个向下的吊耳推杆114，在故障发生时用于推出故障电池200模块，在正常情况时吊耳推杆114亦有对锁扣115限位的作用，防止锁扣115在弹簧挺柱116的作用下过于偏向中间，妨碍正常的电池200模块插入。
再根据图11和图12所示，本发明还提供了一种模块化电池200热失控保护装置，包括安全箱300以及上述实施例中任一项的模块化电池200；电池本体204设置在电池支架100和安全箱300之间，安全箱300包括箱体301和液氮罐308，箱体301的上方设有开口，以便于电池本体204热失控时，通过开口掉进箱体301中；液氮罐308设置在箱体301的一侧，箱体301的内侧壁上设有多个液氮喷嘴302，液氮喷嘴302均与液氮罐308连接。
进一步地，液氮罐308的一端设有液氮阀307，以使得对液氮罐308及时补充液氮。
进一步地，安全箱300还包括驱动轮306和防火棉盖303，驱动轮306设置在安全箱300的一端，防火棉盖303卷设在安全箱300的另一端，防火棉盖303的一侧与驱动轮306通过牵引绳305连接；当电池本体204热失控时，电池本体204掉进箱体301内，驱动轮306转动并使得牵引绳305缠绕在驱动轮306上，防火棉盖303覆盖在开口上。箱体301与防火棉盖303组合形成隔热保温防火间，同步加液氮的急冻效果，可以确保故障电池200组至少在1小时内不会出现燃、爆风险，使给人们以充足的故障处理时间。
进一步地，防火棉盖303的卷轴304上设有发条结构的复位弹簧。在驱动轮306未工作的前提下，防火棉盖303能够在复位弹簧的作用下始终缠绕在卷轴304上，避免了热失控的电池200掉落在防火棉盖303上。
本发明于车上实际布置例如图1所示，电池200成矩阵插接到电池支架100上，并置于安全箱300之上，正常情况下，安全箱300的防火棉盖303处于敞开状态。该套系统会全程监控各个电池200的状态，一旦发现某个电池200处于热失控风险状态时，该系统会立刻发出警示信号提醒车内及周边人员注意，并自动通过车载通话系统紧急呼叫车主电话通知车主(该项功能是为了防止车辆充电，无人值守的情况下发生危险无人处置)；同步的电磁铁117通电，锁扣115克服弹簧挺柱116的推力，沿锁扣转轴110转动被电磁铁117吸附，解除对电池吊耳202的锁止状态，此刻电机107带动转轴106旋转，使得螺纹滑块103带动短接铜排104及吊耳推杆114下行，吊耳推杆114推动电池吊耳202使得该电池200模块与电池支架100分离，脱落至安全箱300内，同时短接铜排104会通过插接柱1041插入插接孔120内，导通该电池200模块前后两组电池200模块，因整体电池200组有几十个电池200模块串接而成，少了一个故障模块，在短接铜排104的作用下，整体电压会有所下降，但仍能保持通电状态，且电压下降幅度仍在可接受范围内，可以使整体电池200组在缺少一个电池200模块的情况下仍可降压应急使用，不会出现彻底断电的情况。
脱落至安全箱300内的故障电池200模块，会触发安全箱300动作，驱动轮306在内置电机107的作用下，通过牵引绳305，克服卷轴304上的复位弹簧的弹力，牵引防火棉盖303对箱体301进行封口覆盖，同时液氮罐308内的液氮，会通过箱体301侧壁上的多个液氮喷嘴302对箱体301内的故障电池200模块进行急冻冷却，箱体301内同样铺设有防火棉，箱体301与防火棉盖303组合形成隔热保温防火间，同步加液氮的急冻效果，可以确保故障电池200组至少在1小时内不会出现燃、爆风险，使给人们以充足的故障处理时间。使用过后，可以通过液氮阀307对液氮进行补充添加，同时液氮阀307亦兼具安全阀的作用，防止特殊情况下，过高压力的氮气造成危险。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种模块化电池，其特征在于，包括电池支架以及多个电池，所述电池整齐串连在所述电池支架内，所述电池支架的壳体外侧壁上设有总正、负极的接线口；
所述电池包括电池本体，所述电池本体的一侧面设有正负极的插线柱和电池吊耳，所述电池吊耳和所述插线柱分别对称设在侧面的四边中间处；
所述电池支架包括支架底板、锁扣支架以及串连机构，所述锁扣支架对称设置在所述支架底板的同一侧面，所述锁扣支架上设有转动连接的锁扣转轴，所述锁扣转轴的下方设有锁扣，所述支架底板上开设有挂耳孔，所述电池吊耳穿过所述挂耳孔并挂置在所述锁扣上；所述锁扣支架的内侧壁上还设有弹簧挺柱和电磁铁，所述弹簧挺柱与所述锁扣的侧面相抵，以使得所述锁扣与所述电池吊耳稳定扣合，所述电磁铁在通电后能够吸附所述锁扣，使得所述电池吊耳脱离所述锁扣；
所述串连机构包括电机、短接铜排以及两块串连铜排，两块串连铜排通过第一绝缘座对称设置在所述支架底板上，且所述第一绝缘座上开设有插接孔，所述电池本体的插线柱穿过所述插接孔与所述串连铜排的一端连接，两块串连铜排的另一端与其他电池串连；
所述电机设置在两块串连铜排之间，所述短接铜排套设在所述电机的转轴上，且所述短接铜排的上表面通过第二绝缘座连接有螺纹滑块，所述螺纹滑块的两侧设有限位杆，所述支架底板上设有四根相对于所述螺纹滑块对称设置的限位柱，所述限位杆位于相邻的两根限位柱之间，当所述电池本体脱离所述支架底板时，所述电机带动所述螺纹滑块和所述短接铜排下移，所述短接铜排的两端与两块所述串连铜排连接，以使得模块化电池间稳定串连供电。
2.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，所述电池吊耳和所述电池本体的外壳均采用高强钢一体化成形。
3.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，所述电池本体上还设有密封圈，所述密封圈围绕所述电池吊耳和所述插线柱设置，当所述电池本体与所述电池支架扣合连接时，所述密封圈用于密封和减震；所述密封圈由HNBR橡胶或ACM橡胶制成。
4.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，所述电池吊耳上设有朝向外侧凸出的第一扣合部，所述锁扣设有朝向所述电机方向凸出的第二扣合部，所述第一扣合部与所述第二扣合部相互扣合；当所述电池本体热失控时，所述电磁铁通电，其能够克服所述弹簧挺柱的推力并吸附所述锁扣，使得所述第一扣合部和所述第二扣合部相互分离。
5.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，所述电机的转轴的顶部还设有限位帽，所述限位帽用于限制所述螺纹滑块脱离所述电机的转轴。
6.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，所述限位杆的端部还设有向下延伸的吊耳推杆，所述吊耳推杆与所述电池吊耳相互对应；
当所述电池本体热失控时，所述电磁铁吸附所述锁扣，所述电机带动所述螺纹滑块下移，所述吊耳推杆能够向下推动所述电池吊耳，使得所述电池本体快速脱离所述电池支架。
7.一种模块化电池热失控保护装置，其特征在于，包括安全箱以及权利要求1至6中任一项所述的模块化电池；
所述电池本体设置在所述电池支架和所述安全箱之间，所述安全箱包括箱体和液氮罐，所述箱体的上方设有开口，以便于所述电池本体热失控时，通过所述开口掉进所述箱体中；所述液氮罐设置在所述箱体的一侧，所述箱体的内侧壁上设有多个液氮喷嘴，所述液氮喷嘴均与所述液氮罐连接。
8.根据权利要求7所述的模块化电池热失控保护装置，其特征在于，所述液氮罐的一端设有液氮阀，以使得对所述液氮罐及时补充液氮。
9.根据权利要求7所述的模块化电池热失控保护装置，其特征在于，所述安全箱还包括驱动轮和防火棉盖，所述驱动轮设置在所述安全箱的一端，所述防火棉盖卷设在所述安全箱的另一端，所述防火棉盖的一侧与所述驱动轮通过牵引绳连接；
当所述电池本体热失控时，所述电池本体掉进所述箱体内，所述驱动轮转动并使得所述牵引绳缠绕在所述驱动轮上，所述防火棉盖覆盖在所述开口上。
10.根据权利要求9所述的模块化电池热失控保护装置，其特征在于，所述防火棉盖的卷轴上设有发条结构的复位弹簧。
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