CN114566751B - 锂电池安全阀泄压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池安全阀泄压装置，装置中，阀体包括内腔和设于阀体底部的排气口，排气口连通内腔，形状记忆合金套筒设置于第一套筒中且过盈配合，在使用温度低于合金转变温度时，形状记忆合金套筒与第一套筒的壁面间产生预紧力，第二套筒围绕第一套筒布置且位于内腔中，其顶端高于形状记忆合金套筒的顶端，第二套筒设有第二排气孔，端盖可滑动连接第二套筒且位于内腔中，端盖固定连接形状记忆合金套筒，复位弹簧固定连接于第一套筒与端盖之间且复位弹簧固定连接形状记忆合金套筒，使端盖在第二套筒中轴向上下运动以带动形状记忆合金套筒上下运动，使得第一排气孔和第二排气孔构成可通断的连通气路。

Description

锂电池安全阀泄压装置

技术领域

本发明涉及锂电池安全技术领域，尤其涉及一种锂电池安全阀泄压装置。

背景技术

锂电池凭借其工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小等优势，已广泛应用于动力能源、能源调度储存等领域。但是锂电池的过充过放、短路及滥用等情况会引起电池热失控，热失控发生时，电池内部产热骤增致使电池温度迅速升高，电池温度过高导致内部电极与电解质发生反应、内部物质如电解液分解，短时间内产生大量气体使得内部压力急剧升高，进一步导致电池壳体变形甚至引发电池爆炸风险。为了提高锂电池使用过程的安全性，须在锂电池电芯结构中设置安全阀，在电池内部压力过高时安全阀能够迅速开启并将气体排出，降低电池爆炸风险。

目前，针对锂电池安全阀泄压方法与装置，主要通过电池内部高压气体间接作用于弹簧克服其弹性应力或直接作用于防爆膜致其破裂，实现锂电池内部空间与外界的气路连通从而使得电池内部气体快速排出，达到降低锂电池内部压力的目的。如一种动力锂电池安全阀，通过安全阀内部多级弹簧及挡板来控制电池内部与外界的气路通断，不同气压下改变排气路径来实现其相应的泄压功能。又如圆柱电池安全阀的连接盖片及其安全阀，电池内部过高压力经过泄压孔直接作用于防爆片上致其破裂，内部气体快速排出达到释放压力目的。上述提到的锂电池安全阀泄压方法与装置，泄压阀开启的条件均以电池内部压力作为判别指标。然而，当电池内部压力达到泄压阀开启阈值时，电池热失控的分解反应已开始进行，特别是可燃气体已开始生成，此时阀门打开，泄出的高温可燃气体遇氧气发生燃烧，易引发较大灾害。与电池内部压力相比，电池的内部温度变化更加迅速，在材料分解反应开始之前，即可以通过温度变化判断热失控是否发生，因此，将温度信号作为泄压阀开启条件，可在热失控大量产热之前提前卸掉内部压力和易挥发电解液，一方面减少参与热失控反应的反应物，另一方面，避免电池内部高压加速热失控进程。基于以上分析，亟需开发一种温度压力同时作为响应条件的温压双控安全阀泄压装置。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂电池安全阀泄压装置，其温度压力同时作为响应条件的温压双控安全阀泄压。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种锂电池安全阀泄压装置包括，

阀体，其包括内腔和设于阀体底部的排气口，所述排气口连通所述内腔，

第一套筒，其自所述排气口朝内腔延伸形成，

形状记忆合金套筒，其设置于所述第一套筒中且过盈配合，在使用温度低于合金转变温度时，形状记忆合金套筒与第一套筒的壁面间产生预紧力，使用温度达到合金转变温度后，记忆合金套筒收缩使得其与第一套筒间的预紧力消失，形状记忆合金套筒的顶端高于所述第一套筒的顶端，形状记忆合金套筒设有第一排气孔，

第二套筒，其围绕所述第一套筒布置且位于所述内腔中，其顶端高于所述形状记忆合金套筒的顶端，所述第二套筒设有第二排气孔，

端盖，其可滑动连接所述第二套筒且位于所述内腔中，所述端盖固定连接所述形状记忆合金套筒，

复位弹簧，其固定连接于所述第一套筒与端盖之间且所述复位弹簧固定连接所述形状记忆合金套筒，使端盖在第二套筒中轴向上下运动以带动形状记忆合金套筒上下运动，使得第一排气孔和第二排气孔构成可通断的连通气路。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，还包括，

环形移动槽，设于所述阀体中，

环形垫片，其盖设于所述环形移动槽和内腔上，

泄压弹簧组件，其设于所述环形移动槽中且连接所述环形垫片，

盖板，其盖设于所述环形垫片上且可滑动连接所述阀体，所述盖板设有第三排气孔，开启时，盖板受压向上运动，泄压弹簧组件被压缩，第三排气孔连通所述连通气路；关闭时，被压缩的泄压弹簧组件因其弹性势能带动盖板向下运动恢复至原始位置。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，所述泄压弹簧组件包括，

环形固定板，其固定于环形移动槽中且连接所述环形垫片，

连接轴，其穿过所述环形固定板和环形垫片固定于所述盖板，

泄压弹簧，其套设于所述连接轴，开启时，盖板受压带动连接轴向上运动，泄压弹簧被压缩；关闭时，被压缩的泄压弹簧因其弹性势能带动连接轴7以及盖板向下运动恢复至原始位置。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，所述环形垫片沿圆周方向均匀分布与连接轴同等直径大小的孔位以固定泄压弹簧组件。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，所述第一套筒外径与端盖下端的凸起部外径相等，且大于复位弹簧直径。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，所述第二套筒内径与端盖上端的外径相等，壁厚与第一套筒保持一致。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，多个所述第二排气孔均匀圆周分布于第二套筒的壁上，多个第一排气孔均匀圆周分布于形状记忆合金套筒的壁上。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，所述阀体外侧设有螺纹连接锂电池泄压口的外螺纹。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，盖板沿圆周方向均匀分布6-12个第三排气孔。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置中，所述阀体为中心对称结构。

在上述技术方案中，本发明提供的一种锂电池安全阀泄压装置，具有以下有益效果：本发明所述的一种锂电池安全阀泄压装置在电池热失控内部气压过大时必然伴随着电池温度骤升，温度达到形状记忆合金转变温度时，合金套筒直径收缩导致其与第一套筒间的预紧力消失甚至壁面间产生缝隙，高压气体作用于端盖使之带动合金套筒向上运动，第一排气孔运动至第一套筒以上时实现电池内部与外界的气路连通，达到内部气体快速排出以降低内压的目的，能够在热失控进程中有效的抑制甚至终止热失控进程。提高了电池使用的安全性。

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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是锂电池安全阀泄压装置的结构示意图；

图2是图1中I部分的放大图；

图3是本发明实施例的结构分解图；

图4是本发明实施例的立体图；

其中，1-阀体；2-盖板；3-端盖；4-第三排气孔；5-环形垫片；6-泄压弹簧；7-连接轴；8-第二排气孔；9-复位弹簧；10-形状记忆合金套筒；11-第一排气孔；12-排气口；13-第一套筒；14-第二套筒；15-外螺纹；16-环形固定板；17-环形移动槽。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图图1至图4，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

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定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中，如图1至图4所示，锂电池安全阀泄压装置包括，

阀体1，其包括内腔和设于阀体1底部的排气口12，所述排气口12连通所述内腔，

第一套筒13，其自所述排气口12朝内腔延伸形成，

形状记忆合金套筒10，其设置于所述第一套筒13中且过盈配合，在使用温度低于合金转变温度时，形状记忆合金套筒10与第一套筒13的壁面间产生预紧力，使用温度达到合金转变温度后，记忆合金套筒收缩使得其与第一套筒13间的预紧力消失，形状记忆合金套筒10的顶端高于所述第一套筒13的顶端，形状记忆合金套筒10设有第一排气孔11，

第二套筒14，其围绕所述第一套筒13布置且位于所述内腔中，其顶端高于所述形状记忆合金套筒10的顶端，所述第二套筒14设有第二排气孔8，

端盖3，其可滑动连接所述第二套筒14且位于所述内腔中，所述端盖3固定连接所述形状记忆合金套筒10，

复位弹簧9，其固定连接于所述第一套筒13与端盖3之间且所述复位弹簧9固定连接所述形状记忆合金套筒10，使端盖3在第二套筒14中轴向上下运动以带动形状记忆合金套筒10上下运动，使得第一排气孔11和第二排气孔8构成可通断的连通气路。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，还包括，

环形移动槽17，设于所述阀体1中，

环形垫片5，其盖设于所述环形移动槽17和内腔上，

泄压弹簧6组件，其设于所述环形移动槽17中且连接所述环形垫片5，泄压弹簧组件6上端固定连接于盖板2，

盖板2，其盖设于所述环形垫片5上且可滑动连接所述阀体1，所述盖板2设有第三排气孔4，开启时，盖板2受压向上运动，泄压弹簧6组件被压缩，第三排气孔4连通所述连通气路；关闭时，被压缩的泄压弹簧6组件因其弹性势能带动盖板2向下运动恢复至原始位置。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，所述泄压弹簧6组件包括，

环形固定板16，其固定于环形移动槽17中且连接所述环形垫片5，

连接轴7，其穿过所述环形固定板16和环形垫片5固定于所述盖板2，

泄压弹簧6，其套设于所述连接轴7，开启时，盖板2受压带动连接轴7向上运动，泄压弹簧6被压缩；关闭时，被压缩的泄压弹簧6因其弹性势能带动连接轴7以及盖板2向下运动恢复至原始位置。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，所述环形垫片5沿圆周方向均匀分布与连接轴7同等直径大小的孔位以固定泄压弹簧6组件。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，所述第一套筒13外径与端盖3下端的凸起部外径相等，且大于复位弹簧9直径。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，所述第二套筒14内径与端盖3上端的外径相等，壁厚与第一套筒13保持一致。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，多个所述第二排气孔8均匀圆周分布于第二套筒14的壁上，多个第一排气孔11均匀圆周分布于形状记忆合金套筒10的壁上。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，所述阀体1外侧设有螺纹连接锂电池泄压口的外螺纹15。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，盖板2沿圆周方向均匀分布6-12个第三排气孔4。

所述的一种锂电池安全阀泄压装置的优选实施例中，所述阀体1为中心对称结构。

在一个实施例中，所述第三排气孔4的数量大于第二排气孔8的数量，所述第二排气孔8的数量大于第一排气孔11的数量，形成阶梯式泄压。

在一个实施例中，锂电池安全阀泄压装置包括阀体1、形状记忆合金套筒10、复位弹簧9、端盖3、泄压弹簧6组件、环形垫片5、盖板2。所述阀体1内腔设有排气口12用于安全阀开启时排放气体，设有第一套筒13、第二套筒14。第一套筒13内径略小于形状记忆合金套筒10在转变温度以下的外径，使得在电池内部温度低于形状记忆合金转变温度时，第一套筒13与合金套筒间产生较大的预紧力以保证安全阀的密封性能，第一套筒13外径与端盖3下端外径相等，且略大于复位弹簧9直径，以确保与复位弹簧9的固定连接。第二套筒14内径与端盖3上端外径相等，壁厚可与第一套筒13保持一致，同时设有3-8个第二排气孔8并均匀圆周分布于套筒壁上。阀体1设有环形移动槽17，以固定安装泄压弹簧6组件。所述形状记忆合金套筒10在低于转变温度时外径略大于第一套筒13内径，以产生较大预紧力来保证安全阀密封性，其在温度高于转变温度时收缩，预紧力小时以降低安全阀开启压力。设有1-3个第一排气孔11并均匀圆周分布于套筒壁上。所述复位弹簧9直径略小于第一套筒13外径以及端盖3下端外径，以确保两者与复位弹簧9的紧密连接。所述端盖3下端外径与第一套筒13外径相等，且略大于复位弹簧9直径，上端外径与第二套筒14内径相等，可沿中心轴上下移动。所述泄压弹簧6组件固定连接于环形移动槽17中，包括泄压弹簧6、连接轴7、环形固定板16。泄压弹簧6、环形固定板16依次套于连接轴7之上，环形固定板16外径与环形移动槽17内径相等，固定连接在阀体1上。连接轴7可沿中心轴上下移动，并带动泄压弹簧6收缩或拉伸，所述环形垫片5置于阀体1与盖板2间，沿圆周方向均匀分布与连接轴7同等直径大小的孔位，以固定泄压弹簧6组件。所述盖板2与连接轴7固定连接，可沿中心轴上下移动，沿圆周方向均匀分布6-12个第三排气孔4。

在一个实施例中，锂电池安全阀泄压装置包括：

阀体1，安全阀主体结构，用于固定以及配合其他零件的顺序安装，其中结构包括排气口12、第一套筒13、第二套筒14、外螺纹15、环形移动槽17；

形状记忆合金套筒10置于第一套筒13中，并在使用温度低于合金转变温度时，与第一套筒13壁面间产生较强的预紧力，上端与端盖3焊接固定，壁面上沿圆周方向均匀设置第一排气孔11。泄压时随端盖3向上运动，第一排气孔11高于第一套筒13上端时，电池内部与外界气路连通，实现排气泄压的功能。改变温度低于转变温度时形状记忆合金套筒10的外径可改变其与第一套筒13壁面间的预紧力大小，进而设置不同的安全阀开启压力；

复位弹簧9固定连接于第一套筒13与端盖3之间，使端盖3能够在第二套筒14中沿轴向上下运动，带动形状记忆合金套筒10上下运动来实现电池内部与外界间的连通气路开闭。安全阀开启时，复位弹簧9的弹力保证相应环境下的安全阀开启压力；安全阀关闭时，带动端盖3以及形状记忆合金套筒10向下运动恢复到原始位置。

端盖3置于第二套筒14中，下端与复位弹簧9以及形状记忆合金套筒10固定连接，安全阀开启时，端盖3受压带动形状记忆合金套筒10向上运动，实现电池内部与外界间的气路连通。

泄压弹簧组件由泄压弹簧6、连接轴7、环形固定板16构成，置于阀体1上的环形移动槽17中，环形固定板16被固定在环形移动槽17中，连接轴7与盖板2固定连接。安全阀开启时，盖板2受压带动连接轴7向上运动，泄压弹簧6被压缩；安全阀关闭时，被压缩的泄压弹簧6因其弹性势能带动连接轴7以及盖板2向下运动，恢复至原始位置。

环形垫片5置于阀体1和盖板2之间，用于固定环形固定板16的位置。

盖板2与泄压弹簧组件中的连接轴7固定连接，第三排气孔4沿其圆周方向均匀分布。安全阀全功率排气时，盖板2向上抬起以满足排气速率要求。

本发明的工作原理：锂电池使用正常时，形状记忆合金套筒10与第一套筒13间存在较强的预紧力，保证了安全阀整体的密封性能；锂电池因短路、滥用等原因发生热失控时，电池内部气体压力增加，同时电池内部温度骤升，温度高于记忆合金转变温度导致形状记忆合金套筒10受热收缩，端盖3受到气体压力带动形状记忆合金套筒10向上运动，高压气体依次经排气口12、第一排气孔11、第二排气孔8、第三排气孔4向外界排出。内部气压过高、第三排气孔4不满足排气速率时，盖板2受压带动连接轴7向上运动，与阀体1之间产生错位增加排气速率以达到要求。安全阀关闭时，泄压弹簧6、复位弹簧9因其弹性势能分别带动盖板2、端盖3恢复至原始位置，起到继续保护电池的作用。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，其包括，

阀体，其包括内腔和设于阀体底部的排气口，所述排气口连通所述内腔，

第一套筒，其自所述排气口朝内腔延伸形成，

形状记忆合金套筒，其设置于所述第一套筒中且过盈配合，在使用温度低于合金转变温度时，形状记忆合金套筒与第一套筒的壁面间产生预紧力，使用温度达到合金转变温度后，记忆合金套筒收缩使得其与第一套筒间的预紧力消失，形状记忆合金套筒的顶端高于所述第一套筒的顶端，形状记忆合金套筒设有第一排气孔，

第二套筒，其围绕所述第一套筒布置且位于所述内腔中，其顶端高于所述形状记忆合金套筒的顶端，所述第二套筒设有第二排气孔，

端盖，其可滑动连接所述第二套筒且位于所述内腔中，所述端盖固定连接所述形状记忆合金套筒，

复位弹簧，其固定连接于所述第一套筒与端盖之间且所述复位弹簧固定连接所述形状记忆合金套筒，使端盖在第二套筒中轴向上下运动以带动形状记忆合金套筒上下运动，使得第一排气孔和第二排气孔构成可通断的连通气路，改变温度低于转变温度时形状记忆合金套筒的外径改变其与第一套筒壁面间的预紧力大小，环形移动槽，设于所述阀体中，

环形垫片，其盖设于所述环形移动槽和内腔上，

泄压弹簧组件，其设于所述环形移动槽中且连接所述环形垫片，

盖板，其盖设于所述环形垫片上且可滑动连接所述阀体，所述盖板设有第三排气孔，开启时，盖板受压向上运动，泄压弹簧组件被压缩，第三排气孔连通所述连通气路；关闭时，被压缩的泄压弹簧组件因其弹性势能带动盖板向下运动恢复至原始位置。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，所述泄压弹簧组件包括，

环形固定板，其固定于环形移动槽中且连接所述环形垫片，

连接轴，其穿过所述环形固定板和环形垫片固定于所述盖板，

泄压弹簧，其套设于所述连接轴，开启时，盖板受压带动连接轴向上运动，泄压弹簧被压缩；关闭时，被压缩的泄压弹簧因其弹性势能带动连接轴以及盖板向下运动恢复至原始位置。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，所述环形垫片沿圆周方向均匀分布与连接轴同等直径大小的孔位以固定泄压弹簧组件。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，所述第一套筒外径与端盖下端的凸起部外径相等，且大于复位弹簧直径。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，所述第二套筒内径与端盖上端的外径相等，壁厚与第一套筒保持一致。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，多个所述第二排气孔均匀圆周分布于第二套筒的壁上，多个第一排气孔均匀圆周分布于形状记忆合金套筒的壁上。

7.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，所述阀体外侧设有螺纹连接锂电池泄压口的外螺纹。

8.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，盖板沿圆周方向均匀分布6-12个第三排气孔。

9.根据权利要求1所述的一种锂电池安全阀泄压装置，其特征在于，所述阀体为中心对称结构。

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