CN114865199B - 一种用于三元锂电池的防护结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于三元锂电池的防护结构，包括设置在三元锂电池外结构的框架，所述框架上可拆卸安装有多根平行设置的V型导流体，所述V型导流体覆盖三元锂电池的每一个外表面；所述V型导流体开口侧靠近三元锂电池表面，收敛侧背离三元锂电池，V型导流体的收敛侧顶部设置有贯穿V型导流体的第一狭缝，相邻两根V型导流体的开口侧之间形成第二狭缝。本申请提供的防护结构在三元锂电池正常工作时，能够起到极强的物理防护作用，避免异物、硬物刺伤电池，同时，能够有效的抵御及承受各种压力载荷、冲击载荷和剪切载荷，避免电池主体因受到异常外力而发生裂损，进而导致电池工作异常，短路，甚至爆燃。

Description

一种用于三元锂电池的防护结构

技术领域

本发明涉及动力电池辅助装置技术领域，尤其涉及新能源汽车动力电池的防护装置技术领域，具体涉及一种用于三元锂电池的防护结构。

背景技术

在我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标后，各个领域在节能减排方面都有不同的举措，汽车作为碳排放的一个大群体，在绿色出行，节能减排的大环境下，汽车已经从传统的燃油动力向插电式（PHEV）动力，以及纯电（EV）动力驱动转变。当前，随着时间的推移，技术的发展，各大汽车制造商已经陆续公开了停售燃油车的时间表，市面上销售的电动车也越来越多，但是电动车自燃事件频发，或插电式混合动力车型，或纯电动车型都有自燃现象。为此，作为新能源电动车的主要动力部件的锂电池的安全性受到了广泛的关注。

现目前，市面上作为动力锂电池采用的材料不同而被分为三类，分别是磷酸铁锂电池、三元锂电池和铅酸锂电池，这三种电池中，由于三元锂电池具有较大的能量密度和较好的抗低温性能而被广泛采用；但由于电池内部材料的纯度并不能达到100%，始终存在极少量的杂质，同时，在反复的充放电过程中会在电池内部形成异物，影响电池内部的反应，使得电池可能出现内部短路，进而可能发生自燃或者爆炸。电池最主要的作用就是供电，为用电设备提供电力供应，新能源汽车的电气系统非常复杂，外部的电气短路同样可能导致电池的爆燃，从而在极短的时间内可能吞噬整辆汽车，危机驾乘人员生命安全。

发明内容

为了解决现有三元锂电池可能存在的瞬间爆燃导致汽车驾乘人员没有足够的时间逃离而可能导致的人生伤亡事故问题，本申请提供一种用于三元锂电池的防护结构，能够有效的保护三元锂电池受到外界异物伤害，同时，在三元锂电池处于异常状态发生爆燃时，能够有效的抵御电池爆燃产生的冲击，同时，在短时间内形成非密闭氧隔绝，达到阻燃，防爆的效果。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种用于三元锂电池的防护结构，包括设置在三元锂电池外结构的框架，所述框架上可拆卸安装有多根平行设置的V型导流体，所述V型导流体覆盖三元锂电池的每一个外表面；所述V型导流体开口侧靠近三元锂电池表面，收敛侧背离三元锂电池，V型导流体的收敛侧顶部设置有贯穿V型导流体的第一狭缝，相邻两根V型导流体的开口侧之间形成第二狭缝。

优选地，所述V型导流体内侧靠近所述V型导流体底部位于所述第一狭缝处还固定安装有导流柱，所述导流柱的长度大于等于所述第一狭缝的长度。

进一步优选地，所述V型导流体具有两层交错排布，位于内层的V型导流体的第一狭缝与位于外层的相邻两个V型导流体之间形成的第二狭缝相对应，位于外层的V型导流体开口侧的两侧边缘与位于内层的V型导流体的外表面之间形成第三狭缝。

为了进一步提高防爆性能，有效延长爆燃蔓延的时间，优选地，所述V型导流体具有三层交错排布，第二层和第三层之间的排布方式与第一层和第二层之间的排布方式相同。

为了达到泄压与阻燃的两方面兼容，优选地，所述第一狭缝的宽度为1-2mm，所述第二狭缝的宽度为2-4mm，所述第三狭缝的宽度为1-2mm。

作为本申请的较好选择，达到稳定的防护效果，所述框架和V型导流体的抗拉强度不低于280MPa，硬度不低于布氏硬度HB60。

为了提高本申请的兼容性，满足不同型号，不同形状的三元锂电池外型，优选地，所述框架通过紧固件可拆卸连接的多个支架组成，任一个支架用于固定同一个平面的多根所述V型导流体。

为了适应性的调整导流柱的大小，以满足不同型号大小容量在发生异常爆燃时的气流冲击，优选地，所述导流柱靠近的两端头的位置具有一通孔，所述通孔内安装有贯穿所述V型导流体的螺栓。

有益效果：

本申请提供的防护结构在三元锂电池正常工作时，能够起到极强的物理防护作用，避免异物、硬物刺伤电池，同时，能够有效的抵御及承受各种压力载荷、冲击载荷和剪切载荷，避免电池主体因受到异常外力而发生裂损，进而导致电池工作异常，短路，甚至爆燃。

本申请在电池发生异常爆燃时，能够在电池的四周形成非密闭隔绝层，对于高温外泄气流和火焰能够起到极大的阻碍，同时隔绝外部氧气进入到防护结构内部，形成阻燃环境，延长爆燃的瞬间蔓延；当电池剧烈短路反应导致电池爆炸时，防护结构能够承受高达数百兆帕的压力，最大程度上降低电池爆炸造成的损坏，保护驾乘人员安全，为驾乘人员安全撤离赢得时间。

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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的俯视图。

图2是图1中沿剖切符号A-A的剖视图。

图3是图2中B区结构放大图。

图4是电池出现爆燃时的气流及火焰流动示意图。

图5是本申请隐藏两端头的轴测图。

图6是图5中C区结构放大图。

图7是图6中D区结构放大图。

图中：1-框架；2-V型导流体；3-导流柱；4-第一狭缝；5-第二狭缝；6-第三狭缝；7-螺栓；8-紧固件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

本实施例提供了一种用于三元锂电池的防护结构，结构如图1-图5所示，包括设置在三元锂电池外结构的框架1，所述框架1上可拆卸安装有多根平行设置的V型导流体2，所述V型导流体2覆盖三元锂电池的每一个外表面；所述V型导流体2开口侧靠近三元锂电池表面，收敛侧背离三元锂电池，V型导流体2的收敛侧顶部设置有贯穿V型导流体2的第一狭缝4，相邻两根V型导流体2的开口侧之间形成第二狭缝5。

工作原理：

本实施例的主要防护结构是V型导流体2，其独有的形状在高速气流的环境中，能够发挥巨大的阻流作用，在短时间内会形成一种非物理密闭的隔绝层，使得位于电池外部的氧气等具有助燃效果的气体并不能够靠近电池，使得火势扩大。本实施例提供的框架1的作用是起到结构形状的固定，是防护结构的整体骨架，用于固定安装每一根V型导流体2，使得V型导流体2能够实现对电池的全覆盖。在电池正常使用时，V型导流体2起到物理防护作用，在电池受到外部应力时，比如：挤压、弯曲、冲击、穿刺等都能够通过平行排布的V型导流体2进行阻隔，避免电池本身受到伤害而发生爆燃。V型导流体2由于自身存在一定倾斜角度，使得其综合抗拉、抗剪性能相较于平整安装的同厚度板材而言更高。当然，仅仅是这一点并非本实施例取得有益效果的结构改进，应对外部应力或者载荷具有多种物理结构实现，然而作为动力的三元锂电池的主要应用场景，电池受到外部载荷的情况并不多，且现有的结构也能够实现。本实施例的关键发明点是在于提供了一种三元锂电池因异常情况发生爆燃时，能够实现物理抗暴、物理阻燃、非密闭隔绝的效果，从而相较于未安装防护结构的三元锂电池而言，其爆燃引起的周边附属物的燃烧。现有的动力电池，包括三元锂电池、铅酸锂电池和磷酸铁锂电池在内的动力电池，在发生燃爆事故时往往是没有前期任何征兆的，甚至在发生爆燃时依然可以对外供电，放电，一般动力电池的爆燃在短短几秒内即可达到难以扑灭的程度，其向外喷射的气体和火焰的速度是非常快的，从而导致电池周围的附属物并不能抵抗突如其来的高温而发生燃烧。针对这一特点，本实施例提供的V型导流体2的安装方式如图2和3所示，当电池任何地方发生燃爆事故时，其必然会以极高的速度从电池破损处喷出浓烟和火焰，高速气流从锂电池向外喷射时会直接受到V型导流体2阻挡，具体如图4所示，气流首先通过锂电池破损处向外喷射，快速到达就近的V型导流体2并从开口侧进入。由于相邻两个V型导流体2之间的第二狭缝5宽度非常有限，绝大部分的气流将从V型导流体2的开口侧沿着收敛形状的内侧壁流动，直至达到第一狭缝4处，作为达到阻止火焰外延的关键设计，当火焰随着气流到达第一狭缝4时，由于第一狭缝4提供气流可流通的通道截面非常有限，那么大部分气流会在V型导流体2内壁的导流下在附近或形成紊流，或形成漩涡，或形成返流，至于气流的形态由来流的方向和位置决定；当同一个V型导流体2开口两侧内壁接收到的气流是对称的情况，那么将会形成碰撞紊流，详见图4中下层从左至右的第一个气流示意；当同一个V型导流体2开口两侧内壁接收到的气流是非对称的情况时，那么将在第一狭缝4处形成漩涡流，详见图4中下层从左至右的第二或者第三个气流示意，但无论出于何种状态，气流在第一狭缝4处都会受到极大的阻滞，从而达到延缓火势蔓延的目的。由于高速气流尽管在V型导流体2内受到阻碍，但是由于每一个V型导流体2具有第一狭缝4，同时相邻两个V型导流体2之间存在第二狭缝5，均可供气体逸出，在这个过程中起到的有益效果有三个;

第一、高速气流从电池向外喷射逸出的通道只能通过第一狭缝4和第二狭缝5，使得火焰受到极大限制，同时，在V型导流体2内形成的漩涡或者紊流将进一步破坏火焰的逸出。

第二、在锂电池爆燃时，位于V型导流体2内侧的气体压强将瞬间远远大于外部压强，使得气流只能由内而外通过第一狭缝4和第二狭缝5单向流出，外部的氧气并不能进入到V型导流体2内部与锂电池发生任何助燃，达到非物理密闭阻燃的目的。

第三、由于V型导流体2之前具有多个第一狭缝4和第二狭缝5，那么当电池发生爆燃，甚至爆炸引起内部气流压强在高温的作用下瞬间增大；如果采用物理密闭隔绝阻燃的方式，那么将使得整个电池爆燃释放的巨大能量不能得到有效的、及时的释放，使得整个电池将可能如炸弹一样爆炸，引起更为严重的后果。本实施例提供的V型导流体2形成的狭缝既可以达到延缓火势蔓延，有阻燃效果，同时也能够及时的对瞬间增大的压强进行泄压，避免电池内部达到爆炸极限；再者，由于V型导流体2具有超高的强度和硬度，能够抵御异常爆炸的损害，保证整体的完整性，使得如汽车上的驾乘人员在电池异常时具有足够的逃离时间。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上对结构进行的详细优化，所述V型导流体2内侧靠近所述V型导流体2底部位于所述第一狭缝4处还固定安装有导流柱3，所述导流柱3的长度大于等于所述第一狭缝4的长度。导流柱3的作用是将进入到V型导流体2的单边或者双边气流起到引导作用，更有利于气流漩涡的形成，由于V型导流体2内部是无氧环境，高速的气流漩涡将进一步起到灭火，阻燃，防爆的技术效果，使得通过第一狭缝4逸出的高速气流只有高温，而尽可能的减少明火的可能。

在上述原理的基础上，为了进一步增加抗暴阻燃性能，进一步延长火势外泄蔓延的时间，本实施例中，所述V型导流体2具有两层交错排布，位于内层的V型导流体2的第一狭缝4与位于外层的相邻两个V型导流体2之间形成的第二狭缝5相对应，位于外层的V型导流体2开口侧的两侧边缘与位于内层的V型导流体2的外表面之间形成第三狭缝6。在上述结构的基础上，本领域技术人员根据实际电池安装环境，可以将所述V型导流体2的排布设置为更多层，如三层，甚至四层，其防护原理相同但是防护的效果会成倍增加，结合附图3和图4所示，当气流通过内层的V型导流体2后，通过第二狭缝5的气流将进入到外层的V型导流体2内部，或经过扰流、漩涡后通过第三狭缝6逸出，或通过外层V型导流体2的第一狭缝4逸出，无论从哪儿逸出，其经过两层V型导流体2后，温度将会明显降低，气流速度降低，对外部构件的冲击和影响会降低，由于气流每经过一层V型导流体2其流向必然需要进行大角度改变，同时通过不同的狭缝逸出，供其流通的截面大小也会不同，气流会不停的在V型导流体2中紊流，旋转，产生阻滞；也就是说，无论是燃烧还是爆炸，防护结构都能够对锂电池的异常反应起到有效的防护作用，将电池周边的附属物的伤害降低到最小。

具体地，所述V型导流体2具有三层交错排布，第二层和第三层之间的排布方式与第一层和第二层之间的排布方式相同，三层排布的方式与图4中所示内容相同。

再进一步地，所述第一狭缝4的宽度为1-2mm，所述第二狭缝5的宽度为2-4mm，所述第三狭缝6的宽度为1-2mm。锂电池爆燃时火焰或者周边气流的速度在0.1秒内可从静止达到1500米/秒的速度，若狭缝的宽度过大，那么将导致高温气流直接逸出，阻滞效果不佳；若缝隙宽度过小，那么气流阻滞过于严重，将导致瞬间气压淤积增大，导致压强值在极短时间内达到极限而导致爆炸。

为了确保防护结构能够承受锂电池的爆燃，所述框架1和V型导流体2的抗拉强度不低于280MPa，硬度不低于布氏硬度HB60。

为了方便安装和定制，本实施例中所述框架1通过紧固件8可拆卸连接的多个支架组成，任一个支架用于固定同一个平面的多根所述V型导流体2。所述导流柱3靠近的两端头的位置具有一通孔，所述通孔内安装有贯穿所述V型导流体2的螺栓7；详见附图5-图7所示。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：包括设置在三元锂电池外结构的框架（1），所述框架（1）上可拆卸安装有多根平行设置的V型导流体（2），所述V型导流体（2）覆盖三元锂电池的每一个外表面；所述V型导流体（2）开口侧靠近三元锂电池表面，收敛侧背离三元锂电池，V型导流体（2）的收敛侧顶部设置有贯穿V型导流体（2）的第一狭缝（4），相邻两根V型导流体（2）的开口侧之间形成第二狭缝（5）；所述V型导流体（2）内侧靠近所述V型导流体（2）底部位于所述第一狭缝（4）处还固定安装有导流柱（3），所述导流柱（3）的长度大于等于所述第一狭缝（4）的长度。

2.根据权利要求1所述的一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：所述V型导流体（2）具有两层交错排布，位于内层的V型导流体（2）的第一狭缝（4）与位于外层的相邻两个V型导流体（2）之间形成的第二狭缝（5）相对应，位于外层的V型导流体（2）开口侧的两侧边缘与位于内层的V型导流体（2）的外表面之间形成第三狭缝（6）。

3.根据权利要求2所述的一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：所述V型导流体（2）具有三层交错排布，第二层和第三层之间的排布方式与第一层和第二层之间的排布方式相同。

4.根据权利要求3所述的一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：所述第一狭缝（4）的宽度为1-2mm，所述第二狭缝（5）的宽度为2-4mm，所述第三狭缝（6）的宽度为1-2mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：所述框架（1）和V型导流体（2）的抗拉强度不低于280MPa，硬度不低于布氏硬度HB60。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：所述框架（1）通过紧固件（8）可拆卸连接的多个支架组成，任一个支架用于固定同一个平面的多根所述V型导流体（2）。

7.根据权利要求1所述的一种用于三元锂电池的防护结构，其特征在于：所述导流柱（3）靠近的两端头的位置具有一通孔，所述通孔内安装有贯穿所述V型导流体（2）的螺栓（7）。