CN115224434B - 一种锂离子电池防爆阀安全装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池防爆阀安全装置，包括管道和储液系统，管道的一端与防爆阀相连且另一端与外部空间连通，管道设有喉部且喉部的直径小于管道其他部位的直径，喉部上设有开孔；储液系统包括储液器、第一管路和第二管路，第一管路的一端与储液器的内部空间连通且另一端设有第一管路封闭膜以实现其另一端的封闭，第一管路封闭膜的部分区域与管道的外壁连接，第二管路的一端与储液器的内部空间连通且另一端设有第二管路封闭膜。当锂离子电池因热失控导致防爆阀开启时，封闭膜被高温破坏，因文丘里效应储液器内的消防液被抽至喉部并与管道内的高温高压物质混合后喷出，从而大幅度降低对周围环境的二次损害。该装置结构简单，适用性广。

Description

一种锂离子电池防爆阀安全装置
技术领域
本发明涉及锂离子电池测试领域，特别涉及一种锂离子电池防爆阀安全装置。
背景技术
锂离子电池在消费电子、电动汽车和储能等领域得到广泛应用，其能量密度和容量越大越好。作为高活性电化学储能器件，锂离子电池存在一定的安全问题。其中较为典型的安全隐患是锂离子电池因短路、过充、机械滥用和高温等因素所引发的热失控，并最终带来燃烧和爆炸事故。为了尽量减少锂离子电池热失控的危害程度，公知的技术手段是在锂离子电池的壳体上设置防爆阀，一旦锂离子电池热失控，则其内部的温度和压力急剧升高，当内部压力高于某个值时，内部高压造成防爆阀开启，使内部的高温高压物质通过防爆阀喷射出来，而不至于继续留在内部互相反应造成爆炸等更加严重的后果。
尽管防爆阀在一定程度上提升了锂离子电池的安全性能，但是热失控时电池内部高温高压物质通过防爆阀喷射出来，还是对外部空间造成了较大的安全隐患。譬如，高温高压物质可能喷射至人、电池供电和通讯线束、电池管理电气元件乃至周围其他电池上，这样很可能造成二次伤害。因此，亟需对现有的安全技术手段加以改进，进一步提高锂离子电池热失控过程的安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、制作方便、成本低廉、通用性好、环境适应性强的锂离子电池防爆阀安全装置。
本发明的技术方案是：一种锂离子电池防爆阀安全装置，用于与锂离子电池的防爆阀连接以提高防爆阀开启后的安全性，所述锂离子电池的壳体上设有防爆阀，所述安全装置的特征在于，包括管道和储液系统；所述管道的一端与防爆阀相连且另一端与外部空间连通，所述管道设有喉部且喉部所处断面的直径小于管道其他部位的直径，所述喉部的壁面上设有开孔；所述储液系统包括储液器、第一管路和第二管路；所述第一管路的一端与储液器的内部空间连通且另一端设有第一管路封闭膜以实现其另一端的封闭，所述第一管路封闭膜的部分区域与管道的外壁连接；所述第二管路的一端与储液器的内部空间连通且另一端设有第二管路封闭膜以实现其另一端的封闭，所述第二管路设有第二管路封闭膜的端部通过开孔与喉部连通。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述储液器内部存储有消防液。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述管道的材质为金属。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第一管路封闭膜和第二管路封闭膜的材质为高分子材料。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第一管路封闭膜和第二管路封闭膜的温度超过T时，即可被高温破坏，其中T处于80℃至200℃之间。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述管道与防爆阀相连的一端将防爆阀包裹在管道的内部，以保证防爆阀开启后，锂离子电池内部通过防爆阀喷发的物质全部进入管道。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第二管路与储液器的内部空间连通的端部位于储液器所存储的液体的液位之下。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第二管路的第二管路封闭膜与管道的开孔齐平。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第一管路封闭膜的部分区域与管道的外壁的连接方式为胶接。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述管道中喉部的位置距离管道端部的长度为管道总长的1/3至2/3，喉部所处断面的直径为管道端部位置直径的1/5至2/3。
所述消防液具有灭火消防功能。
本发明的有益效果在于：本发明充分利用了文丘里效应的原理，即流体在流过截面缩小的管道时，依据伯努利定理，该截面位置流速会升高，并在高速流动的流体附近产生低压区，从而产生抽吸作用。本发明安全装置管道中设有喉部，锂离子电池内部高温高压物质从开启的防爆阀中喷射出来后进入管道高速流动，这些物质混合有电解液以及电池内部其他物质成分，且具有很高的能量。当这些物质流经喉部时，由于喉部所处截面的面积突然缩小，故流体速度上升且压力大幅度下降，产生较强的抽吸作用。进一步地，由于第一管路封闭膜和第二管路封闭膜均与管道接触，当锂离子电池未发生热失控时，封闭膜完好，可使储液系统密封，防止其内部消防液与外界接触；而当锂离子电池发生热失控时，其高温使封闭膜破坏，第一管路与外界环境连通且第二管路与喉部连通，故流经喉部的喷发物质产生负压，通过第二管路将储液器内部存储的消防液抽吸至喉部并与喷发物质互相混合，从而起到降温和消防灭火作用，而第一管路与外界环境连通可使得储液器内部空间表压恒定为0以保证消防液的抽吸效果。该安全装置仅包括管道、管路、封闭膜、储液器及其存储的消防液等成分，由锂离子电池防爆阀内喷射的物质自动触发安全动作并提供抽吸动力，故结构简单、制作方便、成本低廉、通用性好、环境适应性强。
附图说明
图1为本发明实施例中锂离子电池防爆阀安全装置的结构示意图，图中1为防爆阀，2为管道，3为储液系统，4为锂离子电池壳体。
图2为本发明实施例锂离子电池防爆阀安全装置中管道的结构示意图，图中2为管道，21为喉部，22为开孔。
图3为本发明实施例锂离子电池防爆阀安全装置中储液系统的结构示意图，图中3为储液系统，31为储液器，32为第一管路，33为第二管路，321为第一管路封闭膜，331为第二管路封闭膜。
图4为本发明实施例中锂离子电池防爆阀安全装置的结构全剖示意图，图中1为防爆阀，2为管道，3为储液系统，4为锂离子电池壳体，21为喉部，22为开孔，31为储液器，32为第一管路，33为第二管路，321为第一管路封闭膜，331为第二管路封闭膜，5为消防液。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图4所示，一种锂离子电池防爆阀安全装置，用于与锂离子电池的防爆阀连接以提高防爆阀开启后的安全性，所述锂离子电池壳体4上设有防爆阀1，所述安全装置的特征在于，包括管道2和储液系统3；所述管道2的一端与防爆阀1相连且另一端与外部空间连通，所述管道2设有喉部21且喉部21所处断面的直径小于管道2其他部位的直径，所述喉部21的壁面上设有开孔22；所述储液系统3包括储液器31、第一管路32和第二管路33；所述第一管路32的一端与储液器31的内部空间连通且另一端设有第一管路封闭膜321以实现其另一端的封闭，所述第一管路封闭膜321的部分区域与管道2的外壁连接；所述第二管路33的一端与储液器31的内部空间连通且另一端设有第二管路封闭膜331以实现其另一端的封闭，所述第二管路33设有第二管路封闭膜331的端部通过开孔22与喉部21连通。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述储液器31内部存储有消防液5。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述管道2的材质为金属。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第一管路封闭膜321和第二管路封闭膜331的材质为高分子材料。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第一管路封闭膜321和第二管路封闭膜331的温度超过T时，即可被高温破坏，其中T处于80℃至200℃之间。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述管道2与防爆阀1相连的一端将防爆阀1包裹在管道2的内部，以保证防爆阀1开启后，锂离子电池内部通过防爆阀1喷发的物质全部进入管道2。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第二管路33与储液器31的内部空间连通的端部位于储液器31所存储的液体的液位之下。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第二管路33的第二管路封闭膜331与管道2的开孔22齐平。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述第一管路封闭膜321的部分区域与管道2的外壁的连接方式为胶接。
上述锂离子电池防爆阀安全装置，所述管道2中喉部21的位置距离管道2端部的长度为管道2总长的1/3至2/3，喉部21所处断面的直径为管道2端部位置直径的1/5至2/3。
具体地，所述消防液5具有灭火消防功能。
实施例
某100Ah方形铝壳三元锂离子动力电池，壳体端盖中心位置设有防爆阀1，防爆阀1的开启压力为0.1MPa，将防爆阀1与安全装置的管道2焊接组装，其中管道2中喉部21处于管道2的正中位置，喉部21所处断面的直径为管道2端部位置直径的1/3，第一管路封闭膜321和第二管路封闭膜331的破坏温度为80℃。
某日通过实验测试对加装了安全装置的电池进行安全评价。将电池过充至热失控，导致其防爆阀1开启，随即因高温作用，第一管路封闭膜321和第二管路封闭膜331在防爆阀1开启瞬间被熔化破坏。电池内部高温高压物质喷射至管道2，并立即将储液器31内的消防液5抽吸进入喉部21，最后与电池内部高温高压物质混合后喷出至外部空间。喷射至外部空间的流动物质未见明火，经测量其温度不超过90℃，对外部空间的危害作用相对较小。
本实施例提供的锂离子电池防爆阀安全装置，充分利用了文丘里效应的原理，即流体在流过截面缩小的管道时，依据伯努利定理，该截面位置流速会升高，并在高速流动的流体附近产生低压区，从而产生抽吸作用。该安全装置管道中设有喉部，锂离子电池内部高温高压物质从开启的防爆阀中喷射出来后进入管道高速流动，这些物质混合有电解液以及电池内部其他物质成分，且具有很高的能量。当这些物质流经喉部时，由于喉部所处截面的面积突然缩小，故流体速度上升且压力大幅度下降，产生较强的抽吸作用。进一步地，由于第一管路封闭膜和第二管路封闭膜均与管道接触，当锂离子电池未发生热失控时，封闭膜完好，可使储液系统密封，防止其内部消防液与外界接触；而当锂离子电池发生热失控时，其高温使封闭膜破坏，第一管路与外界环境连通且第二管路与喉部连通，故流经喉部的喷发物质产生负压，通过第二管路将储液器内部存储的消防液抽吸至喉部并与喷发物质互相混合，从而起到降温和消防灭火作用，而第一管路与外界环境连通可使得储液器内部空间表压恒定为0以保证消防液的抽吸效果。该安全装置仅包括管道、管路、封闭膜、储液器及其存储的消防液等成分，由锂离子电池防爆阀内喷射的物质自动触发安全动作并提供抽吸动力，故结构简单、制作方便、成本低廉、通用性好、环境适应性强。

Claims (9)

1.一种锂离子电池防爆阀安全装置，用于与锂离子电池的防爆阀连接以提高防爆阀开启后的安全性，所述锂离子电池的壳体上设有防爆阀(1)，所述安全装置的特征在于，包括管道(2)和储液系统(3)；所述管道(2)的一端与防爆阀(1)相连且另一端与外部空间连通，所述管道(2)设有喉部(21)且喉部(21)所处断面的直径小于管道(2)其他部位的直径，所述喉部(21)的壁面上设有开孔(22)；所述储液系统(3)包括储液器(31)、第一管路(32)和第二管路(33)；所述第一管路(32)的一端与储液器(31)的内部空间连通且另一端设有第一管路封闭膜(321)以实现其另一端的封闭，所述第一管路封闭膜(321)的部分区域与管道(2)的外壁连接；所述第二管路(33)的一端与储液器(31)的内部空间连通且另一端设有第二管路封闭膜(331)以实现其另一端的封闭，所述第二管路(33)设有第二管路封闭膜(331)的端部通过开孔(22)与喉部(21)连通，所述第二管路(33)与储液器(31)的内部空间连通的端部位于储液器(31)所存储的液体的液位之下。
2.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述储液器(31)内部存储有消防液。
3.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述管道(2)的材质为金属。
4.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述第一管路封闭膜(321)和第二管路封闭膜(331)的材质为高分子材料。
5.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述第一管路封闭膜(321)和第二管路封闭膜(331)的温度超过T时，即可被高温破坏，其中T处于80℃至200℃之间。
6.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述管道(2)与防爆阀(1)相连的一端将防爆阀(1)包裹在管道(2)的内部，以保证防爆阀(1)开启后，锂离子电池内部通过防爆阀(1)喷发的物质全部进入管道(2)。
7.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述第二管路(33)的第二管路封闭膜(331)与管道(2)的开孔(22)齐平。
8.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述第一管路封闭膜(321)的部分区域与管道(2)的外壁的连接方式为胶接。
9.权利要求1所述锂离子电池防爆阀安全装置，其特征在于，所述管道(2)中喉部(21)的位置距离管道(2)端部的长度为管道(2)总长的1/3至2/3，喉部(21)所处断面的直径为管道(2)端部位置直径的1/5至2/3。
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