CN116073062A - 用于动力电池的防爆阀以及动力电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力电池领域。本发明公开一种用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，该防爆阀(6)包括主阀体，该主阀体设有至少一个气体出口(8)和多个气体入口(7)，其中，每个气体入口(7)内对应地设置有开阀单元，所述多个气体入口(7)中的至少两个气体入口(7)在相应的开阀单元处于打开状态下均与该至少一个气体出口(8)中的一个连通而形成至少两个气体通道(A，B)，所述多个气体入口(7)在相应的开阀单元处于关闭状态下阻断相应的气体入口与动力电池外部的连通。该主阀体包括第一阀体结构(1)和第二阀体结构(4)，该第一阀体结构(1)独立于所述第二阀体结构(4)构造。通过本发明，能够安全可靠地运行动力电池。

Description

用于动力电池的防爆阀以及动力电池

技术领域

本发明涉及一种用于动力电池的防爆阀，尤其是用于三元电池的防爆阀。本发明还涉及一种具有这种防爆阀的动力电池。

背景技术

随着汽车电动化的进程，在汽车消费市场上对电动汽车的续航里程的要求越来越高，进而产业方向朝着高能量密度动力电池包发展。因此，三元化学体系甚至高镍三元化学体系越来越多地应用在动力电池的研发中。然而，三元体系高能量密度电池包也带来了更严峻的安全性能挑战，特别是当动力电池包中的单体电芯发生热失控时，释放的热量会扩散传递至动力电池包内的其他单体电芯，从而引发其他电芯的热失控，这种现象通常称为动力电池的热扩散现象。

对于三元体系的动力电池包而言，热扩散实验非常严苛。当电池包内的单体电芯发生热失控时，该电芯由于内短路而造成电解液的剧烈反应，释放出大量的可燃性气体，并且伴随有喷发高温颗粒物的情况。控制并延缓动力电池包内的热扩散的关键点之一是及时将可燃性气体从动力电池包排出，同时有效地过滤掉高温颗粒物，以避免这些高温颗粒物在空气中引燃可燃性气体。

在现有技术中，为了保证动力电池包的安全性，一般在动力电池顶盖上安装有防爆阀。当动力电池由于充电不当、短路或暴露于高温等恶劣环境中而发生意外时，产生的大量高温气体冲开防爆阀，从而达到泄压排气的目的。由于使用了防爆阀，大大提高了电池的安全性能。

目前常规的动力电池防爆阀通常由主阀体，防爆膜，颗粒物过滤片构成。随着排气的过程，颗粒物过滤片会被逐渐堵塞从而降低防爆阀的排气能力。最终当过滤片被完全堵塞后，动力电池包内的大量可燃性气体无法正常排出，造成动力电池包内的压力骤增，进而引发恶劣的爆炸现象，完全丧失安全防护功能。

因此，仍然存在对能够可靠且安全地实现动力电池包泄压排气的防爆阀的需求。

发明内容

基于此，本发明提出一种的高效方案，所述方案不仅能够克服现有技术方案中的不足，而且能够通过简单的结构实现一种分级式以及冗余式防爆排气功能，由此能够使得动力电池，尤其是三元电池能够安全可靠地运行。

根据本发明的一个方面，提供一种用于动力电池的防爆阀，所述防爆阀包括：

主阀体，所述主阀体设有至少一个气体出口和多个气体入口，

其中，每个气体入口内对应地设置有开阀单元，所述多个气体入口中的至少两个气体入口在相应的开阀单元处于打开状态下均与所述至少一个气体出口中的一个连通而形成至少两个气体通道，所述多个气体入口在相应的开阀单元处于关闭状态下阻断相应的气体入口与所述动力电池外部的连通。

本发明的基本构思在于，通过在主阀体中形成多个气体通道，能够在不增加防爆阀数量的情况下，实现一种多级开阀结构，由此能够简化安装成本并且显著降低安装空间需求。在一个气体入口被颗粒物堵塞无法排气而导致动力电池内的压力升高的情况下，另外的气体入口可以打开并从而可靠地对动力电池进行泄压，保证动力电池在热扩散过程中不产生由高压高温可燃气体所导致的爆炸，由此安全且可靠地实现动力电池的运行。此外，在整个防爆排气系统在动力电池内发生热扩散的情况下，还能够实现依次开阀泄压排气。

根据本发明的一个可选的实施方式设置，所述防爆阀还包括颗粒物过滤片，所述颗粒物过滤片设置于所述主阀体上，以用于过滤颗粒物。替代地或附加地，所述主阀体被构造成适于设置于固定结构上，以保持所述主阀体。替代地或附加地，所述主阀体包括第一阀体结构和第二阀体结构，所述第一阀体结构独立于所述第二阀体结构构造。通过第一阀体结构和第二阀体结构，以简单的方式实现了不同的气体通道以及与其相应的开阀单元。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述气体出口构造在所述第一阀体结构上，所述多个气体入口构造在所述第二阀体结构上，其中，所述颗粒物过滤片设置在所述第二阀体结构上。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述第一阀体结构构造为筒形并且能够插入到所述第二阀体结构中形成所述至少两个气体通道中的一个气体通道。在此，在第二阀体结构上也相应地构造有与所述筒形结构匹配的容纳部，并且在所述固定结构上设有与该筒形结构相匹配的开口，使得所述第一阀体结构可以穿过该开口被插入到所述容纳部中。由此实现所述第一阀体结构与所述第二阀体结构在固定结构上的装配。在此，在所述容纳部上形成有一个气体入口。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，在所述第一阀体结构上设有附加的开口，在所述气体出口与所述多个气体入口之间经由所述开口形成所述至少两个气体通道中的另一气体通道。在此，所述一个气体通道与所述另一气体通道彼此独立。由此，可以通过第一阀体结构的简单构型实现防爆阀内的多个气体通道。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，用于所述至少两个气体入口的开阀单元分别包括：

相应的刺针，所述刺针中的至少一个设置于所述第一阀体结构内，所述刺针中的至少另一个设置于所述第二阀体结构内；

相应的膜片，所述膜片均设置于所述第二阀体结构上并且分别朝向相应的刺针布置，其中，所述至少两个气体入口被相应的膜片封闭。

由此，可以以简单的方式实现开阀单元的打开。在此，开阀单元的打开压力可以基于膜片的材料强度和/或基于膜片与刺针之间的间距来设定，由此能够灵活地匹配于动力电池内的不同的压力状况或者说防爆阀的打开压力。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述防爆阀设有两个气体入口。由此，形成两个气体通道，并且在所述两个气体通道中分别设有一个开阀单元。替代地或附加地，所述至少两个气体入口内的所述开阀单元根据不同的开阀压力和/或根据不同的开阀原理来设计。由此可以附加地实现梯级式开阀结构，使得防爆阀可以更好地匹配于动力电池内的不同压力水平。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述第一阀体结构和/或所述第二阀体结构由耐高温的材料制成。由此，在确保阀体的强度以及耐热性的同时可以降低整个防爆阀的重量。替代地或附加地，所述膜片由耐高温的材料制成。替代地或附加地，所述颗粒物过滤片由材料制成。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，在所述第一阀体结构和所述第二阀体结构上设有螺钉孔，所述第一阀体结构和所述第二阀体结构通过螺钉连接固定在所述固定结构上。由此，能够以简单的方式可拆卸地将所述防爆阀固定在固定结构上。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述固定结构是动力电池箱体的一部分。由此可以将防爆阀直接固定在动力电池箱体上，无需附加的固定构件。

根据本发明的另一方面，提供一种动力电池，所述动力电池包括根据本发明提出的防爆阀。

本发明的更多的特征从权利要求、附图和附图的描述中变得显而易见的。在上述说明中提到的特征和特征组合以及在下文的附图描述中提到的和/或只在附图中示出的特征和特征组合不仅可以以相应指定的组合使用，而且可以在不脱离本发明的范围的情况下以其它组合使用。因此，下述内容也视作被本发明涵盖和公开：这些内容未在附图中明确示出并未被明确解释，而是源自由来自所解释的内容的分离的特征所组成的组合并由这些组合产生。下述内容和特征组合也被视作是被公开的：其不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征。此外，下述内容和特征组合被视作尤其被上文内容所公开：其超出或偏离权利要求的引用关系中所限定的特征组合。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个示例性实施方式的防爆阀在装配之前的立体图；

图2示出了图1中的防爆阀在装配之后的仰视图；

图3示出了图1中的防爆阀在装配之后的俯视图；

图4示意性地示出了图1中的防爆阀在装配之后的侧视剖面图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施方式对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施方式的防爆阀在装配之前的立体图。在该示例性实施方式中，防爆阀6包括主阀体，所述主阀体包括第一阀体结构1和第二阀体结构4，其中，第一阀体结构1独立于第二阀体结构4地构造。此外，所述主阀体或者说第一阀体结构1与第二阀体结构4可以固定于固定结构5上。该固定结构5可以作为单独构件直接固定在动力电池的箱体上或者根据另一示例性实施方式构造为动力电池箱体的一部分。此外，防爆阀6还包括颗粒物过滤片3，所述颗粒物过滤片3分别设置于所述第二阀体结构4上并且设置用于过滤颗粒物。在该示例性实施方式中，颗粒物过滤片3由耐高温的材料制成。在所述第一阀体结构1上构造有唯一的气体出口8，在所述第二阀体结构4上示例性地构造有两个气体入口7。此外，在第一阀体结构1上附加地还设有一个开口9，所述开口与两个气体入口7之一相对应。由此，在唯一的气体出口8与两个气体入口7之间形成两个彼此独立的气体通道A和B(参见图4)。在该示例性实施方式中，所述第一阀体结构1设置于所述第二阀体结构4内，并且在每个气体入口7内对应地设置有一个开阀单元。根据一个示例性实施方式设置，所述开阀单元包括刺针10，所述刺针分别设置于所述第一阀体结构1内和所述第二阀体结构4内。所述开阀单元还包括膜片2，所述膜片分别设置于所述第二阀体结构4上并且分别朝向所述刺针10布置。所述两个气体入口7能够被相应的膜片2封闭。

根据图1的示例性实施方式设置，第一阀体结构1构造为筒形，在第二阀体结构4上设置有与第一阀体结构1的筒形结构相匹配的筒形容纳部，并且固定结构5上相应地设有与该筒形结构相匹配的开口11，由此使得第一阀体结构1可以穿过该开口11以简单的方式插入到第二阀体结构4的相应容纳部中。在一个示例性实施方式中，第一阀体结构1和第二阀体结构4上设有用于与固定结构5连接的螺钉孔12，借助螺钉(未示出)穿过所述螺钉孔可以将第一阀体结构1和第二阀体结构4分别固定在固定结构5上。

图2示出了图1中的防爆阀在装配之后的仰视图。在该示例性实施方式中，第一阀体结构1穿过固定结构5的相应的开口被插入到第二阀体结构4中并且通过螺钉(未示出)固定连接在该固定结构5上。由此实现了一种简单的装配方式。

图3示出了图1中的防爆阀在装配之后的俯视图。由图3可见，在第二阀体结构4上设置有两个气体入口，气体在流经气体入口之前被布置在其上的颗粒物过滤片3过滤掉颗粒物。在装配状态下，两个膜片2(参见图1)分别封闭两个气体入口7。

图4示意性地示出了图1中的防爆阀在装配之后的侧剖面图。在图4中以箭头标注了两个气体通道A和B。在此，气体通道A从远离第一阀体结构1的、设置在第二阀体结构4上的气体入口7经由设置在所述第一阀体结构1上的附加的开口9(参见图1)延伸至设置在第一阀体结构1上的气体出口8。气体通道B从靠近第一阀体结构1的、设置在第二阀体结构4上的另一气体入口7延伸至气体出口8。因而，在防爆阀6内形成了两个彼此独立的气体通道A，B，这两个气体通道的延伸长度不同。在防爆阀6没有起作用的情况下或者说在装配状态下，所述气体通道A，B或者说所述两个气体入口7分别被膜片2封闭，从而没有气体能够从动力电池内部经由气体通道A，B被排出到动力电池外部。

当动力电池由于充电不当、短路或暴露于高温等恶劣环境中而发生意外时，产生的大量高温气体，并且动力电池内的压力升高。因此，所述膜片2由于动力电池内的升高的气体压力而朝向所述刺针10变形并且在达到预先设定的压力时被所述刺针10刺破，由此开阀单元打开，并且动力电池内的气体因此能够从所述气体入口7流动穿过气体通道A，B被排出到动力电池外部。

根据本发明的一个实施方式设置，防爆阀6内的两个开阀单元的开阀压力不同地设置。换言之，如在图4中所示，由于气体通道B的长度比气体通道A的长度短，也即高温气体经由气体通道B排出所流经的路径比在气体通道A的情况下短，因而气体通道B更有利于高温气体的迅速排出。因此，根据该示例性实施方式设置，气体通道B所在的开阀压力小于气体通道A所在的开阀压力，从而始终保证高温气体能够首先经由气体通道B从动力电池内部被排出。

由于伴随着高温气体中的颗粒物被颗粒物过滤片3过滤并且聚集在该颗粒物过滤片3的表面上，因而会出现颗粒物过滤片3被颗粒物堵塞的情况。这导致气体通道B或者说相应的气体入口7由于堵塞而又被封闭，即使相应的开阀单元或者说膜片2已被刺针10刺破。在这种情况下，动力电池内部的温度和压力再次升高，当达到气体通道A或者说相应的另一开阀单元的开阀压力，与之相应的膜片2被刺针10刺破，因而相应的另一开阀单元打开并且高温气体能够替代地经由气体通道A从动力电池内部被排出。由此，即使在一个气体通道B被堵塞的情况下，通过另一开阀单元仍能够可靠地将高温气体排出。这大大地提高了动力电池和因此电动汽车的运行安全性。

在一个替代的示例性实施方式中，气体通道A可以与气体通道B同时打开或者依次打开，这取决于开阀单元的开阀压力的设置。

对于本领域的技术人员而言，本发明的其它优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施方式。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (11)

1.一种用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，所述防爆阀(6)包括：

主阀体，所述主阀体设有至少一个气体出口(8)和多个气体入口(7)，

其中，每个气体入口(7)内对应地设置有开阀单元，所述多个气体入口(7)中的至少两个气体入口(7)在相应的开阀单元处于打开状态下均与所述至少一个气体出口(8)中的一个连通而形成至少两个气体通道(A，B)，所述多个气体入口(7)在相应的开阀单元处于关闭状态下阻断相应的气体入口与所述动力电池外部的连通。

2.根据权利要求1所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，

所述防爆阀(6)还包括颗粒物过滤片(3)，所述颗粒物过滤片(3)设置于所述主阀体上，以用于过滤颗粒物；和/或

所述主阀体被构造成适于设置于固定结构(5)上，以保持所述主阀体；和/或

所述主阀体包括第一阀体结构(1)和第二阀体结构(4)，所述第一阀体结构(1)独立于所述第二阀体结构(4)构造。

3.根据权利要求2所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，所述气体出口(8)构造在所述第一阀体结构(1)上，所述多个气体入口(7)构造在所述第二阀体结构(4)上，其中，所述颗粒物过滤片(3)设置在所述第二阀体结构(4)上。

4.根据权利要求2或3所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，所述第一阀体结构(1)构造为筒形并且能够插入到所述第二阀体结构(4)中形成所述至少两个气体通道(A，B)中的一个气体通道(A)。

5.根据权利要求2或3所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，在所述第一阀体结构(1)上设有附加的开口(9)，在所述气体出口(8)与所述多个气体入口(7)之间经由所述开口(9)形成所述至少两个气体通道(A，B)中的另一气体通道(B)。

6.根据权利要求2或3所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，用于所述至少两个气体入口(7)的开阀单元分别包括：

相应的刺针(10)，所述刺针中的至少一个设置于所述第一阀体结构(1)内，所述刺针(10)中的至少另一个设置于所述第二阀体结构(4)内；

相应的膜片(2)，所述膜片均设置于所述第二阀体结构(4)上并且分别朝向相应的刺针(10)布置，其中，所述至少两个气体入口(7)被相应的膜片(2)封闭。

7.根据权利要求1至3之一所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，

所述防爆阀(6)设有两个气体入口(7)，和/或，

所述至少两个气体入口(7)内的所述开阀单元根据不同的开阀压力和/或根据不同的开阀原理来设计。

8.根据权利要求2或3所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，所述第一阀体结构(1)和/或所述第二阀体结构(4)和/或所述膜片(2)和/或所述颗粒物过滤片(3)由耐高温的材料制成。

9.根据权利要求2或3所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，在所述第一阀体结构(1)和所述第二阀体结构(4)上设有螺钉孔，所述第一阀体结构(1)和所述第二阀体结构(4)通过螺钉连接固定在所述固定结构(5)上。

10.根据权利要求2或3所述的用于动力电池的防爆阀(6)，其特征在于，所述固定结构(5)是动力电池箱体的一部分。

11.一种动力电池，所述动力电池包括根据权利要求1至10之一所述的防爆阀(6)。

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