CN116995361A - 一种车用锂电池电芯的真空负压结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用锂电池电芯的真空负压结构，包括：电芯本体，所述电芯本体内部腔体上方设置有锥形管；所述活塞缸内设置有活塞；活塞杆一端与所述活塞连接，另一端穿过上端部而设置在所述内部腔体外；还包括抽气管，所述抽气管一端连接有第一单向阀后与所述内部腔体连通，另一端与抽气泵连通；所述活塞杆的一侧与滑变电阻的滑片连接；第一三极管的基级一方面与滑变电阻连接后与所述正电极片电连接，另一方面与第一电阻连接后与负电极片连接，所述第一三极管的集电极与所述抽气泵电连接后与所述正电极片电连接，第一三极管的发射极与所述负电极片电连接；本发明的真空负压结构具有结构简单、功能可靠，且具有一定的智能化。

Description

一种车用锂电池电芯的真空负压结构

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种车用锂电池电芯的真空负压结构。

背景技术

车用锂电池是混合动力汽车及电动汽车的动力电池，目前随着新能源车的兴起以及节能减排的提倡，车用锂电池越多越多的使用在各种新能源车中。 其中，目前对于车用锂电池，一般关注电池容量以及安全性。电池容量越大则续航里程越大，而安全性涉及电池在使用过程中是否会发生爆炸、起火。

车用锂电池电芯在使用的过程中，当水分含量过高,超出4.5伏电压充电导致电解液分解,大电流过充过放,内部短路升温电解液气化等电芯内一旦产气，正负极片就会错位滑动，造成内短路起火，电芯内负压效果下降，给车用锂电池电芯的使用带来一定的危险。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种车用锂电池电芯的真空负压结，以解决背景技术中提到的技术问题。本发明是通过以下技术方案实现：

一种车用锂电池电芯的真空负压结构，包括：电芯本体，所述电芯本体具有围成内部腔体的内壁面以及上端部，所述上端部设置有正电极片以及负电极片，所述内部腔体上方设置有锥形管，所述锥形管的一端与所述内壁面在周向上密闭连接，另一端与活塞缸连接；所述活塞缸内设置有活塞；活塞杆一端与所述活塞连接，另一端穿过上端部而设置在所述内部腔体外；还包括抽气管，所述抽气管一端连接有第一单向阀后与所述内部腔体连通，另一端与抽气泵连通；所述活塞杆的一侧与滑变电阻的滑片连接；第一三极管的基级一方面与滑变电阻连接后与所述正电极片电连接，另一方面与第一电阻连接后与负电极片连接，所述第一三极管的集电极与所述抽气泵电连接后与所述正电极片电连接，第一三极管的发射极与所述负电极片电连接；当所述活塞杆向上移动而使得所述滑变电阻的阻值小于阈值时，所述第一三极管的导通，所述抽气泵开启；当所述活塞杆向下移动而使得所述滑变电阻的阻值大于阈值时，所述第一三极管的截止，所述抽气泵停止。

在其中一实施例中，在所述上端部上还设置有两端开口的具有中心轴线的安装套筒，所述活塞杆通过电磁锁定装置实现与所述安装套筒的连接。

在其中一实施例中，所述电磁锁定装置包括第一连接杆以及第二连接杆，所述第一连接杆一端与所述活塞杆的侧面连接，所述第二连接杆一端沿大致水平方向滑动穿过所述安装套筒，另一端设置有磁性钢片，在所述磁性钢片与所述安装套筒之间还设置有弹性件，在磁性钢片的远离中心轴线方向上的一侧还设置有电磁铁。

在其中一实施例中，在所述内部腔体内还设置有压力传感器；第二三极管的基级一方面与第二电阻连接后与单片机电连接，另一方面与第三电阻连接后与负电极片连接，集电极与所述电磁铁电连接后与所述正电极片电连接，发射极与所述负电极片电连接；当内部腔体压力增大到压力阈值时，所述压力传感器向所述单片机传递信号，所述单片机输出高电平，实现所述第二三极管的导通，此时电磁铁通电，所述第二连接杆在所述电磁铁的磁力作用下往远离中心轴线方向运动，电磁锁定装置解锁。

在其中一实施例中，所述第一连接杆的另一端设置有与第一连接杆的下端面成锐角的第一斜面，所述斜面上设置有弧形凸起；所述第二连接杆的一端设置有与所述第一斜面配合的第二斜面，所述第二斜面上设置有与所述弧形凸起配合的弧形凹槽。

在其中一实施例中，所述活塞杆的顶端还设置有配重，所述电芯本体上还设置有连通内部腔体与外部的第二单向阀。

在其中一实施例中，在所述安装套筒的外壁固定连接有安装座，所述抽气泵设置在所述安装座上。

在其中一实施例中，在所述内部腔体中设置有水气隔离膜以将所述内部腔体分隔为上腔体与下腔体，所述锥形管设置在所述上腔体内。

在其中一实施例中，所述安装套筒的外壁上还设置有安装罩，所述磁性钢片设置在所述安装罩内，所述电磁铁设置在所述安装罩的正对所述磁性钢片的内壁上。

在其中一实施例中，所述活塞杆与所述上端部为滑动密封连接。

采用本发明技术方案所能达到的积极效果：

1）本发明采用包括活塞、活塞杆等机械结构与三级管等构成的电路结构相结合构成了控制器，该控制器与抽气结构结合，可以实时监测电池电芯内部腔体压力且及时将多余气体抽出，保证内部腔体处于负压状态，具有结构简单、功能可靠，且具有一定智能化水平。

2）本发明设置了电磁锁定装置，可以避免抽气泵因为车辆的震动而误开启进而导致抽气泵以及电芯本体的损坏。

3）本发明采用的第二连接杆仅限制第一连接杆向上运动，而并不限制其向下运动，即第二连接杆仅仅在一个方向上对第一连接杆进行限位。

4）。本发明充分利用了车用锂电池安装在车辆上的场景，利用了车辆的震动能量实现内部腔体的负压状态的保持。当内部腔体中具有少量多余气体时，可以通过自动排气装置排除。

附图说明

图1为本发明实施例中的车用锂电池电芯的真空负压结构的整体结构示意图；

图2为图1第一位置放大图；

图3为本发明实施例中的安装套筒的截面图；

图4为本发明实施例中的第一电路控制图；

图5为本发明实施例中第二电路控制图；

图6为本发明实施例中的第二单向阀的结构放大示意图；

图7为本发明实施例中的第一单向阀的结构放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例：

如图1所示，本实施例提供一种车用锂电池电芯的真空负压结构，包括：电芯本体10，电芯本体10可以为长方体或圆柱体的三元锂电池，其内部腔体在正常使用状态下呈负压状态，排气机构，排气机构用于将内部腔体内气体抽出，以降低内部腔体压力，保持负压状态；控制器，包括控制电路，控制器用于根据内部腔体内气压变化来控制排气机构的开启。

具体而言，电芯本体10具有围成内部腔体的内壁面以及上端部15，所述上端部15设置有正电极片80以及负电极片81，通过正电极片80以及负电极片81实现电芯本体10的对外供电。

排气机构包括抽气管42，所述抽气管42一端连接有第一单向阀43后与所述内部腔体连通，另一端与抽气泵40连通。抽气泵40为负压泵，用于将内部腔体内空气排出，以降低内部腔体压力。在抽气管42端部设置的第一单向阀43可以保证内部腔体中的气体的单向流动，即内部腔体中的气体可以经抽气泵40排出，但外部气体无法经过抽气泵进入内部腔体。

参见图7所示，第一单向阀43具有锥形接头433，在锥形接头433内设置有球阀体431以及第一阀体弹簧432。

在本实施例中，在内部所述内部腔体上方设置有锥形管13，所述锥形管13的一端与电芯本体10的内壁面在周向上密闭连接，另一端与活塞缸14连接；活塞缸14内设置有活塞32；活塞杆31一端与活塞32连接，另一端穿过上端部15而设置在所述内部腔体外。具体而言，本实施例中，通过设置锥形管13，且锥形管13与活塞缸14连通。当电芯本体10中产气后，内部腔体中的压力升高，产生的气体会推动活塞32运动，从而带动活塞杆轴向运动。为了防止活塞杆在运动过程中发生气体泄漏，活塞杆与上端部为滑动密封连接。

参见图4所示，控制电路包括第一三极管Q1，其基级一方面与滑变电阻R1连接后与正电极片80电连接，另一方面与第一电阻R2连接后与负电极片81连接，第一三极管Q1的集电极与抽气泵40电连接后与所述正电极片80电连接，第一三极管Q1的发射极与所述负电极片81电连接；其中该第一三级管Q1为PNP型三极管，具有导通和截止状态。当基极点电势比发射极电势高，且二者电压之差大于导通电压时，此时第一三级管Q1处于导通状态，此时连接于集电极端的抽气泵40将开启。反之，当基极点电势与发射极电势之差小于导通电压时，第一三级管Q1将发生截止，此时抽气泵40关闭。其中，滑变电阻R1电阻值可变，当其电阻值增大时，基极点电势将降低，当该电势低于导通电压时，此时第一三级管Q1将发生截止。反之，当滑变电阻R1电阻值减小时，基极点电势将升高，从而实现第一三级管Q1的导通。

继续参见图1所示，活塞杆31的一侧与滑变电阻R1的滑片20连接，通过活塞杆31的移动来调节滑变电阻R1的电阻值。本实施例中，当内部腔体的气压升高时，气体推动活塞杆31向上移动，滑变电阻R1的阻值将减小。当滑变电阻阻值小于阈值θ时，所述第一三极管Q1的导通，所述抽气泵40开启；随着抽气泵40的开启而使得内部腔体内气体减小气压降低，活塞杆31会向下移动而导致滑变电阻R1的阻值增大；当滑变电阻R1的阻值大于阈值θ时，所述第一三极管Q1的截止，所述抽气泵40停止。

综上所述，本实施例中，通过控制器与排气机构的协同动作，能够保证电芯本体10的内部腔体中的气压始终处于负压状态，保证电池在使用过程中的安全。

第二实施例：

本实施例中的车用锂电池电芯的真空负压结构与第一实施例中的基本相同，所不同的是，本实施例中还设置有电磁锁定机构，以实现对活塞杆31的锁定。本实施例中的车用锂电池电芯的真空负压结构还包括安装套筒50，所述活塞杆31通过电磁锁定装置实现与所述安装套筒50的连接。

参见图1、3所示，安装套筒50为两端开口的具有中心轴线的圆筒结构。包括上端面和下端面，其下端面设置在上端部15上，此时活塞杆31以及滑变电阻R1均设置在安装套筒50内。在安装套筒50的外周上，沿着大致垂直中心轴线方向上设置有贯穿孔，该孔的中心距离下端面的高度为H。电磁锁定装置包括第一连接杆33以及第二连接杆72。第一连接杆33一端与活塞杆31的侧面连接；第二连接杆72一端沿贯穿孔穿过安装套筒50而进入套筒50内部，另一端设置有磁性钢片71，在磁性钢片71与安装套筒50之间还设置有弹性件73，在磁性钢片71的远离中心轴线方向上的一侧还设置有电磁铁70。其中弹性件73处于压缩状态，该弹性压缩力使得第二连接杆72伸入安装套筒50内而处于锁定状态。在锁定状态时，第二连接杆72的自由端端点距离安装套筒50中心轴线的距离小于第一连接杆33的自由端距离中心轴线的距离，且第二连接杆72位于第一连接杆的正上方。当电磁铁70得电后将产生电磁力，该电磁力会使得第二连接杆72往远离中心轴线方向运动，解除对第一连接杆33的阻挡，此时电磁锁定装置处于解锁状态。

参见图1、5所示，在所述内部腔体内还设置有压力传感器90；第二三极管Q2的基级一方面与第二电阻R3电连接后与单片机电连接，另一方面与第三电阻R4连接后与负电极片连接。该单片机的型号可以为AT89C51，当然也可以为AT89C52或者ARM芯片。第二三级管Q2的集电极与所述电磁铁70电连接后与正电极片80电连接，发射极与所述负电极片81电连接；当内部腔体压力增大到压力阈值时，所述压力传感器90向所述单片机传递信号，所述单片机输出高电平，实现所述第二三极管Q2的导通，此时电磁铁70通电，第二连接杆72在所述电磁铁70的磁力作用下往远离中心轴线方向运动，电磁锁定装置解锁，处于解锁状态。

电芯本体10安装在车辆上，当车辆在行驶过程中发生震动时，会引起活塞杆31的上下滑动，而当活塞杆31向上滑动一定距离时，会导致第一三级管Q1导通而导致抽气泵40开启。因此，随着车体的不断上下震动，会导致抽气泵40的反复开启、关闭而损坏抽气泵40。并且此时内部腔体仍处于负压状态，但抽气泵40因为车辆的震动而误开启，会导致抽气泵40以及电芯本体10的损坏。

本实施例中，安装套筒50上的贯穿孔的中心距离下端面的高度为H，在此高度位置，第一三级管Q1处于导通与截止的临界点，但此时仍处于截止位置。当内部腔体内的气体压力小于临界值时，此时压力传感器90不会向单片机发送信号，即电磁铁并未得电。此时在弹性件73的压缩力作用第二连接杆72仍为锁定状态。这样，由于第二连接杆72的阻挡，第一连接杆33无法越过第二连接杆72而导致活塞杆无法继续向上移动，从而始终保持第一三极管Q1处于截止状态，防止由于车辆的震动而导致抽气泵40的误开启。

参见图2所示，第一连接杆33的自由端设置有与第一连接杆33的下端面成锐角α1的第一斜面332，斜面上设置有弧形凸起331；第二连接杆72的一端设置有与所述第一斜面332配合的第二斜面722，该第一斜面722与第二连接杆72的下端面成钝角α2，且α1与α2的和为180度。第二斜面722上设置有与所述弧形凸起331配合的弧形凹槽721。

本实施例中，通过设置相互配合的弧形凸起311与弧形凹槽721，可以使得第二连接杆72更好地对第一连接杆33进行限位。另外，由于第一斜面722与第二连接杆72的下端面成钝角α2，这样第二连接杆72仅限制第一连接杆33向上运动，而并不限制其向下运动，即第二连接杆仅72仅仅在一个方向上对第一连接杆33进行限位。

第三实施例：

本实施例与第二实施例结构基本相同，所不同的是，本实施例中还设置有自动排气装置。具体而言，自动排气装置包括设置在电芯本体10上的连通内部腔体与外部的第二单向阀100。参见图6所示，第二单向阀100具有半球形阀芯101、第二单向阀弹簧102。在电芯本体10壁上开设有具有过渡斜面的阶梯孔103，半球形芯阀101与阶梯孔103的过渡斜面配合，实现封堵。另外，活塞杆31的顶端还设置有配重30。当车辆在行驶过程中发生上下震动时，会带动具有配重的活塞杆31的上下运动，进而带动活塞32上下运动。此时由于内部腔体压力小于临界压力，电磁锁定装置处于锁定状态，第二连接杆72对第一连接杆33进行阻挡，而防止第一三级管导通Q1导通。此时活塞杆31向下运动时会挤压内部腔体空气，从而使得内部腔体空气通过第二单向阀100排出，从而可以使得内部腔体的压力保持在负压状态。即使内部腔体中的气体压力升高而并未触发抽气泵开始时，也可以将内部腔体中多余的气体排除。即当内部腔体中具有少量多余气体时，可以通过自动排气装置排除。本实施例充分利用了车用锂电池安装在车辆上的场景，利用了车辆的震动能量实现内部腔体的负压状态的保持。

在其他实施例中，在所述安装套筒50的外壁固定连接有安装座41，所述抽气泵40设置在所述安装座41上。

在其他实施例中，在所述内部腔体中设置有水气隔离膜12以将所述内部腔体分隔为上腔体与下腔体，所述锥形管13设置在所述上腔体。

在其他实施例中，所述安装套筒50的外壁上还设置有安装罩60，所述磁性钢片71设置在所述安装罩60内，所述电磁铁70设置在所述安装罩60的内壁上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，包括：电芯本体（10），所述电芯本体（10）具有围成内部腔体的内壁面以及上端部（15），所述上端部（15）设置有正电极片（80）以及负电极片（81），所述内部腔体上方设置有锥形管（13），所述锥形管（13）的一端与所述内壁面在周向上密闭连接，另一端与活塞缸（14）连接；所述活塞缸（14）内设置有活塞（32）；活塞杆（31）一端与所述活塞（32）连接，另一端穿过上端部（15）而设置在所述内部腔体外；还包括抽气管（42），所述抽气管（42）一端连接有第一单向阀（43）后与所述内部腔体连通，另一端与抽气泵（40）连通；所述活塞杆（31）的一侧与滑变电阻（R1）的滑片（20）连接；第一三极管（Q1）的基级一方面与滑变电阻（R1）连接后与所述正电极片（80）电连接，另一方面与第一电阻（R2）连接后与负电极片（81）连接，所述第一三极管（Q1）的集电极与所述抽气泵（40）电连接后与所述正电极片（80）电连接，第一三极管（Q1）的发射极与所述负电极片（81）电连接；当所述活塞杆（31）向上移动而使得所述滑变电阻的阻值小于阈值时，所述第一三极管（Q1）的导通，所述抽气泵（40）开启；当所述活塞杆（31）向下移动而使得所述滑变电阻的阻值大于阈值时，所述第一三极管（Q1）的截止，所述抽气泵（40）停止。

2.根据权利要求1所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，在所述上端部（15）上还设置有两端开口的具有中心轴线的安装套筒（50），所述活塞杆（31）通过电磁锁定装置实现与所述安装套筒（50）的连接。

3.根据权利要求2所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，所述电磁锁定装置包括第一连接杆（33）以及第二连接杆（72），所述第一连接杆（33）一端与所述活塞杆（31）的侧面连接，所述第二连接杆（72）一端沿大致水平方向滑动穿过所述安装套筒（50），另一端设置有磁性钢片（71），在所述磁性钢片（71）与所述安装套筒（50）之间还设置有弹性件（73），在磁性钢片（71）的远离中心轴线方向上的一侧还设置有电磁铁（70）。

4.根据权利要求3所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，在所述内部腔体内还设置有压力传感器（90）；第二三极管（Q2）的基级一方面与第二电阻（R3）连接后与单片机电连接，另一方面与第三电阻（R4）连接后与负电极片（81）连接，集电极与所述电磁铁（70）电连接后与所述正电极片（80）电连接，发射极与所述负电极片电连接；当内部腔体压力增大到压力阈值时，所述压力传感器（90）向所述单片机传递信号，所述单片机输出高电平，实现所述第二三极管（Q2）的导通，此时电磁铁（70）通电，所述第二连接杆（72）在所述电磁铁（70）的磁力作用下往远离中心轴线方向运动，电磁锁定装置解锁。

5.根据权利要求4所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，所述第一连接杆（33）的另一端设置有与第一连接杆（33）的下端面成锐角的第一斜面（332），所述斜面上设置有弧形凸起（331）；所述第二连接杆（72）的一端设置有与所述第一斜面（332）配合的第二斜面（722），所述第二斜面（722）上设置有与所述弧形凸起（331）配合的弧形凹槽（721）。

6.根据权利要求5所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，所述活塞杆（31）的顶端还设置有配重（30），所述电芯本体（10）上还设置有连通内部腔体与外部的第二单向阀（100）。

7.根据权利要求2所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，在所述安装套筒（50）的外壁固定连接有安装座（41），所述抽气泵（40）设置在所述安装座（41）上。

8.根据权利要求1所述的一种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，在所述内部腔体中设置有水气隔离膜（12）以将所述内部腔体分隔为上腔体与下腔体，所述锥形管（13）设置在所述上腔体内。

9.根据权利要求3所述的种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，所述安装套筒（50）的外壁上还设置有安装罩（60），所述磁性钢片（71）设置在所述安装罩（60）内，所述电磁铁（70）设置在所述安装罩（60）的正对所述磁性钢片（71）的内壁上。

10.根据权利要求3所述的种车用锂电池电芯的真空负压结构，其特征在于，所述活塞杆（31）与所述上端部（15）为滑动密封连接。