CN203967170U - 防爆电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防爆电池，其包括：壳体；多个电池本体，设置在所述壳体内，并且彼此串联连接；以及防爆电路单元，设置在所述壳体内，并与所述多个电池本体串连连接。相比于现有技术中由多个单体电池串联构成的电池组，本实用新型的电池能够在提供相同电压的情况下减小电池的整体体积。此外，本实用新型的电池是本质安全型的，因此无需在使用该电池的电子产品中增设防爆电路单元，能够满足电子产品小型化的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及防爆电子产品，特别是涉及一种防爆电池。
背景技术
对于需要在防爆场合中使用的电子产品来说，不仅产品本身而且产品所使用的电池或电池组也应当符合标准和/或法规规定的防爆要求。根据防爆标准，防爆电子产品按类型可分为隔爆型、增安型、本质安全型等。其中，本质安全型电子产品要求其全部电路均为本质安全型电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。也就是说该类电子产品不是靠外壳防爆和充填物防爆，而是其电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ，即小于瓦斯在浓度为8.5％(最易爆炸的浓度)时的最小点燃能量。因此，本质安全型电子产品能够在存在瓦斯等易燃易爆气体的场合中使用。
对于仅具有单个电池本体(又称电池芯)的单体电池来说，本质安全型的防爆要求是功率不超过33w。市场上常见的一节单体锂电池，其标称电压为3.6V，最高电压为3.9V，短路电流通常为不大于8A，因此其功率最高为3.9V×8A＝31.2w，在防爆要求的允许范围内。因此，一节单体锂电池无需特殊处理即可应用于本质安全型的防爆电子产品。
另一种常见类型的电池是碱性电池。一节单体碱性电池的标称电压为1.5V，最高电压为1.65V，短路电流为不超过20A，因此其功率最高为1.65V×20A＝33w，在防爆要求的允许范围内。因此，一节单体碱性电池也是无需额外处理即可应用于本质安全型的防爆电子产品。
当单体电池的电压不能满足电子产品的工作需求时，通常是将多个电池本体/单体电池串联构成电池/电池组来为电子产品供电。与单个单体电池不同，对于包括多个电池本体的电池/电池组来说，其本质安全型的防爆要求是对电压和电路分别进行限定，具体可以通过在标准中查表得到。举例来说，对于由两个或三个电池本体串联构成的电池/电池组，防爆要求是电压在13.5V以下并且电流不得超过3.33A。前面提到，锂电池的短路电流为不大于8A，而碱性电池的短路电流为不大于20A，因此，由电池本体简单串联而构成的电池组不能满足本质安全型的防爆要求。
目前，防爆电子产品的生产厂家通常是在电池组以外的电路中增加防爆电路单元，以限制电池组的电流。然而，在这种设计中，电池组和防爆电路单元是分离设置的，其中防爆电路单元设置或集成在电子产品的电路板上，并通过导线或布线与电池组相连。因此，电池组本身依然不是本质安全型的，从而使得这样构成的防爆电子产品实质上也不是本质安全型的。
另一方面，目前，通常是将多个单体电池直接串联构成电池组来使用，其中每个单体电池均包括一个电池本体和包围在本体之外的壳体。因此电池组的体积相比于单体电池成倍地增加，其中倍数取决于电池组中单体电池的数量。因此会增加防爆电子产品的整体体积。此外，防爆电路单元的设置也会增加防爆电子产品的整体体积。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于，提供一种防爆电池以解决或至少是改善上述提到的现有技术中的一个或多个不足。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种防爆电池，其包括：壳体；多个电池本体，设置在所述壳体内，并且彼此串联连接；以及防爆电路单元，设置在所述壳体内，并与所述多个电池本体串连连接。
所述防爆电路单元可包括限流电阻。
所述防爆电路单元还可包括与所述限流电阻串联连接的保险管。
所述多个电池本体可并排放置或相互堆叠放置。
所述电池本体例如为实质上圆柱形的，所述防爆电路单元可设置在相邻的两个电池本体的邻接处所形成的凹陷处。
所述防爆电路单元可放置在所述多个电池本体的端部或侧部附近。
所述壳体内可填充有胶，所述多个电池本体和所述防爆电路单元密封在填充的所述胶内。
填充在所述壳体内的胶的最小厚度例如不小于1mm。
所述电池本体例如为锂电池本体。
所述多个电池本体例如为两个锂电池本体，所述限流电阻的阻值不小于2.35Ω。
所述多个电池本体例如为三个锂电池本体，所述限流电阻的阻值不小于3.51Ω。
所述多个电池本体例如为两个锂电池本体，所述限流电阻的电阻值为2.4Ω、2.7Ω、2.8Ω、3Ω、3.3Ω、3.4Ω、3.6Ω、3.9Ω、4.3Ω、4.7Ω或5.1Ω；所述保险管的熔断电流为350mA、375mA、400mA、500mA或600mA。
所述多个电池本体例如为三节锂电池本体，所述限流电阻的电阻值为3.6Ω、3.9Ω、4.3Ω、4.7Ω或5.1Ω，所述保险管的熔断电流为350mA、375mA、400mA或500mA。
相比于现有技术中由多个单体电池串联构成的电池组，本实用新型的电池将多个串联连接的电池本体包围在同一个壳体内，因而能够在提供相同电压的情况下减小电池的整体体积。此外，本实用新型的电池本身包括有与电池本体一起封装在电池壳体内的防爆电路单元，因此电池本身即是本质安全型的，相比于现有技术中的电池组，提高了防爆安全等级。此外，由于电池本身即是防爆的，因此无需在使用该电池的电子产品中增设防爆电路单元，从而能够满足电子产品小型化的需求。
附图说明
下面结合附图和详细实施方式对本实用新型进行详细说明，其中：
图1为根据本实用新型一实施例的防爆电池的纵向剖视图；
图2为沿图1中II-II线的部分剖视示意图，未示出壳体内的胶；
图3为根据本实用新型另一实施例的防爆电池的纵向剖视图；
图4为根据本实用新型又一实施例的防爆电池的纵向剖视图；
图5为沿图4中V-V线的部分剖视示意图；以及
图6为根据本实用新型再一实施例的防爆电池的横向部分剖视示意图，未示出壳体内的胶。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其它实施方式中。
如图1-2所示，根据本实用新型一实施例的防爆电池在整体上用10表示，其包括壳体11。在壳体11内设置有两个彼此串联连接的电池本体12和13。在壳体11内还设置有防爆电路单元14，防爆电路单元14与电池本体12、13串联连接，用于降低电流。在一个例子中，防爆电路单元14包括限流电阻141。
在图1示出的例子中，电池本体12的正极12a例如通过引线61连接到电池本体13的负极13b；电池本体13的正极13a和电池本体12的负极12b可分别通过引线62、63从壳体11中引出，分别作为电池10的正极和负极。防爆电路单元14例如通过引线64串联连接到电池本体13的正极13a。然而应当理解，防爆电路单元14也可以串联到电池本体12的负极12b，或者可以串联在电池本体12和13之间。电池本体之间以及电池本体与防爆电路单元之间可以通过任何已知的方法和/或构件进行连接。
相比于现有技术中由多个单体电池串联构成的电池组，本实用新型的电池10将多个串联连接的电池本体包围在同一个壳体内，因而能够在提供相同电压的情况下减小电池的整体体积。此外，本实用新型的电池10本身包括有与电池本体12、13一起封装在电池壳体11内的防爆电路单元14，因此电池10本身即是本质安全型的，相比于现有技术中的电池组，提高了防爆安全等级。此外，由于电池10本身即是防爆的，因此无需在使用该电池10的电子产品中增设防爆电路单元，从而能够满足电子产品小型化的需求。
电池本体可以选用任何已知的类型，例如锂电池本体或碱性电池本体等。下面锂电池本体为例，说明限流电阻141的参数选择的例子。对于由两个电池本体串联构成的电池/电池组，防爆要求是电压小于13.5V并且短路电流不得超过3.33A。如前所述，一节单体锂电池的最高电压为3.9V，这实质上也是单个锂电池本体的电压参数。因此，两个锂电池本体串联后的最高电压为7.8V。电阻值的计算公式为：R＝U/I，其中R为电阻值，U为电压值，I为电流值。根据该公式，限流电阻141的阻值应不小于：7.8/3.33＝2.35(Ω)。因此，举例来说，限流电阻141的阻值可以选用2.4Ω、2.7Ω、2.8Ω、3Ω、3.3Ω、3.4Ω、3.6Ω、3.9Ω、4.3Ω、4.7Ω、或5.1Ω等标准系列的阻值，或者也可以选用其他为非标系列的阻值。
在实际应用中，限流电阻141的阻值大小还应考虑电池10的设计负载电流，设计的负载电流越大，则需选用更小的电阻值。另一方面，电阻功率的计算公式为：P＝U2/R，其中P为电阻功率，U为电压值，R为电阻值。根据该公式，电阻值越小，则电阻功率越大。而功率越大则电阻的体积也越大。例如，当选用2.4Ω的电阻时，其电阻功率为：7.82/2.4＝25.35(w)。当选用5.1Ω的电阻时，其电阻功率为：7.82/5.1＝11.9(w)。这些大功率的电阻通常体积较大，会造成电池10的整体体积较大。
因此，优选地，防爆电路单元14中还设置有与限流电阻141串联连接的保险管142，以降低限流电阻141的功率。保险管142可以直接连接到限流电阻141，或者也可以通过一个或多个电池本体与限流电阻141间接相连。
在串联有保险管的情况下，电阻功率的计算公式为：P'＝(m×I')2×R×n，其中P'为电阻功率；m为保险管的安全系数，通常为1.7；I'为保险管的熔断电流；R为电阻值；n为整体功率的安全系数，通常为1.5。因此，当确定了限流电阻141的阻值后，可以根据保险管142的熔断电流来选取适当的电阻功率。下表列出了限流电阻141和保险管142的参数选择的几个例子。
通常，电阻功率大于3w的电阻，其体积较大，容易造成电池10的整体体积较大。然而，本实用新型并不排除使用更大功率的电阻。
如图2所示，在一个优选实施例中，电池本体12、13为实质上圆柱形的，并且两个电池本体12、13并排放置，从而在两个电池本体12和13的邻接处形成有凹陷16。防爆电路单元14优选地放置在该凹陷16处，以减小电池10的整体体积。然而，根据本实用新型的其他实施例，防爆电路单元14可以放置在任何适合的位置，如电池本体12和13的端部附近(如图3所示)，或者是电池本体12和13的侧部附近。电池本体12和13也可以以其他方式排列。
如图1、2所示，优选地，在防爆电池10的壳体11内填充有胶19，将电池本体12、13和防爆电路单元14密封在所填充的胶19内，以提供更好地防爆性能。胶19优选地充满壳体11的内部，并且优选地在壳体11内的最小厚度不小于1mm。
图4和图5示出了根据本实用新型又一实施例的防爆电池20，其与防爆电池10的区别是在壳体21内设置有三个彼此串联连接的电池本体22、23和24。在防爆电池20的壳体21内同样设置有防爆电路单元25。防爆电路单元25与电池本体22、23和24串联连接，用于降低电流。举例来说，可以从电池本体22的负极引出导线作为电池20的负极，电池本体22的正极连接到电池本体23的负极，电池本体23的正极连接到电池本体24的负极，电池本体24的正极串联防爆电路单元25，之后可通过引线引出，作为电池的正极。
在一个例子中，防爆电路单元25包括限流电阻251。优选地，防爆电路单元25还可包括与限流电阻251串联的保险管252，以降低限流电阻251的功率。防爆电池20中多个电池本体以及限流电阻和保险管之间的连接和布置可以按照与前面描述的防爆电池10类似的方式进行，这里不在详述。
根据本实用新型的另一个实施例，防爆电池20'的三个电池本体22、23和24可以例如为实质上圆柱形的，并可相互堆叠放置。具体来说，如图6所示，电池本体22和23并排放置，电池本体24叠放在电池本体22和23上，并优选地位于电池本体22和23的邻接处所形成的凹陷处，以减小电池20的整体体积。防爆电路单元25可放置在相邻的两个电池本体的邻接处所形成的凹陷处，以减小电池20的整体体积。例如，防爆电路单元25可与电池本体22相对地放置在电池本体23和24之间的凹陷261处(参见图6)；或者可与电池本体23相对地放置在电池本体22和24之间的凹陷262处；或者可与电池本体24相对地放置在电池本体22和23之间的凹陷263处。然而应当理解，防爆电路单元25也可以放置在电池本体22、23和24的端部或侧部附近，或者放置在壳体21内的其他适合的位置。
与防爆电池10类似，防爆电池20的壳体21内也填充有胶29，将电池本体22、23和24以及防爆电路单元25密封在胶29内。胶29优选地充满壳体21的内部，并且优选地在壳体21内的最小厚度不小于1mm。
下面锂电池本体为例，说明限流电阻251和保险管252的参数选择的例子。对于由三个电池本体串联构成的电池/电池组，防爆要求是电压小于13.5V并且短路电流不得超过3.33A。如前所述，单个锂电池本体的最高电压为3.9V。因此，三个锂电池本体串联后的最高电压为11.7V。电阻值的计算公式为：R＝U/I，其中R为电阻值，U为电压值，I为电流值。根据该公式，限流电阻251的阻值应不小于11.7/3.33＝3.51(Ω)。因此，举例来说，限流电阻251的阻值可以选用3.6Ω、3.9Ω、4.3Ω、4.7Ω、或5.1Ω等标准系列的阻值，或者也可以选用其他为非标系列的阻值。在实际应用中，限流电阻251的阻值大小还应考虑电池20的设计负载电流，设计的负载电流越大，则需选用更小的电阻值。
在不设置保险管252的情况下，电阻功率的计算公式为：P＝U2/R，其中P为电阻功率，U为电压值，R为电阻值。当选用3.6Ω的电阻时，其电阻功率为：11.72/3.6＝38(w)。当选用5.1Ω的电阻时，其电阻功率为：11.72/5.1＝26.8(w)。这些大功率的电阻通常体积较大，会造成电池20的体积较大。
在串联有保险管的情况下，电阻功率的计算公式为：P'＝(m×I')2×R×n，其中P'为电阻功率；m为保险管的安全系数，通常为1.7；I'为保险管的熔断电流；R为电阻值；n为整体功率的安全系数，通常为1.5。下表列出了限流电阻251和保险管252的参数选择的几个例子。
以上，以包括两个和三个电池本体的防爆电池为例，举例说明了本实用新型的方案。然而，本实用新型还可有其它多种实施方式。例如防爆电池还可以包括更多个串联连接的电池本体，以提供更大的电压。这些电池本体可以并排放置，或者相互堆叠放置，或者以其他适合的方式排列。防爆电路单元可以放置在电池壳体内的任何适合的位置。防爆电路单元中的限流电阻和/或保险管可以根据实际需要布置并放置在壳体内的任何适合的位置。限流电阻和/或保险管的参数可以根据实际需要进行选择。
在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本实用新型所附权利要求及其等效物所保护的范围内。
Claims (13)
1.一种防爆电池，其特征在于，包括
壳体；
多个电池本体，设置在所述壳体内，并且彼此串联连接；以及
防爆电路单元，设置在所述壳体内，并与所述多个电池本体串连连接。
2.根据权利要求1所述的防爆电池，其中，所述防爆电路单元包括限流电阻。
3.根据权利要求2所述的防爆电池，其中，所述防爆电路单元还包括与所述限流电阻串联连接的保险管。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的防爆电池，其中，所述多个电池本体并排放置或相互堆叠放置。
5.根据权利要求4所述的防爆电池，其中，所述电池本体为实质上圆柱形的，所述防爆电路单元设置在相邻的两个电池本体的邻接处所形成的凹陷处。
6.根据权利要求4所述的防爆电池，其中，所述防爆电路单元放置在所述多个电池本体的端部或侧部附近。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的防爆电池，其中，所述壳体内填充有胶，所述多个电池本体和所述防爆电路单元密封在填充的所述胶内。
8.根据权利要求7所述的防爆电池，其中，填充在所述壳体内的胶的最小厚度不小于1mm。
9.根据权利要求1所述的防爆电池，其中，所述电池本体为锂电池本体。
10.根据权利要求2或3所述的防爆电池，其中，所述多个电池本体为两个锂电池本体，所述限流电阻的阻值不小于2.35Ω。
11.根据权利要求2或3所述的防爆电池，其中，所述多个电池本体为三个锂电池本体，所述限流电阻的阻值不小于3.51Ω。
12.根据权利要求3所述的防爆电池，其中，所述多个电池本体为两个锂电池本体，所述限流电阻的电阻值为2.4Ω、2.7Ω、2.8Ω、3Ω、3.3Ω、3.4Ω、3.6Ω、3.9Ω、4.3Ω、4.7Ω或5.1Ω；所述保险管的熔断电流为350mA、375mA、400mA、500mA或600mA。
13.根据权利要求3所述的防爆电池，其中，所述多个电池本体为三节锂电池本体，所述限流电阻的电阻值为3.6Ω、3.9Ω、4.3Ω、4.7Ω或5.1Ω，所述保险管的熔断电流为350mA、375mA、400mA或500mA。
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|---|---|---|---|---|
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