CN219717157U - 一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，包括电源箱壳体，所述电源箱壳体由底板、侧板和顶盖组成，所述侧板上安装有防爆泄压装置，所述防爆泄压装置包括通气孔座、通气阀座、通气阀、泄压烧结元件、阻燃物和卡环，所述通气孔座焊接带侧板内侧，侧板外侧焊接有与通气孔座相通的通气阀座，通气阀座出气端安装有通气阀，通气阀和通气阀座连接处安装有泄压烧结元件，所述通气阀座内部填充能够通过空气的阻燃物。通过上述方式，本实用新型结构简单，确保电池腔内电池电芯发生异常时能快速释放电池腔内的压力，同时确保电源箱不发生失爆危险，提高了电源箱在爆炸性环境内的安全使用性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及喷码贴标技术领域，特别是涉及一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构。
背景技术
之前各防爆运输车辆厂商使用的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源箱大多数未设计安装防爆泄压装置，电源箱在防爆取证时对是否安装有防爆泄压装置也并未做硬性规定和要求，但随着国家开始允许大容量锂电池在煤矿井下使用，根据国家推出的最新标准《矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求》(AQYQ-AAC-2021-01)的有关规定，矿用锂离子蓄电池电池腔必须具有满足防爆要求的泄压措施。
锂离子蓄电池由于其自身的特点，当电池内部因短路、过充等误用、滥用情况导致热失控时会产生大量气体，这些气体在电池腔内积聚，如果电池腔的隔爆外壳上未安装防爆泄压装置，会导致腔体内压力剧增，极端情况下可能出现着火、爆炸等状况，严重影响电池使用的安全性能。
此外，矿用隔爆型锂离子电源箱是矿用防爆电动无轨胶轮车的动力源，是矿用防爆电动无轨胶轮车的核心部件之一，根据国家推出的最新标准《矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求》(AQYQ-AAC-2021-01)的有关规定，电源防爆结构、性能和标志应满足GB3836.1～4-2021的相关要求，其中放置电池的隔爆腔体应能承受不小于1.5MPa的静压试验，为了满足该要求，有必要对电源箱的隔爆外壳进行结构和轻量化设计，使得该壳体在满足上述强度要求的同时，整体电源箱的重量控制在一定范围内，从而为提升矿用防爆电动无轨胶轮车续航里程打下基础。
目前防爆电动无轨胶轮车生产厂商使用的电源箱外壳，通常采用以下几种设计方案：一是使用常用的普通材质Q235钢设计电源箱外壳，通过增加电源箱外壳壁厚的方式来满足强度设计要求；二是使用与Q235钢材相比在材料密度相当的情况下，抗拉强度、屈服强度和抵抗微量塑性变形能力更高的低合金高强度结构钢，比如Q460钢，这使得相同重量和结构的外壳其强度更高；三是选择在电源箱外壳平板上增加肋板和筋板，使用方钢或者角钢等型钢紧贴壳体外部以一定间距焊接加固，进而提高整体外壳的强度。
现有方案存在以下缺陷：采用增加壳体壁厚的设计方案，导致电源箱外壳重量较重，仅外壳重量就占到电源箱总重量的50％以上，这不仅增加了电源箱防爆外壳的加工成本，而且由于整车重量的增加会导致矿用防爆电动无轨胶轮车续航里程减少；采用低合金高强度结构钢为原材料加工防爆外壳，一是高强度钢材的成本高，二是由于这种材料钢材易于淬硬，焊接性差，需要焊前预热防止产生裂纹，这导致加工防爆外壳的焊接工艺变得复杂，进而增加了电源箱防爆外壳的加工成本；采用电源箱防爆壳体外部增加筋肋的方法，加工好的电源箱美观性差，同时此方法对提高防爆外壳强度效果不明显。
基于以上缺陷和不足，有必要对现有的技术予以改进，设计出一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，确保电池腔内电池电芯发生异常时能快速释放电池腔内的压力，同时确保电源箱不发生失爆危险，提高了电源箱在爆炸性环境内的安全使用性能。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，该种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构包括电源箱壳体，所述电源箱壳体由底板、侧板和顶盖组成，所述侧板上安装有防爆泄压装置，所述防爆泄压装置包括通气孔座、通气阀座、通气阀、泄压烧结元件、阻燃物和卡环，所述通气孔座焊接带侧板内侧，侧板外侧焊接有与通气孔座相通的通气阀座，通气阀座出气端安装有通气阀，通气阀和通气阀座连接处安装有泄压烧结元件，所述通气阀座内部填充能够通过空气的阻燃物。
优选的是，所述通气阀座内沿空气输送方向依次开设有通气孔、泄压元件安装孔、卡环安装槽和通气阀安装孔，阻燃物填充于通气孔处，卡环安装槽孔径大于两侧孔径，卡环安装槽处安装有卡环，卡环压紧泄压烧结元件。
优选的是，所述通气阀安装孔为螺纹孔，通气阀和通气阀座通过螺纹连接。
优选的是，所述阻燃物采用清洁钢丝球。
优选的是，所述泄压烧结元件采用铜锡锌合金，所述泄压烧结元件上阵列开设有0.06mm孔，所述泄压烧结元件密度为8.5kg/cm3。
优选的是，所述通气孔座、通气阀座、通气阀采用45#钢材料制成。
优选的是，所述侧板和顶盖采用异形钢板，所述异形板呈瓦楞结构，钢板厚度为4mm，瓦楞结构钢板的整体厚度高达28mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
防爆泄压装置在电池热失控产生大量气体时能够有效降低隔爆外壳内部压力，在降低瞬间压力最大值、提高压力下降速度方面能够符合要求；
防爆泄压装置在泄压的同时确保电源箱不发生失爆危险，提高了电源箱在爆炸性环境内的安全使用性能，使其符合国家最新的相关标准规定；
通过对隔爆外壳的板材进行结构设计，确保隔爆外壳满足强度设计要求；相比于整板焊接采用加强肋设计的结构，本次设计有效的减小了电源箱自重，实现了轻量化设计，增加了矿用防爆无轨胶轮车的续航里程。
附图说明
图1为一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构的结构示意图。
图2为一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构的防爆泄压装置剖视图。
图3为一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构的通气阀座结构示意图。
图4为一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构的侧板结构示意图。
其中，1、电源箱壳体，11、底板，12、侧板，13、顶盖；2、防爆泄压装置，21、通气孔座，22、通气阀座，221、通气孔，222、泄压元件安装孔，223、卡环安装槽，224、通气阀安装孔，23、通气阀，24、泄压烧结元件，25、阻燃物，26、卡环。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型较佳实施例进行详细阐述，以使实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图4，本实用新型实施例包括：
一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，该种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构包括电源箱壳体1，所述电源箱壳体1由底板11、侧板12和顶盖13组成，其特征在于：所述侧板12上安装有防爆泄压装置2，所述防爆泄压装置2包括通气孔座21、通气阀座22、通气阀23、泄压烧结元件24、阻燃物25和卡环26，所述通气孔座21焊接带侧板12内侧，侧板12外侧焊接有与通气孔座21相通的通气阀座22，通气阀座22出气端安装有通气阀23，通气阀23和通气阀座22连接处安装有泄压烧结元件24，所述通气阀座22内部填充能够通过空气的阻燃物25。
所述通气阀座22内沿空气输送方向依次开设有通气孔221、泄压元件安装孔222、卡环安装槽223和通气阀安装孔224，阻燃物25填充于通气孔221处，卡环安装槽223孔径大于两侧孔径，卡环安装槽223处安装有卡环26，卡环26压紧泄压烧结元件24，安装稳固，避免其被气流喷出。
所述通气阀安装孔224为螺纹孔，通气阀23和通气阀座22通过螺纹连接。
所述阻燃物25采用清洁钢丝球。
根据GB/T3836.2—2021《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》的规定，泄压元件分为带可测通道和带非可测通道两种结构，其中带可测通道式一般采用镍-铜合金、不锈钢或者其他适合使用的金属材料(轻金属除外)制造成波纹带状或者多层筛网状，此种结构具有体积大、加工难、成本高等缺点，而带非可测通道式根据制造材料不同分为烧结金属元件、压紧金属丝网元件和金属泡膜元件三种类型，此种结构具有体积小、质量轻、加工容易、成本低等优点。
本实用新型选用非可测通道式的烧结金属元件，所述泄压烧结元件24采用铜锡锌合金，按照GB/T 5249规定的方法测定的最大气泡试验孔隙尺寸为0.06mm，按照GB/T 5163规定的方法测定的烧结元件的密度为8.5kg/cm3，根据GB/T3836.2—2021《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》的要求，该元件的材料成分、密度、最大气泡孔隙尺寸、通气孔率均满足GB/T3836.2—2021中附录B的规定。
为验证排气泄压装置的泄压效果，使用空气压缩机作为气源进行了压力释放模拟试验。试验过程中记录压力表数值随时间变化情况。记录数据如下表一所示。
表一泄压试验记录数据表
| 编号 | 压力值(MPa) | 试验持续时间(s) |
| 1 | 1.2 | 0 |
| 2 | 1.1 | 15 |
| 3 | 1.0 | 29 |
| 4 | 0.9 | 65 |
| 5 | 0.8 | 110 |
| 6 | 0.7 | 160 |
| 7 | 0.6 | 210 |
| 8 | 0.5 | 290 |
| 9 | 0.4 | 370 |
通过以上模拟试验可知，排气泄压装置将容积为300L，压力为1.2MPa的空气通过370s的时间泄压，压力由1.2MPa降至0.4MPa。而根据电池厂家提供的单体电池的热失控试验数据来看，热失控排气总量为365.7L，排气总时间为497s，因此该排气泄压装置能够满足电池热失控时产生大量气体的泄压功能。
所述通气孔座21、通气阀座22、通气阀23采用45#钢材料制成。
所述侧板12和顶盖13采用异形钢板，所述异形板呈瓦楞结构，该结构的瓦楞板使用特制的胎具在剪板机上压制成型，加工瓦楞板的钢板厚度为4mm，加工完成后瓦楞型的整体厚度达到了28mm，显著加强了板材的抗拉抗压强度，使用4mm厚的钢板加工出的隔爆外壳重量上大大减轻，同时瓦楞板整个加工工艺不复杂，仅需要制作一对胎具，在常规的设备上就能加工制作。
本实用新型一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，确保电池腔内电池电芯发生异常时能快速释放电池腔内的压力，同时确保电源箱不发生失爆危险，提高了电源箱在爆炸性环境内的安全使用性能。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，包括电源箱壳体，所述电源箱壳体由底板、侧板和顶盖组成，其特征在于：所述侧板上安装有防爆泄压装置，所述防爆泄压装置包括通气孔座、通气阀座、通气阀、泄压烧结元件、阻燃物和卡环，所述通气孔座焊接带侧板内侧，侧板外侧焊接有与通气孔座相通的通气阀座，通气阀座出气端安装有通气阀，通气阀和通气阀座连接处安装有泄压烧结元件，所述通气阀座内部填充能够通过空气的阻燃物。
2.根据权利要求1所述的一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，其特征在于：所述通气阀座内沿空气输送方向依次开设有通气孔、泄压元件安装孔、卡环安装槽和通气阀安装孔，阻燃物填充于通气孔处，卡环安装槽孔径大于两侧孔径，卡环安装槽处安装有卡环，卡环压紧泄压烧结元件。
3.根据权利要求2所述的一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，其特征在于：所述通气阀安装孔为螺纹孔，通气阀和通气阀座通过螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，其特征在于：所述阻燃物采用清洁钢丝球。
5.根据权利要求1所述的一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，其特征在于：所述泄压烧结元件采用铜锡锌合金，所述泄压烧结元件上阵列开设有0.06mm孔，所述泄压烧结元件密度为8.5kg/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，其特征在于：所述通气孔座、通气阀座、通气阀采用45#钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种矿用大容量锂电池电源箱用防爆泄压结构，其特征在于：所述侧板和顶盖采用异形钢板，所述异形钢板呈瓦楞结构，钢板厚度为4mm，瓦楞结构钢板的整体厚度高达28mm。
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