CN220873697U - 一种安全锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种安全锂电池，包括：电池盒，所述电池盒用于容置锂电池组，所述锂电池组包括多个并列排布的电芯；灭火装置，设于所述电池盒内部，所述灭火装置具有与所述电芯相同的形状和尺寸，灭火装置在锂电池组内根据结构需要均匀分布；所述灭火装置内部填充有相变材料，所述相变材料在锂电池内部温度高于预设温度时从液态相转变成气态相，所述气态相自所述灭火装置的顶部喷出并填充包裹所述锂电池组。本实用新型能够在电池失效或者在电池内部高温出现明火的情况下，迅速实现降温灭火的效果，从而提高锂电池的安全性。

Description

一种安全锂电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体地，涉及一种安全锂电池。

背景技术

锂电池以其清洁、高效、可重复利用等优点，现已广泛应用于电动汽车、电动自行车、手机、笔记本电脑、充电宝等新能源交通工具及设备中。锂电池系统存在因滥用或电芯老化而导致电池性能下降甚至发生着火爆炸等热安全事故的风险，有必要做好锂电池的火灾防范措施，以保障其使用安全。

现有技术中，通过导热或者结构上进行热失控抑制进行火灾防范，但是在电池产生明火，电池内部短路后，电池无法控制热失控，进而可能造成电池组大面积着火或者爆炸事件。

此外，现有技术通过BMS(Battery Mangement System，电池管理系统)的温度检测，当温度超过规定范围，进行电路的切断或者故障报警，给用户争取逃生时间，但是并不能有效阻止失效的进一步恶化。

经检索发现：

公开号为CN114374019A的中国发明专利，公开一种动力电池自熄保护装置，内部材料采用相变材料，在温度不变情况下，大量吸收电池热量，降低电池温度，防止电池起火，在电池发生燃烧时，内部材料通过第二透气口充满保护罩，隔绝外部空气进入，防止电池继续燃烧。该专利通过设置于电池外部的保护罩防止电池燃烧，不能及时、有效地对电池进行灭火。

公开号为CN216319618U的中国实用新型专利，公开一种灭火装置固定结构及其电池包，电池包包括箱体和若干设置在箱体内的灭火装置固定结构。灭火装置固定结构包括灭火装置、连接机构以及电池模组排，电池模组排包括若干沿电池模组长度方向排列的电池模组；电池模组包括模组框架和若干设置在模组框架中的电池，若干电池中至少有两个电池设置有电池安全阀；灭火装置通过连接机构设置在电池模组排上，并使得灭火装置针对所述电池安全阀；灭火装置包括外壳，外壳内封装有灭火材料；外壳至少存在部分由可熔化材料制成，使得电池安全阀爆开后所冲出的高温物质能够将其熔化从而释放灭火材料。该专利在灭火时需先熔化破坏灭火装置的结构，也不能及时、有效地对电池进行灭火，且需要另外设计灭火装置的固定结构，增加了电池模组的设计难度。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种安全锂电池。

根据本实用新型的一个方面，提供一种安全锂电池，包括：

电池盒，所述电池盒用于容置锂电池组；所述锂电池组包括多个并列排布的电芯；

灭火装置，设于所述电池盒内部，所述灭火装置具有与所述电芯相同的形状和尺寸，所述灭火装置在所述锂电池组内根据结构需要均匀分布；所述灭火装置内部填充有相变材料，所述相变材料在锂电池内部温度高于预设温度时从液态相转变成气态相，所述气态相自所述灭火装置的顶部喷出并填充包裹所述锂电池组。

进一步地，所述灭火装置为多个，多个所述灭火装置在所述电池盒内部均匀布置或对称布置于所述锂电池内部。

进一步地，所述电芯的两端均设有支架，每个所述电芯之间通过连接镍片实现电芯之间的连接并固定于所述支架上。

进一步地，所述灭火装置的两端通过连接镍片与其他电芯连接并固定于所述支架上。

进一步地，所述连接镍片通过焊接方式与所述灭火装置连接。

进一步地，所述灭火装置的顶部设有阀门结构，所述阀门结构打开时释放气态相的相变材料。

可选地，所述锂电池还包括电池管理装置，所述电池管理装置控制所述灭火装置的开启，以散布气态相的相变材料。

与现有技术相比，本实用新型具有如下至少之一的有益效果：

本实用新型提供的安全锂电池，通过在电池盒内布置灭火装置，灭火装置内部的相变材料在电池内部温度过高时从液态相变成气态，从灭火装置顶部释放并填充包裹整个锂电池组，迅速填充电池盒内部，实现锂电池组的氧气隔绝和降温效果，从而能够在电池失效或者在电池内部高温出现明火的情况下，立即实现降温灭火，从而可以提高锂电池的安全性。

本实用新型提供的安全锂电池，灭火装置的外轮廓与电芯的形状和尺寸一致，可以在整个模组中按需求均匀分布，便于安装，实现高效的灭火降温。此外，因不用过多考虑结构固定和空间限制，有利于减少电池模组开发设计及制作难度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例中安全锂电池的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中安全锂电池(不包括电池盒)的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中灭火装置的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中灭火装置镍片连接的示意图；

图中：1为灭火装置，2为电池盒，3为电芯，4为连接镍片，5为支架，11为第一灭火装置，12为第二灭火装置，13为第三灭火装置，14为第四灭火装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。

参照图1-2，本实用新型一实施例提供的安全锂电池，包括电池盒2和灭火装置1，其中：电池盒2用于容置锂电池组，如图1所示锂电池组在电池盒2内被电池盒2所包围；锂电池组包括多个并列排布的电芯3；灭火装置1设于电池盒2内部，灭火装置1具有与电芯3相同的形状和尺寸，灭火装置1在锂电池组内根据结构需要均匀分布；灭火装置1内部填充有相变材料，相变材料在锂电池内部温度高于预设温度时从液态相转变成气态相，气态相自灭火装置顶部喷出并填充包裹锂电池组。

本实施例中，相变材料采用具有阻燃功能的相变材料，比如可以为包含三聚氰胺、丙二酸、磷酸酯、硼酸锌等具有阻燃作用试剂的相变材料。

上述实施例中，将灭火装置1设置在电池盒2内部，可以快速、及时对电池进行灭火；通过在灭火装置1内部加注相变材料，内部的相变材料在高温环境下，从液态相变成气态，气态的质量密度远远大于空气，迅速填充电池盒2内部，并下沉包裹整个电池组，从而在密闭的电池空间，实现相变材料的释放，快速对电池组进行降温并氧气隔绝，能够在电池失效或者在电池内部高温出现明火的情况下，立即对锂电池实现降温灭火，从而可以提高锂电池的安全性。灭火装置1的外轮廓与电芯3的形状和尺寸一致，与电芯具有相同的外观结构，可以在整个模组中按需求均匀分布，便于安装，实现高效的灭火降温，同时有利于保证装置的长期稳定性。此外，因不用过多考虑灭火装置1的结构固定和电池盒2内部的空间限制，有利于减少电池模组开发设计及制作难度。

上述实施例中，灭火装置1具有与电芯3相同的形状，示例性的，如图3所示，灭火装置1呈圆柱形，且灭火装置1在尺寸上也与电芯3相同。

在一些实施方式中，电芯3的两端均设有支架5，锂电池组中每个电芯3通过连接镍片实现串电芯之间的连接并固定于支架5上，通过支架5提供所有电芯3连接的支撑，从而形成整体结构。

在一些实施方式中，如图4所示，灭火装置1的两端装在支架中5中，顶部通过连接镍片4与电芯3形成连接，优选地，连接镍片4通过焊接方式与灭火装置1连接，该固定方式简单可靠，连接镍片4还起到高效导热作用，确保电芯3热量可以高效传导到灭火装置1，灭火装置1的开启通过物理热传导，一旦电芯3出现热量异常，可以稳定精准实现所需要的动作，即快速地打开灭火装置1。

上述实施例中，连接镍片为锂电池组自身具有的部件，不用提供另外的零部件就可实现与电芯具有相同形状的灭火装置的连接固定，具有连接方便、导热迅速的优点。

在一些实施方式中，灭火装置1位于电池盒2内上部的位置，由于灭火装置1的外形结构与电芯3一致，可以融合进锂电池组的结构中，其位置布置和数量根据电池盒2的内部空间和电池组的具体结构参数来设计排布，以确保灭火装置1的气体均匀填充并能包裹整个电池组为目标。示例性的，如图2中，电池盒2为长方体或正方体结构，电池盒2内布置于锂电池组上部的四个灭火装置1，分别为第一灭火装置11、第二灭火装置12、第三灭火装置13和第四灭火装置14，第一灭火装置11、第二灭火装置12、第三灭火装置13和第四灭火装置14可以对称布置，这样位于长方体或正方体结构顶部四个角的灭火装置，其中的相变材料在遇到合适的温度时，从液态相变成气态，可以从长方体或正方体顶部的四个角的位置扩散和下沉，确保灭火装置1的布置位置有利于后续相变材料转变为气态相之后的材料下沉，并能包裹整个电池组。图2仅是本实用新型的一个优选实例，除了优选在顶部四个角位置布置灭火装置，当电池组体积比较大或/电池盒体积比较大时，也可以在顶部的中间位置增加灭火装置，以确保足够快速、及时对电池进行灭火，更好地，多个灭火装置可以均匀布置，以有利于整体气体的填充。另外，在其他实施例中，电池盒2的形状也可能是其他形状，对于不同形状的电池盒2均可以参照上述的原则来进行灭火装置1的位置和数量的布置。

上述实施例中，通过相变材料的物性研究设计合适的电池容量，实现灭火装置1的启动设计，例如，预设温度为90℃，即在锂电池内部温度达到90度，热量导致灭火装置1升温，相变材料汽化，当灭火装置1内部的压力达到1MPa时，自灭火装置1的顶部释放气态相的相变材料。

本实用新型实施例中，灭火装置为在电芯钢壳内填充相变材料的结构，当温度达到预设值时，其钢壳顶部开启，释放气体，进行灭火。在一些实施方式中，灭火装置的钢壳顶部设置阀门结构，阀门结构打开时释放气态相的相变材料。具体地，钢壳顶部的开启可以通过气压阀实现，气压阀起到类似安全阀的作用，当相变材料汽化，灭火装置1内部的压力升高，设定气压值达到的情况下打开，这样在需要灭火时气压阀打开释放出气态相的相变材料(即灭火气体)。灭火装置1布置于电池盒2内锂电池组的上方，优选地，气压阀开启朝向电池盒2，可以快速有效地实现灭火降温的效果。需要说明的是，阀门结构不限于气压阀，灭火装置的钢壳顶部还可以设置其他类型的单向阀，或者其他阀门结构，只要能够实现上述相同功能即可，本实用新型实施例对此不作具体限定。

为实现打开灭火装置散布相变材料，在其他一些实施方式中，锂电池还包括电池管理装置(BMS)，通过电池管理装置控制灭火装置的开启，实现灭火装置1散布气态相的相变材料，达到快速有效地实现灭火降温的目的。

本实用新型上述实施例提供的安全锂电池，通过在电池盒内布置灭火装置，灭火装置内高温相变材料从灭火装置顶部释放，气态相的相变材料在电池盒内部散布，能够有效地抑制热失控，降低着火爆炸的风险，大大提高锂电池的安全性。上述实施例解决了现有行业无法解决的安全问题，特别是对因电芯一致性差、电芯内短路、电池内部工艺结构有缺陷，造成的短路着火问题，具有巨大的意义。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (7)

1.一种安全锂电池，其特征在于，包括：

电池盒，所述电池盒用于容置锂电池组；所述锂电池组包括多个并列排布的电芯；

灭火装置，设于所述电池盒内部，所述灭火装置具有与所述电芯相同的形状和尺寸，所述灭火装置在所述锂电池组内根据结构需要均匀分布；所述灭火装置内部填充有相变材料，所述相变材料在锂电池内部温度高于预设温度时从液态相转变成气态相，所述气态相自所述灭火装置的顶部喷出并填充包裹所述锂电池组。

2.根据权利要求1所述的安全锂电池，其特征在于，所述灭火装置为多个，多个所述灭火装置在所述电池盒内部均匀布置或对称布置于所述锂电池内部。

3.根据权利要求1所述的安全锂电池，其特征在于，所述电芯的两端均设有支架，每个所述电芯通过连接镍片实现电芯之间的连接并固定于所述支架上。

4.根据权利要求3所述的安全锂电池，其特征在于，所述灭火装置的两端通过连接镍片实现与电芯的连接并固定于所述支架上。

5.根据权利要求4所述的安全锂电池，其特征在于，所述连接镍片通过焊接方式与所述灭火装置连接。

6.根据权利要求1所述的安全锂电池，其特征在于，所述灭火装置的顶部设有阀门结构，所述阀门结构打开时释放气态相的相变材料。

7.根据权利要求1所述的安全锂电池，其特征在于，还包括电池管理装置，所述电池管理装置控制所述灭火装置开启，以散布气态相的相变材料。