一种动力电池安全防护装置的制作方法

本发明公开了一种动力电池安全防护装置，属于电池安全防护技术领域。

背景技术：

随着新能源汽车市场的快速发展，动力电池得到大量的应用。动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。随着动力电池的大量应用，其安全问题也日益凸显，电池爆炸事故时有发生，其安全性已经成为社会关注的焦点。动力电池爆炸通常主要是由热失控和撞击等引起的。

目前，动力电池安全防护设计主要从体系设计方面提高，一般通过使用热稳定性更高的正负极材料，具有阻燃功能的电解液，高熔点隔膜，陶瓷涂层隔膜，负极陶瓷表面涂覆，ptc添加剂等。以上安全措施都可以提高电池的安全性，抑制电池热失控的发生以及降低热失控发生时的放热量，以避免热失控引起电池发火。

目前电池的设计为了满足能量密度的要求，已经充分的将空间利用起来。电池的安全防护工作很难得到解决。

且动力电池在受到较大的冲击载荷时，容易出现掉电故障。动力电池意外爆炸时，产生的威力较大，通常会使得整个汽车报废。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种动力电池安全防护装置，通过采取多种防护措施，使得动力电池具有抗震和热防护效果，同时在动力电池意外爆炸时，能有效起到吸收爆炸冲击波的作用，防止电池爆炸对人和设备造成毁伤，具有较好的应用价值。

为实现上述目的，本发明提供的一种动力电池安全防护装置，包括动力电池、胶层、防护垫、上缓冲部件、下缓冲部件、隔热层、保护壳和壳盖，其特征在于：

所述胶层为j-2090韧性环氧树脂，灌封于动力电池的圆周，胶层径向厚度2mm～3mm，所述胶层灌封在动力电池和防护垫之间前，在动力电池和防护垫之间均匀放置一圈热缩套管，热缩套管的规格为直径1.5mm，在热缩套管内插入与热缩套管内径相同的金属棒，金属棒上涂抹润滑脂，然后再灌封加热到液态的j-2090韧性环氧树脂，热缩套管所占的横截面积为胶层的横截面积的20％～30％，待j-2090韧性环氧树脂冷却固化后，将金属棒从热缩套管抽取出来。如此设置，j-2090韧性环氧树脂具有较好的弹塑性变形，在动力电池受到外界冲击时，能有效的吸收冲击能量，j-2090韧性环氧树脂构成的胶层内部留有一圈由热缩套管构成的通孔，这是因为j-2090韧性环氧树脂的泊松比较大，受到径向压缩变形时将在轴向产生体积膨胀，因此需要留有容变形空间，且j-2090韧性环氧树脂在受到高温时，固化的状态会变软，能有效的吸收动力电池散发的热量，且动力电池一旦发生爆炸时，是由于热失控造成的，j-2090韧性环氧树脂受热软化后，在受到冲击时，能有效的吸收冲击波能量。

所述防护垫为1mm厚的铍青铜板卷绕而成，构成圆环形构件，置于胶层和隔热层之间，防护垫上均匀分布着圆形通孔，通孔的面积为防护垫总面积的15％～25％，如此设置，因为铍青铜的材料延展性较好，相对比于灌封胶和橡胶类材料，具有较高的抗压强度并能较好的吸收冲击能量。

所述上缓冲部件、下缓冲部件均由缓冲垫和垫片构成，缓冲垫由2mm厚的橡胶材料制成，阻尼系数≥0.7，缓冲垫具有均匀分布的通孔，通孔的面积和为缓冲垫总面积的25％～35％，缓冲垫的上表面粘贴垫片，垫片材料为电气绝缘用聚脂薄膜，如此采用，这是因为橡胶材料泊松比较大，受到轴向压缩变形时将在径向产生体积膨胀，因此需要留有变形的体积空间，垫片是防止j-2090韧性环氧树脂在灌封时，流入到上缓冲部件、下缓冲部件的缓冲垫的通孔内。

所述上缓冲部件、下缓冲部件的缓冲垫的相对变形量δh1与厚度h1之比0.2≤δh1/h1≤0.4，并根据下式调整：

式中，缓冲垫的弹性模量e，单位mpa，邵氏a类硬度ha＝40～70，ml为所述动力电池(1)的质量，单位㎏，a为预期的冲击过载量值，单位m/s²，s1为缓冲垫的面积，单位mm²，h1为缓冲垫的厚度，单位mm，δh为冲击条件下缓冲垫的相对变形量，单位mm。如此设置，缓冲垫在该应变范围内呈现超弹性特性，产生一个平缓的应力平台，有利于降低保护壳对动力电池的作用力，从而降低电池受到的冲击，同时，动力电池意外爆炸时，缓冲垫也能有效的吸收爆炸冲击波能量。

所述隔热层置于防护垫的外围，材料为气凝胶毡，厚度为0.5mm，如此设置，可以有效隔绝动力电池和外部环境之间的热传递，一方面动力电池产生的热量不会影响外部产品，另一方面使得动力电池能在高温环境下使用。

所述保护壳由螺纹或者通过螺钉与壳盖连接而成，保护壳为具有空腔的圆柱体，保护壳的底部具有螺纹孔，保护壳的材料为3d打印技术制造，材料为tc4，孔隙率为40％～50％，孔隙内灌封j-2090环氧灌封胶，这是因为，采用这种复合结构，空气锤试验结果表明，吸收能量可达到3.7mj/cm³以上，缓冲效果非常明显。所述保护壳与所述动力电池的质量比为0.5:1～0.9:1，这是因为在受到冲击过载时，动力电池相对于保护壳做单自由度运动，在此质量范围内，动力电池和保护壳相对位移较小，所述保护壳内部热喷涂陶瓷材料，能有效隔绝保护壳内外部的热环境。

所述壳盖的材料为3d打印技术制造，材料为tc4，孔隙率为40％～50％，孔隙内灌封j-2090环氧灌封胶，壳盖中部具有螺纹孔，壳盖的内部热喷涂陶瓷材料。

所述动力电池的上下端面分别放置上缓冲部件、下缓冲部件，动力电池的圆周外部依次被胶层、防护垫以及隔热层环绕包覆，并通过保护壳和壳盖连成一体。

进一步的，所述上缓冲部件、下缓冲部件在装入保护壳内通过壳盖压紧后，上缓冲部件、下缓冲部件的厚度方向的压缩量为5％～15％。如此设置，在动力电池受到较小的冲击时，能有效过滤掉冲击载荷，提高动力电池使用寿命。

进一步的，所述保护壳和壳盖的螺纹孔上还具有与之相配合的木螺钉。如此设置，在动力电池运输和周转时，用木螺钉可将整个装置封闭起来，提高动力电池的贮存环境。

本发明的工作原理如下：

以保护壳为参照对象，在冲击过载的作用下，装在保护壳内部的动力电池相对于保护壳将产生前冲或者后座运动。上缓冲部件、下缓冲部件构成轴向缓冲层，中间具有通孔的胶层以及防护垫构成径向缓冲层，在轴向和径向缓冲层的保护下，将使得动力电池的高频振动情况得到有效抑制，降低动力电池受到的冲击过载峰值，对动力电池进行有效的缓冲保护，提高动力电池在高冲击环境条件下的使用寿命。此外上缓冲部件、下缓冲部件采用橡胶材料，具有良好的隔热效果，且保护壳和壳盖内具有陶瓷隔热涂层，也能有效的隔绝动力电池和外部之间的热交换。保护壳和壳盖提供了结构支撑，能承受较大的冲击载荷而不变形。

附图说明

图1是本发明实施例中一种动力电池安全防护装置的结构组成示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1—动力电池，2—胶层，3—防护垫，4—上缓冲部件，5—下缓冲部件，6—隔热层，7—保护壳，8—壳盖。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一种优选实施例，如图1所示，包括动力电池1、胶层2、防护垫3、上缓冲部件4、下缓冲部件5、隔热层6、保护壳7和壳盖8，其特征在于：

所述胶层2为j-2090韧性环氧树脂，灌封于动力电池1的圆周，胶层2径向厚度2mm～3mm，胶层2的内部均匀分布着一圈通孔；

所述防护垫3为1mm厚的铍青铜板卷绕而成，构成圆环形构件，置于胶层2和隔热层6之间，防护垫3上均匀分布着圆形通孔，通孔的面积为防护垫3总面积的15％～25％；

所述上缓冲部件4、下缓冲部件5均由缓冲垫和垫片构成，缓冲垫由2mm厚的橡胶材料制成，阻尼系数≥0.7，缓冲垫具有均匀分布的通孔，通孔的面积和为缓冲垫总面积的25％～35％，缓冲垫的上表面粘贴垫片，垫片材料为电气绝缘用聚脂薄膜；

所述上缓冲部件4、下缓冲部件5的缓冲垫的相对变形量δh1与厚度h1之比0.2≤δh1/h1≤0.4，并根据下式调整：

式中，缓冲垫的弹性模量e，单位mpa，邵氏a类硬度ha＝40～70，ml为所述动力电池1的质量，单位㎏，a为预期的冲击过载量值，单位m/s²，s1为缓冲垫的面积，单位mm²，h1为缓冲垫的厚度，单位mm，δh为冲击条件下缓冲垫的相对变形量，单位mm；

所述隔热层6置于防护垫3的外围，材料为气凝胶毡，厚度为0.5mm；

所述保护壳7由螺纹或者通过螺钉与壳盖8连接而成，保护壳7为具有空腔的圆柱体，保护壳7的底部具有螺纹孔，保护壳7的材料为3d打印技术制造，材料为tc4，孔隙率为40％～50％，孔隙内灌封j-2090环氧灌封胶，所述保护壳7与所述动力电池1的质量比为0.5:1～1.2:1，所述保护壳7内部热喷涂陶瓷材料；

所述壳盖8的材料为3d打印技术制造，材料为tc4，孔隙率为40％～50％，孔隙内灌封j-2090环氧灌封胶，壳盖8中部具有螺纹孔，壳盖8的内部热喷涂陶瓷材料；

所述动力电池1的上下端面分别放置上缓冲部件4、下缓冲部件5，动力电池1的圆周外部依次被胶层2、防护垫3以及隔热层6环绕包覆，并通过保护壳7和壳盖8连成一体。

作为本实施例的一种优选实施例，所述胶层2灌封在动力电池1和防护垫3之间前，在动力电池1和防护垫3之间均匀放置一圈热缩套管，热缩套管的规格为直径1.5mm，在热缩套管内插入与热缩套管内径相同的金属棒，金属棒上涂抹润滑脂，然后再灌封加热到液态的j-2090韧性环氧树脂，热缩套管所占的横截面积为胶层2的横截面积的20％～30％，待j-2090韧性环氧树脂冷却固化后，将金属棒从热缩套管抽取出来。

作为本实施例的一种优选实施例，所述上缓冲部件4、下缓冲部件5在装入保护壳7内通过壳盖8压紧后，上缓冲部件4、下缓冲部件5的厚度方向的压缩量为5％～15％。

作为本实施例的一种优选实施例，所述保护壳7和壳盖8的螺纹孔上还具有与之相配合的木螺钉。

将动力电池1用相同体积和质量的金属体代替，在金属体和保护壳7上安装压力传感器，用空气锤进行冲击载荷测试，保护壳7受到的径向过载15000g，持续时间200μs时，金属体受到的径向过载3700g，持续时间330μs，保护壳7受到的轴向过载20000g，持续时间180μs时，金属体受到的轴向过载4700g，持续时间300μs，由试验测试数据可以看出，采用本实施例可以有效对动力电池1进行保护。

在金属体内装入5克聚黑14炸药，模拟动力电池1爆炸，进行了10发试验，虽然胶层2被挤碎，但从外形看，保护壳7和壳盖8均没有损伤，由试验测试数据可以看出，采用本实施例可以有效对动力电池1意外爆炸进行防护。

将本实施例从常温20℃拿到80℃的高温环境中，经过24h后，测试动力电池1的温度为31.7℃，由试验测试数据可以看出，采用本实施例可以有效对动力电池1进行热防护。

本领域的技术人员容易理解，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。