防爆阀、电池组及装置的制作方法

[0001]
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种防爆阀、电池组及装置。


背景技术：

[0002]
在诸如电动汽车等使用电池作为动力源的装置中，电池受到外界环境激励，如机械、电、热等作用时，存在失控风险，甚至会引发火灾、爆炸等灾害性事故。
[0003]
电池组中的电池发生热失控时会对外释放大量能量，同时产生大量高温失控气体与颗粒的混合物，并且可能喷出燃烧火焰和/或伴随高温火星，失控行为会给电池组带来强烈的机械冲击及热危害，例如喷出的燃烧火焰和高温火星会使电池组内的温度迅速提高并造成电池组的自燃，带来极大的安全隐患。


技术实现要素：

[0004]
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种防爆阀、电池组及装置，其能够有效排出失控气体并能够阻燃阻火以及降温。
[0005]
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种防爆阀，其包括阻火构件和透气膜。所述阻火构件用于与电池组的壳体相连，且所述透气膜固定于所述阻火构件，所述电池组能够依次通过所述阻火构件和所述透气膜与外部进行气体交换。
[0006]
在一实施例中，所述阻火构件包括阻火器组件和主体。所述主体具有进口端和出口端，所述进口端与所述壳体的内部连通，且所述出口端与所述阻火器组件连通。所述透气膜固定于所述阻火器组件。
[0007]
在一实施例中，所述阻火器组件具有远离所述主体的第一端和与所述第一端相反设置的第二端。所述透气膜固定于所述第一端。所述主体的所述出口端与所述第二端相连，所述主体的所述进口端与所述壳体相连。
[0008]
在一实施例中，所述防爆阀还包括第一过滤结构。所述第一过滤结构设置于所述主体的进口端。
[0009]
在一实施例中，所述主体的内部形成连通所述进口端和所述出口端的流道。所述防爆阀还包括第二过滤结构，所述第二过滤结构设置于所述主体的流道内。
[0010]
在一实施例中，所述第二过滤结构活动设置于所述主体的流道内。所述防爆阀还包括弹性件，所述弹性件用于连接所述第二过滤结构和所述阻火器组件。
[0011]
在一实施例中，第一过滤结构和第二过滤结构为过滤网。第一过滤结构的网孔目数小于第二过滤结构的网孔目数。
[0012]
在一实施例中，所述阻火器组件包括阻火盘和阻火盘壳体。所述阻火盘固定于所述阻火盘壳体内，所述阻火盘壳体与所述主体的出口端固定。
[0013]
在一实施例中，所述阻火盘的横截面形成有多个通道。
[0014]
在一实施例中，所述阻火盘的通道为三角形通道或波纹形通道。
[0015]
在一实施例中，所述主体为渐扩式结构，所述主体的截面积从所述进口端到所述
出口端逐渐扩大。
[0016]
在一实施例中，所述主体的外壁上设置有多个散热片，所述多个散热片沿所述主体的周向间隔设置于所述外壁上。
[0017]
在一实施例中，所述防爆阀还包括阀盖。所述阀盖用于与所述阻火器组件可拆卸地相连，所述阀盖上开设有透气孔，且所述透气膜位于所述阀盖和所述阻火器组件之间。
[0018]
为了实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种电池组，其包括前述的防爆阀、壳体以及多个电池模块。所述多个电池模块收容于所述壳体内。所述防爆阀设置于所述壳体上且与所述壳体内部连通。
[0019]
为了实现上述目的，再一方面，本发明提供了一种装置，其包括前述的电池组，电池组用于提供电能。
[0020]
本发明的有益效果如下：
[0021]
在电池组中的多个电池模块发生热失控时会对外释放大量能量，同时产生失控产物，失控产物包括大量高温失控气体、颗粒的混合物以及喷出的燃烧火焰或伴随着的高温火星，其中高温火星容易引燃可燃气体，从而迅速提高了电池组内的温度。本申请的防爆阀在本申请的电池组的使用过程中，当电池组的壳体内部发生热失控时，由于壳体内部气压骤增，电池组通过防爆阀泄压，高温失控气体冲击熔化透气膜，形成畅通气流通道。失控产物通过防爆阀时，其中燃烧火焰和高温火星通过阻火构件后被扑灭去除，且高温失控气体通过阻火构件后降温，最后未燃失控气体直接排出，从而本申请的防爆阀能够有效排出失控气体，并且能够阻燃阻火以及降温，防止电池组自燃，从而防止电池组爆炸，同时也能够有效防止高温失控气体引燃防爆阀外的其他可燃物或可燃气体，避免造成更严重的安全问题。
附图说明
[0022]
图1是根据本发明的电池组的立体图。
[0023]
图2是图1中的圆圈部分的放大图。
[0024]
图3是根据本发明的防爆阀的立体图。
[0025]
图4是从另一角度观察的图3的防爆阀的立体图。
[0026]
图5是根据本发明的防爆阀的分解立体图。
[0027]
图6是根据本发明的防爆阀的部分分解立体图。
[0028]
图7是根据本发明的防爆阀的阻火器组件的阻火盘的示意图。
[0029]
图8是根据本发明的防爆阀的主体的立体图。
[0030]
图9是从另一角度观察的根据本发明的防爆阀的主体的立体图。
[0031]
图10是根据本发明的防爆阀的第二过滤网的示意图。
[0032]
其中，附图标记说明如下：
[0033]
p电池组
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123流道
[0034]
p10防爆阀
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124外壁
[0035]
1阻火构件
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124a凹槽
[0036]
11阻火器组件
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2透气膜
[0037]
111a第一端
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3第一过滤结构
[0038]
111b第二端
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4第二过滤结构
[0039]
112阻火盘
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5弹性件
[0040]
112a通道
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6散热片
[0041]
113阻火盘壳体
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7阀盖
[0042]
113a第一固定法兰
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71透气孔
[0043]
113b第二固定法兰
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72卡扣
[0044]
113c卡槽
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p20壳体
[0045]
12主体
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p30电池
[0046]
121进口端
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t厚度方向
[0047]
122出口端
具体实施方式
[0048]
附图示出本发明的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本发明。
[0049]
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明。术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0050]
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“前”、“后”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。
[0051]
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
[0052]
本申请的装置是指使用根据本申请的电池组p作为电源的装置，其中电池组p用于提供电能。所述装置包括主体以及根据本申请的电池组p，电池组p设置于主体。所述装置可为轮船、车辆等。所述车辆为新能源汽车，其可以为纯电动汽车，也可以为混合动力汽车或增程式汽车。车辆的主体设置有驱动电机，驱动电机与电池组p电连接，由电池组p提供电能，驱动电机通过传动机构与车辆的主体上的车轮连接，从而驱动汽车行进。另外，电池组p还可用于储能电柜中，以提供电能。
[0053]
参照图1和图2所示的示例，根据本申请的电池组p包括根据本申请的防爆阀p10、壳体p20以及多个电池模块p30。多个电池模块p30收容于壳体p20内。根据本申请的防爆阀p10设置于壳体p20上且与壳体p20内部连通。
[0054]
电池模块p30排列布置于壳体p20内。电池模块p30包括多个电池。电池可为硬壳电池(或称为罐型电池)或软包电池(或称为袋型电池)。硬壳电池包括电极组件、电池壳体、顶盖、电极端子、防爆阀以及注液孔等。电池壳体的内部形成收容腔，以容纳电极组件和电解液。电极组件包括正极片、负极片以及将正极片和负极片间隔开的隔离膜。软包电池包括封装袋(例如由铝塑膜形成)、电极组件(与硬壳电池的构成和成型类似)以及极耳。
[0055]
参照图1至图5所示的示例，根据本申请的防爆阀p10包括阻火构件1和透气膜2。阻
火构件1用于与电池组p的壳体p20相连，且透气膜2固定于阻火构件1，电池组p能够依次通过阻火构件1和透气膜2与外部进行气体交换。其中，透气膜2可焊接固定于阻火构件1。
[0056]
在电池组p中的多个电池模块p30发生热失控时会对外释放大量能量，同时产生失控产物，失控产物包括大量高温失控气体、固体颗粒的混合物以及喷出的燃烧火焰或伴随着的高温火星，其中高温火星容易引燃可燃气体，从而迅速提高了电池组p内的温度。本申请的防爆阀p10在本申请的电池组p的使用过程中，当电池组p的壳体p20内部发生热失控时，由于壳体p20内部气压骤增，电池组p通过防爆阀p10泄压，失控气体冲击熔化透气膜2，形成畅通气流通道。失控产物通过防爆阀p10时，其中燃烧火焰和高温火星通过阻火构件1后被扑灭去除，且高温失控气体通过阻火构件1后降温，最后未燃失控气体直接排出，从而本申请的防爆阀p10能够有效排出失控气体，并且能够阻燃阻火以及降温，防止电池组p自燃，从而防止电池组p爆炸，同时也能够有效防止高温失控气体引燃防爆阀p10外的其他可燃物或可燃气体，避免造成更严重的安全问题。
[0057]
参照图2至图6，在一些实施例中，具体地，阻火构件1包括阻火器组件11和主体12。阻火器组件11具有远离主体12的第一端111a和与第一端111a相反设置的第二端111b。主体12具有进口端121和出口端122。主体12的进口端121与壳体p20的内部连通，且出口端122与阻火器组件11连通。透气膜2固定于阻火器组件11。阻火器组件11具有阻火阻燃以及为高温失控气体降温的作用。透气膜2具体可固定于阻火器组件11的第一端111a。透气膜2的具体固定位置不限于此，例如透气膜2也可固定于阻火器组件11的第二端111b。透气膜2一方面对防爆阀p10起到密封的作用，防止水汽的进入，另一方面可以有效保证电池组p内外的气压平衡。
[0058]
壳体p20开设有防爆口(未示出)，阻火构件1连接于防爆口以与壳体p20内部连通。阻火构件1可通过主体12与壳体p20相连接。参照图2至图4所示的实施例中，具体地，主体12的出口端122与阻火器组件11的第二端111b相连，主体12的进口端121与壳体p20相连。其中，主体12与壳体p20的连接不限于此，也可以是主体12的出口端122与壳体p20相连，当然也可以是进口端121和出口端122之间的任意部位与壳体p20相连接。另外，阻火构件1也可通过阻火器组件11与壳体p20相连接，其中可以是阻火器组件11的第一端111a与壳体p20相连接，可以是阻火器组件11的第二端111b与壳体p20相连接，也可以是第一端111a和第二端111b之间的任意部位与壳体p20相连接。也就是说，阻火构件1与壳体p20连接的连接位置不受限制。而且，阻火构件1与壳体p20的连接方式也不受限制，可通过诸如焊接等不可拆卸地连接方式连接。考虑到方便装拆，也可通过诸如螺纹连接等可拆卸地连接方式将阻火构件1与壳体p20相连。如图2至图4所示，在一些实施例中，主体12与壳体p20相连，主体12的进口端121与壳体p20的防爆口规格一致，且主体12的进口端121焊接连接于防爆口，但连接方式不限于此，保证密封连接即可。主体12的出口端122与阻火器组件11的第二端111b相连，主体12的出口端122与阻火器组件11的第二端111b规格一致，且主体12的出口端122与阻火器组件11的第二端111b焊接连接，但连接方式不限于此，保证密封连接即可。
[0059]
如图5和图6所示，在一些实施例中，具体地，阻火器组件11包括阻火盘112和阻火盘壳体113。阻火盘112固定于阻火盘壳体113内。阻火盘壳体113与主体12的出口端122固定。其中，阻火盘壳体113可与主体12的出口端122焊接固定，以实现阻火器组件11与主体12的连接。但固定方式不限于此，保证密封固定即可。
[0060]
参照图5至图7所示的示例，阻火盘112的横截面形成有多个通道112a，以用于熄灭燃烧火焰和高温火星，并降低高温失控气体温度后使失控气体通过。具体地，阻火盘112的通道112a为三角形通道或波纹形通道，可促进阻火盘112的器壁效应，从而使阻火盘112能够有效熄灭燃烧火焰和高温火星，并降低高温失控气体的温度。
[0061]
在图7所示的实施例中，阻火盘112为圆形形状。阻火盘112的通道112a为三角形通道。阻火盘112可由波纹薄板材料和平板材料沿阻火盘112的径向交替卷绕在阻火盘112的中心轴上，形成多个三角形孔隙(即横截面为三角形的多个通道112a)。在这种情况下，阻火盘112给火焰提供了直线流通通道。阻火盘112也可以由两个方向折成的波纹型的薄板材料沿阻火盘112的径向交替卷绕在阻火盘112的中心轴上，形成多个波纹形孔隙(即横截面为波纹形的多个通道112a)。在这种情况下，阻火盘112还给火焰提供了曲折的流通通道。阻火盘112的通道112a窄小，可起到阻火的作用。同时通道112a的数量多，孔隙率高，可流通的气体流量大，保证热失控产生的气体能够顺利通过防爆阀p10排出。阻火盘112可由不锈钢材料卷绕而成，例如不锈钢片，以在阻火盘112高效发挥作用的基础上保证较低的制造成本。
[0062]
阻火盘壳体113可采用不锈钢或铝合金等金属材料。在图5和图6所示的实施例中，具体地，阻火盘壳体113包括第一固定法兰113a和第二固定法兰113b。第一固定法兰113a和第二固定法兰113b从阻火盘112的厚度方向t的两侧压紧固定阻火盘112，第一固定法兰113a和第二固定法兰113b通过螺栓固定在一起，以固定阻火盘112，以便于固定阻火盘112并保证其密封性。在这里补充说明的是，当阻火器组件11与主体12连接时，第一固定法兰113a和第二固定法兰113b可通过螺栓与主体12的出口端122固定。
[0063]
阻火构件1的阻火原理可分为两个方面，一方面是传热作用，根据低于着火点燃烧就会停止这一原理，当火焰通过阻火盘112的多个细小的通道112a之后将变成多个细小的火焰，阻火盘112尽可能扩大细小火焰和通道112a的通道壁的接触面积，强化传热，使火焰温度降到着火点以下，从而阻止火焰蔓延。另一方面是器壁效应(作为阻火原理的主要机理)，燃烧与爆炸不是分子间直接反应，而是外来能量的激发，分子键遭到破坏，产生活化分子，活化分子分裂为活泼自由基，自由基与其他分子碰撞生成新产物，当燃烧的可燃气体通过狭窄的通道112a时，自由基与通道壁的碰撞几率增大，参加反应的自由基减少，当通道112a窄到一定程度时，自由基与通道壁的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应不能继续进行，即燃烧反应不能通过阻火盘112继续传播，从而起到阻火、阻燃以及降温的作用。
[0064]
参照图5和图6，在一些实施例中，透气膜2可固定于阻火盘壳体113。透气膜2可为圆形形状，但不限于此。透气膜2可采用具有防水透气特性的聚四氟乙烯材质制成，用于保持电池组p内的气压和外部气压平衡。为了便于透气膜2的固定，可将透气膜2固定于环形槽中，将透气膜2边缘包裹并固定，透气膜2通过环形槽密封焊接于阻火盘壳体113上。
[0065]
主体12可选用吸热效果好的轻质耐火材料，例如不锈钢材料，轻质耐火材料形成吸热层，能够降低高温烟气的温度。
[0066]
如图5和图6以及图8和图9所示，在一些实施例中，主体12为渐扩式结构，主体12的截面积从进口端121到出口端122逐渐扩大。渐扩式结构的主体12能够增大气体流通截面面积，以降低排出的气体流速，从而提升防爆阀p10的阻火效果。
[0067]
如图5和图6以及图8和图9所示，在一些实施例中，主体12的进口端121与壳体p20
相连，主体12的出口端122与阻火器组件11的第二端111b相连，主体12的外壁124上可设置有多个散热片6。多个散热片6沿主体12的周向c间隔设置于外壁124上。通过散热片6有效排出阻火构件1吸收的热量，降低因电池组p热失控产生的高温对周围环境带来的不良影响，避免阻火构件1因内部温度过高而减弱阻火效果。散热片6可采用传热效果好的耐火材料，例如可采用不锈钢材料。散热片6的形状可为扇形，散热效果好。当然也可为其他形状。散热片6可通过卡扣固定在外壁124上形成的凹槽124a内，以安装方便。
[0068]
如图5所示，在一些实施例中，防爆阀p10还可包括第一过滤结构3。第一过滤结构3设置于主体12的进口端121。第一过滤结构3由耐高温材料制成。第一过滤结构3可为孔径较小的过滤网。主体12的进口端121设有开口，用于安装第一过滤结构3，第一过滤结构3的形状和大小与主体12的进口端121相适应，第一过滤结构3密封安装于进口端121处。在电池组p发生热失控时，往往伴随着大量的高温固体颗粒或熔融物，冷却后会附着在防爆阀p10中，可能会堵塞阻火构件1和透气膜2，导致电池组p内大量的失控气体不能有效地排出，电池组p积聚压力，可能引起电池组p爆炸。第一过滤结构3能够阻挡大部分的固体颗粒或熔融物，过滤掉失控产物中的固体颗粒或熔融物。
[0069]
如图5和图6所示，在一些实施例中，主体12的内部形成连通进口端121和出口端122的流道123。防爆阀p10还可包括第二过滤结构4。第二过滤结构4设置于主体12的流道123内，以对失控产物进行进一步过滤，过滤掉第一过滤结构3未过滤掉的固定颗粒或熔融物，更有利于减少固定颗粒或熔融物的排出，并防止堵塞阻火构件1和透气膜2。第二过滤结构4由耐高温材料制成。第二过滤结构4可为孔径较小的过滤网。参照图10所示的示例，第二过滤结构4的形状和大小与主体12的流道123相适应。
[0070]
参照图5和图6所示的示例，第一过滤结构3和第二过滤结构4可为过滤网，第一过滤结构3的网孔目数小于第二过滤结构4的网孔目数。从而先通过第一过滤结构3过滤掉大固定颗粒，再进一步通过第二过滤结构4过滤掉易阻塞阻火盘112的通道112a的小固定颗粒。第一过滤结构3的网孔目数优选范围在5目和10目之间。第二过滤结构4的网孔目数优选范围在10目到30目之间。
[0071]
第二过滤结构4活动设置于主体12的流道123内。防爆阀p10还包括弹性件5，弹性件5具有弹性，弹性件5的形状不受限制，只要能给第二过滤结构4提供一定的弹性支撑即可。弹性件5需具有耐高温的特性，弹性件5可为弹簧等弹性件。弹性件5可焊接固定于阻火盘112的中心。弹性件5用于连接第二过滤结构4和阻火器组件11。第二过滤结构4与阻火器组件11通过弹性件5连接，当电池组p发生热失控时，高温失控气体涌入流道123，且气流为方向紊乱的湍流，第二过滤结构4受到的气压不均匀，较大的气流冲击第二过滤结构4，由于弹性件5的弹性作用，第二过滤结构4会借由气压产生的力沿流道123前后抖动，从而能够抖落粘附在第二过滤结构4上的固体颗粒，减小固体颗粒堵塞第二过滤结构4的可能性。另外活动设置的第二过滤结构4与主体12的流道123可分离，从而形成额外的气流通路，有效提升防爆阀p10的泄压效率。
[0072]
参照图5和图6，在一些实施例中，防爆阀p10还可包括阀盖7。阀盖7用于与阻火器组件11可拆卸地相连。阀盖7上开设有透气孔71，且透气膜2位于阀盖7和阻火器组件11之间。
[0073]
如图5和图6所示，在一些实施例中，阀盖7可为圆形塑料盖，与阻火盘112形状相适
应，便于与阻火器组件11安装。透气孔71用于气体交换，透气孔71可为任意形状，图5和图6中示出的透气孔8为长方形。在电池组p正常工作的条件下，防爆阀p10的设置可保证电池组p内外的气压平衡，且当电池组p发生热失控致使气压达到一定压力时，产生的失控气体可以冲开阀盖7而排出壳体p20外，形成畅通气流通道。
[0074]
阀盖7可通过卡扣形式与阻火器组件11可拆卸地相连，当电池组p内的气压达到一定阈值时，阀盖7打开，实现泄压的目的。如图5所示，阀盖7上设置有卡扣72，阻火盘壳体113上设置有卡槽113c，阀盖7和阻火器组件11之间通过卡扣72和卡槽113c相连。当然卡扣和卡槽也可相反设置。
[0075]
透气膜2和阀盖7之间可设有密封件，例如密封圈，以实现防爆阀p10的密封性能。
[0076]
在一些实施例中，当电池发生热失控时，由于气压骤增，失控气体冲击熔化透气膜2并冲开阀盖7，形成畅通气流通路。产生的高温失控气体和高温固体颗粒通过防爆阀p10时，第一过滤结构3首先去除大部分大固体颗粒，然后第二过滤结构4进一步过滤掉小固体颗粒，同时弹性件5的抖动可以抖落粘附在第二过滤结构4上的固定颗粒或熔融物，防止固体颗粒或熔融物阻塞气流通路。燃烧的火焰和高温火星进入阻火盘组件1而被去除，并伴随着对高温失控气体的降温。最后，未燃失控气体直接排出，不会发生意外自燃现象且不会发生引燃电池组p内外的其他可燃物的情况，从而保证电池组p的安全。
[0077]
上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。
[0078]
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。