一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置的制作方法

本发明涉及动力电池安全，尤其涉及一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置。

背景技术：

1、随着电动汽车与储能系统的快速发展，动力电池的安全性能受到广泛关注。动力电池在发生内短路、过充、机械挤压等异常工况时，单体电池可能进入热失控状态，产生高温气体并释放大量热量。若热量不能及时阻隔，热量会通过传导、辐射与喷发等方式传递至相邻单体，引发相邻单体相继失控，最终导致整个电池包起火，即“热蔓延”。现有技术中，针对电池热失控的防护措施主要集中于气体的排出通道设计。例如，现有技术公开了一种电池顶盖组件，其通过设置凸接部形成透气通道，并设置支撑结构以防止电芯顶出堵塞通道；还公开了一种电池包，其在上底板与下底板之间形成排气通道，并通过限定底板厚度与通道间距的比值来保证泄压速率；亦公开了一种电池单体固定支架，其安装槽上设置排气孔并与防爆阀错开布置。

2、然而，上述现有技术存在以下缺陷：

3、其一，现有技术均聚焦于“将气体排出”这一单一环节，而对于排出气体可能点燃电池包外部可燃物的问题未作处理；

4、其二，现有技术均针对单次排气行为进行结构优化，而对于热失控发生后“热蔓延”这一导致整车烧毁的主要原因缺乏针对性措施，特别是对热传导与热辐射两条路径未采取任何阻断手段；

5、其三，现有技术的通道结构均为静态结构，在热失控发生后无法作出动态响应；

6、其四，若采用电控方案实现动态响应，则需依赖温度传感器、控制器与执行器，而在热失控工况下，低压线束与传感器往往先于机构失效，导致电控方案在真实事故场景中可靠性不足；

7、其五，现有技术未利用热失控气体自身所具有的热量与压力，能量被浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决现有技术仅聚焦气体排出而未阻断热传导与热辐射路径、缺乏动态响应机构、以及未利用热失控气体自身能量的问题，而提出的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，包括热熔触发机构、隔热帘展开机构以及涡旋冷却排气通道；所述热熔触发机构包括锁定销、承压板与复位弹簧；所述锁定销由低熔点合金制成，其熔点范围为180℃~220℃；所述承压板设于活塞腔内并可在所述活塞腔内轴向移动；所述复位弹簧的一端抵接于所述承压板，另一端抵接于所述活塞腔的腔底；所述锁定销抵接于所述承压板背向所述活塞腔的一侧，用于将所述承压板锁定于初始位置；所述隔热帘展开机构包括卷轴、扭簧以及隔热帘；所述隔热帘卷绕于所述卷轴上，所述扭簧的一端固定于所述卷轴，另一端固定于壳体；所述卷轴通过联动件与所述承压板连接；所述涡旋冷却排气通道内设有螺旋导流片与颗粒沉降腔，所述螺旋导流片沿所述涡旋冷却排气通道的内壁螺旋延伸，所述颗粒沉降腔设于所述涡旋冷却排气通道的下部。

4、作为上述技术方案的进一步描述：所述隔热帘为陶瓷纤维织物与金属箔复合而成的层状结构，厚度为2mm~5mm，耐温不低于1200℃。

5、作为上述技术方案的进一步描述：所述锁定销的低熔点合金为铋锡铅合金或铋锡镉合金。

6、作为上述技术方案的进一步描述：所述隔热帘展开并覆盖于相邻两个电池模组之间的间隔空间。

7、作为上述技术方案的进一步描述：所述涡旋冷却排气通道与所述隔热帘展开机构并联设置，所述涡旋冷却排气通道在所述隔热帘展开机构失效时保持常开。

8、作为上述技术方案的进一步描述：所述螺旋导流片的螺旋升角为15°~45°。

9、作为上述技术方案的进一步描述：所述颗粒沉降腔的底部设有可拆卸的收集盒。

10、作为上述技术方案的进一步描述：所述承压板的有效承压面积为10cm²~50cm²。

11、作为上述技术方案的进一步描述：所述壳体上设有导向槽，所述隔热帘的两侧边可滑动地设于所述导向槽内。

12、作为上述技术方案的进一步描述：所述联动件为连杆或柔性拉索。

13、作为上述技术方案的进一步描述：还包括限位件，所述限位件设于所述卷轴的一侧，用于在所述隔热帘完全展开后锁定所述卷轴。

14、作为上述技术方案的进一步描述：所述隔热帘的展开时间不大于0.5s。

15、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

16、通过设置热熔触发机构，利用低熔点合金锁定销在高温下熔断的方式实现触发，无须温度传感器、控制器与供电线路，避免了热失控工况下电气系统先失效导致触发失败的问题。

17、热熔触发机构的触发能量来源于热失控气体自身的热量与压力，无须外部能源，充分利用了热失控气体自身的能量。

18、通过设置隔热帘展开机构，在触发后由扭簧驱动隔热帘迅速展开并覆盖相邻模组之间的间隔空间，从而同时阻断热传导与热辐射两条路径，弥补了现有技术仅处理喷发路径的不足；

19、通过设置涡旋冷却排气通道，使高温气体沿螺旋导流片做涡旋运动，利用离心力使气体中的高温颗粒甩向壁面并沉降于颗粒沉降腔内，同时气体在旋流过程中与通道壁面换热而降温，从而降低排出气体的温度与颗粒物含量，降低点燃外部可燃物的风险；

20、通过将涡旋冷却排气通道与隔热帘展开机构并联设置，当隔热帘展开机构因卡滞等原因失效时，排气通道仍保持常开状态，装置退化为直接排气模式，从而具备失效安全特性。

1.一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，包括热熔触发机构、隔热帘展开机构以及涡旋冷却排气通道；所述热熔触发机构包括锁定销（1）、承压板（2）与复位弹簧（3）；所述锁定销（1）由低熔点合金制成，其熔点范围为180℃~220℃；所述承压板（2）设于活塞腔（4）内并可在所述活塞腔（4）内轴向移动；所述复位弹簧（3）的一端抵接于所述承压板（2），另一端抵接于所述活塞腔（4）的腔底；所述锁定销（1）抵接于所述承压板（2）背向所述活塞腔（4）的一侧，用于将所述承压板（2）锁定于初始位置；所述隔热帘展开机构包括卷轴（5）、扭簧（6）以及隔热帘（7）；所述隔热帘（7）卷绕于所述卷轴（5）上，所述扭簧（6）的一端固定于所述卷轴（5），另一端固定于壳体（8）；所述卷轴（5）通过联动件（9）与所述承压板（2）连接；所述涡旋冷却排气通道（10）内设有螺旋导流片（11）与颗粒沉降腔（12），所述螺旋导流片（11）沿所述涡旋冷却排气通道（10）的内壁螺旋延伸，所述颗粒沉降腔（12）设于所述涡旋冷却排气通道（10）的下部。

2.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述隔热帘（7）为陶瓷纤维织物与金属箔复合而成的层状结构，厚度为2mm~5mm，耐温不低于1200℃。

3.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述锁定销（1）的低熔点合金为铋锡铅合金或铋锡镉合金。

4.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述隔热帘（7）展开并覆盖于相邻两个电池模组（13）之间的间隔空间。

5.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述涡旋冷却排气通道（10）与所述隔热帘展开机构并联设置，所述涡旋冷却排气通道（10）在所述隔热帘展开机构失效时保持常开。

6.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述螺旋导流片（11）的螺旋升角为15°~45°。

7.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述颗粒沉降腔（12）的底部设有可拆卸的收集盒（14）。

8.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述承压板（2）的有效承压面积为10cm²~50cm²。

9.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述壳体（8）上设有导向槽（15），所述隔热帘（7）的两侧边可滑动地设于所述导向槽（15）内。

10.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述联动件（9）为连杆或柔性拉索。

11.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，还包括限位件（16），所述限位件（16）设于所述卷轴（5）的一侧，用于在所述隔热帘（7）完全展开后锁定所述卷轴（5）。

12.根据权利要求1所述的一种基于热熔触发与涡旋冷却的电池包热蔓延阻断装置，其特征在于，所述隔热帘（7）的展开时间不大于0.5s。