一种动力电池自熄保护装置的制作方法

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种动力电池自熄保护装置。

背景技术

动力电池是指为电动汽车、电动列车或者电动自行车提供动力的蓄电池。动力电池包括磷酸锂铁电池、燃料电池以及铅酸蓄电池。由于动力电池具有寿命长、大容量、高能量密度和高功率的特点，动力电池的应用前景被广泛看好，同时针对动力电池的安全性问题也越来越受重视。

动力电池自燃的原因：

动力电池自燃，其最根本的原因之一为电池热失控。电池热失控定义：指电池内部出现放热连锁反应引起电池温升速率急剧变化的过热现象。电池的热失控在宏观上主要表现为冒烟、起火燃烧以及爆炸。电池热失控的诱因：机械电气诱因(碰撞、针刺、挤压、电解液泄漏)、电化学诱因(内短路、过充电、过放电、浸水(电解水反应))、热诱因(电池包内接触电阻变大引起局部热集中、电池包温度过高(环境着火)、温控效果达不到要求)。

电动汽车起火大部分源自于动力电池的自燃，根据统计，动力电池自燃分为正常行驶过程中自燃、静置停放自燃、充电过程自燃和事故碰撞自燃。在动力电池自燃起火,剧烈的燃烧,可能使温度达到600-1000摄氏度,同时将会伴随浓烟释放出大量有毒气体，如氰化氢等。动力电池起火后难以进行扑灭,再加上动力电池中的电芯紧密排列,任何一颗电芯出现高温或者破损,都可能引起动力电池内的其它电芯相继被点燃,最终形成大火。这对于快速发展的新能源汽车而言，将会成为大面积存在的潜在隐患。遗憾的是,针对动力电池起火的问题,尚且还没有技术能够解决,只能降低其发生的几率来降低危害。

动力电池自燃不仅会带来财产损失，还会严重危害驾驶人的安全，由于动力电池集中分布，动力电池自燃速度非常迅速，在几分钟内燃烧会扩散到整车，留给驾驶人反应和逃离的时间很短。

无论是单体锂电池还是车载动力电池，都有相应的国家强制标准来约束其安全性，如GB/T 31467.3和GB/T 31485。不过这些强制标准也只是对动力电池本身对于机械外力的抵抗能力有一定要求，并不足以去应对大多数车辆碰撞事故，更没能从动力电池起火本身去设计考虑。

动力电池在使用过程中，需要进行可靠的保护，使得动力电池工作高效、稳定运行，保证使用安全。在动力电池老化或大功率使用情况下，会造成动力电池过载发热，甚至发生故障产生爆炸引起火灾。

根据目前的研究，防止动力电池自燃可以从电池内部结构和电池外部结构两方面来着手。

在电池内部层面，第一可以通过表面包覆，在正极表面包覆一个能量和活性都比较低的物质，减少高活性物质与电解液的直接接触，减少电池副反应；第二可以通过构建浓度梯度的材料。将高镍作为核，用一些低镍含量的材料作为壳，让它内外有一个浓度梯度，有助于降低材料界面的反应活性，从而提高电池安全性；第三可以通过提高SEI膜的热稳定性。采用有机脂类，有机磷酸盐，或者含氟的锂盐来提高负极SEI膜的分解温度，从而提升其热稳定性；第四通过在电芯上发展自激发热保护技术，让电芯根据自身温度，调整电流或功率的输出。一般利用温敏材料切断危险温度下电极上的电子传输或离子传输，关闭电池反应。

电池内部阻燃可以有效减少电池自燃发生，但是研究周期过长，新技术的应用成本高等原因，利用电池外部结构进行阻燃更加经济高效，在电池外部结构层面，第一是通过提高动力电池的箱体的结构强度、刚度和耐腐蚀性，避免由于机械碰撞的原因导致电池自燃，第二是通过在动力电池箱体内添加阻燃材料，避免动力电池燃烧扩散。但动力电池在箱体内采用集中排布，一个动力电池单体发生热失控会导致四周的动力电池单体温度升高，成了动力电池热失控的隐患。

但现有的动力电池保护装置缺乏对防止动力电池起火和动力电池自熄的重视，需要进行改进，以克服当前实际应用和保护的不足。

现有技术一种储能电池模块阻燃结构及方法中的不足如下：

1、该阻燃结构中所有动力电池排列一起，没有单独的电池腔，单个动力电池燃烧会迅速蔓延。

2、该阻燃结构采用硬壳金属，没有考虑电池燃烧时会发生鼓包等形变现象。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种动力电池自熄保护装置，以解决上述背景中防止动力得电池起火和动力电池自熄的问题。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种动力电池自熄保护装置，包括内层材料和外层保护罩；

外层保护罩包括相互连接的保护罩上部和保护罩下部；保护罩下部中间隔设置多个电池腔和内层材料腔；

内层材料放置在内层材料腔中，动力电池放置在电池腔中。

进一步地，保护罩上部上设置有多个第一透气口，多个第一透气口分布在保护罩上部四周，使保护罩内空气与外界自由交换。

进一步地，每个内层材料腔的上部均设置有多个第二透气口，在电池发生燃烧时，内部材料通过第二透气口流出内层材料腔充满保护罩，隔绝外部空气进入，防止电池继续燃烧。

进一步地，保护罩上部和保护罩下部的内表面设置有一层阻燃层，阻燃层厚度的范围为2～5mm。

进一步地，阻燃层的材料包括石棉、阻燃硅胶或环氧树脂。

进一步地，内部材料为复合型石蜡阻燃剂混合物，阻燃剂材料为硼酸锌、埃洛石、氯化石蜡、二氧化硅、硅树脂、聚硅氧烷、聚磷酸铵或季戊四醇；定型剂为聚丙烯；内部材料采用相变材料，相变温度在50-60℃，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。

复合型石蜡具有相变潜热大，能够熔化并吸收电池燃烧散发热量，减慢电池燃烧扩散，相变熔化后使阻燃剂充满保护罩，阻燃剂隔绝空气、阻止挥发性可燃物溢出，在电池发生燃烧后自动灭火，起到自熄效果。

进一步地，外层保护罩的材料包括铝合金、钢板或碳纤维。

进一步地，保护罩上部和保护罩下部上分别设置有保护罩上部螺孔和保护罩下部螺孔，用于连接和固定保护罩上部和保护罩下部。

进一步地，内部材料的最小厚度为30mm。

进一步地，电池腔允许容纳的动力电池的厚度为60mm-65mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的动力电池自熄保护装置，使用的内部材料为复合型石蜡阻燃剂混合物，复合型石蜡具有相变潜热大，能够熔化并吸收电池燃烧散发热量，减慢电池燃烧扩散，相变熔化后使阻燃剂充满保护罩，阻燃剂隔绝空气、阻止挥发性可燃物溢出，在电池发生燃烧后自动灭火，起到自熄效果。

本发明的动力电池自熄保护装置，保护罩采用耐高温和高压材料，通过保护罩上部的第一透气口，使保护罩内空气与外界自由交换，同时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。内部材料和保护罩可以在电池发生形变时产生相应形变，减小电池压力，保护动力电池。

本发明动力电池腔间隔排布，可以有效防止连续的热失控和燃烧蔓延。

附图说明

图1为本发明实施例中一种动力电池自熄保护装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例中保护罩上部的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例中保护罩下部的俯视结构示意图。

具体实施方式

在本说明书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用与区别类似的对象，不必用于本说明书一个或多个实施例所描述特征的先后顺序或次序。此外，术语“具备”、“包含”以此相似表达，意图在于说明覆盖不排它的一个范围，例如，包含了一系列的步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于详细列出的内容，而是可包括没有列出的对于这些步骤或模块所涉及的固有内容。

首先，对本发明一个或多个实施例设计的专业术语进行说明。本发明中的术语含义：

动力电池热失控：动力电池充放电伴随着电池内部发生复杂的电化学反应和放热，当动力电池发生故障或者老化，电池的电化学副反应加剧，电池放热加剧，放热后进一步促进副反应，导致电池温度迅速升高，发生电池爆炸或燃烧。

相变材料：相变材料指在温度不变情况下能够吸收和释放大量潜热的物质。

阻燃剂：是指能够提高材料的难燃性、自熄性或者消烟性的功能材料，包括卤系阻燃剂、硅系阻燃剂、膨胀系阻燃剂和无机纳米阻燃剂，阻燃剂通过化学反应形成致密的碳化层阻隔空气，并且吸收逃逸的可燃气体，达到阻燃效果。

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案作进一步详细地说明，显然，所描述地实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动法前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种动力电池自熄保护装置，如图1、图2、图3所示，包括内层材料9和外层保护罩；

外层保护罩包括相互连接的保护罩上部1和保护罩下部2；保护罩下部2中间隔设置多个电池腔5和内层材料腔6；

内层材料9放置在内层材料腔6中，动力电池放置在电池腔5中。

本实施例中，保护罩上部1设置有四个第一透气口7，四个第一透气口7分布在保护罩上部1四角。

本实施例中，每个内层材料腔6的上部均设置有2个第二透气口8。

本实施例中，保护罩上部1和保护罩下部2的内表面设置有一层石棉阻燃层10，石棉阻燃层10厚度的范围为2mm。

本实施例中，内部材料9为复合型石蜡阻燃剂混合物，阻燃剂材料为埃洛石；定型剂为聚丙烯。

本实施例中外层保护罩的材料采用铝合金。

保护罩上部1和保护罩下部2上分别设置有保护罩上部螺孔3和保护罩下部螺孔4，用于连接和固定保护罩上部1和保护罩下部2。

本实施例中内部材料9的厚度为30mm。

本实施例中电池腔5允许容纳的动力电池的厚度为65mm。

本发明的工作原理：动力电池在发生燃烧时，动力电池在电池腔5内放热，内部材料9吸收动力电池燃烧的热量，内部材料9吸收热量后相变熔化通过第二透气口8流入电池腔5，内部材料9中的埃洛石在电池腔5内与动力电池燃烧表面接触，接触面上生成连续和致密碳层，隔绝空气。

动力电池发生热失控时，内部材料9为复合型石蜡埃洛石混合物，可以在相变温度50-60摄氏度内吸收大量热量，避免电池温度继续升高，防止电池燃烧；动力电池燃烧导致动力电池膨胀变形，被挤压的内部材料9可以通过第二透气口8到达电池腔5上方，内部材料9在接触到动力电池表面后，内部材料9中的埃洛石在动力电池上方形成碳层，此时内部材料9完全将动力电池包裹，动力电池与空气隔绝，阻止动力电池继续燃烧，保护罩上部1和保护罩下部2使用耐高温高压的铝合金材料，在电池发生燃烧时不发生形变。

实施例2：

一种动力电池自熄保护装置，如图1、图2、图3所示，包括内层材料9和外层保护罩；

外层保护罩包括相互连接的保护罩上部1和保护罩下部2；保护罩下部2中间隔设置多个电池腔5和内层材料腔6；

内层材料9放置在内层材料腔6中，动力电池放置在电池腔5中。

本实施例中，保护罩上部1设置有四个第一透气口7，四个第一透气口7分布在保护罩上部1四角。

本实施例中，每个内层材料腔6的上部均设置有3个第二透气口8。

本实施例中，保护罩上部1和保护罩下部2的内表面设置有一层石棉阻燃层10，石棉阻燃层10厚度的范围为2mm。

本实施例中，内部材料9为复合型石蜡阻燃剂混合物，阻燃剂材料为硼酸锌；定型剂为聚丙烯。

本实施例中外层保护罩的材料采用铝合金。

保护罩上部1和保护罩下部2上分别设置有保护罩上部螺孔3和保护罩下部螺孔4，用于连接和固定保护罩上部1和保护罩下部2。

本实施例中内部材料9的厚度为30mm。

本实施例中电池腔5允许容纳的动力电池的厚度为65mm。

所述内部材料9可以在电池发生燃烧时，在电池高温燃烧处形成致密的隔膜，隔绝空气，达到阻燃，设置3个第二透气口8促进内部材料9与外界交换热量，达到降温。

实施例3：

一种动力电池自熄保护装置，如图1、图2、图3所示，包括内层材料9和外层保护罩；

外层保护罩包括相互连接的保护罩上部1和保护罩下部2；保护罩下部2中间隔设置多个电池腔5和内层材料腔6；

内层材料9放置在内层材料腔6中，动力电池放置在电池腔5中。

本实施例中，保护罩上部1设置有四个第一透气口7，四个第一透气口7分布在保护罩上部1四角。

本实施例中，每个内层材料腔6的上部均设置有2个第二透气口8。

本实施例中，保护罩上部1和保护罩下部2的内表面设置有一层阻燃硅胶阻燃层10，阻燃硅胶阻燃层10厚度的范围为2mm。

本实施例中，内部材料9为复合型石蜡阻燃剂混合物，阻燃剂材料为埃洛石；定型剂为聚丙烯。

本实施例中外层保护罩的材料采用碳纤维。

保护罩上部1和保护罩下部2上分别设置有保护罩上部螺孔3和保护罩下部螺孔4，用于连接和固定保护罩上部1和保护罩下部2。

本实施例中内部材料9的厚度为30mm。

本实施例中电池腔5允许容纳的动力电池的厚度为65mm。

所述保护罩上部1和保护罩下部2采用碳纤维材料，碳纤维材料密度小、耐撞击、耐腐蚀，阻燃层材料为阻燃硅胶，在动力电池燃烧时，电池膨胀形成鼓包，阻燃层和外层保护罩也会发生相应形变，减小动力电池压力，保护动力电池。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化、修改、替换和变形。这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。