一种防爆定向泄压型电池盒及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种防爆定向泄压型电池盒及其制备方法，所述电池盒由盒体和盒盖组成，所述盒体和盒盖均由纤维通过缠绕成型工艺制备得到，所述盒体和盒盖通过螺栓连接，所述盒体上分布有孔洞，所述盒盖、盒体口做倾斜设置，所述盒盖与盒体成一定角度。本发明设计的电池盒能够使电池爆炸的能量按照预设的方向泻出，避免从其它方向泻出，这样就可以保证乘车人员的生命安全，也能够扩大锂电池的使用范围。本发明所述电池盒具有质量轻、防爆性好、定向释放爆炸能量等优点，能够显著提高电池的使用安全。
【专利说明】
一种防爆定向泄压型电池盒及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及电池设备技术领域，具体涉及一种防爆定向泄压型电池盒及其制备方法。【背景技术】
[0002]随着大气环境污染的加剧，对汽车燃料的要求越来越高，电动汽车也顺应需求逐渐发展起来。电动汽车使用电池来提供能源，其中电池以锂电池为主。锂电池具有能量密度高、输出功率大、平均输出电压高、循环性能好、充放电速度快、工作温度范围宽、使用寿命长等优点，所以近几年锂电池发展迅速。
[0003]但是在不正常使用、或者温度过高的情况下，锂电池存在爆炸的危险，如果用在电动汽车上的锂电池发生爆炸则会严重危害乘车人员的生命安全。然而目前，电池盒防爆常常仅是用作“防患于未然”，即尽量降低意外爆炸的可能性，如中国专利(CN103000837A)公开了一种防爆电池盒，该发明通过在电池盒本体空腔内设有防振弹簧从而减少因颠簸发生电池爆炸的情况，但是一旦发生爆炸，该电池盒根本起不到任何保护作用。因此如何在电池意外爆炸时尽可能避免损失，保障乘车人员的生命安全，也就成为本领域亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供一种防爆定向泄压型电池盒，所述电池盒具有质量轻、防爆性好、定向释放爆炸能量等优点，能够显著提高电池的使用安全。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种防爆定向泄压型电池盒，由盒体和盒盖组成，所述盒体和盒盖均由纤维通过缠绕成型工艺制备得到，所述盒体和盒盖通过螺栓连接，所述盒体上分布有孔洞，所述盒盖和盒体口做倾斜设置，所述盒盖与盒体成一定角度；
[0007]优选的，所述盒盖和盒体所用纤维由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维中的一种或几种构成；
[0008]优选的，所述盒盖由浸渍树脂的纤维缠绕在芯板上，然后固化成型制备得到，所述芯板为金属芯板或者塑料芯板;所述盒体由浸渍树脂的纤维缠绕在芯模上，然后固化成型制备得到，所述芯模为金属芯模或者塑料芯模；
[0009]进一步优选的，所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂；
[0010]更进一步优选的，所述热固性树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂;所述热塑性树脂为聚乙烯或聚丙烯；[〇〇11]优选的，当电池盒水平放置于汽车底部时，所述盒盖和盒体之间夹角小于90°，则电池爆炸产生的能量向地面方向泄出；
[0012]进一步优选的，所述盒盖和盒体之间夹角为40°。[〇〇13]优选的，当电池盒水平放置于汽车顶部时，所述盒盖和盒体之间夹角大于90°，则电池爆炸能量向汽车顶部上方泄出；
[0014]进一步优选的，所述盒盖和盒体之间夹角为135°。
[0015]优选的，所述孔洞直径为1mm?5_，用来散热和布线，孔洞过大会降低盒体的力学性能，也可能会成为爆炸释放能量的通路，使得该电池盒达不到定向泄压的作用;直径过小不利于电池线的通过。
[0016]本发明还公开了所述电池盒的制备方法，所述制备方法如下:
[0017](1)制备盒盖:将浸渍树脂后的纤维均匀缠绕在芯板上，可以选用一种纤维，也可以选用多种纤维;选用多种纤维时，根据需要，可以将多种纤维混合后同时缠绕，也可以先缠绕一种纤维，再缠绕另一种纤维，缠绕纤维后在常温或者加热或者辐射的条件下使树脂固化，得到纤维增强复合材料电池盒盒盖;在盒盖四周钻孔，便于后续制备过程中螺栓通过；
[0018](2)制备盒体:制备盒体的芯模的四周分布有孔洞，孔洞直径为1mm?5mm，并且有短管穿过孔洞，浸渍树脂的纤维在芯模外均匀绕过短管缠绕，纤维、树脂及固化方法与盒盖的制备相同，固化后拔掉短管，这样得到的盒体四周布有孔洞，用来散热和排线。与盒盖接触部位钻孔，使螺栓通过；
[0019]⑶使用螺栓，将电池盒盒盖和盒体连接起来即得。
[0020]有益效果:
[0021]1.本发明采用纤维缠绕成型工艺制备得到盒体和盒盖，能够使电池盒的各个方向都有连续纤维增强，因此具有良好的力学性能，进而起到防爆的作用。而目前见报道的纤维增强复合材料电池盒采用的短切纤维增强或者单向纤维增强，这两种方式制备的复合材料能够减轻传统电池盒的重量，但是短切纤维增强复合材料的强度较低，单向纤维增强仅在纤维轴向方向强度较高，其它方向强度较低，所以这两种纤维增强复合材料电池盒基本很难起到防爆作用，而本发明采用纤维缠绕成型工艺，使得电池盒的各个方向都有连续纤维增强，因此具有良好的力学性能，进而起到防爆作用，也正是基于其良好的防爆效果，使得爆炸能量只能从盒盖口出泄出，结合盒盖与盒体的角度设计，从而达到定向泄压之目的；
[0022]2.本发明制备得到的电池盒突破传统，在使用时并非如一般电池盒盒盖在上，盒盖在下的竖直放置模式，而是将电池盒水平放置。结合本发明形状、构造之特有设计，在电池意外爆炸时即可起到良好的定向泄压作用。具体的，本发明电池盒的盒盖和盒体通过螺栓连接，并且盒盖与盒体口做倾斜设置，则盒盖与盒体具有一定的角度；当电池意外发生爆炸时，会产生大量的能量，由于盒盖和盒体的连接处是通过螺栓连接，而其它位置都是缠绕成型制备的纤维增强复合材料，因此如果发生爆炸所产生的能量足够大，能够使螺栓失效， 盒盖脱落，而由于盒体具有良好的防爆效果，能量只能从盒盖处释放出来，而通过改变盒盖和盒体的角度，能够控制能量释放的方向。当电动汽车的电池放置于汽车底部时，此时设置的电池盒的盒盖和盒体的夹角小于90°，受设置角度影响，爆炸产生的能量向地面方向泄出，这样发生爆炸时，也不会对电池上方的乘车人员带来过大的危险；当电动汽车的电池放在汽车顶部时，此时设置的电池盒的盒盖和盒体的夹角大于90°，一旦发生爆炸，由于盒体由连续纤维增强，具有防爆作用，爆炸能量从相对薄弱的螺栓连接方向即盒体口处泻出，受设置角度影响，爆炸能量向汽车顶部上方泄出，能够保证在电池盒下方乘车人员的人身安全。同时，盒体上分布的孔洞设置合理，既有利于散热和布线，同时尽量减少对盒体的力学性能影响。
[0023]总之，本发明结构设计合理，制备工艺简单，具有质量轻、防爆性好、定向泄压释放爆炸能量等优点，能够切实提高电池的使用安全，保障人员安全。【附图说明】[〇〇24]图1为盒盖俯视图；[〇〇25]图2为盒体俯视图；[〇〇26]图3为电池盒结构示意图；[〇〇27]图4为实施例1电池盒外形示意图；[〇〇28]图5为实施例2电池盒外形示意图。
[0029]图中，1-1为盒盖；1-2为盒盖上的螺栓孔;2-1为盒体;2-2为盒体上的螺栓孔;3-1 为盒盖;3_2为盒体;3_3为螺检;3_4为盒体上的孔洞。【具体实施方式】
[0030]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
[0031]实施例1
[0032]本实施例以放在汽车底部的电池盒为例进行说明。[〇〇33] 1、电池盒盒体的制备[〇〇34]选用聚乙烯盒作为盒体的芯模，芯模的四周分布有孔洞，孔洞直径为1mm，并且短管穿过孔洞，短管超过盒体表面5mm，将浸渍环氧树脂的12k高模量聚乙烯纤维在聚乙烯芯模外均匀绕过短管缠绕一层，然后再将浸渍环氧树脂的12k碳纤维在外层均匀绕过短管缠绕2层，缠绕后纤维总厚度为2mm，将缠绕后的盒体放入120°C烘箱中，使环氧树脂固化，固化后拔掉短管，这样得到高模量聚乙烯和碳纤维缠绕增强的盒体，盒体四周布有1mm孔洞，用来散热和排线。在与盒盖接触部位钻孔，使螺栓通过。[〇〇35] 2、盒盖的制备[〇〇36]选用聚乙烯板作为盒盖的芯模，将浸渍环氧树脂的12k高模量聚乙烯纤维在聚乙烯板外均匀缠绕一层，然后再将浸渍环氧树脂的12k碳纤维在外层均匀缠绕2层，缠绕后纤维总厚度为2_，将缠绕后的盒盖放入120°C烘箱中，使环氧树脂固化，这样得到高模量聚乙烯和碳纤维缠绕增强的盒盖。在与盒体接触部位钻孔，使螺栓通过。[〇〇37] 3、电池盒的组装
[0038]使用螺栓将电池盒盒体和盒盖连接起来。[〇〇39]组装后的电池盒如图4所示，图中箭头所示的方向为盒盖的位置，电池盒水平放置，组装后电池盒的盒体和盒盖成40°夹角，一旦发生爆炸，由于盒体由连续纤维增强，具有防爆作用，爆炸能量从相对薄弱的螺栓连接方向泻出，也就是从上图中箭头的方向泻出，能够保证在电池盒上方乘车人员的人身安全。
[0040] 实施例2[0041 ]本实施例以放在汽车顶部的电池盒为例进行说明。[〇〇42] 1、电池盒盒体的制备
[0043]选用铝盒作为盒体的芯模，芯模的四周分布有孔洞，孔洞直径为2mm，并且短管穿过孔洞，短管超过盒体表面5mm，将浸渍乙烯基树脂的12k高强玻璃纤维在铝芯模外均匀绕过短管缠绕4层，缠绕后纤维总厚度为3mm，然后辐照盒体，使基体辐射固化，固化后拔掉短管，这样得到高强玻璃纤维增强的盒体，盒体四周布有2_孔洞，用来散热和排线。在与盒盖接触部位钻孔，使螺栓通过。[〇〇44]2、盒盖的制备
[0045]选用铝板作为盒盖的芯模，将浸渍乙烯基树脂的12k高强玻璃纤维在铝板外均匀缠绕4层，缠绕后纤维总厚度为3mm，然后辐照盒盖，使基体辐射固化，这样得到高强玻璃纤维缠绕增强的盒盖。在与盒体接触部位钻孔，使螺栓通过。[〇〇46]3、电池盒的组装
[0047]使用螺栓将电池盒盒体和盒盖连接起来。[〇〇48]组装后的电池盒如图5所示，图中箭头所示的方向为盒盖的位置，电池盒水平放置，组装后电池盒的盒体和盒盖成135°夹角，一旦发生爆炸，由于盒体由连续纤维增强，具有防爆作用，爆炸能量从相对薄弱的螺栓连接方向泻出，也就是从上图中箭头的方向泻出， 能够保证在电池盒下方乘车人员的人身安全。
[0049]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，由盒体和盒盖组成，所述盒体和盒盖均由 纤维通过缠绕成型制备得到，所述盒体和盒盖通过螺栓连接，所述盒体上分布有孔洞，所述 盒盖、盒体口做倾斜设置，所述盒盖与盒体成一定角度。2.如权利要求1所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，所述盒盖和盒体所用 纤维由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维中的一种或几种构成。3.如权利要求1所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，所述盒盖由浸渍树脂 的纤维缠绕在芯板上，然后固化成型制备得到，所述芯板为金属芯板或者塑料芯板;所述盒 体由浸渍树脂的纤维缠绕在芯模上，然后固化成型制备得到，所述芯模为金属芯模或者塑 料芯模。4.如权利要求3所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，所述树脂为热固性树 脂或热塑性树脂;优选的，所述热固性树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂，所述热 塑性树脂为聚乙烯或聚丙烯。5.如权利要求1所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，当电池盒水平放置于 汽车底部时，所述盒盖和盒体之间夹角小于90°。6.如权利要求5所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，所述盒盖和盒体之间夹角为40°。7.如权利要求1所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，当电池盒水平放置于 汽车顶部时，所述盒盖和盒体之间夹角大于90°。8.如权利要求7所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，所述盒盖和盒体之间 夹角为135°。9.如权利要求1所述的一种防爆定向泄压型电池盒，其特征在于，所述孔洞直径为1mm ?5mm〇10.如权利要求1-9任意一项所述电池盒的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下:(1)制备盒盖:将浸渍树脂后的纤维均匀缠绕在芯板上，可以选用一种纤维，也可以选 用多种纤维;选用多种纤维时，根据需要，可以将多种纤维混合后同时缠绕，也可以先缠绕 一种纤维，再缠绕另一种纤维，缠绕纤维后在常温或者加热或者辐射的条件下使树脂固化， 得到纤维增强复合材料电池盒盒盖;在盒盖四周钻孔，便于后续制备过程中螺栓通过；(2)制备盒体:制备盒体的芯模的四周分布有孔洞，孔洞直径为1mm?5mm，并且有短管 穿过孔洞，浸渍树脂的纤维在芯模外均匀绕过短管缠绕，纤维、树脂及固化方法与盒盖的制 备相同，固化后拔掉短管，这样得到的盒体四周布有孔洞；与盒盖接触部位钻孔，使螺栓通 过；(3)使用螺栓，将电池盒盒盖和盒体连接起来即得。
【文档编号】H01M2/12GK105957984SQ201610546673
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】乔琨, 朱波, 高学平, 于宽
【申请人】山东大学, 山东山大天维新材料有限公司