锂电池汽车自燃后的应急保护系统

技术领域

本发明涉及锂电池汽车自燃后的应急保护系统。

背景技术

作为替代发动机成为汽车“心脏”的动力电池，它的性能与汽车性能息息相关，伴随电池技术的不断升级，汽车续航里程逐步提升、充电时间开始变短，但随之而来的电池安全不确定性也成为了阻碍电动汽车发展的隐患。

锂电池、锂离子电池是当前市场最主流的电池，它被广泛应用于电子产品和汽车上，其适用性和可靠性经得起时间检验。但由于一些设计乃至它本身特性的影响，历史上也发生了诸如三星手机门等电池自燃事件，因此电池安全问题的确值得我们关注。

对于汽车来讲，动力电池自燃的原因主要是热失控，而最常见造成热失控的原因又有激烈碰撞、系统短路等。

正如充电宝剧烈撞击会自燃一样，动力电池遭受撞击同样会自燃。对于锂离子电池来讲，激烈碰撞所带来的严重形变，会造成锂离子电池内部短路，电池所具备的能量将一口气从短路点释放出来造成局部升温，进而引起正负电极、电解液分解，形成热失控。

可以说由碰撞引起的自燃，是最好防范同时也是最难防范的。目前的电动汽车，动力电池组都被布置在车底或后备箱底部，这些位置尽可能避免了激烈的碰撞，同时电池盒的设计也能够在一定程度上保护电池组，这就是它容易防范之处。

但是目前的防范措施仅适用于降低锂电池的自燃几率，对于发生锂电池自然后的防范措施还显得不足。虽然有些保护方案通过撞击时触发电池弹出，以避免电池在内部受到破坏导致自燃或爆炸。但是考虑到电池正常使用需要对其进行冷却并要连接相应的供电、检测、控制电路，因此很难将其与车体其他部分完全隔离，同时如果直接将电池以裸露姿态直接弹射出去容易造成在外界与其他车辆或物体发生二次撞击，这也可能造成自燃或爆炸，进而对其他车辆和物体产生威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池汽车自燃后的应急保护系统，以解决现有技术中对动力电源采用弹出方式进行防自燃保护时存在难以同时满足在车体内方便连接输电和弹出后对电池进行外部保护的技术问题。

所述的锂电池汽车自燃后的应急保护系统，包括车用电池、保护系统触发模块和控制模块，此外还包括锂电池保护模块和锂电池弹出模块，所述锂电池保护模块包括电池设置区、能被所述保护系统触发模块触发运行的保护电机、电池承载板和保护弹簧，所述保护电机设于所述电池设置区底部，所述保护弹簧设于所述电池设置区底部并向上承托起所述电池承载板，所述保护电机的输出轴设有通过所述输出轴转动解除对所述电池承载板限位的限位结构，所述电池承载板被所述限位结构限位时令所述保护弹簧处于压缩状态，所述车用电池放置于所述电池承载板上，所述锂电池弹出模块包括后端连通车体外的滑动通道、与所述滑动通道滑动配合的电池保护罩和设于所述滑动通道中的弹出机构，所述电池保护罩底部和所述滑动通道底部分别设有电池入口和电池通槽，所述动力电池的上部穿过所述电池通槽并部分设于所述电池入口中挡住所述电池保护罩，所述动力电池被所述保护弹簧弹起后通过所述电池入口进入所述电池保护罩并被所述电池入口处的单向阻挡结构挡住无法脱出所述电池保护罩，所述弹出机构上设有能被所述电池保护罩或另一侧冲击力触发解锁的解锁结构，所述解锁结构解锁后所述弹出机构向车辆后侧弹出所述电池保护罩。

优选的，该应急保护系统还包括接口脱离结构，所述结构连接结构包括与所述动力电池的各个接口相连的接口插排板、导向结构和脱离传动机构，所述脱离传动机构包括转动连接在所述所述动力电池设有接口一侧方向的竖直转轴，所述竖直转轴与所述保护电机的输出轴链传动，所述接口插排板通过与所述导向结构滑动连接的移动杆固定连接到驱动板，所述驱动板竖直设置，所述竖直转轴上固定安装有压到所述驱动板上的凸轮，所述接口插排板上设有连接控制模块和汽车供电系统的接头。

优选的，所述保护电机的输出轴上安装有限位板，所述电池承载板上设有容所述限位板穿过的矩形槽，所述矩形槽为长条状与所述限位板顶部的条状平板部分形状相配合，所述限位板穿过所述矩形槽后旋转并扣住所述电机承载板上实现对所述电机承载板的限位。

优选的，所述弹出机构包括垂直安装在所述滑动通道中的隔板、从所述隔板向所述电池保护罩伸出的硬杆、滑动套接在所述硬杆上的弹射板和弹射弹簧，所述弹射弹簧设于所述弹射板与所述隔板之间。

优选的，所述解锁结构包括解锁板，所述解锁板为上下两端连接在所述滑动通道上的易碎薄板，所述电池保护罩上固定有朝向所述解锁板伸出的破板钉，所述硬杆的伸出端顶在所述解锁板上，所述弹射板朝后一侧设有向所述硬杆倾斜伸出并顶在所述解锁板上的斜伸板。

优选的，所述电池保护罩由高强度的耐火隔热材料制成，所述电池保护罩内侧布设有弹性缓冲层。

优选的，所述单向阻挡结构包括通过铰链连接在所述电池入口周侧的卡板，所述卡板外侧挡在所述电池入口的内侧面令所述卡板向内伸出，所述动力电池的底座面积大于所述卡板围成的出口区域而小于所述电池入口的区域，所述电池底座侧面具有凸出的凸出部，所述凸出部位在进入所述电池保护罩后下落时落在所述卡板上面，所述卡板与所述电池保护罩之间通过弹性复位结构连接。

优选的，所述弹性复位结构为设于所述电池保护罩内侧底部的一体化的底部缓冲层，所述卡板和所述电池保护罩的底部均固定连接到所述底部缓冲层，所述底部缓冲层为所述弹性缓冲层的一部分。

优选的，保护系统触发模块包括撞击触发模块，所述撞击触发模块包括感应器壳体、导电滚珠、挡板和感应器弹簧，所述感应器壳体内设有滚珠滑道，所述导电滚珠在所述滚珠滑道内滚动，所述滚珠滑道远离所述导电滚珠一端封闭并连接有所述感应器弹簧，所述感应器弹簧的伸出端连接所述挡板，所述滚珠滑道下侧设有滚珠槽，所述滚珠槽位初始状态下的所述挡板到所述滚珠滑道连接有所述感应器弹簧的端部之间，所述滚珠槽的开口两侧对称设有电极。

优选的，所述保护系统触发模块还包括温度触发模块，温度触发模块用于检测电池设置区的温度，所述撞击触发模块和所述温度触发模块并联连接到所述控制模块，所述控制模块连接所述保护电机并对其进行控制。

本发明的技术效果：1、本方案中具有上下设置的锂电池弹出模块和电池设置区，动力电池在电池设置区中通过保护电机和限位结构设置控制动力电池只有在保护系统触发模块被触发时，才会将动力电池弹入电池保护罩中并使其滞留在电池保护罩中，与此同时解除动力电池与车内系统的电连接，是的电池不在运行停止进一步发热。这样动力电池在电池保护罩中同时受到结构上防冲击保护又能隔离内外热量，在停止发热的情况下防止外界再对电池进行加热对电池有较好的保护效果。与此同时由于在正常使用时，动力电池大部分位于电池保护罩外，因此能通过普通风冷散热结构对其进行散热，也无需在电池保护罩上开设其他用于通入散热装置和连接线路的孔槽，既保证电池保护罩结构强度，又避免热量从上述孔槽即连接部件处穿入。

2、本方案采用的锂电池弹出模块的具体结构，让动力电池在受到撞击后首先被弹入电池保护罩，之后需要二次触发解锁结构才将动力电池弹出车体，避免在某些情况误触发保护电机时直接弹出动力电池，引发电池丢失无法回复汽车动力的情况。另一方面锂电池弹出模块的具体结构又让发生距离撞击时，本方案能通过隔板受冲击对限位板的损坏引发弹出动作而能应对撞击剧烈的情况，而对车辆自身连续收到前方冲击的情况下本方案也能触发电池弹出动作，因此在这两种对汽车容易造成严重破坏的情况下都能弹出电池以提高安全性。

3、本方案通过脱离传动机构令保护电机的动作同步实现接口插排板与动力电池的连接，从而保证只要触发保护电机，动力电池就能立即解除与车内系统的连接，也避免的弹出电池时连接线缆可能在此过程受损或阻碍动力电池地脱离，让弹出电池的效果更加可靠。

4、单向阻挡结构的设置不仅保证了动力电池能方便快速地进入电池保护罩，并能有效保证动力电池无法脱出电池保护罩，并且该结构简单可靠，结合内部的弹性缓冲层能有效在车内外保证其中动力电池的安全性。撞击触发模块则能保证达到一定撞击力度就能持续维持撞击后的报警状态，避免滚珠进入所述滚珠槽后不会因为撞击的力量被立即反弹出滚珠槽，从而减小保护系统触发模块在车辆受到撞击时未被触发的可能。

附图说明

图1为本发明中锂电池汽车自燃后的应急保护系统的模块连接图。

图2为本发明中锂电池汽车自燃后的应急保护系统的结构示意图。

图3为图2所示结构中A区域的放大图。

图4为图2所示结构中电池承载板在被限位状态下的俯视图。

图5为图2所述结构中在隔板受汽车内损坏物体冲击时的结构示意图，有阴影线的箭头表示物体对隔板的冲击方向，空心箭头表示电池保护罩被弹出的方向。

图6为图2所述结构中在车辆受到前方二次冲击时的结构示意图，有阴影线的箭头表示电池保护罩在受冲击时一开始的移动方向，空心箭头表示电池保护罩之后被弹出的方向。

图7为图2所述结构在动力电池被向上弹入电池保护罩过程中开始进入时的局部结构示意图，空心箭头表示动力电池的运动方向。

图8为图2所述结构在动力电池被向上弹入电池保护罩过程中电池底座开始进入电池保护罩时的局部结构示意图，空心箭头表示动力电池的运动方向。

图9为图2所述结构在动力电池被向上弹入电池保护罩过程中电池已经进入并开始下落时的局部结构示意图，空心箭头表示动力电池的运动方向。

图10为图2所述结构中撞击触发模块的结构示意图。

图中附图标记如下：1、电池设置区，2、滑动通道，3、保护电机，4、保护弹簧，5、限位板，6、电池承载板，7、动力电池，8、电池保护罩，9、弹性缓冲层，10、隔板，11、硬杆，12、弹射板，13、解锁板，14、斜伸板，15、弹射弹簧，16、破板钉，17、链轮传动机构，18、竖直转轴，19、凸轮，20、驱动板，21、移动杆，22、导向结构，23、接口插排板，24、矩形槽，25、条状平板部分，26、电池通槽，27、电池入口，28、凸出部，29、卡板，30、铰链，31、底部缓冲层，32、感应器壳体，33、滚珠槽，34、电极，35、感应器弹簧，36、滚珠滑道，37、伸缩杆，38、导电滚珠，39、挡板，40、防脱簧片。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-10所示，本发明提供了锂电池汽车自燃后的应急保护系统，包括车用电池、保护系统触发模块和控制模块，此外还包括锂电池保护模块和锂电池弹出模块，所述锂电池保护模块包括电池设置区1、能被所述保护系统触发模块触发运行的保护电机3、电池承载板6和保护弹簧4，所述保护电机3设于所述电池设置区1底部，所述保护弹簧4设于所述电池设置区1底部并向上承托起所述电池承载板6，所述保护电机3的输出轴设有通过所述输出轴转动解除对所述电池承载板6限位的限位结构，所述电池承载板6被所述限位结构限位时令所述保护弹簧4处于压缩状态，所述车用电池放置于所述电池承载板6上，所述锂电池弹出模块包括后端连通车体外的滑动通道2、与所述滑动通道2滑动配合的电池保护罩8和设于所述滑动通道2中的弹出机构，所述电池保护罩8底部和所述滑动通道2底部分别设有电池入口27和电池通槽26，所述动力电池7的上部穿过所述电池通槽26并部分设于所述电池入口27中挡住所述电池保护罩8，所述动力电池7被所述保护弹簧4弹起后通过所述电池入口27进入所述电池保护罩8并被所述电池入口27处的单向阻挡结构挡住无法脱出所述电池保护罩8，所述弹出机构上设有能被所述电池保护罩8或另一侧冲击力触发解锁的解锁结构，所述解锁结构解锁后所述弹出机构向车辆后侧弹出所述电池保护罩8。

还包括接口脱离结构，所述结构连接结构包括与所述动力电池7的各个接口相连的接口插排板23、导向结构22和脱离传动机构，所述脱离传动机构包括转动连接在所述所述动力电池7设有接口一侧方向的竖直转轴18，所述竖直转轴18与所述保护电机3的输出轴链传动，所述接口插排板23通过与所述导向结构22滑动连接的移动杆21固定连接到驱动板20，所述驱动板20竖直设置，所述竖直转轴18上固定安装有压到所述驱动板20上的凸轮19，所述接口插排板23上设有连接控制模块和汽车供电系统的接头。

导向结构22固定在电池设置区1顶部。链轮传动机构17用于连接保护电机3和所述竖直转轴18，保护电机3的输出轴上固定有主动链轮，竖直转轴18上固定有从动链轮，主动链轮通过传动链与所述从动链轮相连实现穿动，且该传动机构的传动比保证保护电机3旋转九十度令限位板5解锁不在对电池承载板6限位时，竖直转轴18的转动角度能让凸轮19转动到让凸轮19轮缘的远点挤压驱动板20，从而让驱动板20前移，进而让接口插排板23前移脱离动力电池7上的接口，这样动力电池7就能自由向上移动而不受车体中接头或线缆的影响。

所述保护电机3的输出轴上安装有限位板5，所述电池承载板6上设有容所述限位板5穿过的矩形槽24，所述矩形槽24为长条状与所述限位板5顶部的条状平板部分25形状相配合，所述限位板5穿过所述矩形槽24后旋转并扣住所述电机承载板上实现对所述电机承载板的限位。

电池承载板6顶面设有圆形凹槽，条状平板部分25在穿过所述矩形槽24后在圆形凹槽中转动，避免对防止在电池承载板6上的动力电池7造成妨碍，条状平板部分25穿过矩形槽24后转动九十度扣住圆形凹槽底部。圆形凹槽底部与所述条状平板部分25的底部均为光滑表面方便二者相对运动，减少摩擦。

所述弹出机构包括垂直安装在所述滑动通道2中的隔板10、从所述隔板10向所述电池保护罩8伸出的硬杆11、滑动套接在所述硬杆11上的弹射板12和弹射弹簧15，所述弹射弹簧15设于所述弹射板12与所述隔板10之间。

所述解锁结构包括解锁板13，所述解锁板13为上下两端通过热熔胶固定连接在所述滑动通道2上的易碎薄板，所述电池保护罩8上固定有朝向所述解锁板13伸出的破板钉16，所述硬杆11的伸出端顶在所述解锁板13上，所述弹射板12朝后一侧设有向所述硬杆11倾斜伸出并顶在所述解锁板13上的斜伸板14。所述电池保护罩8由高强度的耐火隔热材料制成，所述电池保护罩8内侧布设有弹性缓冲层9。

所述单向阻挡结构包括通过铰链30连接在所述电池入口27周侧的卡板29，所述卡板29外侧挡在所述电池入口27的内侧面令所述卡板29向内伸出，所述动力电池7的底座面积大于所述卡板29围成的出口区域而小于所述电池入口27的区域，所述电池底座侧面具有凸出的凸出部28，所述凸出部28位在进入所述电池保护罩8后下落时落在所述卡板29上面，所述卡板29与所述电池保护罩8之间通过弹性复位结构连接。动力电池7的底座采用高强度的隔热防火材料制造具有一定防火隔热作用。弹性复位结构可以采用设于铰链30上的复位扭簧帮助卡板29复位。

所述弹性复位结构为设于所述电池保护罩8内侧底部的一体化的底部缓冲层31，所述卡板29和所述电池保护罩8的底部均固定连接到所述底部缓冲层31，所述底部缓冲层31为所述弹性缓冲层9的一部分。

保护系统触发模块包括撞击触发模块，所述撞击触发模块包括感应器壳体32、导电滚珠38、挡板39和感应器弹簧35，所述感应器壳体32内设有滚珠滑道36，所述导电滚珠38在所述滚珠滑道36内滚动，所述滚珠滑道36远离所述导电滚珠38一端封闭并连接有所述感应器弹簧35，所述感应器弹簧35的伸出端连接所述挡板39，所述滚珠滑道36下侧设有滚珠槽33，所述滚珠槽33位初始状态下的所述挡板39到所述滚珠滑道36连接有所述感应器弹簧35的端部之间，所述滚珠槽33的开口两侧对称设有电极34。

挡板39与滚珠滑道36端部之间还通过伸缩杆37连接实现导向效果，感应器弹簧35套在所述伸缩杆37外。所述滚子槽上方设有向下凸出的防脱簧片40，防脱簧片40在导电滚珠38进入滚珠槽33后将其下压到滚珠槽33中，保证滚珠进入所述滚珠槽33后不会因为撞击的力量被立即反弹出滚珠槽33，从而减小保护系统触发模块在车辆受到撞击时未被触发的可能。

所述保护系统触发模块还包括温度触发模块，温度触发模块用于检测电池设置区1的温度，所述撞击触发模块和所述温度触发模块并联连接到所述控制模块，所述控制模块连接所述保护电机3并对其进行控制。

本发明在常规状态下，动力电池7并不是设于外壳大部分区域封闭的电池保护罩8中，因此在设有动力电池7的位置还设有降温的风冷系统，能有效对电池降温，而动力电池7与车内系统的连接也能通过。由于接口脱离结构中的接口插排板23实现有效连接和紧急状态下的快速分离，从而保证动力电池7在日常状态的使用可靠性，同时又能实现紧急状态的及时让动力电池7脱离供电并在必要时将动力电池7弹出车体。

在使用时，分为车辆受到撞击和电池所在区域温度过高的情况。当电池设置区1内温度过高，温度触发模块发出报警信号，控制模块接收到报警信号后启动保护电机3，保护电机3快速启动令自身的输出轴转动九十度，从而令限位板5与电池承载板6脱离限位关系。这样保护弹簧4快速将电池承载板6及其上的电池向上弹出，动力电池7上升时其底座上的凸出部28顶起卡板29，卡板29转动后让动力电池7进入电池保护罩8，之后卡板29在扭簧或底部缓冲层31的作用下复位，当动力电池7下降时，动力电池7的底座的凸出部28压在所述卡板29上的底部缓冲层31上，弹性缓冲层9既防止动力电池7与电池保护罩8发生严重撞击，又有助于卡板29复位并减小对卡板29的冲击，保证动力电池7安全。动力电池7在自身底座和电池保护罩8形成的防火隔热区域内不易受车内温度升高影响，而上述过程在保护电机3输出轴转动的同时，还通过脱离传动机构令接口插排板23沿导向结构22与电池的接口分离，这样在不再受到动力电池7供电的情况下，车内温度一般会保持稳定并缓慢下降。而如果车内温度持续升高，当热熔胶达到熔点解锁板13与滑动通道2脱离连接，弹出机构自动将电池保护罩8及其中的动力电池7弹出，防止后者受热发生自燃或爆炸。

如果是收到撞击，撞击触发模块由于滚珠受惯性和冲击影响能落入滚珠槽33造成通电状态改变，从而触发报警信号被发送到控制模块，与电池所在区域温度过高的情况类似，保护电机3被控制模块启动，之后同时完成电池与汽车内系统脱离连接和解除电池承载板6限位结构的动作，动力电池7也一样被向上弹射到电池保护罩8内，这时车载受到电池保护罩8的初步保护。但是如果汽车发生二次碰撞或碰撞剧烈导致滑动通道2内也受到撞击破坏，这会导致解锁机构被触发，进而弹出内装动力电池7的电池保护罩8。如果是碰撞过于剧烈导致动力电池7进入电池保护罩8时，滑动通道2的前端(即受撞击一侧)受到冲击破坏，这样隔板10也会受到冲击向后运动，这时硬杆11就会破开解锁板13，从而让弹射板12能向后弹出，从而通过被解锁板13挡住的弹射板12将内含动力电池7的电池保护罩8弹出，避免后续撞击和燃烧造成其中动力电池7的爆炸。

而如果动力电池7进入电池保护罩8内，虽然上次的撞击没有达到破坏隔板10的程度，当发生第二次撞击时，此时不受动力电池7阻挡的电池保护壳能向前自由滑动，若由于汽车受到撞击急停时产生的惯性导致电池保护壳向前滑动时对解锁板13冲击过大，由于斜伸板14和解锁板13从两侧挤压所述解锁板13，因此在此时解锁板13会快速被破坏，从而导致弹射板12在弹射弹簧15作用下快速被推出车体。虽然上述造成电池保护罩8的弹出是出于不同的原因但都实现了动力电池7在受到电池保护罩8保护情况下与电池保护罩8一起弹出车体，这样既防止在车内受到车体变形、碎片撞击、车辆二次冲撞等多种原因导致的动力电池7受损问题和由此引发的车辆燃烧问题，又能避免电池单独弹出后容易与外界的车辆物体发生二次碰撞，杜绝外界因此受到电池爆炸自燃的威胁。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。