电池包

技术领域

本主题总体上涉及电池包结构，并且更具体地但不排他地涉及防火电池包结构。

背景技术

可充电电池，例如锂离子电池和铅酸电池，通常用于便携式电子产品和许多汽车应用中。由于更好的功率效率和预期寿命，锂离子电池优选用于所述便携式电子设备和许多汽车应用。在汽车工业中，锂离子电池用于满足电气部件的电力需求和辅助发动机启动运转。此外，锂离子电池广泛用于汽车领域，为电动或混合动力车辆提供牵引力。

锂离子电池包括多个锂离子电池。每个锂离子电池包括阳极、阴极和浸没在充当电解质的溶剂中的隔板。隔板将阳极和阴极隔离，但允许锂离子通过。多个锂离子电池放置在电池保持器中，该保持器进一步封装在壳体中。电池包的壳体和电池保持器通常由热塑性材料制成。

随着锂离子电池效率的提高，出现与高温相关的设计挑战，有时温度过高可能会在极端高温的锂离子电池中点燃火焰。锂离子电池中使用的热塑性电池保持器不能充分地阻止火焰从一个电池模块传播到另一电池模块。电池包内的火焰膨胀导致电池包中产生过压。电池包内部积聚的过压会导致电池包变形和故障。许多锂离子电池设置有牺牲构件，该牺牲构件熔化并在两个电池模块之间形成空间，但这并不能确保有效地阻止火焰传播到其他模块。在某些情况下，电池包内部产生的压力可能会导致爆炸，这可能会危及汽车用户的生命。

附图说明

结合附图参考电池包的实施例来描述细节。在整个附图中使用相同的附图标记来表示相似的特征和部件。图1示例性地例示电池包。

图2示例性地例示电池包及其部件的分解视图。

图3示例性地例示电池包的主要零件的分解视图。

图4示例性地例示波纹状的第一分隔结构。

图5示例性地例示电池包内的电池模块封装的分解视图。

图6示例性地例示电池包的水平分解视图。

图7示例性地例示第二分隔结构连同电池包的分解视图。

图8示例性地例示具有插入结构和多个支撑结构的第二分隔结构的分解视图。

图9示例性地例示具有插入结构的另一可能的实施例。

具体实施方式

为了防止锂离子电池的火焰膨胀，很少有锂离子电池使用高温绝缘材料，这增加了电池的额外成本。此外，在有限的空间内将大量锂离子电池封装在电池包中是一项具有挑战性的任务，因为它要求电池保持器、隔板和电池模块在宽温度范围内尺寸稳定、机械坚固且耐冲击，使其能够延缓电池包中的火焰传播。此外，电池包中紧密封装的电池需要减少空间和成本来满足封装要求。上述问题非常关键，因此为了电池包的安全和健康，应予以缓解以上问题。因此，需要改进设计的紧凑型电池包，用于安全、可靠和稳定的设备，不受热失控效应的影响，并克服上述所有问题以及已知技术的其他问题。

根据本主题的一个方面，为了提供一种安全且紧密封装的电池，电池包配置有被配置为将多个电池单元隔离的至少多个分隔结构，多个分隔结构包括在至少第一分隔结构和基本上正交设置的至少一个第二分隔结构，适于防止火焰传播到电池包的另外的电池单元。

额外地，本主题的实施例提供至少第一分隔结构和至少第二分隔结构，至少第一分隔结构适于将多个电池单元竖直分隔，至少第二分隔结构适于将电池模块与电池壳体盖水平分隔。电池模块设置于形成多列的电池模块保持器中，至少第一分隔结构竖直设置于多列之间。至少第一分隔结构设置在多排之间，其中电池单元的形状顺应电池模块中的多个电池单元中的每个电池的纵向表面轮廓或形状。

本主题的另一实施例具有波纹状的第一分隔结构，其用作具有电池模块的紧凑封装的分隔结构，因为它与其他分隔结构相比占用更少的空间。与其他分隔结构不同的是，第一分隔结构上设置的波纹为第一分隔结构增加了刚度和强度，并使结构能够占据电池单元之间的间隙空间。第一分隔结构的灵活特性有助于其在电池单元之间轻松调整。设置在电池包中的两个电池单元之间的分隔结构由诸如不锈钢之类的金属制成。第一分隔结构充当壁，从而限制火焰传播到电池包内的其他电池单元。与传统电池包中用于阻止火焰传播的热塑性塑料相比，不锈钢在性质上非常稳定，并且具有非常好的柔韧性。不锈钢具有非常高的熔点，有助于承受更高的火焰温度并限制火焰在电池模块内的传播。

根据本主题的另一实施例，由不锈钢制成的第一分隔结构的厚度处于0.2mm-2mm的范围内。该厚度提供了第一结构的紧凑封装，而不会损害第一分隔结构的性能、其刚度和强度，以达到在电池包中延缓火焰的目的。

根据本主题的另一实施例，多个第二分隔结构设置在所述电池模块的顶部分和底部分上。第二分隔结构适于局部限制电池包内部的火焰，从而起到放置在电池包顶部分和底部分的壁的作用。在本实施例中，第二分隔结构包括多个不锈钢插入件，在该插入结构的两侧模制有多个支撑结构。插入结构由导热性差、熔点高、抗拉强度高的不锈钢制成。所述插入结构设有金属型材，以保持插入结构的刚度和强度并限制其弯曲。然而，插入结构可以由表现出差的导热性、高熔点和高抗拉强度的任何材料制成。为了保持插入结构的强度、刚度和寿命，在插入结构的两侧表面上形成有多个升高表面。围绕中心设置的空腔如此形成的升高表面被设计为矩形形状，圆形端部放置在插入结构的中心。然而，中心设置的空腔可以根据电池模块的结构具有不同的形状。

根据本主题的另一实施例，插入结构在插入结构的两侧上模制有多个支撑结构，以防止其与多个电池模块的端子发生任何电接触，从而保护电池包避免短路。所述多个支撑结构由塑料材料制成。支撑结构可以由任何具有高介电强度的绝缘材料代替塑料制成。多个支撑结构包括类似于梳子的多个突出部以支撑插入结构。在本实施例中，四个支撑结构设置在插入结构的拐角处，所述多个突出部面向插入结构的中心。

根据本主题的又一实施例，电池包可具有电池与电池的分隔结构，该结构具有多个不锈钢电池轮廓顺应片，以防止火焰在电池模块之间传播。

根据本主题的又一实施例，将塑料结构组装在电池模块上用于绝缘，然后通过胶水或热封将金属片组装在塑料结构的顶部分。在另一实施例中，不是增加第二分隔结构，而是增加壳体的厚度或改变壳体的材料，从而将火焰限制在壳体内部。下面参照电动车辆电池包中的实施例连同附图对本发明实施例进行详细说明。然而，本发明不限于本实施例。参考附图进一步描述本主题。应当注意，描述和附图仅说明本主题的原理。可以设计各种布置，尽管在此没有明确描述或示出，但涵盖本主题的原理。此外，本文中引用本主题的原理、方面和示例以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。

图1示例性地例示在电动车辆中使用的具有锂离子电池模块(未示出)的电池包100的立体图。本配置适用于具有电池模块(未示出)的任何电池包100。电池包100被封装在电池壳体盖101中，电池壳体盖101是盒状结构，优选地具有壳体的至少六个侧面。电池壳体盖101的形状可以是矩形或正方形。图2示例性地例示锂离子电池200的分解立体图。锂离子电池200(以下称为电池)包括电池模块保持器203、电池模块202、设置在电池壳体盖101内部的多个分隔结构(201，211)、后壳体盖206和前壳体盖205。

电池模块保持器203容纳电池模块202。电池模块保持器203包括上部和下部，使得电池模块202被夹在这两个部分之间。上部和下部设有多个插槽(未示出)以容纳来自电池模块202的每个电池，以形成或彼此串联或彼此并列或锯齿形排列的紧密封装的电池簇。然而，电池模块202的配置不限于上述结构并且可以具有许多其他配置。

多个分隔结构以将所述电池单元208以安全的方式彼此隔离的方式配置于电池200中，以防止潜在火灾在电池内部蔓延。多个分隔结构包括至少第一分隔结构201和至少第二分隔结构211。至少第一分隔结构201适于将电池模块202竖直分隔或隔离，至少第二分隔结构211适于将电池模块202与电池壳体盖101水平分隔或隔离。多个电池模块202设置在形成多排的电池模块保持器203中，至少第一分隔结构201在空隙空间中竖直地隔离设置在多排之间。至少第一分隔结构201设置在与电池模块202中的每个电池的形状一致的多排之间。电池模块保持器203、电池模块202、第二分隔结构211和第一分隔结构201在布局中紧密封装，并设置在电池壳体盖101的内部。电池壳体盖101的后部由电池后壳体盖206封闭。后壳体盖206是网状结构(未示出)，其设置用于允许来自电池包200内部的大气的冷却空气。这样做是为了通过通过自然方式提供冷却来防止电池包200的温度升高。电池包200的前部设置有板，该板具有电池包200的操作所必需的其他电连接(未示出)。这些部件对于将电池包100连接到外部端子(未示出)以从电池包100输送电力是必不可少的。电池包200的前部连同具有电连接的板进一步被前壳体盖205覆盖，以将整个电池包200固定并封装在一个部分中。

图3示例性地例示电池包100的几个主要零件的分解立体图。电池模块保持器203保持电池模块202的电池并确保电池模块202被紧密封装。这种紧凑的封装减小了电池包(未显示)的尺寸，这在电动车辆中非常重要，并解决了空间限制问题。电池模块202被配置在电池模块保持器203内，以有效地设置在电池模块保持器203中存在的间隙空间中。这些电池模块202被电连接以产生牵引电动车辆(未示出)所需的电力。第一分隔结构201设置在相邻的两个电池单元208之间，用于阻止火焰从一个电池单元传播到另一电池单元。该第一分隔结构201用作所述电池单元208之间的壁。第一分隔结构201设置在两个电池单元208之间的可用间隙空间之间，确保电池包100的紧凑性。在电池100发生事故或不良影响的情况下，如果一个电池单元208由于热失控、火灾或短路而受到影响，由于第一分隔结构201的放置，这些影响不会传递到另一电池单元208。第一分隔结构201将冲击保持在冲击已经开始的那个电池单元208中并且不允许在电池包100中建立过大的压力。如果在电池包100内部积聚这种过压，可能会损坏整个电池100或者甚至导致爆炸或火灾。因此，从安全的角度来看，第一分隔结构201是电池包100中非常关键的元件。根据另一方面，电池模块202的引导还为每个电池单元208提供稳定性，以承受不希望的振动或冲击载荷。

图4示例性地例示第一分隔结构201的一个波纹片的立体图。第一分隔结构201由不锈钢制成。不锈钢为第一分隔结构201提供所需的刚度和强度，以用作电池包(未示出)内的两个电池单元(未示出)之间的安全可靠的壁。不锈钢在性质上非常稳定并且具有非常好的柔韧性，这有利于将第一分隔结构201放置在电池单元(未示出)之间。由于不锈钢具有非常高的熔点，它可以承受非常高的火焰温度，因此在热失控或火灾的情况下不会熔化，从而有效地限制了火焰传播到其他电池单元(未显示)。此外，不锈钢具有非常低的导热性，可确保在相邻的电池单元(未显示)中不会传导热量或火焰。由不锈钢制成的每片第一分隔结构201的厚度处于电动车辆中使用的0.2mm至2mm的范围内。该厚度可以根据电池包(未显示)的应用而变化。该厚度提供了电池包(未示出)连同第一分隔结构201的紧凑封装，而不损害由具有刚性和强度的不锈钢制成的第一分隔结构201的特性。然而，第一分隔结构201可以由任何具有高熔点、高抗拉强度和较差导热性的金属制成。

当从第一分隔结构201的侧部观察时，如图4所示的第一分隔结构201在结构的两个边缘具有波纹表面。提供这些波纹是为了确保一个电池单元(未显示)与另一电池单元(未显示)隔离，并允许两个电池单元(未显示)之间没有接触，而仍然保持电池包(未显示)的紧凑性。代替电池100的每个电池具有单独的隔板，单片波纹状的第一隔板结构201用于限制设置在每个电池单元之间的火焰传播的目的。这也降低了电池包(未显示)的总成本。第一分隔结构201的波纹部分提供了灵活性，同时容易地将结构201放置在间隙空间内。

图5示例性地例示电池包内的电池模块202的封装的分解立体图。在图5中示出电池(未示出)中的单独的电池单元208的当前配置。单独的电池209被放置在一条线上以形成电池单元208。相似的电池单元208形成并彼此平行放置，以制造电池包(未示出)的电池模块202。波纹状的第一分隔结构201邻近每个电池单元208放置，以便将每个单元208彼此隔离。第一分隔结构201的宽度与电池包(未图示)的单独的电池209的高度相同，第一分隔结构201的长度与电池单元208的长度相同。这是为了确保一个电池单元208与另一电池单元208的适当屏蔽，从而确保电池包(未示出)的完全安全。

图6示例性地例示电池包(未示出)的水平分解立体图。具有电池组210的电池包(未示出)包括具有形成多个电池单元(未示出)的多个电池(未示出)的电池模块(未示出)、电池模块保持器(未示出)、第一分隔结构(未示出)和第二分隔结构(未示出)。所述电池包(未示出)还包括电池组210、覆盖电池组210的顶部分、底部分和侧面的电池壳体101。电池组210的后部由电池后壳体盖206封闭。电池组210的前部被前壳体盖205覆盖，以将整个电池包(未示出)固定和封装在一个部分中。

图7示例性地例示多个第二分隔结构211连同电池组210的分解立体图，其中第二分隔结构211由顶部分和底部分组成。电池包(在图中未示出)中的电池模块202(未示出)或串联或并联连接，电连接取自一对端子(未示出)。第二分隔结构211为放置在电池组210中的电池模块(未示出)的顶部分和底部分上，以确保电池组210内的火焰传播不会逸出电池包(未示出)。这样做是为了在发生任何事故、火灾或热失控的情况下将火焰控制在电池包(未显示)内。这也是为了确保不会产生过大的压力，从而导致爆炸，这可能会损坏电池(未显示)，甚至可能会在乘坐车辆时因爆炸或火灾而对人员造成伤害。第二分隔结构211通过多个卡扣217设置在电池组210的顶部分和底部分上。这提供了组装的便利性并且将第二分隔结构211固定在电池组210上。然而，也可以采用其他安装方式(例如，紧固、粘合、胶合、焊接等方式)将第二分隔结构211安装在所述电池组210上。

图8示例性地例示具有插入结构212、多个支撑结构213、多个升高表面215、空腔218和多个突出部216的第二分隔结构211的分解立体图。插入结构212用作壁，从而限制来自电池组(未示出)的顶部分和底部分的火焰从电池包(未示出)中出来。插入结构212由具有高抗拉强度、高熔点和低导热性的不锈钢材料制成，这有助于插入结构212阻止火焰或热失控从电池包(未示出)传播出去。然而，任何具有上述特性的金属都可以用作第二分隔结构211中的金属部分。除此之外，插入结构212具有围绕具有矩形形状的空腔218形成的多个升高表面215，圆形末端放置在插入结构212表面两侧的中心，防止插入结构212弯曲并保持插入结构212的刚度。由于插入结构212是金属，它可以导电。当插入结构212与电池模块(未示出)的端子接触时，可能导致短路。为了防止电池包(未示出)短路，在插入结构212的两侧设有多个由塑料制成的支撑结构213。作为绝缘体的支撑结构213充当插入结构212和端子之间的壁。根据实施例的支撑结构213模制在插入结构212上以形成第二分隔结构211。根据另一实施例，支撑结构213被模制在插入结构212上。支撑结构213被模制在插入结构212的两侧。代替放置单个集成支撑结构，多个支撑结构213被放置在插入结构212的角部附近，在本实施例中，四个塑料结构213被放置在插入结构212的面向插入结构212的中心的角部处。多个支撑结构213包括类似于梳子的多个突出部216以支撑插入结构212。此外，可以使用任何具有高介电强度的绝缘材料来代替塑料材料来为第二分隔结构211提供绝缘、强度和刚度。

图9显示了具有不锈钢板的另一可能的实施例以延缓火焰的传播。在本实施例中，如图9所示，在电池模块(未示出)上组装有塑料结构219以便绝缘，然后将由不锈钢制成的插入结构212通过胶水或热封组装在塑料结构219的顶部上，以将塑料结构219与插入结构212保持在一起。在另一实施例中，不增加第二分隔结构(未示出)，而是增加壳体(未示出)的厚度或改变壳体(未示出)的材料，从而将火焰限制在壳体(未示出)内部。在不偏离本发明的范围的情况下，可以将许多其他改进和修改并入本文。

附图标记列表：

100：电池包

101：电池壳体盖

200：锂离子电池的分解视图

201：第一分隔结构

202：电池模块

203：电池模块保持器

205：电池前壳体盖

206：电池后壳体盖

208：单个电池单元

209：单个电池

210：电池组

211：第二分隔结构

212：插入结构

213：多个支撑结构

215：多个金属型材

216：多个突出部

217：卡扣配合

218：空腔

219：塑料结构