电池单元组热失控缓解

本公开涉及使电池单元排气，并且更具体地涉及具有用于使电池单元排气的通风出口的组件。

本申请请求享有2018年11月13日提交的美国临时申请号62/760,646的权益，该临时申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

发明内容

锂离子电池单元随机进入热失控状态的机会极低。然而，发生这种情况时，它们的内部爆破隔膜会打开，并释放出可燃的气体，并可能着火(在2秒内在1400℃时50L的量级)，并且取决于单元寿命、化学性质和荷电状态，也可能主要由于氟化氢而具有腐蚀性。另外，导电颗粒，如碳和金属由这种气体携带。取决于电池单元组及其组成模块结构，这可充分增加温度以将其它电池单元带到热失控状态(“热传播”)中，压力增大到足以损坏密封件或结构(例如，大约300mbar)、引起隔离故障、腐蚀电触点等。

本公开的一个方面涉及一种具有通风出口的组件，所述通风出口用于使电池单元排气。该组件包括构造成保持电池单元的基体，其中基体包括前侧、后侧和彼此相对的两个侧向侧。该组件进一步包括通道组件，所述通道组件均联接到两个侧向侧中的一个，并且包括至少一个排气通道。该组件进一步包括联接到通道组件的出口。所述基体包括沿着电池单元的侧向侧中的一个的开口。电池单元各自布置成排气进入开口中的相应一个。通道组件与开口相接，使得来自基体的排气传播到至少一个排气通道中。通道组件和出口均构造成使排气传播到出口并离开出口。

在一些实施例中，该组件包括第一侧向侧和第二侧向侧、第一通道组件和第二通道组件以及第一出口和第二出口。第二通道组件可联接到两个侧向侧的第二侧向侧。第二通道组件包括至少一个排气通道，并且沿着第二侧向侧与开口相接，使得来自基体的排气传播到第二通道组件的至少一个排气通道中。第二出口可以联接到第二通道组件。第二通道组件和第二出口构造成使排气传播到第二出口并离开第二出口。第一出口和第二出口可以在两个侧向侧中的相应一个上布置成靠近基体的后侧。第一通道组件和第二通道组件联接到两个侧向侧中的相应一个，且各自包括至少一个排气通道。第一出口和第二出口各自联接到第一通道组件和第二通道组件中的相应一个。第一出口和第二出口可以在两个侧向侧中的相应一侧上布置成靠近基体的前侧。在一些实施例中，组件包括两个附加出口，每个出口联接到第一通道组件和第二通道组件中的相应一个上，并且布置在两个侧向侧中的相应一个上，使得出口在侧向侧上布置成靠近前侧和后侧两者。在一些实施例中，基体包括壁，每个壁从两个侧向侧中的第一侧向侧延伸到两个侧向侧中的第二侧向侧。壁布置成使得至少一个电池单元可布置在两个连续壁之间。至少一个电池单元的排气基本上限于两个连续壁之间。在一些实施例中，连续壁各自包括构造成接收电流收集器的壁开口。至少一个电池单元可包括两个电池单元，所述两个电池单元可背靠背地布置在连续壁之间。在一些实施例中，基体的开口构造成向外引导排气的单向端口。该组件还可包括塑料间隔件，所述塑料间隔件构造成维持电池单元的相对位置。

本公开的另一方面涉及一种电池单元组组件。电池单元组组件包括电池单元，每个电池单元包括前端和后端，其中每个电池单元构造为使得排气传播出前端。排气组件包括彼此相对的两个侧向侧，所述侧向侧构造成接收来自电池单元中的任一个的排气，并且从电池单元向外并且沿着两个侧向侧引导排气。电池单元组可进一步包括布置在前端前方的低强度、低可燃性塑料的覆盖层，使得排气朝向覆盖层引导。在一些实施例中，电池单元组包括盖，所述盖构造成承受布置在覆盖层前方的火焰。

本公开的另一方面涉及一种用于通过组件排出在电池模块中的气体的方法，所述组件包括构造成保持电池单元、通道组件和出口的基体。由基体保持的电池单元的通风电池单元的排出气体朝向基体的一侧引导。使排出气体经由基体中的相应开口从基体传播到通道组件。使排出气体通过通道组件传播到出口并通过出口。在一些实施例中，基体包括前侧、后侧和彼此相对的两个侧向侧。在一些实施例中，通道组件包括第一通道组件，且第一组件和第二组件各自联接到两个侧向侧中的相应一个。组件可包括沿着两个侧向侧的开口。基体可包括壁，述壁各自从两个侧向侧中的一个延伸到两个侧向侧中的另一个。在一些实施例中，壁布置成使得电池单元的至少一个电池单元可布置在两个连续壁之间，并且使至少一个电池单元排气基本上限于两个连续壁之间。至少一个电池单元可包括两个电池单元，所述两个电池单元可背靠背地布置在连续壁之间。在一些实施例中，相应开口构造成向外引导排气的单向端口。

还应指出，上文所描述的系统、方法、设备和/或方面可以应用于本公开中所述的其它系统、方法、设备和/或方面或根据本公开中所述的其他系统、方法、设备和/或方面使用。

附图说明

在考虑结合附图进行的以下详细描述时，本公开的上述和其他目的和优点将显而易见，其中相同的附图标记始终指示相同的部分，并且其中：

图1是根据本公开的至少一些实施例的经历通风的电池模块的俯视透视图；

图2示出了根据本公开的一些实施例的穿过覆盖层和盖的电池单元排气的截面视图；

图3示出根据本公开的一些实施例的说明性电池单元组组件的俯视图；

图4示出根据本公开的一些实施例的具有附加细节的图3中的说明性电池单元组组件的俯视图；以及

图5A-5C示出根据本公开的至少一些实施例的说明性电池单元组的各种视图，其示出护栏的横截面和/或剖面。

具体实施方式

本公开提供了允许电池单元排气的特征。电池单元保持在基体内。在一些实施例中，电池单元在基体内的相对位置由间隔件维持，所述间隔件使电池单元的顶部暴露。电池单元的顶端包括按钮(例如，圆柱形电池单元的上端处的平坦同心表面)。电连接件电联接到按钮。在一些实施例中，按钮的大部分由箔电连接件覆盖。排气路径的大部分围绕按钮通过。在电连接件上方是薄(例如0.5mm)的低强度(例如，在室温下50MPa，在100℃下小于1MPa)低可燃性(例如，UL-94V2)塑料覆盖层(例如，电池模块壳体)，其可基本上包括例如乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)。在此覆盖层上方是盖(例如，电池组盖)，所述盖能够机械地承受直接的持续火焰/气体射流，并能够承受着火温度本身。当电池单元排气时，其将切断电连接件并通过单元上方的覆盖层(例如，电池模块壳体)进行吹扫。当排气在撞击盖之后扩散时，覆盖层将防止腐蚀物、导电介质和任何火焰对单元、电压分接头、电连接器等产生不利影响。

电池单元组的主要部件之间的电连接(例如，电池模块之间)沿电池单元组的中间传送。更大的电池单元组结构的通风开口是外侧的。因此，腐蚀物、导电介质和火焰将优选地在外侧扩散。为了避免影响电池单元组出口，通风输出通过电池单元组侧挤出物中的一个或多个开口传送，其中较大通风开口进入例如后轮仓。这还提供了冗余密封件，以在发生泄漏的情况下最小化水侵入。在一些实施例中，进入护栏的通风开口是单向端口(例如，使用单向阀)并且防止热/腐蚀性/等介质进入邻近的组腔。电池单元所位于的相邻电池模块(例如，在组腔内)之间的大部分通路由盖、冷却歧管和从前到后的高压汇流条中的结构凹陷阻挡。从电池单元组的侧向侧延伸到相对侧向侧的壁也用于隔离组腔。电池模块与相邻护栏之间存在足够大的空间，使得从电池模块的底部或顶部子模块排出的材料能够进入护栏挤出物(例如，当子模块背靠背布置时)。

图1是根据本公开的至少一些实施例的经历通风的电池模块100的俯视透视图。如图所示，电池模块100包括间隔件110，在一些实施例中，其维持电池单元101和102的相对位置。电池单元101的按钮经由箔电连接件103电联接到组件中的汇流条115。电池单元101的边沿电联接到电池单元顶部的相对侧上的另一汇流条。在图1的视图中，此电连接件不可见。尽管在此视图中未示出，但覆盖层(例如，电池模块壳体)可以在电池单元上方，且组盖可以在覆盖层上方。箭头104指示出自电池单元101的顶面的排出材料、热和火焰的从按钮周围的区域的排出路径。应理解，排出材料在图1中未描绘，因为它们将使视图变模糊。在箭头104的方向上行进的排出材料可以切断箔电连接件103，使得电池单元101不再电联接到组件中的汇流条。在一些实施例中，排出材料损坏电池单元上方的覆盖层。在一些实施例中，排出材料接触组盖且随后传播出基体。

图2是根据本公开的至少一些实施例的经历通风的电池模块200的局部截面视图。在一些实施例中，按钮上的电连接件(例如，将电池单元202电联接到汇流条205的电连接件，但在图2中未示出)将在导致排气发生的热失控情形下被切断。在一些实施例中，间隔件204位于电池单元201和202上方，以维持电池单元201和202的间隔和位置。在电池单元上方延伸的汇流条205可以电联接到电池单元201和/或电池单元202。在一些实施例中，汇流条205是沿着具有顶部侧和底部侧两者的电池模块的顶部和底部间隔开的多个汇流条中的一个。由箭头210指示的排出材料朝向覆盖层208行进。非导电结构层207覆盖汇流条以向汇流条组件提供电绝缘和至少一些结构刚度。在一些布置中，结构层207可能受到排出材料的影响。间隔件204、汇流条205和结构层207是使用剖面线描绘的，其中截面具有分割区段，并且不是分割区段的位置没有剖面线(例如，电池模块200内较深的汇流条的延伸)。尽管未描绘，但间隔机构204、汇流条205和结构层207也可以存在于左侧(例如，在电池单元201和更左侧的另一电池单元(未描绘)之间)和右侧(例如，在电池单元203和更右侧的另一电池单元(未描绘)之间)。排出材料在箭头210的方向上通过覆盖层208朝向组盖209行进，组盖分流了排出材料的流动。

图3示出根据本公开的一些实施例的说明性电池单元组组件300的俯视图。箭头310指示来自电池单元组组件300的相应腔中包括的电池模块(未示出)的电池单元排气流。腔由从一个侧向侧到另一个侧向侧延伸的壁限定。每个侧向侧是护栏(例如，护栏301)，通过该护栏传送排气。例如，从电池模块通过护栏301并通过出口302传送排气。在一些实施例中，两个出口布置在两个侧向侧上(例如，组件的前部、后部或前部和后部两者附近)。锥形侧是车辆的前侧。与锥形侧相对的一侧是车辆的后侧。

图4是根据本公开的至少一些实施例的具有附加细节的图3中的说明性电池单元组组件300的俯视图。示出了电池模块401-409。电连接件延伸穿过电池单元组组件的中心(例如，如双向箭头410的位置所示)。箭头(例如，箭头310)描绘了通过护栏向外侧传送的排气。后侧显示为具有出口302，所述出口允许从电池单元组组件300中向外传送排气。应理解，出口可沿着护栏301位于任何位置，在电池单元组的前侧、在电池单元组的后侧，或其任何组合处。排气根据出口所处的位置传送的。传送可以通过电池单元组组件的物理结构(例如，通过弯曲、凹陷、阀、任何其它合适的物理特征或其任何组合)以及通过压力差或这两者来实现。在热失控情况下，当排气正在发生时，压力正在电池组内部(或至少在经历排气的电池模块的腔中)形成。该压力将大于大气压，导致排气传送到出口。以此方式，开口构造成向外引导排气的单向端口。

图5A示出了根据本公开的一些实施例的说明性电池单元组组件500的截面视图，其示出了电池单元组的横截面和护栏的纵截面。护栏502经由开口506从电池单元接收排气，排气接着传送到一个或多个通道组件504中。通道组件504沿着电池单元组件的侧向侧延伸，并且允许排气经由所示排气通道传播到出口(例如，出口508)。通道组件504具有为电池单元组提供结构支承的额外益处。在一些实施例中，仅单个通道组件用于排气。如图所示，仅底部通道用于排气。在一些实施例中，组件500包括构造成保持电池单元的基体。基体包括前侧(例如，组件500的锥形侧(未示出)、后侧(例如，与锥形侧相对的一侧)和彼此相对的两个侧向侧(例如，护栏502)。组件500包括联接到护栏502并且各自包括至少一个排气通道的两个通道组件(例如，通道组件504)。如本文所使用，联接到护栏的组件包括一体化到护栏中的组件。组件500包括各自联接到相应通道组件的出口(例如，出口508)。尽管图5A中未示出，通道组件中还可包括出口，所述出口在与同出口508相关联的侧向侧相对的侧向侧上，并且靠近后侧。

图5B为根据本公开的一些实施例的示出护栏的纵截面的说明性电池单元组组件500的透视图。图5B示出了开口506在由电池单元组的内壁限定的每个腔中。图5B另外示出了护栏中可能的前部和后部排气出口位置。出口508是后部排气位置。在一些实施例中，前部排气位置位于与出口508的侧向侧相同的侧向侧并且靠近前侧。排气通过开口506从基体传播到护栏502的通道组件504中，并且最后通过诸如出口508的出口从组件500中传播出。

图5C是根据本公开的至少一些实施例的说明性电池单元组组件500的另一透视图，示出了护栏的截面。电池单元布置在组件500的内壁之间，使得由内壁限定的腔内的电池单元的排气限制在两个连续的壁之间。在一些实施例中，连续壁包括构造成接收电流收集器的壁开口。腔内的电池单元可以布置在电池模块内，电池模块布置成背靠背构造。每个内壁的底部处的开口容纳电池单元连接件(例如，电流收集器)和延伸穿过电池单元组的其它连接件(例如，冷却歧管)。这些连接件将有效地阻挡这些孔，并有助于防止排气穿过它们。位于组件500的基体的侧向侧的开口506允许排出材料通过护栏502的通道组件504传播出基体腔。排出材料通过诸如出口508的出口传播出通道组件。在一些实施例中，在组盖中的凹陷和其它障碍物用于进一步将基体腔的侧向侧彼此隔离。例如，当电池单元布置成背靠背的电池模块时，障碍物可以靠近电池模块的后端使用以限制通过电池模块的后端的排气量。在此类实施例中，电池单元的排气主要穿过与排气电池单元处于同一侧的基体腔开口。

本文中描述了用于在组件(例如，组件500)的电池模块中排出气体的方法。电池单元排气到组件基体中的开口中的相应开口中。例如，排出可燃气体的由组件的内壁分隔的位于基体的腔中的电池单元通过用于每个腔的并且位于基体的侧向侧(例如，护栏502)处的开口(例如，开口506)排气。使排出材料传播到侧向侧的通道组件(例如，通道组件504)的至少一个排气通道中。进一步导致排出材料传播到位于靠近基体的后侧或前侧的出口(例如，出口508)并离开出口。

应理解，虽然本公开论述电池单元组的特定架构，但本文中所含的教示适用于任何其它合适类型的电池单元组架构。例如，本文所示的电池单元组可以最适用于汽车应用。在不脱离本公开的范围的情况下，电池单元组可具有任何其它合适的形状、尺寸和/或布置，以便更适用于其它应用。