CN102931365A - 用于保护电池组的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于保护电池组的装置，其中绝缘膜部件和支承部件安装在围绕电池组的壳体中，且绝缘膜部件缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件的周围，并可以从支承部件展开。该装置防止由导电物体刺入在HEV、PHEV、或EV中使用的高容量电池引起的短路，因此可以防止由电池产生的点火和烟尘。该装置被配置成将HEV、PHEV、或EV的电池固定在空间边缘中，并且在发生碰撞的情况下增大安全性。除了HEV、PHEV、或EV之外，该装置还可以应用于利用电力的所有车辆。

Description

用于保护电池组的装置

技术领域

本发明涉及一种用于保护电池组的技术，其中绝缘膜部件和支承部件安装在围绕电池组的壳体上，并且绝缘膜部件被设计成缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件的周围，使其能够从支承部件展开。

背景技术

混合动力电动车(HEV)、插入式混合动力电动车(PHEV)、或电动车(EV)的高电压系统是由高电压电池、逆变器、低压DC-DC转换器(LDC)、电动压缩机，和高压电动机组成(图1)。为了驱动除了这些高压元件之外的典型电子元件和电气元件，需要使用辅助电池(例如，12V铅酸蓄电池)。

为了满足能量需求和容量需求，需要在HEV、PHEV或EV的有限空间中设置电池组和模块。然而，在电池单元之间除了冷却通路之外没有空间余地，并且无论电池是串联还是并联连接，在电池之间都没有空余。

随着HEV、PHEV或EV的电动力化(electric motorization)，用于安装电池的空间变得更加有限。因此，已经考虑将电池安装在轮胎槽中，轮胎槽是通常用于存储轮胎和工具的不工作区。然而，当将电池安装在轮胎槽中时，在车尾发生碰撞过程中，锋利的物体或杆可能会刺穿电池。因此，存在与其布置有关的安全问题(图2)。具体地，当例如钉子等物体刺穿电池组时，电池单元会被刺穿，因而造成短路。

在该背景部分公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，因此可以含有并不构成本领域的技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明防止在因尾部碰撞而导致例如钉子等锋利的物体刺穿电池组时，电池组的电池单元之间发生短路。特别地，这种装置在围绕电池组的壳体中安装有绝缘膜部件和支承部件，并配置有缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件周围的绝缘膜部件，以便在必要时从支承部件展开以防止因导电物体刺入电池组而引起短路。因此，本发明的示例性实施例可确保电池组的安全性。

根据本发明的一个方面，提供一种用于保护电池组的装置，该装置包含：围绕电池组的壳体；和安装在壳体中的绝缘膜部件和支承部件。绝缘膜部件缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件的周围以便能够从支承部件展开。

本发明防止在车辆发生碰撞而导致锋利物体刺穿或刺入电池组时，电池组的电池单元之间发生短路。

根据示例性实施例，绝缘膜部件和支承部件可以安装在壳体中，绝缘膜部件可被缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件的周围，以便能够被展开。该绝缘膜部件可以由作为弹性绝缘体的纤维材料或合成树脂材料构成，并可被缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件的周围或折叠在支承部件上，以便能够被展开。

根据本发明的示例性实施例，绝缘膜部件可被配置成被分成多个组件，并且可被安装在所有表面上，即壳体内部的前面和后面、上面和下面、以及左面和右面。

根据示例性实施例，该电池组可以是混合动力电动车(HEV)、插入式混合动力电动车(PHEV)、或电动车(EV)的电池组。

本发明的特征和优势可以概括如下：

(1)电池组保护装置的特征在于绝缘膜部件和支承部件安装在围绕电池组的壳体中，并且绝缘膜部件缠绕在固定地安装在壳体中的支承部件的周围，从而能够被展开。

(2)电池组保护装置防止因导电物体刺入HEV、PHEV、或EV中使用的高容量电池引起的短路，因此可以防止由电池产生的着火和烟尘。

(3)电池组保护装置被配置成安装在轮胎槽中，而不占据HEV、PHEV、或EV的电池空间的大量空间，以使电池可以安装在空间的边缘中，并且在发生碰撞的情况下提供安全性。

(4)除HEV、PHEV、或EV之外，电池组保护装置还可以应用于利用电池组的所有车辆。

附图说明

根据下面的详细说明书连同附图将更加清晰地理解本发明的上述目的和其他目的、特征、和进一步的优势，在附图中：

图1示意地示出用于HEV、PHEV、或EV的高电压系统的常规结构；

图2示意地示出机械冲击如何施加给电池系统；

图3是示出具有根据本发明示例性实施例的用于保护电池组的装置的电池的立体图；

图4是示出具有根据本发明示例性实施例的用于保护电池组的装置的电池的俯视图；

图5示出具有根据本发明示例性实施例的用于保护电池组的装置的电池如何提供防止钉子刺入的保护；

图6是示出钉子刺入试验的照片；

图7示意地示出钉子刺入电池组模块的电池单元及其相邻电池单元的过程；和

图8是示出钉子正刺入电池组而点燃电池的照片。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。提供这些实施例仅仅是作为例子说明本发明的图解。因此，本领域的技术人员将明显看出，这些实施例并不限制本发明的范围。

应当理解，此处所使用的“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语一般包括诸如包括运动型多用途汽车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用汽车的机动车辆，包括多种小船和轮船的水运工具、飞机等，和包括混合动力车辆、电动车、插入式混合动力车辆、氢提供动力的车辆、和其他可选燃料提供动力的车辆(例如，从除了石油以外的资源获取的燃料)。如此处所指，混合动力车辆是具有两种或以上动力源的车辆，例如同时汽油提供动力和电提供动力的车辆。

下面参考附图详细描述根据本发明实施例的用于保护电池组的装置。

电池组保护装置50被配置成使得绝缘膜部件30和支承部件40安装在围绕电池组10的壳体20中，并且绝缘膜部件30被缠绕在固定地安装在壳体20中的支承部件40的周围，以便能够从支承部件40展开。

如图3所示，根据示例性实施例，电池组保护装置50的绝缘膜部件30和支承部件40安装在壳体20中，绝缘膜部件30缠绕在固定地安装在壳体20中的支承部件40的周围，以便能够从支承部件40展开。

当对电池组10施加机械冲击时(例如，由于具有电池组10的电动车卷入碰撞中)，特别是在诸如钉子等导电物体60刺入电池壳体或管道时，电池单元可能会连续地连接，从而形成外部短路。因而，电池组保护装置50可从根本上防止外部短路而导致着火。

安装在壳体20中围绕电池组10的绝缘膜部件30具有能够吸收外部冲击的弹性，并且应当是不导电的且形状是能够弹性变形的。优选地，该绝缘膜部件30是由纤维或合成树脂材料构成，用作弹性绝缘体。

作为另一个示例性实施例，弹性绝缘体的纤维材料可以是由至少选自碳纤维、玻璃纤维，和长芳香族聚酰胺纤维构成的组中的一种物质形成的织物。该织物的特征在于按照交叉方式编织。术语芳香族聚酰胺是芳香聚酰胺织物的通用名称，并划分为两种类型。在这两种类型中，一种为间位(meta)类型，另一种为对位(para)类型。间位类型具有320摄氏度的熔点，具有极好的耐热性、耐火性，和耐燃性，因此用于飞机、安全服、工业滤器等等中。对位类型具有高强度，具有570摄氏度或以上的熔点，和高模量，因此用于飞机的轻质的复合材料，诸如轮胎帘布的工业材料等。芳香族聚酰胺纤维比钢纤维更强，且在抗弯强度和热敏电阻方面极其优良。因此，在本发明中，优选地，根据应用的结构的用途来选择芳香族聚酰胺纤维的类型。

芳香族聚酰胺纤维的强度高达相同重量的钢强度的五倍，且在500摄氏度都不会燃烧。由于芳香族聚酰胺纤维的高耐磨性、重量轻，和易加工等特性，芳香族聚酰胺纤维应用于各种工业领域，例如显示较高的抗化学腐蚀能力的高功能材料、高性能轮胎、软管、光缆加固物和防弹材料等。芳香族聚酰胺纤维被预期显著地促进材料重量降低以代替钢，并被预期能够有效地替代引起污染的工业材料，例如石棉、玻璃纤维等，世界各地都在逐渐规范这些工业材料。

作为另一个示例性实施例，作为弹性绝缘体的合成树脂材料是基于热塑材料和热固材料中的一个或二者的弹性聚合物。在此，热固材料包括选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂，和聚酯树脂中的至少一种。此外，热塑材料包括选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚中的至少一种。

此处所使用的术语“弹性聚合物”是指当由外力推动或拉动时其长度能够增加并且在去除外力时能够返回至原始长度的聚合材料。这些类型的材料一般称为弹性体。弹性聚合物的一个典型例子被称作弹性橡胶的硫化橡胶。弹性聚合物在外力的作用下伸长的原因在于长的线性聚合物分子链滑动而使整个长度增加。然而，由于桥(例如，在硫化橡胶中，-S-S桥)是交叉连接的，所以当去除外力时变形的桥通过分子运动返回其原始的稳定状态。

作为另一个实施例，绝缘膜部件30可选地折叠在固定地安装在壳体中的支承部件40上，以便能够展开。

当绝缘膜部件30缠绕在支承部件40的周围以便能够被展开时，是指辊式实施例。该辊式实施例是指，绝缘膜部件30缠绕在辊的周围，在受到外部冲击时，例如被诸如钉子的物体60刺入时，缠绕在辊的周围的绝缘膜部件30根据所围绕的物体60施加的力而展开，因而保护电池组10中的电池不与物体60相接触。

当绝缘膜部件30折叠在支承部件40上时，绝缘膜部件30被折叠成波纹形状。该结构意味着在处于折叠状态的绝缘膜部件30受到外部冲击例如被诸如钉子的物体60刺入时，该绝缘膜部件30展开并伸长，将钉子60包围，因而保护电池组10中的电池。

作为另一个实施例，绝缘膜部件30可以被配置成分成多个组件。也就是说，固定和支承绝缘膜部件30的支承部件40可被配置成根据壳体20的结构被划分成多个组件。例如，当壳体20具有六面体形状时，支承部件40成对地安装在壳体的一个面的相反两端。因此，支承部件40被安装在六面体壳体20的四个面的相反两端附近，使得绝缘膜部件30可被配置成相应地被分开。安装在壳体的每个角部的支承部件40之间的间隔越窄，则免受物体60影响的电池组10的保护区域越宽。

绝缘膜部件30可被安装在壳体20内部的前面和后面、上面和下面、以及左面和右面上。这样可确保在所有方向上保护电池组。而且，通过以这种方式安装绝缘膜部件30，即使在电池壳体20的形状发生变化时，本发明也能够保护电池组10免受外部机械冲击的影响。因此，由于安装这些绝缘膜部件30，可以使电池组10免受物体60的竖直刺入和水平刺入。

图4示出电池组保护装置50安装其上的电池的俯视图。图5示出在诸如钉子等物体60刺入电池时电池组保护装置50如何操作。参考图5，在诸如钉子等物体60对电池施加机械冲击时，由具有弹性和柔韧性的绝缘体构成的绝缘膜部件30从支承部件40展开，物体60被封入，因而保护电池单元并防止电池之间形成短路。

电池组10是指利用电力作为动力源的所有车辆的电池组10，优选地是指插入式混合动力电动车(PHEV)、混合动力电动车(HEV)，或电动车(EV)的电池组10。也就是说，该电池组保护装置50可以应用于所有具有电池组10的车辆，但是优选地至少为HEV、PHEV、或EV。具有电池组保护装置50的电池安装在HEV、PHEV、或EV等的轮胎槽中，以便电池可以被安装在特定的空间边缘(spatial margin)中，并且d在发生碰撞的情况下是安全的。

图6是示出对钉子刺入电池中进行的刺入试验的照片。钉子刺入试验利用尖锐的物体以预定速度刺入电池，有意引起正电极和负电极彼此连接的内部短路，并观察着火和电池爆炸。

参考图7，示出物体60(在该情况中为钉子)刺入模块的第六和第七个电池单元。在未提供电池组保护装置50的情况下，钉子60刺入第六电池单元的上端，然后朝着不同的角度继续刺入到第七电池单元。因此，本发明还可限制物体刺入到电池组中。

参考图8，示出由于串联的两个电池单元和物体60之间的电连接引起的外部短路，在点火之后引起的二次烟尘。

尽管已出于说明的目的，对本发明的示例性实施例进行了描述，然而本领域的技术人员应该理解，在不偏离权利要求所公开的范围和精神的情况下，还可以做出各种改进、增加，和替换。

Claims (14)

1.一种用于保护电池组的装置，包括：

围绕所述电池组的壳体；和

安装在所述壳体中的绝缘膜部件和支承部件；

其中在受到来自外部物体的外力时，所述绝缘膜部件从所述支承部件展开。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘膜部件缠绕在固定地安装在所述壳体中的所述支承部件的周围，以便在受到来自外部物体的外力时能够从所述支承部件展开。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘膜部件由作为弹性绝缘体的纤维材料或合成树脂材料形成。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘膜部件缠绕在固定地安装在所述壳体中的所述支承部件的周围或折叠在所述支承部件上，以便在受到来自外部物体的外力时能够从所述支承部件展开。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘膜部件被配置成分成围绕所述电池的多个组件。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘膜部件安装在所述壳体内部的前面和后面、上面和下面、以及左面和右面上。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述电池组是混合动力电动车(HEV)、插入式混合动力电动车(PHEV)、或电动车(EV)的电池组。

8.一种电池组件，包括：

安装在车辆行李箱中的电池组；

围绕所述电池组的壳体；和

安装在所述壳体中用于保护的绝缘膜部件和支承部件，

其中所述绝缘膜部件在受到来自外部物体的外力时从所述支承部件展开，所述绝缘膜部件使所述电池组在物体刺入所述壳体和所述电池组时不会引起短路。

9.如权利要求8所述的电池组件，其中所述绝缘膜部件缠绕在固定地安装在所述壳体中的所述支承部件的周围，以便在受到来自外部物体的外力时能够从所述支承部件展开。

10.如权利要求8所述的电池组件，其中所述绝缘膜部件由作为弹性绝缘体的纤维材料或合成树脂材料形成。

11.如权利要求8所述的电池组件，其中所述绝缘膜部件缠绕在固定地安装在所述壳体中的所述支承部件的周围或折叠在所述支承部件上，以便在受到来自外部物体的外力时能够从所述支承部件展开。

12.如权利要求8所述的电池组件，其中所述绝缘膜部件被配置成分成围绕所述电池的多个组件。

13.如权利要求8所述的电池组件，其中所述绝缘膜部件安装在所述壳体内部的前面和后面、上面和下面、以及左面和右面上。

14.如权利要求8所述的电池组件，其中所述电池组安装在混合动力电动车(HEV)、插入式混合动力电动车(PHEV)、或电动车(EV)中。

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