CN103563129B - 用于电池组的安全装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于确保安全性的装置，该装置被安装在电池组的一侧上，该电池组包括两个或者更多个电池单元或者一个或者更多个电池模块；并且在发生被针型物体穿透、施加足以引起物理更改的外力等等的情况下，该装置优先地短路。安全装置包括：一对导电片，该导电片被彼此隔离；电绝缘壳体，导电片被插入和安装到电绝缘壳体中，并且电绝缘壳体覆盖导电片除了前表面之外的外表面；密封构件，该密封构件用于覆盖前表面；以及连接构件，该连接构件用于将导电片单独地连接到电池模块中的电池单元中的一个的阳极和阴极。

Description

用于电池组的安全装置
技术领域
本发明涉及一种用于电池组的安全装置，并且更加具体地，涉及一种被安装在电池组的一侧处的安全装置，电池组包括两个或者更多个电池单元或者至少一个电池模块，使得当针型物体穿透电池组时安全装置首先被短路以确保电池组的安全性，该安全装置包括：一对导电片，所述一对导电片被彼此隔开；电绝缘壳体，在其中导电片被插入并且被安装在壳体中的状态下该电绝缘壳体包围导电片的除导电片的前部之外的外部；密封构件，该密封构件覆盖导电片的前部；以及连接构件，该连接构件将导电片连接到构成电池模块的电池单元中的一个的阴极和阳极。
背景技术
随着移动装置已经被日益发展和用于这样的移动装置的需求被日益增加，作为用于移动装置的能源对于二次电池的需求已经被急剧地增加。在这样的二次电池中，锂二次电池具有高能量密度和放电电压，已经对其实现很多研究并且现在被商业化并且被广泛地使用。
二次电池作为用于诸如电动自行车（E-bike）、电动车辆（EV）以及混合电动车辆（HEV）的电力驱动装置的能源以及诸如移动电话、数码相机、个人数字助理（PDA）、以及膝上型计算机的移动无线电子装置的能源已经吸引相当大的注意。
小型电池组被用于诸如移动电话和数码相机的小型装置，电池单元被设置在小型电池组中。另一方面，中型或者大型电池组被用于诸如膝上型计算机和电动车辆的中型或者大型装置，其中包括被相互并联地和/或串联地连接的两个或者更多个电池单元（在下文中，偶尔被称为“多单元”）的电池组被设置在中型或者大型电池组中。
锂二次电池呈现优异的电气性能，如先前所描述的；然而，锂二次电池具有低的安全性。例如，当诸如锂二次电池的过度充电、过度放电、暴露于高温、以及电气短路的异常操作出现时，引起作为电池的成分的活性材料和电解液的分解，因此产生热和气体并且通过热和气体的产生引起的高温和高压条件加速上述分解。最终，可能发生火灾或者爆炸。
在具有多单元结构的中型或者大型电池组中，锂二次电池的安全有关的问题甚至更加严重。因为在多单元电池组中使用多个电池单元，所以电池单元中的一些的异常操作可能引起其它电池单元的异常操作，因此可能发生火灾或者爆炸，这可能导致大规模事故。为此，中型或者大型电池组设有诸如保险丝、双金属器件、电池管理系统（BMS）的安全系统，以保护电池单元免受过度充电、过度放电、或者过电流。
同时，随着锂二次电池被循环使用，即，随着锂二次电池被重复地充电和放电，发电元件和电连接构件被逐渐地退化。例如，发电元件的退化导致电极材料和电解液的分解，通过其产生气体。结果，电池单元（容器或者袋状壳体）逐渐地膨胀。在锂二次电池的正常状态下，诸如BMS的安全系统检测电池组的过度放电、过度充电、或者过电流以控制/保护电池组。然而，如果BMS在锂二次电池的异常状态下没有操作，则增加了电池组中的危险的可能性并且难以控制电池组的安全性。因为中型或者大型电池组被配置成具有其中在固定状态下多个电池单元被安装在预定的壳体中的结构，当膨胀时，各自的电池单元可能被进一步挤压在被限制的壳体中。因此，在异常操作条件下，大大地增加了火灾或者爆炸的可能性。
特别地，在其中在车辆中使用电池组的情况下，足以引起对电池组的物理变形的外力可能被施加给电池组或者由于车辆的碰撞针型物体可能容易地穿透电池组。在这样的情况下，在电池单元之间的短路可能发生。
因此，存在对于能够防止由于短路引起的电流的突然流动和电池的火灾或者爆炸并且更加有效地确保电池的安全性的技术的高度需求。
发明内容
技术问题
已经做出本发明以解决上述问题和还没有被解决的其他技术问题。
本发明的目的是提供一种安全装置，该安全装置被安装到电池组的一侧使得当足以引起电池组的物理变形的外力被施加到电池组或者针型物体穿透电池组时安全装置首先被短路，从而确保电池组的安全性。
本发明的另一目的是为了提供一种包括这样的安全装置的电池组。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，通过提供一种被安装在电池组的一侧处的安全装置能够完成以上和其他的目的，该电池组包括两个或者更多个电池单元或者至少一个电池模块，使得当针型物体穿透电池组时安全装置首先被短路以确保电池组的安全性，该安全装置包括：一对导电片，所述一对导电片被彼此间隔开；电绝缘壳体，在导电片被插入并安装在壳体中的状态下该电绝缘壳体包围导电片的除导电片的前部之外的外部；密封构件，该密封构件覆盖导电片的前部；以及连接构件，该连接构件将导电片连接到构成电池模块的电池单元中的一个的阴极和阳极。
如先前所描述的，二次电池具有有关安全的问题，尽管二次电池呈现优异的性能。例如，当针型物体挤压或者穿透电池或者足以引起电池的物理变形的强大的外力被施加到电池时，电池的阴极和阳极彼此接触，因此发生短路。这时，由于电极活性材料之间的反应，电池的温度突然增加。特别地，因为多个电池单元在电池组中使用，所以电池单元中的一些的异常操作可能引起其他的电池单元的级联故障。最终，可能发生火灾或者爆炸。
另一方面，在根据本发明的安全装置被安装到电池组的一侧的情况下，电流首先在导电片中流动，当针型物体穿透电池组或者足以引起电池组的物理变形的强大的外力被施加到如上所述的电池时，安全装置的电阻相对低。结果，安全装置的短路有意地发生，从而安全装置的导电被实现。因此，在电池单元之间流动的能量的量被减少，从而防止火灾或者爆炸的发生。
在根据本发明的安全装置中，导电片中的每一个可以由金属材料制成。
导电片中的每一个的种类没有被特别地限制。例如，导电片中的每一个可以由从以下组中选择的至少一种制成：铜、铝、钴、铬、铁、镁、锰、钼以及镍或其中两种或者更多种的合金。
在优选示例中，壳体可以在内上端处设有一对凹槽并且在其内下端处设有另一对凹槽，使得在导电片被彼此间隔开的状态下相应的导电片被插入到凹槽中。
具体地，凸起可以被形成在凹槽之间使得在其中导电片被彼此隔开的状态下相应的导电片被形成和固定在凹槽中，凸起具有与凹槽之间的距离相等的宽度。凸起的宽度可以等于各个凹槽的高度的大约10至20%。
在凹槽之间的距离可以取决于设计条件而变化。例如，凹槽之间的距离可以是0.1cm至10cm，优选地0.5cm至5cm。然而，凹槽之间的距离不限于此。
同时，密封构件可以密封导电片的敞开的前部以将导电片与外部隔离。因此，密封构件可以用作防止异物或者湿气引入安全装置同时保护导电片免受外部冲击，这不会引起电池组的安全性的恶化。
例如，安全构件可以被形成以具有下述结构，即，密封导电片的除导电片的侧面部分之外的相对的侧面的一部分和敞开的前部，连接构件沿着该导电片的侧面部分延伸。密封构件可以被形成以具有各种结构。例如，密封构件可以以滑动的方式被安装在壳体中。可替选地，在被弹性地变形的状态下密封构件可以紧密地接触壳体的前部。可替选地，密封构件可以以铰链的方式被固定到壳体的一侧。可替选地，密封构件可以通过预定的紧固结构被联接到壳体。与壳体一样，密封构件可以由绝缘材料制成。然而，用于密封构件的材料不限于此。
同时，连接构件可以具有足以将导电片电连接到电池模块的阴极和阳极的长度。
壳体可以设有一对凹槽，所述一对凹槽被形成为对应于连接构件和导电片之间的连接位置，使得连接构件被安装在凹槽中。因此，当产生振动时，防止连接构件与导电片和壳体分离。
同时，连接构件的形状没有被特别地限制，只要连接构件和导电片之间的电连接被容易地实现。例如，连接构件可以被形成为平坦的条状或者线性的线状。优选地，导电构件可以被形成为平坦的条状。
在如上所述的安全装置中，当针型物体穿透电池组或者足以引起电池组的物理变形的外力被施加到电池组时电流首先在导电片中流动。因此，在电池单元之间流动的能量的量被减少，从而防止火灾或者爆炸的发生并且因此提高电池组的安全性。
根据本发明的安全装置可以被电连接到电池模块。因此，可以基于所期望的电池组的输出和容量设计电池组。
根据本发明的另一方面，提供一种使用安全装置实现电连接的电池组。
在优选示例中，电池组可以被配置成具有其中多个电池模块被堆叠的结构，多个电池模块中的每一个具有从其相同的侧面突出的阴极端子和阳极端子。与其中阴极端子和阳极端子被形成在电池模块中的每一个的不同侧面处的情况相比较，在其中阴极端子和阳极端子被形成在如上所述的电池模块中的每一个的相同侧面的情况下，可以减少由电极端子的突出部分限定的空间。因此，电池组可以被配置成具有更加紧凑的结构。
在优选示例中，面向安全装置的电池模块中的一个可以设有薄弱部分，该薄弱部分被配置成具有如下结构，其中当电池单元膨胀时电极端子连接区域被破裂使得电池模块的电连接被中断。
如上所述，电池模块可以被配置成具有如下结构，其中当电池单元膨胀时电池单元的电极端子连接区域具有小的阻止电池单元的体积膨胀的阻力。因此，当电池单元的膨胀体积超过预定的临界值时，在电极端子连接区域处可以集中膨胀应力使得电极端子连接区域由于其物理变形而破裂。由于这样的电极端子连接区域的破裂，电池模块中的电连接被中断，因此电池模块的充电和放电过程被中断。因此，电池单元或者单元模块的膨胀体积的增加被限制，从而防止火灾或者爆炸的发生并且从而大大地提高电池的安全性。
薄弱部分可以作为切断(cutoff)部分被形成在电池模块的面向安全装置的电池盖处。例如，可以通过由合成树脂或者金属材料制成的高强度的电池盖覆盖电池单元以组成一个电池模块。具有所期待的形状的切断部分可以被形成在与电极端子连接区域相邻的电池盖的一部分处，使得当电池单元膨胀时在电池盖的切断部分处集中电池单元的膨胀应力。
切断部分的尺寸可以取决于电极端子连接区域的破裂设定条件而改变。例如，切断部分的尺寸可以被设置使得当各个电池单元的体积由于各个电池单元的膨胀而超过各个电池单元的厚度的两倍至五倍时电极端子连接区域破裂。根据所期望的电池模块的安全性测试标准可以改变这样的设定范围。然而，如果切断部分的尺寸太大，则由于电池盖的电池单元的机械硬度可能被降低并且在正常的操作条件下电池单元的膨胀可能没有被限制。因此，考虑到上述原因，有必要将切断部分的尺寸设置在适当的范围内。
同时，电池模块的电极端子可以被布置在相同的线上，电极端子连接装置可以被安装到电极端子之间的电连接区域，并且在安全装置与电池模块的最外面的一个隔开了预定的距离的状态下安全装置可以被安装到电池组。
在上述结构中，所述距离可以是1cm至20cm，优选地3cm至10cm，更优选地3cm至7cm。如果距离太小，则由于过充而难以确保膨胀距离。另一方面，如果距离太大，则可能增加电池组的体积。
根据本发明的又一方面，提供一种包括电池组作为电源的车辆。
特别地，根据其所期望的输出和容量考虑安装效率和结构稳定性，车辆可以是电动车辆、混合动力电动车辆或者插入式混合动力电动车辆。
在本发明所属领域中，通常的电池组的结构和包括电池组的装置的结构是众所周知的，并且因此其详细描述将被省略。
附图说明
结合附图从下面的详细描述中将会更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其它优点，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的安全装置的透视图；
图2是示出图1的壳体的典型的前视图；
图3是示出根据本发明的另一实施例的电池组的透视图；以及
图4是示出图3的电池模块的透视图。
具体实施方式
现在，将会参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，应注意的是，被图示的实施例不限制本发明的范围。
图1是典型地示出根据本发明的实施例的安全装置的透视图并且图2是示出图1的壳体的典型的前视图。
参考这些附图，安全装置100包括一对导电片110，所述一对导电片100由铜制成；电绝缘壳体120，在导电片110被插入并且安装在壳体120中的状态下，该电绝缘壳体120包围导电片110的除导电片110的前部之外的外部；密封构件130，该密封构件130覆盖导电片110的前部；以及连接构件140，该连接构件140将导电片110连接到电池模块200的电池单元中的一个的阴极和阳极。
壳体120在其内上端处设有一对凹槽121和122并且在其内下端处设有另一对凹槽121和122，使得在导电片110被彼此间隔开的状态下各自的导电片110被插入在凹槽121和122中。
另外，凸起123被形成在凹槽121和122之间使得在其中导电片110被彼此间隔开的状态下各自的导电片110被安装和固定在凹槽121和122中，凸起123具有与凹槽121和122之间的距离相等的宽度w。
密封构件130由电绝缘材料制成。密封构件130密封导电片110的除导电片110的侧部分之外的相对的侧面的一部分和敞开的前部，连接构件140沿着该导电片110的侧部分延伸以具有“┓”的形状以将导电片110与外部隔离。
连接构件140具有足以将导电片110电连接到电池模块的阴极和阳极的长度。连接构件140被形成为平坦的条形。
同时，壳体120设有一对凹槽125，其被形成使得对应于连接构件140和导电片110之间的连接位置使得连接构件140被安装在凹槽125中。
图3是典型地示出根据本发明的另一实施例的电池组的透视图，并且图4是典型地示出图3的电池模块的透视图。
连同图1一起参考这些附图，电池组300被配置成具有下述结构，即，多个电池模块200被堆叠，所述多个电池模块200中的每一个具有从其相同的侧面突出的阳极端子和阴极端子。各自的电池模块200的电极端子位于电池组300的一侧处。在其中安全装置100与最外面的电池模块200隔开了大约5cm的距离的状态下，安全装置100被安装在电池组300中。
图4典型地示出图3的电池模块202。
连同图1至图3一起参考图4，电池模块202被配置成具有其中通过电池盖包围电池单元的结构。面向安全装置100的电池模块202的电池盖212设有切断部分215，电池模块202是电池模块200中的一个。
因此，当各个电池单元的膨胀厚度超过各个电池单元的厚度的两倍时，电极端子连接区域214突出通过切断部分215，因此电极端子连接区域214被破裂。因此，电池模块200的电连接被中断。
尽管为了示例性的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应当明白，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和代替。
工业实用性
如根据上面的描述显而易见的，根据本发明的安全装置被安装在电池组的一侧使得当针型物体穿透电池组或者足以引起电池组的物理变形的强大的外力被施加给电池组时安全装置首先被短路，从而极大地提高电池组的安全性。

Claims (16)

1.一种安全装置，所述安全装置被安装在电池组的一侧处，使得当针型物体穿透电池组时所述安全装置首先被短路以确保所述电池组的安全，所述电池组包括至少一个电池模块或者两个或更多个电池单元，所述安全装置包括：
一对导电片，所述一对导电片被彼此间隔开；
电绝缘壳体，在所述导电片被插入并安装在所述壳体中的状态下，所述电绝缘壳体包围所述导电片的除所述导电片的前部之外的外部；
密封构件，所述密封构件覆盖所述导电片的前部；以及
连接构件，所述连接构件将所述导电片连接到构成所述电池模块的电池单元中的一个的阴极和阳极，
其中，所述壳体在其内上端处设有一对凹槽并且在其内下端处设有另一对凹槽，使得在所述导电片被彼此间隔开的状态下相应的导电片被插入到所述凹槽中，并且
其中，在所述凹槽之间形成凸起，使得在所述导电片被彼此间隔开的状态下相应的导电片被安装和固定在所述凹槽中，所述凸起具有与所述凹槽之间的距离相等的宽度。
2.根据权利要求1所述的安全装置，其中，所述导电片中的每一个由金属材料制成。
3.根据权利要求2所述的安全装置，其中，所述导电片中的每一个由选自以下组的至少一种材料制成：铜、铝、钴、铬、铁、镁、锰、钼、以及镍，或者其中的两种或者更多种金属材料的合金。
4.根据权利要求1所述的安全装置，其中，所述密封构件密封所述导电片的敞开的前部以将所述导电片与外部隔离。
5.根据权利要求1所述的安全装置，其中，所述连接构件具有足以将所述导电片电连接到所述电池模块的阴极和阳极的长度。
6.根据权利要求5所述的安全装置，其中，所述壳体设有一对凹槽，所述一对凹槽被形成为对应于所述连接构件和所述导电片之间的连接位置，使得所述连接构件被安装在所述凹槽中。
7.根据权利要求1所述的安全装置，其中，所述连接构件被形成为平坦的条状或者线性的线状。
8.一种电池组，所述电池组使用根据权利要求1至7中的任一项所述的安全装置来实现电连接。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述电池组被构造成具有其中多个电池模块被堆叠的结构，所述多个电池模块中的每一个具有从其相同侧突出的阴极端子和阳极端子。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电池模块中的面向所述安全装置的一个电池模块设有薄弱部分，所述薄弱部分被构造成具有如下结构，即：当所述电池单元膨胀时，电极端子连接区域破裂使得所述电池模块的电连接被中断。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中，所述薄弱部分作为切断部分形成在面向所述安全装置的所述电池模块的电池盖处。
12.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述切断部分的尺寸被设置成使得：当由于每个电池单元的膨胀而使每个电池单元的体积超过每个电池单元的厚度的两倍至五倍时，所述电极端子连接区域破裂。
13.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电池模块的电极端子被布置在相同的线上，电极端子连接装置被安装到所述电极端子之间的电连接区域，并且在所述安全装置与所述电池模块的最外面的一个电池模块隔开了预定距离的状态下，所述安全装置被安装到所述电池组。
14.根据权利要求13所述的电池组，其中，所述距离是1cm至20cm。
15.一种车辆，所述车辆包括作为电源的根据权利要求8所述的电池组。
16.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述车辆是电动车辆、混合动力电动车辆、或者插入式混合动力电动车辆。
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