CN104733686B - 用于防止电池过充电的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于防止电池过充电的设备，其包括置于电池内堆叠的电池单元之间以在堆叠方向上包围电池单元的多个支架。安装空间在包围电池单元的至少两个支架的外部之间形成。另外，流体袋布置在安装空间内并邻近安装空间内的电池单元，且在其中含有流体。切割部件布置在安装空间内并具有邻近流体袋布置的第一端，且在切割部件的第二端具有朝向极耳和母线之间的切割刃。

Description

用于防止电池过充电的设备

技术领域

本发明涉及一种防止电池过充电的设备，其通过检测因电池过充电而引起电池单元膨胀时的电池单元扩张，甚至是最少量的气体生成，来防止电池过充电，并因此断开充电电路以确保电池稳定性。

背景技术

近来，作为一种解决化石燃料导致的环境污染的方案，利用电力作为主要动力源的环境友好的交通工具，例如电动交通工具和混合动力交通工具，正在得到发展。环境友好的交通工具需要电池存储电能，并且尤其需要高功率和大容量电池来驱动交通工具。因此通常采用中或大尺寸的电池。由于这样的中或大尺寸的电池的尺寸，它们不容易安装在交通工具内，并且增加交通工具重量，因此已开展对较小电池的研究。

近来，采用囊袋的电池结构符合要求并且引起关注。尽管采用囊袋的电池在电效率方面有利，但它们具有相当低的稳定性。因此需要获得电池稳定性的技术。也就是说，在采用电池组的电池中，当电池过充电时，电压增大并且可发生过热，使得电池单元中生成的气体引起电池电池单元膨胀。因此，高压电池系统需要过充电安全设备。过充电安全设备可通过在电池过充电时断开电流以防止热失控而保护电池系统免于起火。在根据现有技术的被动型过充电安全结构中，利用电池电池单元膨胀时出现的扩张力。在电池单元充分膨胀时，端板打开导致电池单元扩张，因此使电池单元接头部件破裂。所以电流中断并因此确保安全。

然而在上述结构中，电池单元必须在热失控发生前充分膨胀。当电池单元不能在热失控前充分膨胀时，设备随着热失控操作，并且即使在电流中断时仍可由热失控引起起火。另外，在电池单元中已生成的气体量不足时，电池单元接头部件可能不会破裂。

另一方面，作为用于防止电池过充电的可选方法，还存在主动中断继电器的主动型技术。这样的主动型过充电防止结构包括传感器或开关以检测电池单元扩张，并在检测到电池单元扩张时中断向继电器供电，并且进而中断电池系统中的电流。然而，中断向继电器供电的技术不能在继电器熔断时中断电流。另外，在紧急状况下，例如在导致组件不可操作的事故中，当电气组件、例如传感器和开关故障时，主动型过充电安全结构不能确保安全。以上描述为现有技术的事物仅为促进理解本发明的背景而提供，并且不应解释为承认它们作为本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种防止电池过充电的设备，其通过检测因电池过充电而引起电池单元膨胀时的电池单元扩张，甚至是实质上少量气体的生成，来防止电池过充电，并因此可断开充电电路以确保电池稳定性。

根据本发明的示例性实施例，用于防止电池过充电的设备可包括：多个支架，其置于电池内堆叠的电池单元之间以在堆叠方向上包围电池单元；在包围电池单元的至少两个支架的外部之间形成的安装空间；流体袋，其布置在安装空间内，并接近(例如邻近)安装空间内的电池单元，且在其中含有流体；以及切割部件，其布置在安装空间内，具有邻近流体袋布置的端部(例如第一端)，并在另一端部(例如第二端)具有朝向极耳和母线之间的切割刃。

支架可具有围绕电池单元外围的框架形状，邻近电池单元通过支架进行表面接触。安装空间可通过将包围电池单元的至少两个支架组装成彼此面对而形成。在电池单元膨胀时，流体袋可被扩张压力推动以压出切割部件。另外，流体袋可滑入和滑出支架的安装空间，并可靠近(例如邻近)安装空间内的电池单元布置以固定到支架。流体袋可包括适配部件，其布置在基本上中心部分以将内部空间分成内空间和外空间，并可具有能使流体在内空间和外空间之间流动的通道，以及弹性地安装到适配部件中以选择性打开和关闭通道的罩盖部件。

流体袋的罩盖部件可由弹性部件弹性地支承以阻塞通道，并且弹性部件的弹力可小于电池单元膨胀时的扩张压力。流体袋可初始含有在内空间中的流体，且流体的运动可由弹性支承的罩盖部件约束，并且在电池单元膨胀时内空间中的流体可以推开罩盖部件然后到达外空间。面向切割部件端部的流体袋端部可折叠若干次以形成褶皱。进一步地，可在切割部件端部形成朝向安装空间内侧突出的延伸部分。极耳和母线可通过相互隔开的多个焊点彼此联结。另外，可在切割部件的另一端形成的切割刃上形成对应于多个焊点的切割突起。

附图说明

图1是根据本发明的第一示例性实施例的用于防止电池过充电的设备的示例性视图；

图2是根据本发明的示例性实施例的图1的用于防止电池过充电的设备的A部分的示例性剖面图；

图3是根据本发明的示例性实施例的图1的用于防止电池过充电的设备的示例性详图；

图4是根据本发明的第二示例性实施例的用于防止电池过充电的设备的示例性剖面图；

图5是示出根据图4的第二示例性实施例的用于防止电池过充电的设备的动作的示例性图；

图6是根据本发明的第三示例性实施例的用于防止电池过充电的设备的示例性剖面图；

图7是示出根据图6的第三示例性实施例的用于防止电池过充电的设备的动作的示例性图；以及

图8是示出根据本发明的示例性实施例的用于防止电池过充电的设备中的切割部件的示例性图。

具体实施方式

应该理解，术语“交通工具”或“交通工具的”或在此使用的其他相似术语总体上包括机动交通工具，例如包括运动型多用途汽车(SUV)的乘用车，公共汽车，卡车，各种商业交通工具，包括各种船只和船舶的水上交通工具，飞行器，等等，并包括混合动力交通工具、电动交通工具、插电式混合动力电动交通工具、氢动力交通工具，以及其他代用燃料交通工具(例如得自除石油之外的资源的燃料)。如在此提到的，混合动力交通工具是具有两个或更多个动力源的交通工具，例如既有汽油动力又有电动力的交通工具。

在此使用的术语仅用于描述具体实施例并不意在限制本发明。如在此使用的，单数形式“一个”、“一只”和“该”意在同样包括复数形式，除上下文以其他方式明确表明之外。还应理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指存在已指明的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。如在此使用的，术语“和/或”包括相关列出条目中的一个或多个的任何与全部组合。

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的用于防止电池过充电的设备。图1是根据本发明的第一示例性实施例的用于防止电池过充电的设备的示例性视图；图2是图1的用于防止电池过充电的设备的A部分的示例性剖面图，以及图3是图1的用于防止电池过充电的设备的示例性详图。

根据本发明的用于防止电池过充电的设备可包括：置于电池中彼此堆叠的电池单元100之间以在堆叠方向上覆盖电池单元100的多个支架200；在覆盖电池单元100的至少两个支架200的外部之间形成的安装空间220；流体袋300，其邻近安装空间220内的电池单元100布置在安装空间220内，并在其中含有流体；以及布置在内部空间220内的切割部件400，其端部420邻近流体袋300布置，朝向极耳120和母线500之间的切割刃442在其另一端440形成。

本发明将参考图1到4进行详细描述。根据本发明的用于防止电池过充电的设备可包括：以表面接触在电池内彼此堆叠的多个电池单元100a和100b；置于堆叠的电池单元100a和100b之间以覆盖电池单元100a和100b的多个支架200a、200b、200c和200d；在支架200b和支架200c的外部之间形成的安装空间220；从电池单元100伸出以通过安装空间220暴露的极耳120；经焊点电连接到极耳120的母线500。

另外，流体袋300和切割部件400可布置在安装空间220内，用以在电池单元膨胀时将极耳120从母线500断开。流体袋300可邻近电池单元100布置在安装空间220内并可含有流体，并因此在电池单元膨胀时流体可被电池单元100的膨胀压力移动并变形以将切割部件400推出。切割部件400可布置在安装空间220内，其中一端420(例如第一端)邻近流体袋300，并且朝向极耳120和母线500之间的切割刃442可在另一端440(例如第二端)形成。在电池单元膨胀时，流体袋300可变形并移动，以将切割部件400推出安装空间220，从而切割极耳120并将其与母线500断开。也就是说，在电池单元膨胀时，电池单元100可扩张出安装空间220，并且然后流体袋300可被已扩张的电池单元100推动，从而移出安装空间220并变形。通过流体袋300的移动和变形，在电池单元膨胀时切割部件400可被推出以使极耳120和母线500之间断裂并且中断电连接，由此防止电池过充电。

支架200可具有围绕电池单元100边缘的框架形状。邻近电池单元100可通过支架200接触安装空间220的表面。安装空间220可在彼此面对面组装的围绕电池单元100的至少两个支架200之间形成。也就是说，支架200可具有围绕电池单元100边缘的框架形状，以及在支架200基本中心的空心部分，以使得邻近电池单元100a和100b进行表面接触。特别地，电池单元100的边缘可折叠，这样支架200就可以用电池单元100已折叠并装配的边缘推压电池单元100的边缘，以约束电池单元膨胀时朝向边缘方向的扩张。这样，电池单元100可彼此重复堆叠，并且在两侧在堆叠方向上由端板推压，从而约束朝向表面方向的扩张。

另外，焊珠可在位于支架200的外部上形成安装空间220之处形成，以增强刚性，从而约束电池单元在表面方向上朝向形成安装空间220之处的部分膨胀，并因此电池单元可朝向安装空间220扩张。因此，将要在下面描述的流体袋300和切割部件400的移动可由实质少量的生成气体导致的膨胀而引起，以防止由过充电引起的过热。

在电池单元膨胀时流体袋300可被扩张压力推出，并可推压切割部件400以将切割部件400从安装空间220推出。也就是说，流体袋300可滑入和滑出支架200的安装空间220。换句话说，在电池单元膨胀时，电池单元的扩张压力可使流体袋300和切割部件400一起移动。在电池单元100扩张时，流体袋300可几乎立即移动以在电池单元膨胀时断开充电电路。

如图2中所示，根据本发明，切割部件400和流体袋300可布置在支架200的安装空间220内。在电池单元100正常操作期间，即电池单元不膨胀时，位于安装空间220内的流体袋300可以不变形，并且切割部件400不能在与其接触的支架200的安装空间220内移动。

特别地，在正常操作期间(例如在不发生电池单元膨胀时)，在因过充电而引起电池单元膨胀时，由于朝向表面方向的扩张受到约束，因此电池单元100可朝向安装空间220扩张，并且可在安装空间220内滑动的流体袋300可被电池单元100的扩张压力推动以朝向切割部件400移动。因此，流体袋300的移动可转变成切割部件400的操作力，以将切割部件400从极耳120和母线500之间推出，并且在极耳120和母线500之间的接触部件可被切割刃442切割，并将极耳120与母线500断开。流体袋300可在安装空间220内邻近电池单元100布置以固定到支架200。

如上所述，如图4和图5所示，流体袋300的位置可固定在支架200的安装空间220内，从而在电池单元膨胀时通过流体袋300的变形将切割部件400推出。根据另一示例性实施例，面向切割部件400端部420的流体袋300端部320可折叠若干次以使其形成褶皱。通过将面向安装空间220外部的流体袋300端部320折叠若干次，在电池单元膨胀时流体袋300的体积可被电池单元100的扩张压力改变，导致在流体袋300中含有的流体朝向安装空间220外部移动，同时推动切割部件400。进一步地，通过将更靠近切割部件400的流体袋300端部320(例如第一端)折叠若干次，在电池单元膨胀时流体袋300的体积可改变，导致在流体袋300中含有的流体朝向安装空间220外部平稳移动。因此，在电池单元膨胀时充电电路可更平稳地断开。

参考图6和图7，流体袋300可包括布置在流体袋300基本上中心的位置、用以将流体袋300的内部空间分成内空间342和外空间344的适配部件340，并可包括能使流体在内空间342和外空间344之间流动的通道346，以及弹性地布置在适配部件340内以选择性打开和关闭通道346的罩盖部件360。

根据该示例性实施例，在电池单元膨胀并且电池单元的膨胀压力达到预定压力时，流体袋300可扩张并变形，并且电力可被切割部件400中断。具体地，适配部件340可布置在流体袋300内将内部空间分成内空间342和外空间344，并且可形成能使流体在内空间342和外空间344之间流动的通道346。罩盖部件360可安装在适配部件340中以选择性打开和关闭通道346。特别地，罩盖部件360可弹性地支承在适配部件340中以阻塞通道346，从而防止流体在内空间342和外空间344之间流动。

如图6中所示，在电池单元100正常操作的初始状态期间，流体袋300可在内空间342内含有流体，并且被弹性支承的罩盖部件360可阻塞适配部件340的通道346以约束流体移动。然后如图7中所示，在电池单元膨胀时，电池单元100可扩张以推压流体袋300，并且内空间342内的流体可通过扩张压力推动罩盖部件360打开通道346，导致流体移动到外空间344，由此将切割部件400推出。特别地，流体袋300的罩盖部件360可由安装在适配部件340内的弹性部件348弹性地支承以阻塞通道。弹性部件348的弹力可小于电池单元膨胀时的扩张压力。也就是说，通过将弹性部件348的弹性系数设定为小于电池单元100膨胀到危险水平(例如预定水平)时电池单元100的扩张压力，切割部件400在电池单元膨胀时电池单元的扩张压力达到最优水平时可被推出。

根据本发明第三示例性实施例的流体袋300具有这样的优点，可基于电池单元100的扩张压力通过调整弹性部件348的弹性系数来调整过充电安全结构的操作压力。在切割部件400的一端(例如第一端)，可形成朝向安装空间220内侧突出的延伸部分422。通过在切割部件400的端部420形成朝向安装空间220内侧突出的延伸部分422，来自电池单元膨胀时移动并变形的流体袋300的操作力可更容易传递。因此，在电池单元膨胀时流体袋300的移动可更平稳地转变成切割部件400的操作力，以更平稳地从母线500切割极耳120。

附带地，极耳120和母线500可通过多个相互隔开的焊点W联结。在切割部件400的另一端440(例如第二端)形成的切割刃442上可形成多个切割突起444以对应于焊点。这样，极耳120和母线500可通过多个相互隔开的焊点W彼此联结，并且可在切割部件400的切割刃442上形成对应于焊点的切割突起444，以在用切割部件400的切割刃442在极耳120和母线500之间切割时减小阻力。因此焊点可更容易破裂。

通过在因过充电而引起电池单元膨胀时更准确地检测电池单元扩张，甚至是实质上少量气体的生成，并因此断开充电电路，这样配置的用于防止电池过充电的设备可获得改善的电池稳定性。特别地，不同于需要增大的或充足的空间以获得使电池单元可朝向表面方向扩张的封装空间的现有用于防止电池过充电的设备，根据本发明的用于防止电池过充电的设备可减小封装空间以允许紧凑模块设计，并因此单位电池系统体积的能量密度可提高。此外，借助减小的模块体积，总电池组体积也可减小，并因此电池组中结构的尺寸也可减小。因此，包括在现有模块设计内的电池单元之间的铝罩盖可消除，以节省罩盖模塑成本和材料成本。

尽管本发明已参考具体示例性实施例加以描述，但对本领域技术人员显而易见的是，可不背离由权利要求限定的本发明的保护范围对本发明做出各种改变和修改。

Claims (11)

1.一种用于防止电池过充电的设备，其特征在于，包括：

多个支架，其各自置于电池内堆叠的电池单元之间以在堆叠方向上包围所述电池单元；

安装空间，其在包围所述电池单元的至少两个支架的外部之间形成；

流体袋，其布置在所述安装空间内，并邻近所述安装空间内的所述电池单元，且在其中含有流体；以及

切割部件，其布置在所述安装空间内，具有邻近所述流体袋布置的第一端，并且在所述切割部件的第二端具有朝向极耳和母线之间的切割刃，

其中，所述流体袋邻近所述安装空间内的所述电池单元布置成固定到所述支架，并且

所述流体袋包括：

适配部件，其布置在基本上中心部分以将所述流体袋的内部空间分成内空间和外空间，并具有使流体可在所述内空间和所述外空间之间流动的通道；和

罩盖部件，其弹性地布置在所述适配部件中以选择性打开和关闭所述通道。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述支架具有围绕所述电池单元外围的框架形状，邻近的电池单元通过所述支架进行表面接触。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述安装空间通过将包围所述电池单元的至少两个支架组装成彼此面对而形成。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在电池单元膨胀时，所述流体袋被扩张压力推动，以推压所述切割部件并将所述切割部件从所述安装空间推出。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体袋可滑入和滑出所述支架的所述安装空间。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体袋的所述罩盖部件由弹性部件弹性地支承以阻塞所述通道，并且所述弹性部件的弹力小于电池单元膨胀时的扩张压力。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体袋初始含有在所述内空间中的流体，且所述流体的运动由所述弹性支承的罩盖部件约束，并且在电池单元膨胀时所述内空间中的流体推开所述罩盖部件以到达所述外空间。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，面向所述切割部件的所述第一端的所述流体袋的端部折叠若干次以形成褶皱。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述切割部件的所述第一端形成有朝向所述安装空间内侧突出的延伸部分。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述极耳和所述母线通过相互隔开的多个焊点彼此联结。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，在所述切割部件的所述第二端形成的所述切割刃上形成有对应于所述多个焊点的多个切割突起。