CN106784487B - 实现电池失稳保护的电池模组和动力电池 - Google Patents

实现电池失稳保护的电池模组和动力电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种实现电芯失稳保护的电池模组和动力电池。通过将电芯的封装外壳设置成突出的封边，并通过固定结构将封边压合，且通过凹槽为电芯的爆喷预留了排气口。在电芯出现失稳并向外喷气时，高温高压的气体可以将设置在凹槽处的集流板上的熔断部熔断，切断发生爆喷的电芯与其他电芯的连接。避免其他电芯为失稳电芯补充电能，减小了单个电芯失稳时的剧烈程度和反应时间，保证整体电池模组的供电安全。

Description

实现电池失稳保护的电池模组和动力电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种实现电池失稳保护的电池模组和动力电池。
背景技术
软包电芯在过充、过热或其他条件的刺激下会发生失稳现象，电芯失稳时产生大量的热并喷出高温高压气体。电芯本身的高温环境及喷出的高温高压气体可能会引起周围电芯的失稳。传统软包模组均未考虑电芯失稳时的保护，导致电芯失稳时周围电芯继续给失稳电芯补充电能，从而导致失稳电芯反应更剧烈更持久，严重影响周围电芯的温度环境，对成组安全造成很大影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种实现电池失稳保护的电池模组和动力电池，能够实现对失稳电芯的熔断保护。
本发明提供的技术方案如下：
一种实现电芯失稳保护的电池模组，用于固定多个电芯，该电池模组包括第一固定端板、第二固定端板和设置在所述第一固定端板、第二固定端板之间的多个电芯固定板，其中：
所述电芯包括电芯本体、包覆在所述电芯本体外的封装外壳和设置在所述封装外壳一侧与所述电芯本体的正负极分别连接的两个极耳，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述封装外壳形成突出所述电芯本体的封边；
所述第一固定端板、第二固定端板、电芯固定板相配合形成通过压合固定所述封边以固定所述电芯的固定腔室，所述第一固定端板、第二固定端板或电芯固定板上设置有位于所述电芯的极耳一侧的凹槽，以使每个所述固定腔室对应有至少一个凹槽，所述固定腔室固定压合所述封边时，所述凹槽未压合对应位置的所述封边；
所述电池模组还包括设置在所述极耳一侧的多个集流板，每个所述集流板与一个电芯的正极极耳及相邻另一个电芯的负极极耳连接，以使每个所述电芯固定板一侧的所有所述电芯串联，每个所述集流板包括设置在所述凹槽内的熔断部，所述熔断部在承受温度超过预设温度时或承受气体冲击压力超过预设压力值时断裂。
优选地，所述封装外壳在设置所述极耳的一侧、与设置所述极耳的一侧相邻的两侧分别形成所述封边，所述封边沿所在电芯的侧面延伸。
优选地，所述集流板包括与一个所述电芯的正极极耳连接的第一连接端和与相邻的所述电芯的负极极耳连接的第二连接端，所述熔断部将所述第一连接端和第二连接端连为一体。
优选地，所述第一固定端板一侧设置有至少一个第一容置槽，所述电芯固定板远离所述第一固定端板的一侧设置有至少一个第二容置槽，每个所述第一容置槽和第二容置槽的至少一个中设置有阶梯部；
所述第一固定端板和第二固定端板其中一个及所述电芯固定板其中一侧设置有用于压合固定所述封边的凸起，所述凸起包括设置在第二固定端板一侧与每个所述阶梯部配合的多个第一凸起部和设置在所述电芯固定板远离所述第一固定端板的一侧与每个所述阶梯部配合的多个第二凸起部；
所述第一凸起部、第二凸起部与所述阶梯部配合压合所述封边，且使所述第一容置槽、第二容置槽与所述第一凸起部、第二凸起部配合形成所述固定腔室。
优选地，所述凹槽设置在与所述电芯上设置极耳一侧对应的所述第一凸起部和第二凸起部上，每个所述固定腔室对应两个凹槽，每一排所述固定腔室对应的凹槽设置在相邻两个电芯的正极极耳和负极极耳之间。
优选地，每个所述集流板包括一个熔断部，所述熔断部设置在其中一个所述凹槽中。
优选地，所述熔断部为设置在所述凹槽内的向远离所述电芯的方向弯曲的弧形熔断部。
优选地，所述熔断部为铝制。
优选地，所述电芯为聚合物电芯。
本发明还提供了一种动力电池，包括至少一个上面所述的实现电芯失稳保护的电池模组。
本申请通过将电芯的封装外壳设置成突出的封边，并通过固定结构将封边压合，且通过凹槽为电芯的爆喷预留了排气口。在电芯出现失稳并向外喷气时，高温高压的气体可以将设置在凹槽处的集流板上的熔断部熔断，切断发生爆喷的电芯与其他电芯的连接。避免其他电芯为失稳电芯补充电能，减小了单个电芯失稳时的剧烈程度和反应时间，保证整体电池模组的供电安全。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种实现电池失稳保护的电池模组的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种实现电池失稳保护的电池模组的整体结构示意图。
图3为图2中I部分的放大示意图。
图4为本发明实施例提供的电芯的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的电芯固定板一侧的结构示意图。
图6为图5中II部分的放大示意图。
图7为本发明实施例提供的电芯固定板另一侧的结构示意图。
图8为图7中III部分的放大示意图。
图9为本发明实施例提供的集流板的结构示意图。
图10为本发明实施例提供的集流板与多个电芯连接的示意图。
图11为第一固定端板与相邻的一个电芯固定板及其固定的多个电芯的结构示意图。
图12为图11中IV部分的结构示意图。
图标：100-电池模组；101-第一固定端板；102-第二固定端板；103-电芯固定板；1031-第二容置槽；1032-阶梯部；1033-第一凸起部；104-凹槽；105-集流板；1051-熔断部；1052-第一连接端；1053-第二连接端；200-电芯；201-电芯本体；202-封边；203-极耳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施例提供一种实现电芯失稳保护的电池模组100，用于固定多个电芯200，如图1至图3所示，该电池模组100包括第一固定端板101、第二固定端板102和设置在所述第一固定端板101、第二固定端板102之间的多个电芯固定板103。
一个电池模组100中可以包括多个电芯200，如果其中一个电芯200发生了爆喷等失稳意外，需要将该电芯200及时从整体电池模组100中隔离。此时，如果发生爆喷等意外情况的电芯200依然接入到电路中，就会出现电池模组100中的其他正常电芯200会对出现失稳的电芯200进行电能的补充，从而加剧失稳状况，甚至引起整个电池模组100的失稳，给电池模组100的安全运行带来严重的安全影响。
在本申请实施例中，如图4所示，所述电芯200包括电芯本体201、包覆在所述电芯本体201外的封装外壳和设置在所述封装外壳一侧与所述电芯本体201的正负极分别连接的两个极耳203，所述封装外壳形成突出所述电芯本体201的封边202；
所述第一固定端板101、第二固定端板102、电芯固定板103相配合形成通过压合固定所述封边202以固定所述电芯200的固定腔室，所述第一固定端板101、第二固定端板102或电芯固定板103上设置有位于所述电芯200的正极极耳一侧的凹槽104，以使每个所述固定腔室对应有至少一个凹槽104，所述固定腔室固定压合所述封边202时，所述凹槽104未压合对应位置的所述封边202。
在本申请实施例中，电池模组100中固定的电芯200可以采用聚合物电池，即软包电池。软包电池的形状一般为长方体形，通过在电芯本体201上包覆一封装外壳，一般情况下，现有技术中软包电池的封装外壳的形状和电芯本体201的形状相同，封装外壳套设在电芯本体201外。这样的电芯200在电芯200发生胀气、爆喷等情况时，电芯200内部的气体会从封装外壳的薄弱处泄露，由于不同电芯200在制造过程中封装外壳哪一点的耐压程度低是无法确定的。可以说，现有技术中软包电池发生胀气、爆喷等内部气体向外排气的情况时，其泄露点是随机的。
在本申请实施例中，为了避免电芯200出现通过封装外壳上的随机排气的缺点，进行了两方面的改进。一方面，将电芯200的封装外壳设置成具有突出的封边202的样式，另一方面通过改进固定结构实现。
具体的，所述第一固定端板101和第二固定端板102其中一个及所述电芯固定板103其中一侧设置有用于压合固定所述封边202的凸起，所述凸起在所述第一固定端板101、第二固定端板102、电芯固定板103扣合时形成容纳所述电芯200的固定腔室，所述凸起上设置有多个凹槽104，以使每个所述固定腔室对应有至少一个所述凹槽104，所述凸起固定压合所述封边202时，所述凹槽104未压合对应位置的所述封边202且使所述固定腔室内部与外部连通。
通过设置凸起，这些凸起在固定端板和电芯固定板103扣合时，可以将电芯200的封边202压住，相邻的两块板通过这些凸起实现对电芯200的固定。同时，这些凸起上设置有凹槽104，凹槽104将凸起形成的固定腔室的内外连通。
一个电芯固定板103一侧的电芯200，需要通过连接结构实现电芯200的串联。在本申请实施例中，电芯200的两个极耳203设置在同一侧，并且通过集流板105实现相邻电芯200之间的串联连接。
所述极耳203包括正极极耳和负极极耳，所述电池模组100还包括设置在所述极耳203一侧的多个集流板105，一个所述集流板105包括与一个所述电芯200的正极极耳的第一连接端1052及与相邻一个所述电芯200的负极极耳连接的第二连接端1053，以使每个所述电芯固定板103一侧的所有所述电芯200串联，所述第一连接端1052和第二连接端1053通过设置在所述凹槽104内熔断部1051连接，所述熔断部1051在承受温度超过预设温度时或承受气体冲击压力超过预设压力值时断裂。
具体的，电芯200的封装外壳可以形成三个侧面具有封边202的结构，电芯200的封装外壳可以采用一整张封装材料，将电芯200与设置极耳203相对的一侧包覆住，并在设置极耳203的一侧及与设置极耳203一侧相邻的两侧，共计形成三条封边202。
为了方便使用，封边202的设置形式可以是在每一个侧面的中心线上延伸，即电芯200可以被封边202所在的平面分割成两个相同的部分。
在电芯200内部出现胀气时，高温高压的气体会从封装外壳的薄弱处排气。由于设置了压合封边202的凸起，且凸起上设置了凹槽104，使得凹槽104处对应的封边202成为了电芯200封装外壳上最薄弱的地方，电芯200内部的气体就会冲破凹槽104处对应的封边202，完成排气。
如图5至图8所示，所述第一固定端板101一侧设置有至少一个第一容置槽，所述电芯固定板103远离所述第一固定端板101的一侧设置有至少一个第二容置槽1031，每个所述第一容置槽和第二容置槽1031的至少一个中设置有阶梯部1032，所述凸起包括设置在第二固定端板102一侧与每个所述阶梯部1032配合的多个第一凸起部1033和设置在所述电芯固定板103远离所述第一固定端板101的一侧与每个所述阶梯部1032配合的多个第二凸起部，所述第一凸起部1033、第二凸起部与所述阶梯部1032配合压合所述封边202，且使所述第一容置槽、第二容置槽1031与所述第一凸起部1033、第二凸起部配合形成所述固定腔室。
所述凹槽104设置在与所述电芯200上设置极耳203一侧对应的所述第一凸起部1033和第二凸起部上，每个所述固定腔室对应两个凹槽104，每一排所述固定腔室对应的凹槽104设置在相邻两个电芯200的正极极耳和负极极耳之间。
在本申请实施例中，如图9所示，所述集流板105包括与一个所述电芯200的正极极耳连接的第一连接端1052和与相邻的所述电芯200的负极极耳连接的第二连接端1053，所述熔断部1051将所述第一连接端1052和第二连接端1053连为一体。由于在集流板105上设置了熔断部1051，并且该熔断部1051是设置在第一连接端1052和第二连接端1053之间，每个电芯200对应有一个固定腔室，且每个固定腔室可以对应有两个用于排气的凹槽104，两个凹槽104分别设置在两个电芯200的正极极耳和负极极耳之间。一个电芯200的正极与前一个电芯200的负极之间具有一个熔断部1051，同时该电芯200的负极与下一个电芯200之间也具有一个熔断部1051。
图10为相邻的三个电芯200与集流板105的连接示意图。图11为第一固定端板101与相邻的一个电芯固定板103及其固定的电芯200的示意图。图12为图11中的局部放大示意图。假设设置在中间的一个电芯200出现了失稳，电芯200内部的气体就会从凹槽104处的封边202喷出，由于凹槽104内设置有熔断部1051，高温高压的气体就会将熔断部1051熔断或冲击断。由于一个固定腔室中设置了两个凹槽104用于排气，失稳的电芯200排出的气体会从两个凹槽104处分别排出，并将凹槽104中的熔断部1051熔断。切断该失稳电芯200与相邻电芯200之间的电连接，使该失稳的电芯200不会影响周围的电芯200。从而保证整体电池模组100的用电安全。
优选的，所述熔断部1051为设置在所述凹槽104内的向远离所述电芯200的方向弯曲的弧形熔断部1051。熔断部1051可以采用铝制作，在承受温度超过预设温度时或承受气体冲击压力超过预设压力值时断裂。具体的材料和熔断部1051的大小可以根据实际需要确定。一般情况下，为了保证熔断部1051在电芯200失稳时可以及时熔断，熔断部1051的宽度与凹槽104的宽度可以相等。熔断部1051可以将整个凹槽104覆盖住，以在失稳时喷出的气体时，及时受热或受冲击而断裂。
软包电芯200在过充、过热或其他条件的刺激下会发生失稳现象，电芯200失稳时产生大量的热并喷出高温高压气体。电芯200本身的高温环境及喷出的高温高压气体可能会引起周围电芯200的失稳。因此有效的控制电芯200失稳时的反应程度对成组安排至关重要。
传统软包模组均未考虑电芯200失稳时的熔断结构，导致电芯200失稳时，周围电芯200继续给失稳电芯200补充电能，从而导致失稳电芯200反应更剧烈更持久，严重影响周围电芯200的温度环境，对电池模组100成组安全造成很大影响。
本发明设计的电芯200失稳可熔断结构，保证电芯200在失稳喷气时，及时通过高温高压气体熔断电芯200极耳203与集流板105的电路连接，使电芯200及时同模组电路断开，避免了模组电路继续给失稳电芯200补充电能，减小了电芯200失稳时的剧烈程度和失稳反应时间，从而减小对周围电芯200的影响。
综上所述，本申请通过将电芯200的封装外壳设置成突出的封边202，并通过固定结构将封边202压合，且通过凹槽104为电芯200的爆喷预留了排气口。在电芯200出现失稳并向外喷气时，高温高压的气体可以将设置在凹槽104处的集流板105上的熔断部1051熔断，切断发生爆喷的电芯200与其他电芯200的连接。避免其他电芯200为失稳电芯200补充电能，减小了单个电芯200失稳时的剧烈程度和反应时间，保证整体电池模组100的供电安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种实现电芯失稳保护的电池模组，其特征在于，用于固定多个电芯，该电池模组包括第一固定端板、第二固定端板和设置在所述第一固定端板、第二固定端板之间的多个电芯固定板，其中：
所述电芯包括电芯本体、包覆在所述电芯本体外的封装外壳和设置在所述封装外壳一侧与所述电芯本体的正负极分别连接的两个极耳，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述封装外壳形成突出所述电芯本体的封边；
所述第一固定端板、第二固定端板、电芯固定板相配合形成通过压合固定所述封边以固定所述电芯的固定腔室，所述第一固定端板、第二固定端板或电芯固定板上设置有位于所述电芯的极耳一侧的凹槽，以使每个所述固定腔室对应有至少一个凹槽，所述固定腔室固定压合所述封边时，所述凹槽未压合对应位置的所述封边；
所述电池模组还包括设置在所述极耳一侧的多个集流板，每个所述集流板与一个电芯的正极极耳及相邻另一个电芯的负极极耳连接，以使每个所述电芯固定板一侧的所有所述电芯串联，每个所述集流板包括设置在所述凹槽内的熔断部，所述熔断部在承受温度超过预设温度时或承受气体冲击压力超过预设压力值时断裂，所述熔断部为设置在所述凹槽内的向远离所述电芯的方向弯曲的弧形熔断部；
所述集流板包括与一个所述电芯的正极极耳连接的第一连接端和与相邻的所述电芯的负极极耳连接的第二连接端，所述熔断部将所述第一连接端和第二连接端连为一体；
所述第一固定端板一侧设置有至少一个第一容置槽，所述电芯固定板远离所述第一固定端板的一侧设置有至少一个第二容置槽，每个所述第一容置槽和第二容置槽的至少一个中设置有阶梯部；所述第一固定端板和第二固定端板其中一个及所述电芯固定板其中一侧设置有用于压合固定所述封边的凸起，所述凸起包括设置在第二固定端板一侧与每个所述阶梯部配合的多个第一凸起部和设置在所述电芯固定板远离所述第一固定端板的一侧与每个所述阶梯部配合的多个第二凸起部；所述第一凸起部、第二凸起部与所述阶梯部配合压合所述封边，且使所述第一容置槽、第二容置槽与所述第一凸起部、第二凸起部配合形成所述固定腔室。
2.根据权利要求1所述实现电芯失稳保护的电池模组，其特征在于，所述封装外壳在设置所述极耳的一侧、与设置所述极耳的一侧相邻的两侧分别形成所述封边，所述封边沿所在电芯的侧面延伸。
3.根据权利要求1所述实现电芯失稳保护的电池模组，其特征在于，所述凹槽设置在与所述电芯上设置极耳一侧对应的所述第一凸起部和第二凸起部上，每个所述固定腔室对应两个凹槽，每一排所述固定腔室对应的凹槽设置在相邻两个所述电芯的正极极耳和负极极耳之间。
4.根据权利要求3所述实现电芯失稳保护的电池模组，其特征在于，每个所述集流板包括一个熔断部，所述熔断部设置在其中一个所述凹槽中。
5.根据权利要求1所述实现电芯失稳保护的电池模组，其特征在于，所述熔断部为铝制。
6.根据权利要求1所述实现电芯失稳保护的电池模组，其特征在于，所述电芯为聚合物电芯。
7.一种动力电池，其特征在于，包括至少一个权利要求1至6任意一项所述的实现电芯失稳保护的电池模组。
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