CN107210403A - 用于组装蓄电池组中的电池单元以控制热释放的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池组，其包括：设置在屏障结构中的一个或多个蓄电池单元，所述屏障结构形成流动通道，以从蓄电池组中经历故障状态的蓄电池单元中引导排出材料，使得允许排出的气体在其离开蓄电池组之前扩展。在蓄电池组中包括两个或更多个蓄电池单元的情况下，屏障结构将它们彼此电隔离并热隔离，使得在蓄电池单元排气的情况下，其不会影响其他蓄电池单元并导致热失控状况。

Description

用于组装蓄电池组中的电池单元以控制热释放的方法和装置

技术领域

本公开通常涉及蓄电池封装装置，更具体地说，涉及考虑经历热失控状况的一个或多个蓄电池单元。

背景技术

移动和便携式电子产品依赖于作为电源的蓄电池。蓄电池包括组装在允许电池单元再充电的外壳中的一个或多个蓄电池单元，并且通常允许蓄电池从其用于供电的设备移出。蓄电池在这些电子产品的形状因子、大小和重量方面起关键作用。

由于优于其他电池单元技术的优点，诸如高能量密度和低自放电率，使用锂离子电池普遍增长。高能量密度允许锂离子电池单元用在从便携式电子无线电到电动车辆的许多不同的应用中，同时与诸如镍基可再充电电池(例如镍镉、镍金属氢化物)的更成熟的蓄电池化学品相比，最小化系统(设备和电池)的整体重量和大小。

包含锂离子电池单元的产品设计应当考虑鲁棒性和安全电流、电压和温度操作限制。当锂离子电池单元的能量密度继续增加时，在蓄电池单元故障时，在高温下，在灾难性故障时，蓄电池单元的能量释放相应地增加。越新、越高的能量密度电池单元增加这种热失控事件的潜在危险。热失控是指其中温度增加改变状况使得导致进一步的温度增加的情形，通常导致破坏性结果。单一锂离子电池单元的热失控会导致多电池单元组的一系列灾难性电池单元故障。

因此，期望具有在最小化对蓄电池组大小和重量的影响的同时解决上述问题改进的蓄电池组设计。

附图说明

附图结合下述详细描述合并在该说明书中并形成其一部分，并且用来进一步说明包括所要求保护的发明的概念的实施例，并且解释那些实施例的各种原理和优点，其中，在各个图中，相似的参考数字表示相同或功能性上类似的元件。

图1是根据现有技术的具有压力排气孔的蓄电池单元的等距视图。

图2是根据一些实施例的蓄电池组的俯视剖面图。

图3是根据一些实施例的包含共同定向的蓄电池单元的蓄电池组的多视角视图；

图4是根据一些实施例的在流体通道中具有挡板壁的蓄电池组的俯剖面平面图；

图5是根据一些实施例的具有覆盖外壳排气孔的标签的蓄电池组的外部视图；以及

图6是根据一些实施例的包括多个子部件的蓄电池组，其中，每一子部件包括一个或多个蓄电池单元及相应的流体通道。

技术人员将认识到为了简化和清楚示出图中的元件，且不一定按比例绘制。例如，可以相对于其他元件放大图中的一些元件的尺寸以提高本发明的实施例的理解。

适当时，由图中的常见符号表示装置和方法组件，仅示出与理解本发明的实施例有关的那些具体细节，以便不会由于对受益于本文描述的本领域的技术人员来说显而易见的细节而混淆本公开。

具体实施方式

由下述论述例示的实施例包括蓄电池组，其被热保护以防止蓄电池单元故障，这些蓄电池单元故障导致可能影响其它蓄电池组件的热排放，包括在一些实施例中引起蓄相邻电池单元中的类似故障。蓄电池组包括至少一个蓄电池单元，其具有位于在至少一个蓄电池单元周围形成的屏障结构中的压力排气孔。屏障结构由耐热材料组成，并且接近至少一个蓄电池单元的压力排气孔形成排气通道。蓄电池组进一步包括其中放置至少一个蓄电池和屏障结构的外壳。外壳包括外壳壁，其被构造成从屏障结构的排气通道到在外壳壁中形成的外壳排气孔在外壳壁和屏障结构之间形成流体通道。

图1是根据现有技术，具有压力排气孔102的蓄电池单元100的等距视图。蓄电池单元100包括第一电极104和第二电极106，其可以是其中设置蓄电池单元100的内容(即，阳极、阴极、间隔、电解质)的金属容器的外部。压力排气孔被设计成当蓄电池单元100内部的压力达到预先选择的压力阈值时打开。基于由蓄电池单元100使用的化学性质，以及蓄电池单元的特定几何结构(例如圆柱形对棱柱形)和容量，选择预先选择的压力阈值。通常，蓄电池单元经受正常压力增加，诸如当充电时，并且事实上，蓄电池单元容器通常被设计成适应这种典型的压力增加。压力排气孔102被设计成打开的压力阈值被选择成高于通过普通使用而经受的典型压力，即使在普通使用的极限值时，并且假定故障状况发生在蓄电池单元100内部。在故障状况发生时，诸如阳极和阴极之间的内部短路，压力将快速地上升。在蓄电池单元100的内部压力达到压力排气孔102的压力阈值时，压力排气孔102将打开，允许气体和其他物质排出蓄电池单元100。

在典型的现有技术蓄电池组中，蓄电池单元串联连接，阳极连接到阴极，或以并联组合，并且使用相同的电池单元几何结构。因此，给定蓄电池单元的压力排气孔可以最接近蓄电池单元系列中的下一蓄电池单元的容器。因此，如果常规布局的蓄电池单元排气，其会将热气和物质直接排放在相邻的蓄电池单元上，可能导致那一蓄电池单元同样故障，导致电池的热失控状况。

图2是根据一些实施例的蓄电池组200的俯剖面平面图。蓄电池组200包括第一蓄电池单元202和第二蓄电池单元204。第一蓄电池单元202包括压力排气孔206和正电极210，以及第二蓄电池单元204同样地包括压力排气孔208和正电极212。本领域的技术人员将意识到尽管电极210、212在此被称为正电极，但一些蓄电池单元结构具有相反的极性并且电极210、212可以是负电极。第一和第二蓄电池单元202、204能分别位于屏障结构214中，并且被定向成使得它们的各自压力排气孔206、208指向基本上相反的方向。蓄电池单元电气串联连接，使得例如，第一蓄电池单元202的正端子210直接连接到第二蓄电池单元204的负端子(即，包壳)。因此，蓄电池组200可以供应是单个蓄电池单元的电压两倍的电压。蓄电池单元202、204之间的电气连接能通过任何常规的方式实现。屏障结构由电绝缘的且在经受故障状况时能抵抗由蓄电池单元202、204产生的温度而基本上不会变形的耐热材料组成。在本领域中已知的其他材料中，这些材料的示例可以包括，例如，例如，陶瓷，陶瓷浸渍的聚合物材料、和固化的酚基树脂。屏障结构使蓄电池单元202、204彼此物理地隔离，以在蓄电池单元之间提供电气屏障和热屏障。屏障结构在压力排气孔206、208附近提供排气通道207、213，在压力排气孔206、208打开时，从蓄电池单元202、204排放的物体将逸入其中。

屏障结构214被组装到具有外壳壁216的外壳中。外壳壁216使外壳的内部与外壳的外部分开，并且被构造成分别在外壳壁216和屏障结构214之间从屏障结构214的排气通道207、213到在外壳壁中形成的外壳排气孔222、224形成流体通道218、220。由此，在外壳壁216和屏障结构214之间存在间隔217、219。在蓄电池单元202、204经受故障状况并且排气时，热物质将通过压力排气孔206或208逸入排气通道207、213，并且在相应箭头226、228的方向中沿响应的连续的流体通道218、220继续流动，其中，流体通道218、220的容量允许缓解压力。此外，排放的物质能通过各自外壳排气孔222、224进一步全部逸出蓄电池组，如由相应的箭头230、232所示。外壳排气孔可以仅是外壳壁216中的开口，或其可以是当各自流体通道218、220中的压力超出压力阈值(其低于蓄电池单元压力排气孔206、208的压力阈值)时打开的机械密封的排气机构。在一些实施例中，外壳排气孔222、224可以被覆盖有在外壳壁216的外部上的标签，该标签用于从视线上遮盖外壳排气孔222、224。流体通道的容量允许排放物质的扩展，由此冷却排放的物质。因此，外壳壁材料不必需要抵抗与屏障结构能够抵抗的相同的温度，但在一些实施例中，在压力排气孔206、208的区域中，外壳壁216可以由热屏障或热屏蔽形成。

本领域的技术人员将意识到如图2所示，蓄电池单元202、204的每一个具有其自己的隔离的排气通道207、213和流体通道218、220，并且在一些实施例中，蓄电池单元202、204能共享共用流体通道来最大化排放的物质排入的扩展容量。此外，在一些实施例中，蓄电池组可以包含单个蓄电池单元，并且可以围绕该蓄电池单元连续地形成流体通道，以便最大化蓄电池组内的扩展容量。

图3是根据一些实施例的包含共同定向的蓄电池单元的蓄电池组300的多视角视图。该图包括俯剖面平面视图302、侧剖面视图304和仰剖面视图306。蓄电池组包括第一蓄电池单元308和第二蓄电池单元310。蓄电池单元308、310为共同定向并且它们的各自压力排气孔312、311指向同一方向。然而，其中设置蓄电池单元308、310的屏障结构324包括使蓄电池单元308、310的每一个的各自排气通道313、315彼此隔离的突起317。突起317防止来自每一电池单元的排放的物质直接排放到另一蓄电池单元上。排气通道313、315沿屏障结构324的侧面邻接流体通道320、318。由屏障结构324和外壳壁322之间的空间形成流体通道320、318。排出电池单元的物质在箭头316、314的方向中行进，其中，排气通道313、315和流体通道318、320的容量允许排放气体扩展。在所示的示例中，排气通道313、315和流体通道318、320在蓄电池单元308、310的三面附近形成连续的容量。外壳排气孔326、328允许排放的气体进一步扩展到蓄电池组300外部。外壳排气孔326、328可以是外壳壁322中的开口，或可以包括在蓄电池组的内部容量的压力达到阈值时打开的与蓄电池单元308、310的压力排气孔312、311类似的机构。

如所看到的，蓄电池单元308、310彼此物理隔离。它们将电气连接在一起，串联或并联在蓄电池组300内部以在蓄电池组300的蓄电池触点处提供电压和电流，如本领域所公知的。屏障结构充当热和电气绝缘体两者，并且可以以各种方式形成，包括模塑、机械加工或部件组装。

图4是根据一些实施例的在流体通道中具有挡板壁的蓄电池组400的俯剖面平面视图401。还示出了仰剖面视图403。蓄电池组400包括八个蓄电池单元402、404、406、408、410、412，在两个视图401、403之间示出了其中的六个。蓄电池单元402、404、406、408、410、412的布局结合图2-3的布局，其中，一些蓄电池单元彼此定向在相反方向中(例如402和406)以及一些被共同定向(例如406和410)。蓄电池单元均分别具有压力排气孔426、428、430、434、440、442。蓄电池单元402、404、406、408、410、412位于使蓄电池单元402、404、406、408、410、412的每一个彼此隔离的绝缘屏障结构416中，并且提供电气绝缘和热绝缘。蓄电池单元402、404、406、408、410、412电气连接在一起以提供蓄电池电压和一组电池触点，如本领域所公知的。

外壳壁414被构造成与屏障结构416的侧面444、446分开，形成与排气通道422、424相连的流体通道418、420。在故障的情况下，从蓄电池单元402、404、406、408、410、412排出的气体和其他物质扩展到排气通道和流体通道418、420、422、424中，并且从外壳端口448、450排出。外壳被进一步构造成在流体通道418、420中包括多个挡板壁438。挡板壁438沿流体通道418、420的长度，交错于流体通道418、420的侧面处，并且部分延伸到流体通道418、420上。挡板壁438用来减缓气体逸出蓄电池组400，并且阻挡从排气蓄电池单元排出的固体物质以防止固体物质离开蓄电池组或可能遮挡外壳端口448、450。

图5是根据一些实施例的具有覆盖外壳排气孔的标签504的蓄电池组500的外部视图。标签位于外壳502的外部上的蓄电池组外壳502的一部分上。外壳排气孔506、508由标签504覆盖，由此使其不可见。在排气的情况下，通过外壳排气孔506、508的压力能揭开标签504或使标签504与外壳502部分分离以允许排出的气体逸出蓄电池组500。在一些实施例中，在各个外壳排气孔506、508周围，标签504可以是折叠的510、512以允许一部分标签从外壳502揭开。此外，在该特定视图中，示出了一组触点512，包括连接到待由蓄电池组供电的设备的正电池触点514和负电池触点516。

图6是根据一些实施例的包括多个子部件的蓄电池组600，其中，每一子部件包括一个或多个蓄电池单元和相应的流体通道。而图2的蓄电池组200适用于便携式电子设备，蓄电池组600旨在包括电气连接在一起的更多数量的蓄电池单元，用于更大应用，诸如电动车辆和工业应用。蓄电池组600包括可以是基本上桶形的主外壳部602。前盖604和上盖606可以被用来完整外壳602的外部。可以将多个蓄电池子部件608、610、612组装到外壳602中，以及每一蓄电池子部件608、610、612可以是包括位于屏障结构中的诸如图4所示的那些的多个蓄电池单元(例如607)。子部件608、610、612可以位于外壳部602的内表面上的导轨614或类似的吸引特征中，其在子部件608、610、612的侧面和外壳部602之间形成流体通道。外壳排气孔616允许排放的气体逸出蓄电池组600。因此，使用诸如图6所示的布局，大量蓄电池单元可以被封装在一起，以及单个电池单元在遭受故障状况时将不会导致级联或热失控事件。本领域的技术人员将意识到不会如所示暴露子部件608、610、612中的蓄电池单元，在此使它们可见仅表示它们包括在子部件608、610、612中。此外，根据至少一些实施例，使用屏障结构和流体通道，本领域的技术人员能想到各种布局以允许排放气体从蓄电池组逸出。

实施例提供在一个蓄电池单元中出现故障状况时防止蓄电池组的级联或热失控故障的益处。此外，在单个电池单元实施例中，使用流体通道以允许排放气体在以定向方式排出蓄电池组前扩展能降低排放气体的温度，因此，降低损坏附近对象或伤害用户的风险。

在前述说明书中，已经对具体实施例进行了描述。然而，本领域的普通技术人员认识到，在不背离如在下文中的权利要求中所陈述的本发明的范围的情况下，能够进行各种修改和改变。因此，说明书和图应当被视为是说明性的而不是限制性意义，并且所有这样的修改均旨在被包括在本教导的范围内。

益处、优点、对问题的解决方案，以及可以使得任何益处、优点或解决方案发生的或变得更显著的任何元素不应当被解释为任何或全部权利要求的关键、必须或本质的特征或元素。本发明仅由所附权利要求来定义，包括在本申请的未决期间做出的任何修改和如所发布的那些权利要求的所有等同物。

此外，在本文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等等的相关术语可以仅用来区分一个实体或动作与另一实体或动作，而不一定要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或顺序。术语“含”、“含有”“具有”“有”“包括”“包括有”“包含”“包含有”或其任何其它变化均旨在涵盖非排他的包括，从而使得含、具有、包括、包含元素列表的处理、方法、制品或装置不仅包括那些元素而且可以包括没有明确列举的或这样的处理、方法、制品或装置所固有的其它元素。继之以“含”“具有”、“包括”“包含”的元素在没有更多的约束的情况下不排除在含、具有、包括、包含该元素的处理、方法、制品或装置中存在另外的相同的元素。除非在本文中以其它方式明确地说明，否则术语“一(a/an)”被定义为一个或多个。术语“大体上”、“本质上”“大概”“大约”或其任何其它版本均被定义为如由本领域的普通技术人员所理解的接近于，并且在非限制性实施例中，该术语被定义成在10％内，在另一实施例中在5％内，在再一实施例中在1％内并且在又一实施例中在0.5％内。如本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，然而不一定是直接地或不一定是机械地。以特定方式配置的设备或结构被至少以该方式来配置并且还可以以未列举的方式来配置。

提供本公开的摘要以允许读者快速地确定本技术公开的本质。本着不用来解释或限制权利要求的范围或意义的理解来提交摘要。此外，在前面的具体实施方式中，能够看出的是，在各种实施例中各种特征被组合在一起以用于简化本公开的目的。公开的这个方法不应当被解释为反映所要求保护的实施例要求比每个权利要求中所明确地记载的更多的特征的意图。而是，如下面的权利要求反映的，发明主题存在于少于单独公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求从而被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求独自作为单独的要求保护的主题。

Claims (20)

1.一种蓄电池组，包括：

至少一个蓄电池单元，所述至少一个蓄电池单元具有压力排气孔；

屏障结构，所述屏障结构被形成为围绕所述至少一个蓄电池单元，所述屏障结构由耐热材料组成，并且接近所述至少一个蓄电池单元的所述压力排气孔形成排气通道；以及

外壳，所述至少一个蓄电池单元和屏障结构被布置在所述外壳中，并且所述外壳具有外壳壁，

其中，所述外壳壁被构造为：

在所述外壳壁和所述屏障结构之间，从所述屏障结构的所述排气通道到在所述外壳壁中形成的外壳排气孔，来形成流体通道。

2.如权利要求1所述的蓄电池组，其中，沿所述屏障结构的相反侧，在所述外壳壁和所述屏障结构之间形成所述流体通道。

3.如权利要求1所述的蓄电池组，其中，所述流体通道包括在所述流体通道中的多个挡板壁。

4.如权利要求1所述的蓄电池组，其中，所述流体通道是围绕所述屏障结构的连续的容量。

5.如权利要求1所述的蓄电池组，

其中，所述至少一个蓄电池单元至少包括第一蓄电池单元和第二蓄电池单元，

其中，所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元在所述屏障结构内被定向为使得彼此隔离，并且使得它们各自的压力排气孔指向基本相反的方向，并且

其中，所述外壳壁被构造成对于所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元中的每一个，来形成分离的各个流体通道。

6.如权利要求1所述的蓄电池组，

其中，所述至少一个蓄电池单元至少包括第一蓄电池单元和第二蓄电池单元，

其中，所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元在所述屏障结构中被共同地定向，并且通过所述屏障结构来被彼此隔离，以及

其中，所述屏障结构从所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元之间延伸到所述外壳壁，以在所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元的各自的压力排气孔之间形成隔离屏障。

7.如权利要求1所述的蓄电池组，

其中，所述至少一个蓄电池单元和屏障结构形成所述蓄电池组的子部件，其中，所述子部件是多个这样的子部件中的一个，以及

其中，每个子部件包括相应的流体通道。

8.一种形成蓄电池组的方法，包括：

将具有压力排气孔的至少一个蓄电池单元组装到由耐热材料形成的屏障结构中，所述屏障结构具有接近所述至少一个蓄电池单元的所述压力排气孔的排气通道；以及

将所述屏障结构和所述至少一个蓄电池单元作为子组件组装到外壳中，所述外壳具有外壳壁，

其中，在所述外壳之内的所述屏障结构和所述外壳壁之间，所述外壳壁形成从所述屏障结构的所述排气通道到在所述外壳壁中形成的外壳排气孔的流体通道。

9.如权利要求8所述的方法，其中，将所述子组件组装到所述外壳中包括：

将所述子组件组装到下述外壳中，在该外壳中，沿所述屏障结构的相反侧在所述外壳壁和所述屏障结构之间形成有所述流体通道。

10.如权利要求8所述的方法，其中，将所述子组件组装到所述外壳中包括：

将所述子组件组装到下述外壳中，在该外壳中，所述流体通道包括有在所述流体通道中的多个挡板壁。

11.如权利要求8所述的方法，其中，将所述子组件组装到所述外壳中包括：

将所述子组件组装到下述外壳中，在该外壳中，所述流体通道为围绕所述屏障结构的连续的容量。

12.如权利要求8所述的方法，其中：

将所述至少一个蓄电池单元组装到所述屏障结构中包括：

通过在所述屏障结构内将第一蓄电池单元和第二蓄电池单元定向为以使得它们彼此隔离并且使得它们各自的压力排气孔指向基本相反的方向，来将至少所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元组装到所述屏障结构中；以及

其中，将所述子组件组装到所述外壳中包括：

将所述子组件组装到下述外壳中，在该外壳中，所述外壳壁被构造成对于所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元中的每一个，形成分离的各个流体通道。

13.如权利要求8所述的方法，其中，

将所述至少一个蓄电池单元组装到所述屏障结构中包括：

通过在所述屏障结构中共同地定向第一蓄电池单元和第二蓄电池单元并且通过所述屏障结构来使彼此隔离，将至少所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元组装到所述屏障结构中；以及

其中，所述屏障结构从所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元之间延伸到所述外壳壁，以在所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元的所述压力排气孔之间形成隔离屏障。

14.如权利要求8所述的方法，

其中，将所述至少一个蓄电池单元组装到所述屏障结构中包括形成所述蓄电池组的子部件，所述方法进一步包括将多个这样的子部件组装到所述外壳中，

其中，所述外壳壁对于所述多个子部件的各个子部件中的每个子部件来形成相应的流体通道。

15.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

在所述外壳的外表面上，将外部标签组装在所述外壳排气孔上方，所述标签遮盖所述外壳排气孔，以及

其中，所述外部标签屈从于压力，以便在气体从所述外壳排气孔排出时，不会阻塞所述外壳排气孔。

16.一种蓄电池组，包括：

屏障结构，所述屏障结构由耐热材料组成；

第一蓄电池单元和第二蓄电池单元，所述第一蓄电池单元和第二蓄电池单元被布置在所述屏障结构中，所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元中的每一个具有各自的压力排气孔，其中，所述屏障结构将所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元彼此热隔离，并且在所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元中的每一个的所述压力排气孔处提供各自的排气通道；以及

外壳，所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元以及所述屏障结构被布置在所述外壳中，并且所述外壳具有外壳壁，其中，所述外壳壁被构造成：对于所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元中的每一个，在所述外壳壁和所述屏障结构之间，从所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元中的每一个的所述排气通道到在所述外壳壁中形成的外壳排气孔，来形成流体通道。

17.如权利要求16所述的蓄电池组，其中，所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元在所述屏障结构中被相反地定向，使得它们各自的压力端口彼此背离。

18.如权利要求16所述的蓄电池组，

其中，所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元在所述屏障结构中被共同地定向并且通过所述屏障结构来被彼此隔离，以及

其中，所述屏障结构从所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元之间延伸到所述外壳壁，以在所述第一蓄电池单元和所述第二蓄电池单元的各自的压力排气孔之间形成隔离屏障。

19.如权利要求16所述的蓄电池组，进一步包括：

在所述蓄电池组的外表面上被布置在所述外壳排气孔上方的标签。

20.如权利要求16所述的蓄电池组，进一步包括：

在所述流体通道中的多个交错的挡板壁。