CN110071245A - 电池模组和电池包 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电池模组和电池包，其对电池模组尤其是电池模组的电池夹具和串联片进行巧妙的结构改造，而使得每只电池单体的端部位置均存在一定大小的排气间隙，各个排气间隙通过电池夹具自带的槽道相互导通，并在夹具侧部开设与排气间隙相通的通气孔，当模组中任一只电池单体发生热失控而释放危险气体时，该危险气体都能够通过排气间隙和通气孔排出模组外部，安全性大大提高。

Description

电池模组和电池包
技术领域
本申请涉及电池领域，具体涉及一种电池模组和电池包。
背景技术
现下随着补贴退坡及新国标的推出实行，新能源车企要求锂离子电池系统能量密度提升的同时，对系统安全性能要求越来越高。
为了提高能量密度，电池系统核心目前使用较多的为三元锂电池，而三元电池里镍含量的增加可以提升能量密度，但对于电池安全性能有所下降。如果电池装配成组后使用不当，如遭遇短路、过热、外力冲击等，很可能会使电池热失控。
电池内部物质在热失控过程中发生大量放热化学反应，通常这些反应会产生大量可燃气体，最终电池温度升高、内部压力增大。当电池内部压力增大到一定值时，布置在电池端部的防爆阀打开，释放可燃气体。由于电池包内电池排列密集，热失控电池释放的可燃气体充斥在其他正常电池周围，当气体浓度及温度达到燃烧阀值时，可燃气体就会发生燃烧甚至爆炸，燃烧释放的巨大热量又会使其他正常电池发生热失控，最终造成热失控扩散。
实验表明，电池热失控防爆阀打开至发生起火爆炸具有一定的时间间隔。因此，如何在电池热失控时将易燃气体收集排出成为难题之一。
发明内容
本申请目的是：针对上述问题，提出一种新型结构的电池模组和电池包，其能够在电池发生热失控时，使热失控危险气体按照预设的通路排出。
本申请的技术方案是：
一种电池模组，包括：
若干电池单体，
用于支撑所述电池单体的电池夹具，以及
与所述电池单体电连接的串联片和并联网；
所述电池夹具竖向贯通设置有若干电池插装孔，所述电池插装孔的孔壁处一体设置有一圈径向向内凸出的环形内凸缘，所述环形内凸缘将所述电池插装孔分隔成位于其轴向两侧的上孔段和下孔段，任意相邻的两个所述电池插装孔的所述上孔段之间均开设有自所述电池夹具的上端面向下凹陷的、并将这两个上孔段径向连通的槽道，所述串联片包括带有下凸起的圆形底片以及一体连接于所述圆形底片外缘边处且环绕所述圆形底片间隔布置的若干个弹爪，所述串联片嵌于所述上孔段内部，并且所述串联片与所述环形内凸缘竖向抵接，所述下凸起向下穿过所述环形内凸缘的中心孔而伸入至所述下孔段内部，所述并联网嵌于所述槽道和所述上孔段内、并与所述圆形底片导电接触，所述电池夹具的上、下两侧均布置有所述电池单体，其中下侧电池单体的正极端插入所述下孔段、并与所述下凸起焊接固定，上侧电池单体的负极端插入所述上孔段、并被所述串联片上的所述若干个弹爪周向环抱，所述弹爪被径向夹紧于所述电池单体和所述上孔段的孔壁之间；
所述上孔段的孔壁处设置有若干个径向向内凸出的、且沿圆周方向间隔布置的定位凸台，所述定位凸台的顶面高于所述槽道的槽底面，所述弹爪包括自所述圆形底片的外缘边径向向外延伸的径向爪段以及自所述径向爪段的端部一体向上延伸的轴向爪段，每个所述弹爪均嵌于对应的相邻两个所述定位凸台之间，并且所述径向爪段与所述环形内凸缘竖向抵接，所述上侧电池单体的负极端与所述定位凸台竖向抵接，从而将所述上侧电池单体和所述圆形底片竖向隔开而在二者之间形成与所述槽道相通的竖向空隙，所述电池夹具的表面制有向内延伸至所述轴向空隙的通气孔。
本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述环形内凸缘的中心孔的孔径大于所述圆形底片的直径，从而在所述环形内凸缘与所述圆形底片之间形成有连通所述下侧电池单体正极端和所述竖向空隙的径向空隙。
所述通气孔设于所述电池夹具在水平方向上的侧端面。
所述通气孔设有至少两个，分别与不同所述电池插装孔中的所述竖向空隙相连通。
所述定位凸台与所述槽道错位布置。
所述槽道的槽底面与所述环形内凸缘的上端面平齐布置。
所述定位凸台与所述环形内凸缘一体连接。
所述上侧电池单体负极端与所述定位凸台之间竖向夹设有隔热垫。
所述轴向爪段为多段折弯结构。
一种电池包，包括：
电池箱，
收容于所述电池箱内的电池模组，以及
设于所述电池箱箱壁上的防水透气阀；
所述电池模组为采用上述结构形式，所述防水透气阀与所述通气孔通过排气管路相连通。
本申请的优点是：
1、本申请通过对电池模组尤其是模组的电池夹具和串联片进行巧妙的结构改造，而使得每只电池单体的端部位置均存在一定大小的排气间隙，各个排气间隙通过电池夹具自带的槽道相互导通，并在夹具侧部开设通气孔，当模组中任一只电池单体发生热失控而释放危险气体时，该危险气体都能够通过排气间隙和通气孔排出模组外部，安全性大大提高。
2、该电池模组中的排气间隙和通气孔可流通散热气体，提升了模组的散热性能。
3、电池单体与定位凸台夹设的隔热垫可减缓热失控电池单体的热量向相邻电池单体的传递速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
图1为本申请实施例中电池包的结构示意图；
图2为本申请实施例中电池模组的爆炸图；
图3为本申请实施例中并联网的结构示意图；
图4为本申请实施例中串联片的结构示意图；
图5为本申请实施例中电池夹具的立体结构示意图；
图6为本申请实施例中电池夹具的平面结构示意图；
图7为本申请实施例中电池模组立体剖面图；
图8为图7中局部结构的平面剖视图；
图9为本申请实施例中电池夹具、并联网和串联片的装配结构示意图；
其中：1-电池单体，2-电池夹具，3-串联片，4-并联网，5-电池箱，6-防水透气阀，7-排气管路，8-隔热垫；
201-电池插装孔，201a-上孔段，201b-下孔段，202-槽道，203-定位凸台，204-通气孔，205-环形内凸缘，301-圆形底片，301a-下凸起，302-弹爪，302a-径向爪段，302b-轴向爪段，401-圆形垫片，402-并联条，a-轴向空隙，b-径向空隙。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。
然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。
此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
图1至图9示出了本申请这种电池包的一个具体实施例，与传统电池包相同的是，该电池包也包括外部的电池箱1以及收容于该电池箱1内的电池模组，为保证电池箱1内外压力均衡，在该电池箱1的箱壁上安装了两个防水透气阀6——即只透气不透水的阀。
与传统电池模组结构相同的是，该电池模组也包括众多圆柱形的锂离子电池单体1，用于支撑这些电池单体1的电池夹具2(或称电池支架)，与这些电池单体1导电连接的串联片3和并联网4。参照图2所示，电池夹具2上竖向贯通设置有多个呈矩阵状分布的电池插装孔201。电池插装孔201的孔壁处一体设置有一圈径向向内凸出的环形内凸缘205，环形内凸缘205将电池插装孔201分隔成位于其(即环形内凸缘205)轴向两侧的上孔段201a和下孔段201b。任意相邻的两个电池插装孔的上孔段201a之间均开设有自电池夹具2的上端面向下凹陷的、并将这两个上孔段201a(即相邻两电池插装孔的上孔段)径向连通的槽道202。串联片3包括圆形底片301以及一体连接于圆形底片301外缘边处的多个弹爪302，这些弹爪302环绕圆形底片301间隔布置，圆形底片301的中部带有轴向向下凸出的下凸起301a。串联片3嵌于上孔段201a内部，并且串联片3与环形内凸缘205竖向抵接。下凸起301a向下穿过环形内凸缘205的中心孔而伸入至下孔段201b内部。并联网4嵌于槽道202和上孔段201a内、并与各个串联片3的圆形底片301导电接触。具体地，并联网4由呈矩阵状分布的多个圆形垫片401以及连接于各个圆形垫片之间的并联条402构成，其中圆形垫片401嵌于上孔段201a，并联条402嵌于槽道202中。为提升并联网4与圆形底片301的连接稳定性，可将二者焊接固定。电池夹具2的上、下两侧均布置有电池单体1，其中下侧电池单体1的正极端插入下孔段202b、并与下凸起301a焊接固定，如此实现下侧电池单体1正极端与串联片3的导电连接。上侧电池单体1的负极端插入上孔段201a、并且被串联片2的几个弹爪302紧紧环抱住，弹爪302被径向夹紧于上侧电池单体1和上孔段201a的孔壁之间，如此实现上侧电池单体1负极端与串联片2的导电连接。
本实施例的关键改进在于：前述上孔段201a的孔壁处设置有多个径向向内凸出的、且沿圆周方向间隔布置的定位凸台203，定位凸台203的顶面高于槽道202的槽底面。串联片3的弹爪302包括自圆形底片301的外缘边径向向外延伸的径向爪段302a以及自径向爪段的端部一体向上延伸的轴向爪段302b。每个弹爪302均嵌于对应的相邻两个定位凸台203之间，并且径向爪段302a与环形内凸缘205竖向抵接。上侧电池单体1的负极端与定位凸台203竖向抵接，从而将上侧电池单体1和圆形底片301竖向隔开而在二者之间形成与槽道202相通的竖向空隙a。电池夹具2的表面制有向内延伸至前述轴向空隙a的通气孔204，即通气孔204与竖向空隙a直接相通。
不难看出，串联片3的弹爪302，只有其轴向爪段302b抱在上侧电池单体外围，且被径向夹紧于上侧电池单体1和上孔段201a的孔壁之间，而径向爪段302a并未抱在电池单体外围。为了提升串联片3弹爪302对电池单体1的抱紧力，将轴向爪段302b设置成多段折弯结构。
因定位凸台203的顶面高于槽道202的槽底面，故而任意相邻两个电池插装孔201中的竖向缝隙a通过二者之间的槽道202相互连通。当某只电池单体1发生热失控而从其负极端放出可燃的危险气体时，该危险气体首先排入竖向缝隙a，然后直接从通气孔204排出或者通过槽道202排入相邻电池插座孔中的竖向缝隙a，最终从通气孔204排出，避免危险气体集聚在一起而引发燃烧爆炸。
考虑到某些型号的电池单体1在发生热失控时，会从其正极端放出可燃的危险气体，故而本实施例的电池模组结构还做了进一步优化：环形内凸缘205的中心孔的孔径大于圆形底片301的直径，从而在环形内凸缘205与圆形底片301之间形成有连通下侧电池单体1正极端和竖向空隙a的径向空隙b。当某只电池单体1发生热失控而从其正极端释放可燃的危险气体时，该危险气体会依次排入前述径向空隙b和竖向孔隙a，再从通气孔204排出。
上述通气孔204设置有多个，而且这些通气孔204具体设置于电池夹具2在水平方向上的侧端面，分别与不同电池插装孔201中的竖向空隙a相连通。
上述定位凸台203与槽道202错位布置，即定位凸台203与槽道错开、不堵塞槽道，以保证危险气体能够借助槽道202在相邻两竖向孔隙a之间通畅地流动。
为方便并联网4的安装，本实施例中，同时进一步保证危险气体能够借助槽道202在相邻两竖向孔隙a之间通畅流动，本实施例将槽道202的槽底面与环形内凸缘205的上端面平齐布置。
上述定位凸台203与环形内凸缘205一体连接。该电池夹具2为整体注塑结构。
此外，本实施例在上侧电池单体1负极端与定位凸台203之间竖向夹设有隔热垫8(上侧电池单体1与定位凸台203间接抵接)，隔热垫8为圆形，其直径与电池单体1的直径相等。隔热缓冲垫8由低导热系数(小于0.2W/m*K)、阻燃、绝缘材料构成，例如云母、气凝胶、发泡硅胶等。该隔热垫8可减缓热失控电池单体1的热量向轴向相邻电池单体的传递速度。
此外，为了将排出电池模组外的热失控危险气体排至电池箱5外部，本实施例将其中一个防水透气阀6与电池夹具2上的通气孔204通过排气管路7相连通。从通气孔204排出的热失控危险气体依次经排气管路7和防水透气阀6排出电池箱外部。排气管路7上可以设置阀门、气体传感器、抽风机等各种辅助工件。
上述的危险气体是指当电池单体发生热失控后向外泻出的气体，通常包含CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6和C3H6。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池模组，包括：
若干电池单体(1)，
用于支撑所述电池单体(1)的电池夹具(2)，以及
与所述电池单体(1)电连接的串联片(3)和并联网(4)；
所述电池夹具(2)竖向贯通设置有若干电池插装孔(201)，所述电池插装孔(201)的孔壁处一体设置有一圈径向向内凸出的环形内凸缘(205)，所述环形内凸缘(205)将所述电池插装孔(201)分隔成位于其轴向两侧的上孔段(201a)和下孔段(201b)，任意相邻的两个所述电池插装孔的所述上孔段(201a)之间均开设有自所述电池夹具(2)的上端面向下凹陷的、并将这两个上孔段(201a)径向连通的槽道(202)，所述串联片(3)包括带有下凸起(301a)的圆形底片(301)以及一体连接于所述圆形底片(301)外缘边处且环绕所述圆形底片(301)间隔布置的若干个弹爪(302)，所述串联片(3)嵌于所述上孔段(201a)内部，并且所述串联片(3)与所述环形内凸缘(205)竖向抵接，所述下凸起(301a)向下穿过所述环形内凸缘(205)的中心孔而伸入至所述下孔段(201b)内部，所述并联网(4)嵌于所述槽道(202)和所述上孔段(201a)内、并与所述圆形底片(301)导电接触，所述电池夹具(2)的上、下两侧均布置有所述电池单体(1)，其中下侧电池单体(1)的正极端插入所述下孔段(201b)、并与所述下凸起(301a)焊接固定，上侧电池单体(1)的负极端插入所述上孔段(201a)、并被所述串联片(3)上的所述若干个弹爪(302)周向环抱，所述弹爪(302)被径向夹紧于所述电池单体(1)和所述上孔段(201a)的孔壁之间；
其特征在于，
所述上孔段(201a)的孔壁处设置有若干个径向向内凸出的、且沿圆周方向间隔布置的定位凸台(203)，所述定位凸台(203)的顶面高于所述槽道(202)的槽底面，所述弹爪(302)包括自所述圆形底片(301)的外缘边径向向外延伸的径向爪段(302a)以及自所述径向爪段(302a)的端部一体向上延伸的轴向爪段(302b)，每个所述弹爪(302)均嵌于对应的相邻两个所述定位凸台(203)之间，并且所述径向爪段(302a)与所述环形内凸缘(205)竖向抵接，所述上侧电池单体(1)的负极端与所述定位凸台(203)竖向抵接，从而将所述上侧电池单体(1)和所述圆形底片(301)竖向隔开而在二者之间形成与所述槽道(202)相通的竖向空隙(a)，所述电池夹具(2)的表面制有向内延伸至所述轴向空隙(a)的通气孔(204)。
2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述环形内凸缘(205)的中心孔的孔径大于所述圆形底片(301)的直径，从而在所述环形内凸缘(205)与所述圆形底片(301)之间形成有连通所述下侧电池单体(1)正极端和所述竖向空隙(a)的径向空隙(b)。
3.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述通气孔(204)设于所述电池夹具(2)在水平方向上的侧端面。
4.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述通气孔(204)设有至少两个，分别与不同所述电池插装孔(201)中的所述竖向空隙(a)相连通。
5.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述定位凸台(203)与所述槽道(202)错位布置。
6.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述槽道(202)的槽底面与所述环形内凸缘(205)的上端面平齐布置。
7.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述定位凸台(203)与所述环形内凸缘(205)一体连接。
8.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述上侧电池单体(1)负极端与所述定位凸台(203)之间竖向夹设有隔热垫(8)。
9.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述轴向爪段(302b)为多段折弯结构。
10.一种电池包，包括：
电池箱(5)，
收容于所述电池箱内的电池模组，以及
设于所述电池箱箱壁上的防水透气阀(6)；
其特征在于，所述电池模组为如权利要求1至9中任一所述的电池模组，所述防水透气阀(6)与所述通气孔(204)通过排气管路(7)相连通。
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