CN110875443A - 防护组件、封盖以及箱体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防护组件、封盖以及箱体。防护组件用于具有泄压元件的储能装置，泄压元件被配置为响应储能装置内部的压力增加而变形并直至爆破的结构，储能装置能够通过爆破的泄压元件排出高温颗粒物，防护组件包括：颗粒阻挡层，颗粒阻挡层具有用于接收高温颗粒物的接收侧以及与接收侧相对设置的连接侧；颗粒阻挡层包括多个凹凸设置的颗粒阻挡单元，颗粒阻挡单元能够阻挡高温颗粒物；隔离防护层，设置于所述颗粒阻挡层的所述连接侧并与所述颗粒阻挡层相连接。本发明实施例的防护组件能够有效拦截阻挡高温颗粒物，避免高温颗粒物熔穿与泄压元件相对应设置的其他结构件，有效提升储能装置的使用安全性。

Description

防护组件、封盖以及箱体
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种防护组件、封盖以及箱 体。
背景技术
随着科学技术的发展，对二次电池高能量密度的要求越来越高，二次 电池轻量化得到越来越多企业的重视。二次电池同体积的情况下提高能量 密度是目前的发展趋势。电池模组包括多个二次电池，多个电池模组封装 于箱体内形成电池包。目前，二次电池上通常设置有泄压元件(如防爆 阀)。电池模组的封盖上也设置有泄压元件(如防爆阀、单向阀或双向阀 等)。在二次电池或电池模组受到碰撞、过充或者高温等条件下由于内部 气压增大从而引发泄压元件开启，当大量气压冲击泄压元件时容易引发泄 压元件爆破。此时，从泄压元件处同时排出大量的高温颗粒物。通过二次 电池组装形成电池模组时，高温颗粒物能够将电池模组上与二次电池相对 应设置的封盖熔穿。通过电池模组形成电池包时，高温颗粒物能够将电池 包的箱体熔穿。这样，电池模组或电池包会存在安全隐患。
发明内容
本发明实施例提供一种防护组件、线束隔离组件、封盖以及箱体。防 护组件能够有效拦截阻挡高温颗粒物，避免高温颗粒物熔穿与泄压元件相 对应设置的其他结构件，有效提升具有泄压元件的储能装置的使用安全 性。
一方面，本发明实施例提出了一种防护组件，用于具有泄压元件的储 能装置，泄压元件被配置为响应储能装置内部的压力增加而变形并直至爆 破的结构，储能装置能够通过爆破的泄压元件排出高温颗粒物，防护组件 包括：颗粒阻挡层，颗粒阻挡层具有用于接收高温颗粒物的接收侧以及与 接收侧相对设置的连接侧；颗粒阻挡层包括多个凹凸设置的颗粒阻挡单 元，颗粒阻挡单元能够阻挡高温颗粒物；隔离防护层，设置于所述颗粒阻挡层的所述连接侧并与所述颗粒阻挡层相连接。
根据本发明实施例的防护组件，其包括的颗粒阻挡层和隔离防护层能 够有效拦截高温颗粒物。在防护组件与泄压元件对应地设置时，颗粒阻挡 层相对于隔离防护层更靠近泄压元件，从泄压元件排出的大量的高温颗粒 物在遇到颗粒阻挡层时会被颗粒阻挡层拦截阻挡，高温颗粒物不能继续移 动，进而降低高温颗粒物直接与封盖或箱体发生接触而导致封盖或箱体发 生熔化的可能性，有效保证电池模组或电池包的使用安全性。同时，隔离 防护层能够进一步拦截阻挡高温颗粒物，也能够阻止高温颗粒物所具有的 热量向外部结构件传导。综上，本发明实施例的防护组件能够有效拦截阻 挡高温颗粒物，避免高温颗粒物熔穿与泄压元件相对应设置的其他结构 件，有效提升具有泄压元件的储能装置的使用安全性。
另一个方面，根据本发明实施例提供一种封盖，用于电池模组，电池 模组包括壳体以及设置于壳体内的多个具有泄压元件的二次电池，封盖用 于与壳体密封连接，其包括：盖本体以及如上述的防护组件，防护组件与 盖本体层叠设置。
再一个方面，根据本发明实施例提供一种箱体，用于电池包，电池包 包括多个电池模组，其包括：第一壳体；第二壳体，与第一壳体密封连接 并形成用于容纳电池模组的容纳腔室；如上述的防护组件，防护组件设置 于第一壳体和/或第二壳体朝向电池模组的表面。
附图说明
下面将通过参考附图来描述本发明示例性实施例的特征和技术效果。
图1是本发明第一实施例中一实施例的防护组件的整体结构示意图；
图2是图1中A处局部放大图；
图3是本发明第一实施例中一实施例的颗粒阻挡层局部结构示意图；
图4是本发明第一实施例中另一实施例的颗粒阻挡层局部结构示意 图；
图5是本发明第一实施例中又一实施例的颗粒阻挡层局部结构示意 图；
图6是本发明第一实施例中再一实施例的颗粒阻挡层局部结构示意 图；
图7是本发明第一实施例中另一实施例的防护组件整体结构示意图；
图8是本发明第二实施例中一实施例的防护组件的整体结构示意图；
图9是图8中B处局部放大图；
图10是图8所示的防护组件所包括的颗粒阻挡层侧视结构示意图；
图11是图8所示的防护组件所包括的颗粒阻挡层的局部俯视结构示 意图；
图12是本发明第二实施例中防护组件所包括的一实施例的颗粒阻挡 层的局部俯视结构示意图；
图13是本发明第二实施例中防护组件所包括的另一实施例的整体结 构示意图；
图14是本发明第二实施例中防护组件所包括的又一实施例的整体结 构示意图；
图15是本发明又一实施例的电池模组的分解结构示意图；
图16是本发明再一实施例的电池模组的分解结构示意图；
图17是本发明一实施例的电池包的分解结构示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
标记说明：
100、防护组件；110、颗粒阻挡层；111、孔；112、栅格；113、本 体；114、凸起；115、凹部；120、隔离防护层；130、绝缘层；90、电池 模组；91、二次电池；92、泄压元件；93、封盖；930、盖本体；930a、 第一表面；930b、第二表面；94、电池包；95、箱体；950、基体；960、 封装体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下 实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限 制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义 是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位 或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，不能理解为对本发明的 限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为 指示或暗示相对重要性。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图14对本发明实施例的防 护组件100进行描述。
本发明实施例的储能装置具有泄压元件92。泄压元件92被配置为响 应储能装置内部的压力增加而变形并直至爆破的结构。在储能装置自身内 部压力达到泄压元件92的预设压力时，泄压元件92会发生爆破，从而使 得储能装置内部泄压，避免储能装置发生爆炸等危险情况。泄压元件92 发生爆破时，会伴随有大量的高温颗粒物和气体从泄压元件92的破裂处 排出。储能装置能够通过爆破的泄压元件排出高温颗粒物和气体。本实施 例中的高温颗粒物指的是自身表层的至少一部分处于熔化状态或者表层和 内部均处于熔化状态的颗粒物，也即颗粒物自身的至少一部分的温度大于 自身的熔点。
在本发明的下述实施例中以储能装置为二次电池91或者电池模组90 对本发明实施例的防护组件100进行说明，但并不限定储能装置的类型。 本发明实施例中，二次电池91上设置有泄压元件92。可选地，泄压元件 92为防爆阀。本实施例的电池模组90包括与二次电池91的泄压元件92 相对应设置的封盖。本实施例的电池包包括与封盖相对应设置的箱体，其 中，封盖自身可以具有泄压元件92，也可以不具有泄压元件92。可选 地，当电池模组90具有泄压元件92时，泄压元件92可以是防爆阀、单向 阀或者双向阀。单向阀或双向阀正常工作时气体能够顺利通过，维持电池 模组的压力平衡。当电池模组的压力过大时，单向阀或双向阀会发生爆 破。
参见图1和图2所示，本发明实施例的防护组件100包括颗粒阻挡层 110以及与颗粒阻挡层110相连接的隔离防护层120。颗粒阻挡层110具有 用于接收高温颗粒物的接收侧以及与接收侧相对设置的连接侧。颗粒阻挡 层110包括多个凹凸设置的颗粒阻挡单元。颗粒阻挡单元能够阻挡高温颗 粒物。隔离防护层120设置于颗粒阻挡层110的连接侧并与颗粒阻挡层 110相连接。本实施例的颗粒阻挡层110具有预定厚度，在厚度方向上， 接收侧和连接侧相对设置。
本实施例的颗粒阻挡层110包括多个凹凸设置的颗粒阻挡单元。凹凸 设置指的是同时具有凹部和凸部的结构。泄压元件92发生爆破时，泄压 元件92排出的高温颗粒物能够沿颗粒阻挡层110的接收侧至连接侧的方 向移动，也即沿颗粒阻挡层110的厚度方向移动。颗粒阻挡单元能够阻挡 高温颗粒物。
在一个实施例中，颗粒阻挡单元被构造为能够使高温颗粒物通过富集 方式富集于颗粒阻挡单元的结构。高温颗粒物富集于颗粒阻挡单元上后， 从而被颗粒阻挡单元阻挡，不再发生移动。
本实施例的颗粒阻挡单元阻挡高温颗粒物的方式有两种，一种是移动 的高温颗粒物撞击到颗粒阻挡单元后，自身会向反方向反弹，从而远离颗 粒阻挡单元移动，无法穿过颗粒阻挡单元而被颗粒阻挡单元所阻挡；另一 种是高温颗粒物通过富集作用富集于颗粒阻挡单元，从而被颗粒阻挡单元 拦截而停止运动，进而被颗粒阻挡单元所阻挡。其中，高温颗粒物的颗粒 富集的过程是，大量高温颗粒物中提前排出的一部分会直接与颗粒阻挡单 元发生接触并附着于颗粒阻挡单元上，后续排出的另一部分与已经富集于 颗粒阻挡单元上的高温颗粒物发生接触并附着于高温颗粒物上。在一个示 例中，高温颗粒物自身的外层部分大致会处于熔融状态，因此高温颗粒物 可以粘附于颗粒阻挡单元上或者其他高温颗粒物上。
本实施例的隔离防护层120能够阻挡未被颗粒阻挡层110阻挡或未富 集于颗粒阻挡层110上的高温颗粒物，从而与颗粒阻挡层110共同对高温 颗粒物形成双重拦截，提高防护组件100的拦截几率，提升防护组件100 的拦截效果。在高温颗粒物富集于颗粒阻挡层110上时，颗粒阻挡层110 以及高温颗粒物会释放大量的热量，而本实施例的隔离防护层120也能够 有效隔离热量向封盖或箱体传导，避免热量向封盖或箱体传导而导致封盖 或箱体升温，从而降低封盖或箱体升温后发生熔融的可能性，进一步提高 防护组件100的防护效果。另外，在一些情况下，泄压元件92发生爆破 时，同时会有高温火焰排出。本实施例的隔离防护层120也能够阻断泄压 元件92排出的高温火焰，避免高温火焰烧蚀封盖或箱体。
本发明实施例的防护组件100，其包括的颗粒阻挡层110和隔离防护 层120能够有效拦截高温颗粒物。在防护组件100与泄压元件92彼此位置 对应地设置时，颗粒阻挡层110相对于隔离防护层120更靠近泄压元件 92，从泄压元件92排出的大量的高温颗粒物会首先与颗粒阻挡层110发 生接触并被颗粒阻挡层110阻挡和/或富集于颗粒阻挡层110，从而使得高 温颗粒物朝远离颗粒阻挡层110的方向移动或停止移动，进而降低高温颗 粒物直接与封盖或箱体发生接触而导致封盖或箱体发生熔融的可能性，有 效保证电池模组90或电池包的使用安全性。同时，隔离防护层120能够 进一步拦截阻挡高温颗粒物，也能够阻止高温颗粒物所具有的热量封盖或 箱体传导。综上，本发明实施例的防护组件100用于具有泄压元件92的 储能装置，以对储能装置形成防护。本发明实施例的防护组件100能够有 效拦截阻挡高温颗粒物，避免高温颗粒物将与泄压元件92相对应设置的 封盖或箱体等其他结构件熔穿，有效提升具有泄压元件92的储能装置的 使用安全性。
以下通过具体实施例来对本发明实施例的防护组件100的技术方案进 行进一步描述，但以下实施例并不限定本发明的保护范围。
第一实施例：
参见图1至图6所示，本实施例的防护组件100所包括的颗粒阻挡层 110为具有预定厚度的网状结构体。每个颗粒阻挡单元包括在颗粒阻挡层 110的厚度方向上延伸的孔111和围合该孔111的栅格112。该孔111为颗 粒阻挡单元的凹部，而栅格112为颗粒阻挡单元的凸部，从而使得颗粒阻 挡单元构造为凹凸设置的结构体。该孔111的孔壁和/或栅格112都能够用 于阻挡高温颗粒物或富集高温颗粒物，以实现拦截阻挡高温颗粒物的作 用。
在一个实施例中，栅格112可以是相邻两个孔111之间的连接处。孔 111的孔壁以及栅格112能够对高温颗粒物形成拦截作用。具体地，当泄 压元件92排出的高温颗粒物撞击到孔壁或栅格112时，部分高温颗粒物 由于撞击而改变原来的移动方向和移动速度，使得高温颗粒物被颗粒阻挡 层110所阻挡；部分高温颗粒物中较早排出的高温颗粒物会先被孔壁和/或 栅格112拦截，从而在孔壁或者栅格112上发生富集，而排出时间较晚的 高温颗粒物会不断富集于先前被拦截的高温颗粒物上，形成颗粒富集现 象。在一个示例中，多个高温颗粒物富集后形成一个隆起结构，而孔壁或 者栅格112上能够形成多个该隆起结构。
在一个实施例中，网状结构体可以是在板材坯料上直接加工制造出孔 111，例如采用冲压或钻削等方式加工制造，从而便于颗粒阻挡层110的 加工制造。网状结构体也可以通过编织方式制造加工，如使用经线和纬线 编织而成并形成矩形形状的孔111，相邻两条经线和相邻两条纬线均间隔 设置，从而相邻的两条经线和相邻的两条纬线之间可以共同形成一个孔 111。
参见图3至图6所示，为了保证颗粒阻挡层110所包括的颗粒阻挡单 元能够有效拦截阻挡高温颗粒物，本发明实施例的颗粒阻挡层110中相邻 两个孔111满足式(1)，
0.005≤r/(R－r)≤5 (1)
其中，相邻两个孔111的中心点直线连接线标示为L，式(1)中r为 相邻两个孔111中一者的中心点沿直线连接线至自身孔壁的孔径，R为相 邻两个孔111中由一者的中心点沿直线连接线至另一者的孔壁的尺寸。
由于泄压元件92发生爆破时，从泄压元件92排出高温颗粒物的同时 可能也会排出高温火焰，而高温颗粒物或高温火焰具有较大的冲击力，从 而防护组件100需要能够承受较大冲击力且不发生断裂。
当r/(R-r)>5时，在r为定值，R取值需要满足R＜6r/5，或者，R为定 值，r取值需要满足r＞5R/6。在上述两种取值情况下，相邻两个孔111之 间的栅格112宽度会偏小，从而使得相邻两个孔111之间的栅格112存在 薄弱区域。该栅格112的薄弱区域刚度较小，抵抗冲击力能力降低，从而 该薄弱区域容易受到高温颗粒物的冲击而发生断裂。网状结构体所包括的 部分栅格112发生断裂损坏后，会使得相邻两个孔111相互连通，从而导 致该区域空隙变大，高温颗粒物会容易地穿过该空隙，不再容易地被颗粒 阻挡层110所阻挡或在颗粒阻挡层110上发生富集，进而导致该区域无法 起到拦截阻挡高温颗粒物的作用。
当0.005>r/(R-r)时，在r为定值，R取值需要满足R＞201r，或者，R 为定值，r取值需要满足r＜R/201。在上述两种取值情况下，相邻两个孔 111之间的栅格112宽度会偏大，使得栅格112的整体刚度增强但栅格112 的塑性降低，从而导致栅格112的可变形能力降低，受到瞬间冲击力时易 于发生断裂。此时，具有较大冲击力的高温颗粒物或高温火焰可能会直接 将栅格112冲断。网状结构体所包括的部分栅格112发生断裂损坏后，会 使得相邻两个孔111相互连通，从而导致该区域空隙变大，高温颗粒物会 容易地穿过该空隙，不再容易地被颗粒阻挡层110所阻挡或在颗粒阻挡层 110上发生富集，进而导致该区域无法起到拦截阻挡高温颗粒物的作用。
本发明实施例中，当0.005≤r/(R－r)≤5时，相邻两个孔111之间的 栅格112宽度相对于孔111的尺寸适当，从而使得栅格112自身在刚度与 塑性两个方面较为平衡，既具有良好的抗冲击能力也具有良好的变形能 力。这样，具有较大冲击力的高温颗粒物或高温火焰直接冲击栅格112 时，栅格112可以通过自身变形来缓冲冲击力，从而降低栅格112发生断 裂的可能性。具有较小冲击力的高温颗粒物或高温火焰直接冲击栅格112 时，由于栅格112具有良好的抗冲击能力，因此栅格112能够承受该冲击 力的冲击，不需要通过自身变形来进行缓冲。综上，该颗粒阻挡层110能 够在保证自身结构完整性的前提下有效拦截阻挡高温颗粒物。
在一个实施例中，r的取值范围为0.01mm至2.5mm。当孔111自身的 孔径较小时，从泄压元件92短时间内排出的高温颗粒物可能会迅速阻塞 该孔111，一方面，导致较晚排出的高温颗粒物不能富集于孔111的孔壁 内，严重降低孔111的孔壁的拦截阻挡效果；另一方面，孔111被高温颗 粒物阻塞后，会导致孔111的孔径变小，此时，具有较大冲击力的高温颗粒物或高温火焰作用于孔111内聚集的高温颗粒物上的冲击力会与作用于 栅格112本身上的冲击力叠加，从而导致栅格112所受到的实际冲击力增 大，进而使得栅格112更为容易地被具有较大冲击力的高温颗粒物或高温 火焰冲断。网状结构体所包括的部分栅格112发生断裂损坏后，会使得相 邻两个孔111相互连通，从而导致该区域空隙变大，高温颗粒物会容易地 穿过该空隙，不再容易地被颗粒阻挡层110所阻挡或在颗粒阻挡层110上 发生富集，进而导致该区域无法起到拦截阻挡高温颗粒物的作用。当孔 111自身的孔径较大时，高温颗粒物会较为容易地直接从该孔111穿过而 不会富集于孔111的孔壁上，严重降低孔111的孔壁的拦截阻挡效果，使 得该孔111的孔壁不能很好地拦截阻拦高温颗粒物。
在一个实施例中，孔111的结构的横截面可以是圆形、矩形、正三角 形或正六边形等形状。
本发明实施例的颗粒阻挡层110的耐受温度的范围为500℃至 3000℃，从而使得颗粒阻挡层110具有较好的抗高温性能，并且在高温环 境中的强度保持率较好并保持较高的弹性模量，从而在高温环境中其自身 不易变形，保持尺寸稳定能够承受从泄压元件92排出的高温颗粒物的高 温以及高温火焰的高温而不发生熔融，有效保证自身的结构完整性，在高 温环境下仍然保持良好的拦截阻挡能力。
本发明实施例的颗粒阻挡层110可以为一种材料或者两种以上不同材 料复合制备而成。对于同一颗粒阻挡层110，其耐受温度与耐受时间成反 比。在一个实施例中，颗粒阻挡层110的耐受温度的范围为500℃至 2000℃，并且相对应地，颗粒阻挡层110自身发生熔融的耐受时间为2s至 3600s。这样，颗粒阻挡层110自身在高温环境下能够有效保持良好的塑性 和强度，并保持预定时间不发生变形、熔融，从而有效提高防护组件100 整体的耐受性，提升防护组件100的抗冲击能力。
本发明实施例的颗粒阻挡层110的厚度范围为0.2mm至3mm。在一 个实施例中，颗粒阻挡层110的面密度(单位面积的质量)：0.2kg/㎡至 18.6kg/㎡。隔离防护层120的厚度范围为0.5mm至10mm。隔离防护层 120的厚度小于0.5mm时，在泄压元件92发生爆破的短时间内，隔离防 护层120无法承受瞬间高温，从而自身发生熔融破损情况而失去隔离能 力。隔离防护层120的厚度大于10mm时，隔离防护层120会影响防护组 件100整体装配以及质量。在防护组件100应用于电池模组90或电池包 时，防护组件100会降低电池模组90或电池包的能量密度。在一个实施 例中，隔离防护层120的导热系数在0.04W·m-1·K-1以下。这样，隔离防 护层120能够更好地起到隔热作用。在高温情况下，可以使得隔离防护层 120在厚度方向上相对的两个表面之间的温度差为100℃～150℃及以上， 显著延缓甚至是阻止热量扩散。
本发明实施例的颗粒阻挡层110的材质可以是铁及其合金、铜及其合 金、镍合金等高熔点的金属材料；也可以是碳纤维、芳纶等在高温下具有 良好的强度和尺寸稳定性的复合材料。隔离防护层120的材料可以为耐高 温的含氮高分子材料、气凝胶复合材料、防火织物或防火涂料，其中，含 氮高分子材料可以是三聚氰胺泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫；防火织 物可以是防火布、玻纤布、芳纶织物和陶瓷纤维织物等。
上述隔离防护层120的材料优选为含氮高分子材料，如三聚氰胺类高 分子材料、聚酰胺(PA，俗称尼龙)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA， 俗称芳纶)及聚酰亚胺(PI)中的一种或多种。含氮高分子材料在高温下 受热分解后，容易放出氮气、氮氧化物及水蒸气等不燃性气体，含氮高分 子材料的分解吸热与不燃性气体的生成消耗大量的热量，能够极大地降低 隔离防护层120的表面温度。上述不燃性气体不仅起到了稀释电池模组90 内部氧气及高分子材料受热分解产生可燃性气体的浓度的作用，而且能够 与氧气及可燃性气体发生反应，将氧气及可燃性气体转化成氮气、氮氧化 物及水蒸气等不燃性气体。根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需要的助 燃物和可燃物被阻隔和消耗，使得燃烧区域的火焰密度下降，最终使得燃 烧反应速度下降并结束燃烧，从而达到良好的阻燃隔热作用。上述含氮高 分子材料优选为三聚氰胺类高分子材料，如三聚氰胺甲醛树脂及其衍生物 等。三聚氰胺类高分子材料受热分解时能够产生较多的氮气、氮氧化物及 水蒸气等不燃性气体，并在高温(通常是400℃～600℃)下还能够形成玻 璃状或稳定的泡沫覆盖层，起到隔绝氧气和可燃性气体向外逸出的作用。
在一个实施例中，颗粒阻挡层110与隔离防护层120层叠设置。颗粒 阻挡层110与隔离防护层120之间相互贴合设置。颗粒阻挡层110与隔离 防护层120之间不会存在间隙或形成的间隙较小。高温颗粒物撞击到颗粒 阻挡层110时，由于颗粒阻挡层110受到隔离防护层120的限制，因此使 得颗粒阻挡层110在受到高温颗粒物的冲击力时不会朝向隔离防护层120 发生变形，从而颗粒阻挡层110不会出现由于自身变形而发生断裂的情 况。另外，由于颗粒阻挡层110与隔离防护层120两者之间不存在空隙或 形成的间隙较小，高温颗粒物不会通过颗粒阻挡层110而聚集在颗粒阻挡 层110与隔离防护层120之间而导致隔离防护层120温升过高，从而将隔 离防护层120烧蚀熔穿。在一个示例中，颗粒阻挡层110与隔离防护层 120可以通过粘接的方式或者使用紧固连接件的方式实现连接固定。
参见图7所示，本发明实施例的防护组件100还包括与颗粒阻挡层 110相连接的绝缘层130。绝缘层130与隔离防护层120分别设置于颗粒阻 挡层110的两侧，以使颗粒阻挡层110位于绝缘层130和隔离防护层120 之间。绝缘层130覆盖颗粒阻挡层110所包括的颗粒阻挡单元。绝缘层 130能够将颗粒阻挡层110与外部结构件绝缘隔离。在一个实施例中，绝 缘层130的材质可以是塑料或橡胶等。在泄压元件92发生爆破时，高温 颗粒物或高温火焰会首先将绝缘层130熔化，进而后续的高温颗粒物会在 颗粒阻挡层110上发生富集。本发明实施例的绝缘层130的材质可以是有 机硅云母、硅橡胶、芳纶等具有耐高温且自阻燃性能的绝缘材料。一方 面，当高温颗粒物碰撞接触到绝缘层130时，在受到高温冲击时的绝缘层130不易快速被高温颗粒物熔穿，有效提升防护组件的阻挡能力，延长阻 挡时间；另一方面，在受到高温冲击时的绝缘层130不会出现燃烧情况， 从而绝缘层130不会出现火焰蔓延的情况或者不会出现火星滴落至下方的 储能装置上而引起储能装置失效的情况。
以下使用具体实施例来进一步描述本发明的技术方案，以下实施例以 防护组件100应用于电池模组90或电池包的情况为例，但本发明的保护 范围并不限于以下实施例。
实施例1：
本实施例的颗粒阻挡层110所包括的颗粒阻挡单元为网状结构体。颗 粒阻挡单元所包括的孔111的孔径r范围为0.038mm至4.75mm。颗粒阻 挡层110的材质为铁丝网。隔离防护层120的厚度范围为0.5mm至 10mm，其材质为三聚氰胺泡沫。本实施例的防护组件100包括上述的颗 粒阻挡层110和隔离防护层120。本实施例的防护组件100经实际测试， 在泄压元件92爆破时，电池模组90的封盖或电池包的箱体不会发生熔穿 情况。
实施例2至13：
实施例2至13与实施例1的部分参数不同，但能够达到相同的技术效 果。各个实施例的防护组件100经实际测试，在泄压元件92爆破时，电 池模组90的封盖或电池包的箱体不会发生熔穿情况。具体参见表1：
表1
Figure BDA0001785696800000121
另外，本发明实施例的防护组件100的防护测试：
将电池模组90或电池包充满电能。二次电池91的泄压元件92正对电 池模组90的封盖、电池模组90的泄压元件92正对电池包的箱体或者电池 模组所包括的二次电池91的泄压元件92正对电池包的箱体。然后以加 热、针刺或过充等方式触发二次电池91失控。监测泄压元件92区域和封 盖的温度，或者，泄压元件92区域和箱体的温度，同时观察记录封盖或 者箱体的结构变化情况。
对比例1：仅设置颗粒阻挡层110，颗粒阻挡层110的孔径r为 0.85mm，材质为铁丝网，无隔离防护层120。
对比例2：仅设置隔离防护层120，隔离防护层120的厚度为10mm， 材质为三聚氰胺泡沫，无颗粒阻挡层110。
上述实施例1至13、对比例1以及对比例2的试验数据，具体参见表 2：
表2
Figure BDA0001785696800000131
第二实施例：
在第一实施例中，对防护组件100的结构进行了说明。在本实施例 中，主要说明与第一实施例的不同之处，相同的结构和相同的技术效果在 本实施例中不再重复说明。
参见图8至图14所示，本发明实施例的颗粒阻挡层110包括片状本体 113及由本体113的厚度方向上的一个表面突出形成的、相互间隔的多个 凸起114。每个颗粒阻挡单元包括相邻两个凸起114和相邻两个凸起114 之间的凹部115。该凹部115为颗粒阻挡单元的凹部，而凸起114为颗粒 阻挡单元的凸部，从而使得颗粒阻挡单元构造为凹凸设置的结构体。隔离 防护层120设置于本体113上远离凸起114一侧的表面。
由于从泄压元件92内排出的高温颗粒物大多数沿直线移动，因此一 方面，当高温颗粒物遇到颗粒阻挡单元时，高温颗粒物会撞击到凸起或者 凹部而被反弹，从而改变移动方向和移动速度；另一方面，当高温颗粒物 遇到颗粒阻挡单元所包括的凸起114时，一部分高温颗粒物会直接附着于 凸起114的外表面上，另一部分高温颗粒物会受到凸起114的阻挡而改变 移动方向和移动速度，从而进入到两个凸起114之间的凹部115并附着于 凹部115上。另外，后续的高温颗粒物也会不断富集于被拦截的高温颗粒 物上并形成隆起结构。这样，本发明实施例的颗粒阻挡层110能够通过颗 粒阻挡单元有效拦截高温颗粒物。
参见图11和图12所示，为了保证颗粒阻挡层110所包括的颗粒阻挡 单元能够有效拦截阻挡高温颗粒物，本发明实施例的颗粒阻挡层110中相 邻两个凸起114满足式(2)，
0.005≤d/(D－d)≤5 (2)
其中，相邻两个凸起114各自具有在本体113的表面上的投影，相邻 两个凸起114各自的投影中心之间的直线连接线标示为H，式(2)中d为 相邻两个凸起114中的一者的投影中心沿直线连接线H至自身投影的边缘 的尺寸，D为相邻两个凸起114中由一者的投影中心沿直线连接线H至另 一者的投影边缘的尺寸。
由于泄压元件92发生爆破时，从泄压元件92排出高温颗粒物的同时 也排出高温火焰，因此高温颗粒物或高温火焰都会受到凸起114的阻挡。
当d/(D－d)>5时，在d为定值，D取值需要满足D＜6d/5，或者，D 为定值，d取值需要满足d＞5D/6。在上述两种取值情况下，相邻两个凸 起114之间的间距会偏小，从而使得相邻两个凸起114之间的高温颗粒物 通过性或气流通过性变差。这样，高温颗粒物可能会填塞相邻两个凸起 114之间的间隙，使得凸起114不能很好地富集大量的高温颗粒物或实现分散气流的作用，从而导致高温颗粒物无法很好地富集于颗粒阻挡层 110，进而使得颗粒阻挡层110拦截阻挡高温颗粒物的作用下降。
当0.005>d/(D－d)时，在d为定值，D取值需要满足D＞201d，或 者，D为定值，d取值需要满足d＜D/201。在上述两种取值情况下，相邻 两个凸起114之间的间距会偏大，易于导致大量高温颗粒物或者高温火焰 直接冲击相邻两个凸起114之间的凹部115，以对凹部115施加较大的冲 击力。由于颗粒阻挡层110与凹部115相对应部分的厚度相对于与凸起 114相对应部分的厚度偏薄，因此颗粒阻挡层110与凹部115相对应部分 在受到大量高温颗粒物或者高温火焰直接冲击时，易于发生开裂或破坏， 从而导致高温颗粒物能够穿过裂缝，不会被颗粒阻挡层110拦截阻挡，进 而使得颗粒阻挡层110无法有效起到拦截阻挡高温颗粒物的作用。
本发明实施例中，当0.005≤d/(D－d)≤5时，相邻两个凸起114之间 的间距适当，从而使得相邻两个凸起114之间的高温颗粒物通过性或气流 通过性以及颗粒阻挡层110与凹部115相对应部分的强度两个方面较为平 衡，既具有良好的富集作用和导流作用，也具有良好的抗冲击能力。这 样，颗粒阻挡层110能够承受高温颗粒物的直接撞击力，同时从泄压元件 92排出的高温颗粒物一部分会直接富集到凸起114上，一部分会被凸起 114干扰而改变流向和流速，然后再富集于凹部115，从而对颗粒阻挡层 110与凹部115相对应部分冲击力下降。另外，从泄压元件92排出的高温 火焰会被凸起114干扰而改变流向和流速，从而高温火焰的能量被分散， 降低对颗粒阻挡层110的冲击力。综上，该颗粒阻挡层110能够在保证自 身结构完整性的前提下有效拦截阻挡高温颗粒物。
在一个实施例中，d的取值范围为0.01mm至2.5mm。当凸起114自 身的尺寸小于0.01mm时，凸起114整体结构较细，自身强度偏低，从泄 压元件92短时间内排出的高温颗粒物可能会冲击凸起114而导致凸起114 出现扭曲变形或弯折的情况，从而凸起114失去拦截阻挡高温颗粒物或分 散气流的作用。当凸起114自身的尺寸大于2.5mm时，会使得单位面积内 可设置的凸起114数量减少，会降低通过凸起114对高温颗粒物的拦截阻 挡效果。
在一个实施例中，凸起114的投影可以为正三角形、矩形、正五边 形、正六边形或圆形等。每个凸起114的投影中心为投影图像的重心。例 如，投影为正三角形、矩形、正五边形、圆心或正六边形时，投影中心为 各个形状的几何中心。可选地，凸起114的整体结构为锥台、锥体、棱 台、长条状或者波纹状结构。例如，图8所示的凸起114为锥台结构。图 12所示的凸起114为六棱锥体。图13所示的凸起114为截面是三角形的 长条状结构。图14所示的凸起114为截面是梯形的长条状结构。
本发明实施例的防护组件100能够通过自身所包括的颗粒阻挡单元来 拦截阻挡高温颗粒物，从而使得高温颗粒物不再能够与其它结构件发生接 触而导致其它结构件发生烧蚀情况。这样，本发明实施例的防护组件100 能够对其它结构件形成保护。另外，防护组件100所包括的隔离防护层 120能够有效阻止热量传导，从而阻止高温颗粒物的热量向其它结构件传 导，进一步提升防护组件100的防护能力。在本发明实施例的防护组件 100应用于电池模组90或电池包时，防护组件100能够有效拦截阻挡二次 电池91的泄压元件92或电池模组90的泄压元件92内排出的高温颗粒 物，以降低电池模组90的封盖或电池包的箱体发生熔融的可能性。
参见图15和图16所示，本发明实施例还提出一种用于电池模组90的 封盖93。本实施例的封盖93包括盖本体930以及防护组件100。防护组 件与盖本体层叠设置。本实施例的电池模组90包括壳体、设置于壳体内 的多个具有泄压元件92的二次电池91以及本实施例的封盖93。本实施例 的二次电池91具有泄压元件92。本实施例的封盖93用于与壳体连接、且 二次电池91的泄压元件92朝向封盖93。
在一个实施例中，参见图15所示，本实施例的盖本体930包括第一 表面930a以及与第一表面930a相对设置的第二表面930b。本实施例的封 盖93应用于电池模组90时，盖本体930的第一表面930a朝向二次电池 91，第二表面930b背向二次电池91。防护组件100与盖本体930层叠设 置且防护组件100设置于第一表面930a一侧。防护组件100所包括的隔离防护层120与盖本体930相连接。防护组件100能够靠近二次电池91设置 且覆盖泄压元件92。本实施例的防护组件100能够抵靠于二次电池91且 覆盖泄压元件92。这样，在二次电池91出现工作异常情况而导致泄压元 件92爆破时，从泄压元件92排出的高温颗粒物会被颗粒阻挡层110所拦 截阻挡，同时隔离防护层120能够阻止高温颗粒物的热量传导至封盖93，从而高温颗粒物不会直接与封盖93直接发生接触而烧蚀封盖93，同时被 拦截后的高温颗粒物的热量也不会传导至封盖93而导致封盖93温度过高 而发生熔融。
本实施例包括防护组件100的封盖93设置于电池模组90内的方式， 防护组件100能够受到封盖93的保护而不会被其它结构件刮擦碰撞，从 而保证防护组件100的整体结构完整性，进而保证自身的防护能力不会受 到影响。
本实施例中，防护组件100还包括绝缘层130。绝缘层130与颗粒阻 挡层110相连接。防护组件100完成安装固定工作后，绝缘层130能够将 二次电池91所包括的汇流排和颗粒阻挡层110隔离开。当使用可导电材 料加工制造颗粒阻挡层110时，绝缘层130能够降低各个二次电池91之间 发生短路的可能性。
在另一个实施例中，参见图16所示，防护组件100设置于盖本体930 的第二表面930b一侧。防护组件100所包括的颗粒阻挡层110与盖本体 930相连接且颗粒阻挡单元朝向盖本体930的第二表面930b设置。防护组 件100覆盖二次电池91上和盖本体930上的泄压元件92。可选地，本体 930上的泄压元件92可以是防爆阀、单向阀或双向阀。这样，在二次电池91出现工作异常情况而导致泄压元件92爆破时，从泄压元件92排出的高 温颗粒物会首先将封盖93熔融，后续的高温颗粒物会被颗粒阻挡层110 所拦截阻挡，同时隔离防护层120能够阻止高温颗粒物的热量传导至其它 结构件，从而高温颗粒物不会将与封盖93相邻设置的其它结构件烧蚀熔 融，同时被拦截后的高温颗粒物的热量也不会传导至与封盖93相邻设置 的其它结构件。在电池模组应用于电池包时，其它结构件指的是容纳电池 模组的箱体。在一个实施例中，防护组件100和盖本体930以粘接的方式 相互连接。
本发明实施例的封盖93应用于电池模组90时，能够有效拦截从二次 电池91具有的泄压元件92内排出的高温颗粒物，从而降低高温颗粒物从 电池模组90内散射到电池模组90外并将与电池模组90相邻近的结构件熔 穿的可能性，有效提升电池模组90的使用安全性。
参见图17所示，本发明实施例还提出一种用于电池包94的箱体95。 本发明实施例的箱体95包括第一壳体950、与第一壳体950相连接的第二 壳体960以及设置于第一壳体950和/或第二壳体960上的防护组件100。 第一壳体950与第二壳体960密封连接并形成用于容纳电池模组90的容纳 腔室。防护组件100设置于第一壳体950和/或第二壳体960上朝向容纳腔 室的表面上。本实施例的电池包94包括多个并排设置的电池模组90以及 与电池模组90的封盖93相对应设置的箱体95。本实施例的箱体95用于 覆盖电池模组90的封盖93，以对电池模组90形成防护。在一个示例中， 本实施例的电池模组90包括具有泄压元件92的二次电池91。可选地，泄 压元件92可以是防爆阀。二次电池91的泄压元件92与封盖93相对应设 置。在另一个实施例中，电池模组90的封盖93上设置有泄压元件92。封 盖93上的泄压元件92与箱体95相对应设置。
在一个实施例中，参见图17所示，本实施例的第一壳体950具有容 纳凹部。在箱体95与电池模组90装配时，电池模组90的一部分置于第一 壳体950的容纳凹部。本实施例的防护组件100设置于第一壳体950上朝 向电池模组90的表面。本实施例的箱体95应用于电池包时，本实施例的 防护组件100与泄压元件92相对应地设置，从而当电池包94出现异常情 况而导致泄压元件92发生爆破时，防护组件100能够有效拦截阻挡从泄 压元件92内排出的高温颗粒物和高温气体，避免高温颗粒物和高温气体 将第一壳体950烧蚀熔穿，有效提升电池包94的使用安全性。在一个实 施例中，防护组件100的隔离防护层120和第一壳体950所包括的第一壳 体950以粘接的方式相互连接。
在一个实施例中，本实施例的第二壳体960具有容纳凹部。本实施例 的防护组件100设置于第二壳体960上朝向电池模组90的表面。本实施例 的箱体95应用于电池包时，防护组件100能够有效拦截阻挡从泄压元件 92内排出的高温颗粒物和高温气体，避免高温颗粒物和高温气体将第二壳 体960烧蚀熔穿，有效提升电池包94的使用安全性。在一个实施例中， 防护组件100的隔离防护层120和第二壳体960所包括的第二壳体960以 粘接的方式相互连接。
在一个实施例中，在第一壳体950和第二壳体960上均设置防护组件 100。本实施例的箱体95应用于电池包时，防护组件100能够有效拦截阻 挡从泄压元件92内排出的高温颗粒物和高温气体，避免高温颗粒物和高 温气体将第一壳体950和第二壳体960烧蚀熔穿，有效提升电池包94的使 用安全性。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的 范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部 件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征 均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而 是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种防护组件，用于具有泄压元件的储能装置，所述泄压元件被配置为响应所述储能装置内部的压力增加而变形并直至爆破的结构，所述储能装置能够通过爆破的所述泄压元件排出高温颗粒物，其特征在于，所述防护组件包括：
颗粒阻挡层，所述颗粒阻挡层具有用于接收所述高温颗粒物的接收侧以及与所述接收侧相对设置的连接侧，所述颗粒阻挡层包括多个凹凸设置的颗粒阻挡单元，所述颗粒阻挡单元能够阻挡所述高温颗粒物；
隔离防护层，设置于所述颗粒阻挡层的所述连接侧并与所述颗粒阻挡层相连接。
2.根据权利要求1所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡单元被构造为能够使所述高温颗粒物通过富集方式富集于所述颗粒阻挡单元的结构。
3.根据权利要求1所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层与所述隔离防护层层叠设置。
4.根据权利要求1所述的防护组件，其特征在于，所述隔离防护层的导热系数在0.04W·m-1·K-1以下。
5.根据权利要求1所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层为网状结构体，每个所述颗粒阻挡单元包括在所述颗粒阻挡层的厚度方向上延伸的孔和围合所述孔的栅格。
6.根据权利要求5所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层中相邻两个所述孔满足式(1)，
0.005≤r/(R－r)≤5 (1)
其中，相邻两个所述孔的中心点直线连接线标示为L，所述式(1)中r为相邻两个所述孔中一者的所述中心点沿所述直线连接线至自身孔壁的孔径，R为相邻两个所述孔中由所述一者的所述中心点沿所述直线连接线至另一者的孔壁的尺寸。
7.根据权利要求6所述的防护组件，其特征在于，所述r的取值范围为0.01mm至2.5mm。
8.根据权利要求1所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层包括片状本体及由所述本体的厚度方向上的一个表面突出形成的、相互间隔的多个凸起，每个所述颗粒阻挡单元包括相邻两个所述凸起和相邻两个所述凸起之间的凹部，所述隔离防护层设置于所述本体远离所述凸起的一侧表面，所述颗粒阻挡层中相邻两个所述凸起满足式(2)，
0.005≤d/(D－d)≤5 (2)
其中，相邻两个所述凸起各自具有在所述本体的所述表面上的投影，相邻两个所述凸起各自的投影的投影中心之间直线连接线标示为H，所述式(2)中d为相邻两个所述凸起中的一者的所述投影中心沿所述直线连接线至自身投影的边缘的尺寸，D为相邻两个所述凸起中由所述一者的所述投影中心沿所述直线连接线至另一者的投影的边缘的尺寸。
9.根据权利要求1至8任一项所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层的耐受温度的范围为500℃至3000℃。
10.根据权利要求1至8任一项所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层的耐受温度与耐受时间成反比，所述颗粒阻挡层的所述耐受温度的范围为500℃至2000℃，并且相对应地，所述颗粒阻挡层发生熔融的所述耐受时间为2s至3600s。
11.根据权利要求1至8任一项所述的防护组件，其特征在于，所述颗粒阻挡层的材料为铁及其合金、铜及其合金、镍合金、碳纤维或芳纶。
12.根据权利要求1至8任一项所述的防护组件，其特征在于，所述隔离防护层的厚度范围为0.5mm至10mm。
13.根据权利要求1至8任一项所述的防护组件，其特征在于，所述隔离防护层的材料为有机泡沫、气凝胶复合材料、防火织物或防火涂料。
14.根据权利要求1至8任一项所述的防护组件，其特征在于，所述防护组件还包括与所述颗粒阻挡层相连接的绝缘层，所述绝缘层与所述隔离防护层分别设置于所述颗粒阻挡层的两侧，所述绝缘层覆盖所述颗粒阻挡单元。
15.一种封盖，用于电池模组，所述电池模组包括壳体以及设置于所述壳体内的多个具有泄压元件的二次电池，所述封盖用于与所述壳体连接，其特征在于，所述封盖包括：
盖本体；
如权利要求1至14任一项所述的防护组件，所述防护组件与所述盖本体层叠设置。
16.一种箱体，用于电池包，所述电池包包括多个电池模组，其特征在于，所述箱体包括：
第一壳体；
第二壳体，所述第二壳体与所述第一壳体密封连接并形成用于容纳所述电池模组的容纳腔室；
如权利要求1至14任一项所述的防护组件，所述防护组件设置于所述第一壳体和/或所述第二壳体朝向所述电池模组的表面。
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