CN112467242B - 电池防护组件和电池包 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池防护组件和电池包，包括冷板结构和热敏元件。所述冷板结构具有容纳腔。所述容纳腔具有进口和出口。所述热敏元件用于密封所述工质开口。所述冷板结构的表面间隔设置有多个工质开口，所述工质开口和所述工质开口之间用于设置电池单体。即所述电池单体位于相邻的两个所述电池单体之间的缝隙。工作介质通过所述进口和所述出口在所述冷板结构内循环流动。所述工作介质具有一定的流动压力。当所述电池单体热失控，导致电池包内的温度升高时，所述热敏元件熔化。所述工作介质从所述工质开口喷出，并可以迅速弥漫所述电池包内的空间，对所述电池单体进行降温灭火，提高所述电池包的安全性能。

Description

电池防护组件和电池包

技术领域

本申请涉及电池领域，特别是涉及一种电池防护组件和电池包。

背景技术

电池热失控是影响电池使用安全的重要因素。现有技术中，造成电池热失控的因素很多。

锂离子电池热失控过程中会产生可燃混合气体，如H₂、CO或CH₄等，积聚在电池内部。在电池喷发过程中，锂离子电池表面温度最高可达到1000℃左右，锂离子电池电芯内部温度更高，往往伴随着火星，其表面温度大约为600～1200℃左右。由于锂离子电池的高温表面以及火星温度远高于气态喷发物的着火温度，一旦气态喷发物喷射在空气中并与氧气接触，将极易出现着火现象，并引发火灾。另外，即使锂离子电池喷发后产生的气态喷发物不出现着火现象，如果逐渐积累到一定数量，也将可能会出现爆炸现象，其危害性将更大。因此，锂离子电池喷发是引发锂离子电池火灾甚至是爆炸事故的安全隐患之一。

因此，如何解决电池热失控带来的安全隐患，是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种电池防护组件和电池包。

一种电池防护组件，包括：

冷板结构，具有容纳腔，所述容纳腔具有进口和出口，所述冷板结构的表面间隔设置有多个工质开口，所述工质开口和所述工质开口之间用于设置电池单体，以及

热敏元件，用于密封所述工质开口。

在一个实施例中，所述电池防护组件还包括第一隔热垫，所述第一隔热垫用于夹设在相邻的两个所述电池单体之间，所述第一隔热垫位于所述电池单体远离所述工质开口的一侧。

在一个实施例中，所述电池防护组件还包括壳体，设置于相邻的两个所述电池单体之间，所述壳体设置有连通口，所述工质开口通过所述连通口与所述壳体的内腔连通，所述壳体还设置有喷射口，所述热敏元件设置于所述喷射口。

在一个实施例中，所述电池防护组件还包括第二隔热垫，设置于所述冷板结构的表面，并位于相邻的两个所述电池单体之间，所述壳体设置于所述第二隔热垫远离所述冷板结构的一侧，所述工质开口穿过所述第二隔热垫与所述连通口连通。

在一个实施例中，所述壳体具有喷射面，所述喷射面用于朝向所述电池单体设置，所述喷射口设置于所述喷射面。

在一个实施例中，所述喷射口从所述喷射面朝向所述电池单体所在的方向突出。

在一个实施例中，所述热敏元件设置于所述喷射口内，所述热敏元件远离所述壳体的内腔的表面与所述喷射面平齐，或者所述热敏元件远离所述壳体的内腔的表面朝向所述电池单体所在的方向突出。

在一个实施例中，所述喷射口为多个，多个所述喷射口间隔设置于所述喷射面。

在一个实施例中，所述容纳腔内设置有流道，所述流道的两端分别与所述进口和出口连接。

本申请实施例还提供一种电池包，包括：

所述的电池防护组件；以及

多个电池单体，所述电池单体设置于所述冷板结构的表面，相邻的所述工质开口之间设置至少一个所述电池单体。

本申请实施例提供一种电池防护组件和电池包，包括冷板结构和热敏元件。所述冷板结构具有容纳腔。所述容纳腔具有进口和出口。所述热敏元件用于密封所述工质开口。所述冷板结构的表面间隔设置有多个工质开口，所述工质开口和所述工质开口之间用于设置电池单体。即所述电池单体位于相邻的两个所述电池单体之间的缝隙。工作介质通过所述进口和所述出口在所述冷板结构内循环流动。所述工作介质具有一定的流动压力。当所述电池单体热失控，导致电池包内的温度升高时，所述热敏元件熔化。所述工作介质从所述工质开口喷出，并可以迅速弥漫所述电池包内的空间，对所述电池单体进行降温灭火，提高所述电池包的安全性能。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的电池防护组件剖面图；

图2为本申请一个实施例提供的图1所示电池防护组件剖面图的左视图；

图3为本申请一个实施例提供的冷板结构和第一隔热垫、第二隔热垫配合示意图；

图4为本申请一个实施例提供的图1的局部示意图；

图5为本申请另一个实施例提供的图1的局部示意图；

图6为本申请实施例提供的工作介质在所述壳体流动示意图；

图7为本申请一个实施例提供的壳体喷射面和热敏元件配合示意图；

图8为本申请另一个实施例提供的壳体喷射面和热敏元件配合示意图；

图9为本申请另一个实施例提供的壳体喷射面和热敏元件配合示意图；

图10为本申请另一个实施例提供的壳体喷射面和热敏元件配合示意图；

图11为本申请一个实施例提供的冷板结构中的流道分布示意图。

附图标记说明：

电池防护组件10、冷板结构100、容纳腔110、进口120、出口130、工质开口140、热敏元件150、流道160、电池单体200、第一隔热垫210、第二隔热垫 220、壳体300、连通口310、喷射口320、喷射面330、模组端盖410、格栅420、模组端板430、连接螺栓440。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的电池防护组件和电池包进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

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)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1和图2，本申请实施例提供一种电池防护组件10。所述电池防护组件10包括冷板结构100和热敏元件150。所述冷板结构100具有容纳腔110。所述容纳腔110具有进口120和出口130。所述冷板结构100的表面间隔设置有多个工质开口140。所述工质开口140和所述工质开口140之间用于设置电池单体200。

所述冷板结构100可以为板状结构。所述冷板结构100的形状不限，只要能够放置所述电池单体200即可。所述冷板结构100可以为中空结构。所述中空结构构成所述容纳腔110。所述容纳腔110中可以用于容纳工作介质。所述工作介质可以为沸点低，吸热量大，易挥发的介质。所述工作介质可以包括去离子水、发动机各牌号冷却液、乙二醇、丙醇、烃类氟化物(如全氟己酮)、二氧化碳、氮气其中之一或者他们的组合。即所述工作介质可以具有冷却的作用。在一个实施例中，所述工作介质中也可以增加增稠剂、发泡剂、表面活性剂、有机或无机灭火剂等，以便于所述工作介质从所述冷板结构100喷出后迅速膨胀占据电池包内的空间，达到降温灭火的目的。

所述进口120用于向所述容纳腔110进入所述工作介质。所述出口130用于流出所述工作介质。可以理解，在所述进口120可以设置泵体。可以通过泵体等动力装置推动所述工作介质进入所述容纳腔110。所述工作介质可以在所述进口120和所述出口130之间循环。所述工作介质在所述冷板结构100内可以填充满所述容纳腔110，即所述工作介质可以在所述冷板结构100内均布。

所述冷板结构100表面可以预先设置多个所述工质开口140。所述工质开口 140的形状不限，只要使得所述容纳腔110中的工作介质能够从所述工质开口 140流出即可。在一个实施例中，所述工质开口140可以为圆形、矩形等形状。所述热敏元件150在较高温度时可以被触发，以使所述工作介质从所述工质开口140流出。

所述热敏元件150被触发后的物理变化不限，只要能够使所述工作介质喷出即可。当所述电池单体200温度升高所述热敏元件150被触发后，所述热敏元件150可以被熔化，以释放所述工作介质。在一个实施例中，所述热敏元件 150被触发后，所述热敏元件150的机械强度下降，以释放所述工作介质。

所述热敏元件150可以为易熔合金。所述易熔合金可以由铋、铅、锡、镉按不同重量比组成。当电池包内的温度升高达到所述热敏元件150的熔点时，所述热敏元件150熔化。所述工作介质可以从所述工质开口140流出。在所述冷板结构100的表面放置电池单体200后。相邻的所述电池单体200和所述电池单体200之间可以具有缝隙。所述工质开口140可以朝向所述缝隙设置。当有某个或者多个所述电池单体200发生热失控时，所述电池单体200表面温度升高，所述电池包中的温度也随之升高，所述热敏元件150被熔化。所述工作介质从所述工质开口140喷出，并向所述电池单体200和所述电池单体200之间的缝隙扩散，迅速给所述电池单体200降温灭火，以确保所述电池包的安全。

在一个实施例中，当所述热敏元件150被触发，所述工作介质从所述工质开口140喷出后，可以迅速吸收所述电池单体200热失控释放的热量，并迅速由液态变为气态，快速充满电池包内的空间，以达到降温没火的目的。可以理解，当所述电池单体200热失控，使得所述工作介质的温度升高后，可以使所述工作介质的体积膨胀，从而更容易冲破所述热敏元件150的封堵。例如，所述工作介质可以由液态变为气态，使其体积变大，所述工作介质对所述热敏元件150的压强也随之增大。

在一个实施例中，所述工质开口140还可以延伸到所述电池包中的其他位置，即可以为所述电池单体200容易热失控的位置。例如所述工质开口140可以通过管道延伸到所述电池单体200的端面上。所述工质开口140也可以通过管道延伸到所述电池单体端面之间的烟气流域。所述工质开口140也可以通过管道延伸到排气烟道或者电池包的排气阀内。

本申请实施例体用的所述电池防护组件10包括冷板结构100和热敏元件 150。所述冷板结构100具有容纳腔110。所述容纳腔110具有进口120和出口 130。所述热敏元件150用于密封所述工质开口140。所述冷板结构100的表面间隔设置有多个工质开口140，所述工质开口140和所述工质开口140之间用于设置电池单体200。即所述电池单体200位于相邻的两个所述电池单体200之间的缝隙。所述工作介质通过所述进口120和所述出口130在所述冷板结构100 内循环流动。所述工作介质具有一定的流动压力。当所述电池单体200热失控，导致电池包内的温度升高时，所述热敏元件150被熔化。所述工作介质从所述工质开口140喷出，并可以迅速弥漫所述电池包内的空间，对所述电池单体200 进行降温灭火，提高所述电池包的安全性能。

在一个实施例中，所述电池防护组件10还包括第一隔热垫210。所述第一隔热垫210用于夹设在相邻的两个所述电池单体200之间。所述第一隔热垫210 位于所述电池单体200远离所述工质开口140的一侧。所述第一隔热垫210的材料可以为气凝胶隔热垫。所述气凝胶隔热垫可以以预氧丝气凝胶毡为核心材料，以高分子膜(PET、PI膜)或阻燃涂层封装材料，经过热压或涂覆复合而成。所述气凝胶隔热垫可以为具有一定隔热、缓冲功能的复合材料。当某个所述电池单体200热失控时，所述气凝胶隔热垫可有效阻隔其热量向相邻的所述电池单体200传递，防止热扩散，从而避免新能源动力电池电芯热失控的多米诺效应。所述气凝胶隔热垫还具有良好的压缩性能。在隔热的同时，所述气凝胶隔热垫还还可作为缓冲材料，以适应所述电池单体200在充放电过程中的膨胀和收缩变化。

可以理解，所述工质开口140也设置在相邻的两个所述电池单体200之间。因此，在相邻的两个所述电池单体200之间均设置一个所述工质开口140和一个所述第一隔热垫210。当所述工质开口140旁边的所述电池单体200热失控时，所述电池单体200周围环境的温度快速升高。与热失控的所述电池单体200相邻的所述工质开口140的所述热敏元件150被最先熔化。所述工作介质从所述工质开口140流出，并朝向所述第一隔热垫210喷出。可以理解，当所述电池包内的温度升高时，所述第一隔热垫210容易受热收缩。即在所述第一隔热垫 210和与所述第一隔热垫210相邻的所述电池单体200之间会产生缝隙。所述工作介质可以通过所述缝隙朝向所述电池包内的其它空间流动，并将所述电池单体200热失控释放的热量带走，以迅速降低所述电池包整体的温度，可以避免热失控进一步蔓延。当从所述工质开口140流出的所述工作介质没来得及蒸发时，会储存在相邻的两个所述电池单体200之间。所述电池单体200在热膨胀时会产出膨胀变形。所述电池单体200之间也具有预紧力。因此，所述工作介质可以快速充满腔体并从所述电池单体200的上部溢出对其它所述电池单体200 进行冷却。当溢出的所述工作介质足够多时，所述工作介质会进入到电池内部对所述电池单体200进行全淹没式冷却。

所述工作介质蒸发后形成的蒸汽为不可燃气体。所述气体进入到所述电池包内的空间后可以所述电池包内的空气进行惰化，对所述热失控释放的烟气进行稀释惰化，以阻止所述电池单体200继续释放烟气。

请参见图4和图5，在一个实施例中，所述电池防护组件10还包括壳体300。所述壳体300设置于相邻的两个所述电池单体200之间。所述壳体300设置有连通口310。所述工质开口140通过所述连通口310与所述壳体300的内腔连通。所述壳体300还设置有喷射口320，所述热敏元件150设置于所述喷射口320。所述壳体300的形状不限，只要能够放置在相邻的两个所述电池单体200之间即可。所述壳体300可以为立方体等结构。所述连通口310可以所述工质开口 140之间可以设置连通管。通过所述连通管将所述连通口310和所述工质开口140连通。所述工作介质通过所述工质开口140、所述连通管和所述连通口310 进入所述壳体300内。所述壳体300内还开设所述喷射口320。所述热敏元件 150设置于所述喷射口320以密封所述喷射口320。当所述热敏元件150熔化时，所述工作介质通过所述喷射口320向所述电池包内喷射。其中，图4是所述壳体300直接设置在所述冷板结构100表面的实施例。图5为所述壳体300设置在第二隔热垫200远离所述冷板结构100表面的实施例。

请参见图6，当所述电池包内的温度升高后，所述工作介质膨胀并进入所述壳体300。位于所述喷射口320的所述热敏元件150被冲击后鼓起，当环境温度达到所述热敏元件150的触发温度后，所述热敏元件150可以被冲破。所述工作介质可以进入到所述电池单体200和所述电池单体200之间的缝隙中。

在一个实施例中，所述电池防护组件10件还包括所述第二隔热垫220。所述第二隔热垫220设置于所述冷板结构100的表面。所述第二隔热垫220位于相邻的两个所述电池单体200之间。所述壳体300设置于所述第二隔热垫220 远离所述冷板结构100的一侧，所述工质开口140穿过所述第二隔热垫220与所述连通口310连通。所述第二隔热垫220的材质可以与所述第一隔热垫210 的材质一致，这里不再赘述。可以理解，所述第一隔热垫210和所述第二隔热垫220可以分别设置在相邻的两个所述电池单体200之间缝隙的两端。所述工质开口140可以通过穿过所述第二隔热垫220的连通管与所述壳体300的连通口310连通。所述第二隔热垫220也可以起到缓冲和防止热传导的作用。

请再参见图2和图3，在一个实施例中，所述第一隔热垫210和所述第二隔热垫220可以一体成型。即所述第一隔热垫210和所述第二隔热垫220可构成环状结构。所述环状结构架设在相邻的两个所述电池单体200之间。

在一个实施例中，所述壳体300具有喷射面330。所述喷射面330用于朝向所述电池单体200设置，所述喷射口320设置于所述喷射面330。因此，所述喷射口320朝向所述电池单体200设置。所述壳体300可以具有两个所述喷射面 330。所述喷射面330可以分别朝向相邻的两个所述电池单体200。每个所述喷射面330可以设置一个所述喷射口320。所述喷射面330更靠近所述电池单体 200，因此所述热敏元件能够更及时接触到所述电池单体200的温度变化。在所述电池单体200温度有上升的趋势时，所述热敏元件150可以及时熔化，以迅速对所述电池单体200降温。

请参见图7，在一个实施例中，所述喷射口320从所述喷射面330朝向所述电池单体200所在的方向突出。即所述壳体300的轮廓在所述喷射口320突出。因此，所述喷射口320更靠近所述电池单体200。所述喷射口320对所述电池单体200的喷射效果更好。

请参见图8，在一个实施例中，所述热敏元件150设置于所述喷射口320内。所述热敏元件150远离所述壳体300的内腔的表面与所述喷射面330平齐。即所述热敏元件150填充在所述喷射口320内。此时，只需要在所述壳体300的表面开设一个口形成所述喷射口320。然后将所述热敏元件150填充在所述喷射口320内，使得所述热敏元件150远离所述壳体300的内腔的表面与所述喷射面330平齐，无需对所述喷射口320的形状和构造进行进一步设置，因此可以提高制作效率，降低制作成本。

请参见图9，在一个实施例中，所述热敏元件150远离所述壳体300的内腔的表面朝向所述电池单体200所在的方向突出。即所述热敏元件150相对于所述喷射面330更靠近所述电池单体200的表面。因此所述热敏元件150能够及时对所述电池单体200变化进行反应。

请参见图10，在一个实施例中，所述喷射口320为多个，多个所述喷射口 320间隔设置于所述喷射面330。多个所述喷射口320可以分别对应所述电池单体200表面不同的位置。因此，当所述电池单体200某个点的温度升高时，靠近该点的所述喷射口320设置的热敏元件150可以及时熔化，从而及时喷出所述工作介质，对所述电池单体200降温处理。多个所述喷射口320间隔设置，可以对所述电池单体200进行全方位防护，提高所述电池包的安全可靠性。

在一个实施例中，所述容纳腔110内设置有流道160，所述流道160的两端分别与所述进口120和出口130连接。所述工作介质通过所述进口120进入所述流道160，然后通过所述出口130流出。所述流道160可以在所述冷板结构 100中呈蛇形排列。因此，所述流道160在所述冷板结构100中可以覆盖更大的面积。所述工质开口140可以直接连通到所述流道160的表面，因此可以便于设置更多的所述工质开口140。

请参见图11，在一个实施例中，所述流道160可以是通过多个平行排列的格栅420形成的。所述格栅420的两端可以分别设置开口，以便于所述工作介质流入或者流出。

可以理解，所述流道160的排布形式不限，只要能够使得所述工作介质在所述冷板结构100中充分流动即可。在一个实施例中，所述流道160的结构可以为回字形、波纹形、蛇形、蝶形等结构。

本申请实施例还提供一种电池包。所述电池包包括所述电池防护组件10和多个所述电池单体200。所述电池单体200设置于所述冷板结构100的表面。相邻的所述工质开口140之间设置至少一个所述电池单体200。所述电池包还包括模组端盖410和模组端板430。所述模组端盖410设置在所述电池单体200顶部。所述模组端板430设置在所述电池单体200的侧部。通过连接螺栓440可以穿过所述模组端板430，以将所述模组端板430固定在所述电池包的底部。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池防护组件，应用于电池包，其特征在于，包括：

冷板结构，具有容纳腔，用于容纳工作介质，所述容纳腔具有进口和出口，所述冷板结构的表面间隔设置有多个工质开口，所述工质开口和所述工质开口之间用于设置电池单体，以及

热敏元件，用于密封所述工质开口；

第一隔热垫，所述第一隔热垫用于夹设在相邻的两个所述电池单体之间；

当所述电池包内的温度升高时，所述第一隔热垫受热收缩，在所述第一隔热垫和与所述第一隔热垫相邻的所述电池单体之间产生缝隙，所述工作介质通过所述缝隙朝向所述电池包内的其它空间流动。

2.如权利要求1所述的电池防护组件，其特征在于，所述第一隔热垫位于所述电池单体远离所述工质开口的一侧。

3.如权利要求1所述的电池防护组件，其特征在于，还包括壳体，设置于相邻的两个所述电池单体之间，所述壳体设置有连通口，所述工质开口通过所述连通口与所述壳体的内腔连通，所述壳体还设置有喷射口，所述热敏元件设置于所述喷射口。

4.如权利要求3所述的电池防护组件，其特征在于，还包括第二隔热垫，设置于所述冷板结构的表面，并位于相邻的两个所述电池单体之间，所述壳体设置于所述第二隔热垫远离所述冷板结构的一侧，所述工质开口穿过所述第二隔热垫与所述连通口连通。

5.如权利要求3所述的电池防护组件，其特征在于，所述壳体具有喷射面，所述喷射面用于朝向所述电池单体设置，所述喷射口设置于所述喷射面。

6.如权利要求5所述的电池防护组件，其特征在于，所述喷射口从所述喷射面朝向所述电池单体所在的方向突出。

7.如权利要求5所述的池防护组件，其特征在于，所述热敏元件设置于所述喷射口内，所述热敏元件远离所述壳体的内腔的表面与所述喷射面平齐，或者所述热敏元件远离所述壳体的内腔的表面朝向所述电池单体所在的方向突出。

8.如权利要求5所述的电池防护组件，其特征在于，所述喷射口为多个，多个所述喷射口间隔设置于所述喷射面。

9.如权利要求1所述的电池防护组件，其特征在于，所述容纳腔内设置有流道，所述流道的两端分别与所述进口和出口连接。

10.一种电池包，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的电池防护组件；以及

多个电池单体，所述电池单体设置于所述冷板结构的表面，相邻的所述工质开口之间设置至少一个所述电池单体。

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