CN113036242A - 电池模组和电池包 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种电池模组和电池包,涉及动力电池领域,电池模组包括:第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,第一电芯的热稳定性高于第二电芯的热稳定性。第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,排列顺序用于指示每个第一电芯、每个第二电芯在电池模组中的顺序。串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局,排布结构用于指示每个第一电芯、每个第二电芯在电池模组中的位置。本公开通过将第一电芯与第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,并按照预设的排布结构布局,使得热稳定性较高的第一电芯能够起到热阻隔的作用,提高了电池模组的安全性。
Description
技术领域
本公开涉及动力电池领域,具体地,涉及一种电池模组和电池包。
背景技术
近年来,随着电动汽车的不断推广普及,电池安全越来越受到人们的重视。不同正极体系的电芯,由于正极材料的热稳定性不同,电芯整体的安全性也各不相同。有些电池体系的正极热稳定性较高,例如LFP(英文:LiFePO4,中文:磷酸铁锂),因此这种电池体系不易发生起火燃烧,但是这种电池体系能量密度较低,续航能力较弱。有些电池体系的能量密度较高,续航能力较强,但是这些电池体系的正极热稳定性较低,例如NMC(英文:Li(Ni x Mn y Co z )O2,中文:镍钴锰酸锂),容易发生起火燃烧,并且在一个电芯起火燃烧时,会迅速扩散至电池模组内的其他电芯,导致安全性较低。
发明内容
本公开的目的是提供一种电池模组和电池包,提高了电池模组的安全性。
根据本公开实施例的第一方面,提供一种电池模组,所述电池模组包括:第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,所述第一电芯的热稳定性高于所述第二电芯的热稳定性;
第一数量个所述第一电芯与第二数量个所述第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,所述排列顺序用于指示每个所述第一电芯、每个所述第二电芯在所述电池模组中的顺序;
串联连接后的第一数量个所述第一电芯与第二数量个所述第二电芯,按照预设的排布结构布局,所述排布结构用于指示每个所述第一电芯、每个所述第二电芯在所述电池模组中的位置。
可选地,所述第一电芯的第一目标侧面的面积、形状,与所述第二电芯的第二目标侧面的面积、形状相同;
所述第一电芯与所述第二电芯按照所述第一目标侧面与所述第二目标侧面相对的方式,串联连接。
可选地,所述排列顺序为所述第一电芯与所述第二电芯间隔排列;
所述排布结构包括:一字结构或者矩阵结构。
可选地,所述第一电芯为磷酸铁锂LFP电芯,所述第二电芯为镍钴锰NMC电芯。
可选地,所述第一电芯对应的第一标称容量与所述第二电芯对应的第二标称容量满足预设的容量限制关系;
所述容量限制关系为根据所述第一电芯对应的第一衰退速率和所述第二电芯对应的第二衰退速率确定的。
可选地,所述容量限制关系的确定方式包括:
根据所述第一电芯对应的第一衰退速率和所述第二电芯对应的第二衰退速率确定目标电芯和非目标电芯,所述目标电芯对应的衰退速率大于所述非目标电芯对应的衰退速率;
根据所述目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数和所述目标电芯对应的衰退速率,确定老化时间;
根据所述老化时间和所述非目标电芯对应的衰退速率,确定所述非目标电芯对应的老化容量;
根据所述目标电芯对应的标称容量、所述非目标电芯对应的标称容量、所述非目标电芯对应的老化容量和所述老化系数,确定所述容量限制关系。
可选地,所述容量限制关系为:
所述目标电芯对应的标称容量与所述老化系数的乘积,和所述非目标电芯对应的标称容量与所述非目标电芯对应的老化容量的差值相等。
可选地,所述容量限制关系的确定方式包括:
根据所述第一电芯对应的第一衰退速率和所述第二电芯对应的第二衰退速率确定目标电芯和非目标电芯,所述目标电芯对应的衰退速率大于所述非目标电芯对应的衰退速率;
根据所述目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数和所述目标电芯对应的衰退速率,确定老化时间;
根据所述老化时间和所述非目标电芯对应的衰退速率,确定所述非目标电芯对应的老化容量;
根据所述目标电芯对应的标称容量、所述目标电芯对应的初始SOC、所述非目标电芯对应的标称容量、所述非目标电芯对应的老化容量、所述非目标电芯对应的初始SOC和所述老化系数,确定所述容量限制关系。
可选地,所述容量限制关系为:
其中,Q 0为所述目标电芯对应的标称容量,Q 1为所述非目标电芯对应的标称容量,t 0为所述老化时间,f 1(t 0)为所述非目标电芯对应的老化容量,x 0为所述目标电芯对应的初始SOC,y 0为所述非目标电芯对应的初始SOC,σ为所述老化系数。
根据本公开实施例的第二方面,提供一种电池包,所述电池包包括:一个或多个本公开实施例的第一方面中所述的电池模组;
每个所述电池模组串联连接,或者并联连接。
通过上述技术方案,本公开中的电池模组包括第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局。其中,第一电芯的热稳定性高于第二电芯的热稳定性。本公开通过将第一电芯与第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,并按照预设的排布结构布局,使得热稳定性较高的第一电芯能够起到热阻隔的作用,提高了电池模组的安全性,同时减少了电池模组中不必要的支撑结构。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:
图1是根据一示例性实施例示出的一种电池模组的示意图;
图2是根据一示例性实施例示出的一种方形电芯的示意图;
图3是根据一示例性实施例示出的一种圆柱电芯的示意图;
图4是根据一示例性实施例示出的一种软包电芯的示意图;
图5是根据一示例性实施例示出的一种排列顺序的示意图;
图6是根据一示例性实施例示出的另一种排列顺序的示意图;
图7是根据一示例性实施例示出的另一种排列顺序的示意图;
图8是根据一示例性实施例示出的一种排布结构的示意图;
图9是根据一示例性实施例示出的另一种排布结构的示意图;
图10是根据一示例性实施例示出的一种电池包的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电池模组100的示意图,如图1所示,该电池模组包括:第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,第一电芯的热稳定性高于第二电芯的热稳定性。
第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,排列顺序用于指示每个第一电芯、每个第二电芯在电池模组中的顺序。
串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局,排布结构用于指示每个第一电芯、每个第二电芯在电池模组中的位置。
举例来说,首先可以确定所需的第一电芯对应的第一数量和所需的第二电芯对应的第二数量,并确定第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯的排列顺序,然后按照排列顺序将第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯串联连接,其中,第一电芯例如可以是LFP电芯,第二电芯例如可以是NMC、LCO(英文:LiCoO2中文:钴酸锂)、NCA(英文:LiNi x Co y Al z O2,中文:镍钴铝酸锂)等,排列顺序用于指示每个第一电芯、每个第二电芯在电池模组中的顺序,例如可以是第一电芯和第二电芯互相间隔一个或多个排列,如图1所示,以方形电芯为例,灰色电芯例如可以是第一电芯,白色电芯例如可以是第二电芯,其中包括4个第一电芯和6个第二电芯。图1中,第一电芯和第二电芯之间间隔的电芯(可以是第一电芯或第二电芯)数量可以是一个,也可以是多个,本公开对此不作具体限定。按照从图左边至右边的方向为例,第一个第一电芯(从左至右的第2个)与第二个第一电芯(从左至右的第6个)之间,间隔了三个第二电芯,第二个第一电芯与第三个第一电芯(从左至右的第7个)依次连接,第三个第一电芯与第四个第一电芯(从左至右的第10个)之间,间隔了两个第二电芯。
进一步的,可以将串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局,其中,排布结构用于指示每个第一电芯、每个第二电芯在电池模组中的位置,例如可以是一字结构、矩阵结构等。这样,通过将热稳定性较高的第一电芯和热稳定性较低的第二电芯串联连接,可以避免电池模组中的一个电芯起火燃烧时火势不受控制的情况。通常情况下,若电池模组中仅包括第二电芯,那么需要设置用于隔热的结构件(如泡沫等),以阻滞电池模组起火后蔓延,但是结构件占据了电池模组中的空间。而在本实施例中,第一电芯可以替代原有的用于隔热的结构件,在保证安全性的前提下,对整个电池模组起到支撑结构稳定的作用,同时还能降低热管理设计的成本。
综上所述,本公开中的电池模组包括第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局。其中,第一电芯的热稳定性高于第二电芯的热稳定性。本公开通过将第一电芯与第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,并按照预设的排布结构布局,使得热稳定性较高的第一电芯能够起到热阻隔的作用,提高了电池模组的安全性,同时减少了电池模组中不必要的支撑结构。
在一种应用场景中,第一电芯的第一目标侧面的面积、形状,与第二电芯的第二目标侧面的面积、形状相同。
第一电芯与第二电芯按照第一目标侧面与第二目标侧面相对的方式,串联连接。
示例的,在将第一电芯和第二电芯串联连接之前,可以先确定第一电芯的第一目标侧面和第二电芯的第二目标侧面,然后将第一电芯的第一目标侧面与第二电芯的第二目标侧面相对放置,并进行串联连接。其中,第一目标侧面的面积、形状,与第二目标侧面的面积、形状相同,第一电芯和第二电芯均可以为方形电芯、圆柱电芯或者软包电芯。由于第一目标侧面的面积、形状,与第二目标侧面的面积、形状相同,因此按照第一目标侧面与第二目标侧面相对的方式,将第一电芯与第二电芯串联连接之后,可以提高电池模组的空间利用率。
需要说明的是,当第一电芯和第二电芯均为方形电芯时,如图2所示,第一目标侧面和第二目标侧面可以是除顶面A和底面C之外的四个侧面B中的任意一个。当第一电芯和第二电芯均为圆柱电芯时,如图3所示,第一目标侧面和第二目标侧面可以是圆柱电芯的侧面。当第一电芯和第二电芯均为软包电芯时,如图4所示,第一目标侧面和第二目标侧面可以是软包电芯的正面或反面。
在另一种应用场景中,排列顺序为第一电芯与第二电芯间隔排列。
排布结构包括:一字结构或者矩阵结构。
示例的,第一电芯与第二电芯的排列顺序可以是第一电芯与第二电芯间隔排列。具体的,可以按照图5所示的方式,第一电芯与第二电芯按照1:1的比例间隔一个排列,也可以按照图6所示的方式,第一电芯与第二电芯按照1:1的比例间隔多个排列,也可以如图7所示按照任意比例间隔任意个排列,本公开对比不作具体限定。
进一步的,第一电芯与第二电芯串联之后的排布结构可以为一字结构,例如可以如图5、图6和图7所示,也可以为矩阵结构,例如可以如图8或图9所示,其中,图8为按行排布的矩阵结构,图9为按列排布的矩阵结构。
在另一种应用场景中,第一电芯为LFP电芯,第二电芯为NMC电芯。
示例的,第一电芯可以为热稳定性较高的LFP电芯,第二电芯可以为能量密度较高的NMC电芯。通过将这两种电芯间隔排列,当热稳定性较低的NMC电芯起火燃烧时,稳定性较高的LFP电芯可以有效阻滞火势的蔓延。
在另一种应用场景中,第一电芯对应的第一标称容量与第二电芯对应的第二标称容量满足预设的容量限制关系。
容量限制关系为根据第一电芯对应的第一衰退速率和第二电芯对应的第二衰退速率确定的。
示例的,可以先确定第一电芯与第二电芯中的一种电芯的标称容量,然后根据该标称容量和该电芯对应的衰退速率,通过预设的容量限制关系确定另外一种电芯的标称容量,例如,可以先确定第一电芯对应的第一标称容量,然后可以确定第二电芯对应的第二标称容量。其中,标称容量可以理解为电芯的最大容量,第一标称容量和第二标称容量在满足容量限制关系的情况下,可以保证第一电芯和第二电芯可以同时达到寿命终止状态,提高了电芯能量的利用率。
在另一种应用场景中,容量限制关系的确定方式包括:
根据第一电芯对应的第一衰退速率和第二电芯对应的第二衰退速率确定目标电芯和非目标电芯,目标电芯对应的衰退速率大于非目标电芯对应的衰退速率。
根据目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数和目标电芯对应的衰退速率,确定老化时间。
根据老化时间和非目标电芯对应的衰退速率,确定非目标电芯对应的老化容量。
根据目标电芯对应的标称容量、非目标电芯对应的标称容量、非目标电芯对应的老化容量和老化系数,确定容量限制关系。
示例的,在确定容量限制关系时,首先可以将第一电芯对应的第一衰退速率和第二电芯对应的第二衰退速率中,较大的衰退速率对应的电芯作为目标电芯,并将较小的衰退速率对应的电芯作为非目标电芯。然后可以根据目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数、目标电芯对应的衰退速率,通过公式1可以得到老化时间,即目标电芯的寿命终止时刻。
其中,Q 0为目标电芯对应的标称容量,t 0为老化时间,f 0(t 0)为目标电芯在t 0时刻对应的容量衰退值,即目标电芯对应的老化容量,f 0为目标电芯的衰退函数,σ为目标电芯对应的老化系数,老化系数与目标电芯对应的标称容量的乘积,σQ 0,可以理解为,目标电芯达到老化时间时对应的容量。
进一步的,为了保证目标电芯和非目标电芯的老化时间相同,并且在达到老化时间时,目标电芯和非目标电芯对应的剩余容量相等,可以将老化时间代入非目标电芯对应的衰退速率与时间的关系函数中,得到非目标电芯对应的老化容量,即电芯在寿命终止时刻(即老化时间)的容量衰退值。然后,可以根据目标电芯对应的标称容量、非目标电芯对应的标称容量、非目标电芯对应的老化容量和老化系数,得到容量限制关系,如公式2所示,从而可以通过公式2得到非目标电芯对应的标称容量。
其中,Q 1为非目标电芯对应的标称容量,f 1(t 0)为非目标电芯在t 0时刻对应的容量衰退值,即非目标电芯对应的老化容量,f 1为非目标电芯的衰退函数。这样,通过公式2所示的容量限制关系得到的非目标电芯对应的标称容量,与目标电芯对应的标称容量,满足容量限制关系,即第一标称容量和第二标称容量满足容量限制关系,因此可以保证第一电芯和第二电芯可以同时达到寿命终止状态,提高了电芯能量的利用率。
在另一种应用场景中,容量限制关系为:
目标电芯对应的标称容量与老化系数的乘积,和非目标电芯对应的标称容量与非目标电芯对应的老化容量的差值相等。
示例的,容量限制关系可以如公式2所示。以Q 1为120 Ah,f 1(t 0)为35 Ah,σ为0.75为例,Q 0可以为113 Ah。
在另一种应用场景中,容量限制关系的确定方式包括:
根据第一电芯对应的第一衰退速率和第二电芯对应的第二衰退速率确定目标电芯和非目标电芯,目标电芯对应的衰退速率大于非目标电芯对应的衰退速率。
根据目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数和目标电芯对应的衰退速率,确定老化时间。
根据老化时间和非目标电芯对应的衰退速率,确定非目标电芯对应的老化容量。
根据目标电芯对应的标称容量、目标电芯对应的初始SOC(英文:State OfCharge,中文:荷电状态)、非目标电芯对应的标称容量、非目标电芯对应的老化容量、非目标电芯对应的初始SOC和老化系数,确定容量限制关系。
示例的,在确定容量限制关系时,首先可以将第一电芯对应的第一衰退速率和第二电芯对应的第二衰退速率中,较大的衰退速率对应的电芯作为目标电芯,并将较小的衰退速率对应的电芯作为非目标电芯。然后可以根据目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数、目标电芯对应的衰退速率,通过公式1可以得到老化时间,即目标电芯的寿命终止时刻。
进一步的,为了保证目标电芯和非目标电芯的老化时间相同,并且在达到老化时间时,目标电芯和非目标电芯对应的老化容量相等,可以将老化时间代入非目标电芯对应的衰退速率与时间的关系函数中,得到非目标电芯对应的老化容量,即电芯在寿命终止时刻的容量衰退值。最后,可以根据目标电芯对应的标称容量、目标电芯对应的初始SOC、非目标电芯对应的标称容量、非目标电芯对应的老化容量、非目标电芯对应的初始SOC和老化系数,得到容量限制关系,如公式3所示,从而得到非目标电芯对应的标称容量。
其中,Q 0为目标电芯对应的标称容量,Q 1为非目标电芯对应的标称容量,t 0为老化时间,f 1(t 0)为非目标电芯在t 0时刻对应的容量衰退值,即非目标电芯的老化容量,x 0为目标电芯对应的初始SOC,y 0为非目标电芯对应的初始SOC,σ为老化系数。
具体的,以第一电芯为LFP电芯,第二电芯为NMC电芯,Q 1为100 Ah,f 1(t 0)为30 Ah,x 0为0.7,y 0为0.6,σ为0.8为例,Q 0可以为117 Ah。一般来讲,为了提高电芯能量的利用率,在实际模组设计中,x 0与y 0的值尽量相同或相近。
综上所述,本公开中的电池模组包括第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局。其中,第一电芯的热稳定性高于第二电芯的热稳定性。本公开通过将第一电芯与第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,并按照预设的排布结构布局,使得热稳定性较高的第一电芯能够起到热阻隔的作用,提高了电池模组的安全性,同时减少了电池模组中不必要的支撑结构。
图10是根据一示例性实施例示出的一种电池包200的示意图,如图10所示,该电池包200包括:一个或多个上述实施例中的电池模组100。
每个电池模组串联连接,或者并联连接。
示例的,在电池包包括多个电池模组的情况下,每个电池模组可以均为串联连接,也可以均为并联连接,也可以为部分串联连接,部分并联连接,本公开对此不作具体限定。
综上所述,本公开中的电池模组包括第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,串联连接后的第一数量个第一电芯与第二数量个第二电芯,按照预设的排布结构布局。其中,第一电芯的热稳定性高于第二电芯的热稳定性。本公开通过将第一电芯与第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,并按照预设的排布结构布局,使得热稳定性较高的第一电芯能够起到热阻隔的作用,提高了电池模组的安全性,同时减少了电池模组中不必要的支撑结构。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式,但是,本公开并不限于上述实施方式中的具体细节,在本公开的技术构思范围内,可以对本公开的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本公开的思想,其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种电池模组,其特征在于,所述电池模组包括:第一数量个第一电芯和第二数量个第二电芯,所述第一电芯的热稳定性高于所述第二电芯的热稳定性;
第一数量个所述第一电芯与第二数量个所述第二电芯按照预设的排列顺序串联连接,所述排列顺序用于指示每个所述第一电芯、每个所述第二电芯在所述电池模组中的顺序;
串联连接后的第一数量个所述第一电芯与第二数量个所述第二电芯,按照预设的排布结构布局,所述排布结构用于指示每个所述第一电芯、每个所述第二电芯在所述电池模组中的位置。
2.根据权利要求1所述的电池模组,其特征在于,所述第一电芯的第一目标侧面的面积、形状,与所述第二电芯的第二目标侧面的面积、形状相同;
所述第一电芯与所述第二电芯按照所述第一目标侧面与所述第二目标侧面相对的方式,串联连接。
3.根据权利要求1所述的电池模组,其特征在于,所述排列顺序为所述第一电芯与所述第二电芯间隔排列;
所述排布结构包括:一字结构或者矩阵结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池模组,其特征在于,所述第一电芯为磷酸铁锂LFP电芯,所述第二电芯为镍钴锰酸锂NMC电芯。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电池模组,其特征在于,所述第一电芯对应的第一标称容量与所述第二电芯对应的第二标称容量满足预设的容量限制关系;
所述容量限制关系为根据所述第一电芯对应的第一衰退速率和所述第二电芯对应的第二衰退速率确定的。
6.根据权利要求5所述的电池模组,其特征在于,所述容量限制关系的确定方式包括:
根据所述第一电芯对应的第一衰退速率和所述第二电芯对应的第二衰退速率确定目标电芯和非目标电芯,所述目标电芯对应的衰退速率大于所述非目标电芯对应的衰退速率;
根据所述目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数和所述目标电芯对应的衰退速率,确定老化时间;
根据所述老化时间和所述非目标电芯对应的衰退速率,确定所述非目标电芯对应的老化容量;
根据所述目标电芯对应的标称容量、所述非目标电芯对应的标称容量、所述非目标电芯对应的老化容量和所述老化系数,确定所述容量限制关系。
7.根据权利要求6所述的电池模组,其特征在于,所述容量限制关系为:
所述目标电芯对应的标称容量与所述老化系数的乘积,和所述非目标电芯对应的标称容量与所述非目标电芯对应的老化容量的差值相等。
8.根据权利要求5所述的电池模组,其特征在于,所述容量限制关系的确定方式包括:
根据所述第一电芯对应的第一衰退速率和所述第二电芯对应的第二衰退速率确定目标电芯和非目标电芯,所述目标电芯对应的衰退速率大于所述非目标电芯对应的衰退速率;
根据所述目标电芯对应的标称容量、预设的老化系数和所述目标电芯对应的衰退速率,确定老化时间;
根据所述老化时间和所述非目标电芯对应的衰退速率,确定所述非目标电芯对应的老化容量;
根据所述目标电芯对应的标称容量、所述目标电芯对应的初始SOC、所述非目标电芯对应的标称容量、所述非目标电芯对应的老化容量、所述非目标电芯对应的初始SOC和所述老化系数,确定所述容量限制关系。
10.一种电池包,其特征在于,所述电池包包括:一个或多个权利要求1-9中任一项所述的电池模组;
每个所述电池模组串联连接,或者并联连接。
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