CN113782861A - 电池保护结构、电池包及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电池保护结构、电池包及电动汽车，电池保护结构应用于电池包中，电池包包括多个电池和冷却组件；电池保护结构包括阻隔部以及散热部，阻隔部用于阻隔电池运行时产生的热量，当温度达到设定温度区间时阻隔部的材料发生化学反应以增加阻隔部的等效热容；散热部与冷却组件导热连接，并且散热部具有各向异性热特征，其面内等效热导率大于200W/mK，面内等效热导率是厚向等效热导率的10倍以上。本申请提供的电池保护结构，电池运行产生热量时，散热部将部分热量快速传输至冷却组件，阻隔部能够通过等效热容增加吸收部分热量，从而降低了阻隔部总的隔热量，提升了阻隔部的隔热性能，提升了动力电池的安全性。
Description
技术领域
本申请涉及动力电池热保护技术领域，尤其涉及到一种电池保护结构、电池包及电动汽车。
背景技术
电动汽车蓬勃发展，其安全性受到广泛关注，而动力电池作为核心部件，其热安全设计尤为重要，如何能够防止其热失控、热扩展是业界面临的难题。
动力电池热失控的诱因主要是机械滥用、电滥用和热滥用引发的内短路，当单个电芯热失控后，如果没有良好的隔热阻燃措施，可能拓展到周边电芯乃至电池包和整个汽车。目前，对于单个电芯发生热失控后防止热扩散主要采用的是隔热方案，即在电芯之间、电芯与电池包盖板、驾驶室之间添加隔热材料，以增大热失控电芯与周边电芯之间的温差来阻碍热扩散，然而，仅仅通过隔热的方式，其效果和可靠性会有所不足，热失控电芯旁边的电芯也可能会进入热失控启动温度，并且，当温度超过隔热材料的耐受温度，隔热效果会大幅衰减。
发明内容
本申请提供了一种电池保护结构、电池包及电动汽车，用以提升动力电池安全性。
第一方面，本申请提供了一种电池保护结构，该电池保护结构应用于电池包中，上述电池包包括有多个电池以及冷却组件，电池保护结构可设置于相邻的电池之间，电池保护结构包括阻隔部和散热部，其中，阻隔部不仅能够阻隔电池运行时产生的热量，当阻隔部的温度升高至设定温度区间时，阻隔部的材料还能够发生化学反应以使得阻隔部的等效热容增加，等效热容指当物体温度升高1℃所要吸收的热量，阻隔部的等效热容增加时能够更好地于吸收电池运行时产生的热量，散热部与冷却组件导热连接，并且散热部具有各向异性热特征，其面内具有高导热特性，面内的等效热导率大于200W/mK，是厚向等效热导率的10倍以上，以使得热量能够沿面内方向快速扩展开，而在厚度方向上具有阻隔热量的作用。
相较于传统的动力电池隔热方案，上述方案中的电池保护结构通过设置阻隔部和散热部，电池运行产生热量时，散热部能够将部分热量快速传输至冷却组件，阻隔部能够吸收部分热量，从而降低了阻隔部总的隔热量，从而提升了阻隔部的隔热性能，提升了动力电池的安全性。
在一些可能的实施方案中，阻隔部包括隔热部和等效热容增加部，当温度达到等效热容增加部的反应触发温度时，等效热容增加部发生化学反应使得等效热容增加部的等效热容增加，从而吸收电池运行时产生的热量，从而降低隔热部总的隔热量。
在一些可能的实施方案中，散热部、等效热容增加部以及散热部之间为层状结构，以便于使结构简单，便于生产。
在一些可能的实施方案中，当散热部、等效热容增加部以及散热部之间为层状结构时，沿第一方向，第一方向可理解为，当将电池保护结构放置于相邻的两个电池之间时，相邻的两个电池的排列方向即为第一方向，等效热容增加部位于隔热部相对的两侧，散热部位于等效热容增加部背离隔热部的一侧，或者，散热部位于隔热部相对的两侧，等效热容增加部设置于散热部背离隔热部的一侧，即将隔热部放置于中间位置，使得散热部和等效热容增加部先吸收部分热量，提高隔热部的隔热效果。
在一些可能的实施方案中，等效热容增加部包括沿第一方向设置的第一等效热容增加层和第二等效热容增加层，第一等效热容增加层位于隔热部与第二等效热容增加层之间，并且第一等效热容增加层反应触发温度高于第二等效热容增加层的反应触发温度，通过设置多级等效热容增加的结构能够延缓电池热失控时产生的热量传递给周边的电池的速度，从而降低周边电池的温度。
在一些可能的实施方案中，等效热容增加部直接包覆于隔热部的外侧，散热部设置于等效热容增加部沿第一方向的相对的两侧，或者，散热部设置于隔热部沿第一方向的相对的两侧，等效热容增加部包覆于散热部的外侧，此时，等效热容增加部与散热部连接冷却组件的一端所对应的位置设有第一通孔，使得散热部连接冷却组件的一端能够穿过第一通孔暴露于等效热容增加部的外侧，以便于与冷却组件连接。等效热容增加部呈包覆隔热部或散热部的形式能够增大等效热容增加部的化学反应面积，以达到更好的吸热效果。
在一些可能的实施方案中，隔热部的材料为非连续的隔热材料，隔热部包括沿第一方向排列的多排隔热单元，每一排隔热单元包括多个沿第二方向间隔排列的隔热子单元，第一方向垂直于第二方向，通过使得隔热部为非连续的形式，以降低隔热部在厚度方向上的热导率，可提高隔热部的隔热效果。
在一些可能的实施方案中，任意相邻两排隔热单元中，其中一排隔热单元中的隔热子单元在第一平面上的正投影能够覆盖另一排隔热单元中相邻的两个隔热子单元之间的间隙在第一平面上的正投影，其中，第一平面为垂直于第一方向的平面，也即上述方案中，每一个隔热子单元能够与相邻的隔热单元中的两个相邻的两个隔热子单元之间的间隙相对应，从而形成错位阻隔热桥设计，以降低隔热部在厚度方向上的热导率，从而提高隔热部的隔热效果。
在一些可能的实施方案中，等效热容增加部包括第三等效热容增加层和第四等效热容增加层，第三等效热容增加层位于第四等效热容增加层与隔热部之间，并且第三等效热容增加层的反应触发温度高于第四等效热容增加层的反应触发温度，以通过多级吸热的结构，来够延缓电池热失控时产生的热量传递给周边的电池的速度，从而降低周边电池的温度。
在一些可能的实施方案中，隔热部为多孔结构，可以是纤维多孔结构，等效热容增加部则填充于隔热部的多个孔洞中，散热部位于隔热部沿第一方向的相对的两侧，等效热容增加部在发生化学反应时气化能够形成局部孔洞进行隔热，在吸收部分热量的同时，降低了热导率，提高了隔热部的隔热性能。
在一些可能的实施方案中，等效热容增加部的材料可以是氢氧化物类材料，也可以是硼酸盐类材料，也可以是碳酸盐类材料，可以只包含一种材料，也可是多种材料复合形成的复合材料，上述材料在化学反应时不仅能吸收热量，化学反应产生的物质例如水蒸气、二氧化碳以及阻燃隔膜，具备一定的阻燃灭火效果。
在一些可能的实施方案中，等效热容增加部还可含有作为粘结剂的材料，以用于将等效热容增加部中能够发生化学反应的材料粘结成一体结构，保证了粘结强度，以保证化学反应时的吸热效果。
在一些可能的实施方案中，粘结剂的材料可包括丙烯酸、聚氨酯、树脂、硅脂、二氧化硅以及磷酸铝中的一种或多种，在保证粘结强度的同时，对于有弹性的粘结剂还能够提供一定的弹性来吸收电池的膨胀压力。
在一些可能的实施方案中，阻隔部为包含纤维基材和复合气凝胶结构的复合结构，即以纤维材料作为基材骨架，复合气凝胶包含等效热容增加材料，该等效热容增加材料在温度达到其自身的反应触发温度时，能够发生化学反应，以使得等效热容增加，从而吸收热量。上述阻隔部的结构不仅具有良好的隔热性能，还能够在特定的温度发生化学反应吸收热量，有利于降低热失控电池的温度。
在一些可能的实施方案中，复合气凝胶也可包含二氧化硅，以提高阻隔部的隔热性能。
在一些可能的实施方案中，等效热容增加材料可以是氢氧化物类材料，也可以是硼酸盐类材料，也可以是碳酸盐类材料，可以只包含一种材料，也可是多种材料复合形成的复合材料，上述材料在化学反应时不仅能吸收热量，化学反应产生的物质例如水蒸气、二氧化碳以及阻燃隔膜，具备一定的阻燃灭火效果。
在一些可能的实施方案中，纤维基材的材料可以是玻璃纤维、陶瓷纤维以及预氧丝纤维中的一种或多种，上述材料的热导率低，能够保证阻隔部良好的隔热效果。
在一些可能的实施方案中，散热部的材料可以是石墨烯膜、石墨膜、热管、VC、金属箔材以及复合散热膜中的一种或多种，上述材料在面内的热导率高，能够快速将热量传输至冷却组件。
在一些可能的实施方案中，散热部包括散热本体和用于与冷却组件导热连接的散热支部，散热支部连接于散热本体的一端，并且由散热本体的一端向散热本体的一侧或两侧延伸，以形成单方向或者多方向的热量传输路径。
在一些可能的实施方案中，本申请中的电池保护结构还包括用于对阻隔部进行封装的封装组件，以保护阻隔部的结构，保证良好的隔热以及吸热的效果。
在一些可能的实施方案中，当散热部设置于阻隔部沿第一方向的相对的两侧时，封装组件可包括用于包覆散热部的第一封装层，此时，第一封装层与散热部连接冷却组件的一端对应的位置设有第二通孔，以使得散热部连接冷却组件的一端穿过第二通孔暴露于第一封装层的外侧，上述方案通过将阻隔部和散热部的整体通过第一封装层封装起来，能够达到对阻隔部很好的封装作用。
在一些可能的实施方案中，封装组件可包括第一定位框，第一定位框的中部具有第一中空结构，该第一中空结构沿第一方向贯穿第一定位框，阻隔部位于第一中空结构内，沿第一方向，第一中空结构的两个侧面均突出于阻隔部的两个侧面表面，且阻隔部除了沿第一方向的两个端面外，其它端面均与第一中空结构的表面抵接，散热部位于第一定位框沿第一方向的相对的两侧，起到固定封装的作用，从而达到良好的封装效果。
在一些可能的实施方案中，散热部设置于阻隔部沿第一方向的相对的两侧时，封装组件可第二定位框以及第二封装层，第二定位框的中部具有第二中空结构，该第二中空结构沿第一方向贯穿第二定位框，阻隔部与散热部均位于第二中空结构内，沿第一方向，第二定位框的两个侧面分别突出于两侧的散热部的表面，并且第二定位框与散热部连接冷却组件的一端对应的位置设有第二通孔，以使得散热部连接冷却组件的一端穿过第二通孔暴露于第二封装层的外侧，以便于和冷却组件连接，第二封装层绕第二定位框的周侧包覆于第二定位框，以起到固定和封装的作用。
在一些可能的实施方案中，本申请中的电池保护结构的厚度在0.6mm-10mm，厚度小，不占用过多空间，而且便于适应于不同应用场景。
第二方面，本申请还提供了一种电池包，该电池包包括壳体以及放置于壳体内的多个电池、冷却组件、电气组件、结构件、电池管理系统以及前述任一可能的实施方案中的电池保护结构，多个电池可组合形成电池模组，电池保护结构中的散热部与冷却组件导热连接，电池保护结构可放置于任意相邻的两个电池之间或者相邻的电池模组之间，还可设置于电池与结构件之间，或者电池与壳体之间，或者电池与电池管理系统之间，以便于对电池包内部各结构之间进行充分的隔热，从而保证电池包的安全性能。
第三方面，本申请还提供了一种电动汽车，包括动力总成系统、驱动车轮以及如前述任一可能的实施方案中的电池包，上述电池包用户与为动力总成系统提供电能，动力总成系统与驱动车轮传动连接。由于电池包的安全性能提升，电动汽车的使用安全性能也得以提升。
附图说明
图1a为本申请实施例提供的一种电池包的结构示意图；
图1b为本申请实施例提供的又一种电池包的结构示意图；
图1c为图1b中在A处的一种截面结构示意图；
图2a-图2b分别为本申请实施例提供的一种电池保护结构的结构示意图；
图3a-图3d分别为本申请实施例提供的一种电池保护结构与冷却组件连接的结构示意图；
图4a-图4b分别为本申请实施例提供的又一种电池保护结构的截面结构示意图；
图5a-图5f分别为本申请实施例提供的又一种电池保护结构的截面结构示意图；
图6a-图6b分别为本申请实施例提供的又一种电池保护结构的截面结构示意图；
图7a-图7c分别为本申请实施例提供的又一种电池保护结构的截面结构示意图；
图8a-图8f分别为本申请实施例提供的一种电池保护结构的封装结构的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图14为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图15为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图16为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图17为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图18为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图；
图19为本申请实施例提供的又一种电池保护结构放置于电池之间的结构示意图。
附图标记：
1-电池保护结构；101-阻隔部；11-隔热部；111-隔热单元；1111-隔热子单元；112-纤维基材；113-等效热容增加材料；114-二氧化硅；12-散热部；121-散热本体；122-散热支部；13-等效热容增加部；131-第一等效热容增加层；132-第二等效热容增加层；133-第三等效热容增加层；134-第四等效热容增加层；135-第一等效热容增加单元；136-第二等效热容增加单元；14-第一封装层；15-第一定位框；16-第二定位框；17-第二封装层；2-冷却组件；21-热界面材料；22-液冷系统；3、3a、3b-电池；4-电气组件。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
近年来，环境污染和能源短缺加速了绿色可再生能源的开发和利用，发展以电动汽车为代表的新能源汽车是实现节能减排和污染防治的重要举措。电动汽车通过电机取代燃油发动机，不仅能够实现零排放、低噪音、无污染，而且可以大量节省日益枯竭的石油能源。随着电动汽车动力电池技术的日益成熟与发展，电动汽车必将成为未来汽车工业发展的主要趋势。
电动汽车可包括电池包、动力总成系统以及驱动车轮，电池包可作为电动汽车的动力源，为动力总成系统提供电能，动力总成系统与驱动车轮连接，可用于将电池包的电能转化为驱动力并传递给驱动车轮，以驱动电动汽车行驶。
随着电动汽车的蓬勃发展，电池的安全性日益引起关注，现有的电池热保护隔热方案中，一般仅采用隔热材料来增大热失控电池与周边电池之间的温差来阻碍热扩散，然而，仅仅通过隔热的方式，其效果和可靠性会有所不足，此外，高温状态下电池会鼓胀，对隔热材料产生压缩力。
基于此，本申请实施例提供一种电池包以及电池保护结构1，如图1a-图1c所示，图1a为电池包的一种结构示意图，图1b为电池包的又一种结构示意图，图1c为图1b在A处的一种截面结构示意图，该电池包可包括壳体，以及放置于壳体内部的多个电池3、冷却组件2、电气组件4、结构件(图中未示出)、电池管理系统(battery management system，BMS)(图中未示出)以及电池保护结构1，电池保护结构1与冷却组件2之间导热连接，多个电池3可组合形成电池模组或者捆在一起成组。其中，上述电池保护结构1可放置于相邻的两个电池模组之间、两个相邻的电池3之间、电池与结构件之间、电池与壳体之间、电池与电池管理系统之间等等。
如图2a所示，图2a为电池保护结构1的一种截面结构示意图，电池保护结构1包括阻隔部101，阻隔部101不仅能够阻隔电池3运行时产生的热量，当温度升高至设定温度区间时，阻隔部101的材料还能够发生化学反应以使得阻隔部101的等效热容增加，此处，等效热容指当物体温度升高1℃所要吸收的热量，等阻隔部的等效热容增加时能够更好地吸收电池3运行时产生的热量，设定温度区间可理解为能够触发阻隔部101的材料发生化学反应的温度，以图2a为例，阻隔部101可以是包括单独的隔热部11和等效热容增加部13，以分别起到隔热和吸热的作用，或者也可以是复合材料，兼具隔热和吸热的功能，电池保护结构1还包括散热部12，结合图1a，散热部12的一端可与冷却组件2导热连接，且散热部12具有各向异性热特征，其面内具有高导热特性，面内的等效热导率大于200W/mK，是厚向等效热导率的10倍以上，需要说明的是，此处的厚向可以理解为，当将电池保护结构1放置于相邻的电池3之间时，电池3的排列方向即可视为厚向，面内方向为垂直于厚向的方向，以使得热量能够沿面内方向快速扩展开，而在厚度方向上具有阻隔热量的作用。具体实施时，电池3运行时产生的热量中，部分热量可通过散热部12传递至冷却组件2，从而降低了阻隔部101总的隔热量，以保证阻隔部101良好的隔热性能。而当某个电池3热失控(诱因可能是机械滥用、电滥用以及热滥用引发的内短路)，其温度升高，触发电池管理系统报警通知用户，热失控的电池3将热量传递给电池保护结构1，散热部12能够持续将部分热量传递给冷却组件2，冷却组件2将这部分热量散出，在温度升高的过程中，阻隔部101中的材料温度达到设定的温度区间时发生化学反应使得阻隔部101的等效热容增加，从而使得阻隔部101能够吸收部分热量，从而使得阻隔部101总的隔热量降低，并且阻隔部101接触到的最高温度降低，从而使得阻隔部101的隔热性能得到提升，降低传递至周边的电池3的热量，进而降低周边的电池3的温度，使其不进入热失控状态或者不会加长进入热失控的时间。此外，若通过散热部12将阻隔部101的材料温度始终控制在隔热材料破坏温度范围以内，能够维持高效的隔热效果，从而提升热安全性能。
阻隔部101和散热部12的设置位置不限，结合图1a和图2a，可以在阻隔部101沿第一方向相对的两侧设置散热部12，需要说明的是，此处的第一方向可理解为，当将电池保护结构1设置于相邻的两个电池3之间时，两个电池3的排列方向即为第一方向，上述结构使得散热部12与电池3接触，阻隔部101位于散热部12中间，当电池3热失控时，热量先传递给散热部12，散热部12先分担一部分热量后，再传递给阻隔部101，使得热量传递给阻隔部101时减少，从而提升阻隔部101的隔热性能。或者，也可以在散热部12的周侧设置阻隔部101，即阻隔部101与电池3接触，散热部12位于隔热部11中间，当电池3失控时，热量先传递给阻隔部101，再传递给散热部12，也可减少阻隔部101总的隔热量。
在其它一些实施例中，继续参考图2a，阻隔部101可包括隔热部11和等效热容增加部13，该等效热容增加部13可用于当温度达到其反应触发温度时发生化学反应以增加其等效热容，该过程中部分反应产物可气化，吸收失控的电池产生的部分热量，并且化学反应的产物具有一定的阻燃作用，使得隔热部11总的隔热量进一步降低，延缓电池热扩散的时间。此外，由于等效热容增加部13发生化学反应后产生气化产物，还可使得整个阻隔部101的体积减小，在一定程度上能够释放高温电池鼓胀压力，从而减小隔热材料受到的压力，提升隔热效果。
需要说明的是，上述隔热组件中，隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13之间的位置关系可做设计，以图2a结合图1a为例，等效热容增加部13可设置于隔热部11相对的两侧，散热部12位于等效热容增加部13远离隔热部11的一侧，即上述结构，当电池3热失控时，热量先后经过散热部12、等效热容增加部13以及隔热部11，散热部12先吸收部分热量传递给冷却组件2，然后等效热容增加部13遇热发生化学反应后产生气化产物带走一部分热量，最后热量传递至隔热部11，这样使得隔热部11吸收的热量降低，从而保持其高效的隔热效率。
或者，参考图2b，散热部12位于隔热部11相对的两侧，等效热容增加部13位于散热部12远离隔热部11的一侧，即上述结构，当电池热失控时，热量先后经过等效热容增加部13、散热部12以及隔热部11，也能够有效降低隔热部11总的隔热量。当然，也可做其它设计，例如将隔热部11置于中间的位置，使得散热部12和等效热容增加部13先吸收部分热量，可达到较好的隔热效果。
另外，散热部12将热量传递给冷却组件2时，其热量传输路径可以是单方向也可以是多方向的，如图3a-图3d所示，上述散热部12可包括散热本体121和散热支部122，其中，散热支部122可用于与冷却组件2导热连接，且散热支部122与散热本体121可垂直设置，或者散热支部122可由散热本体121的一端弯折形成，图中箭头方向即为散热部12的散热方向，当散热部12的热量传输路径为单方向时，可参考图3a，散热支部122的一端连接于散热本体121，散热支部122的另一端可朝向远离隔热部11的一侧延伸，或者可参考图3b，散热支部122的一端连接于散热本体121，散热支部122的另一端朝向靠近隔热部11的一侧延伸。当散热部12的热量传输路径为多方向时，可参考图3c和图3d，图3c中散热部12设置于等效热容增加部13远离隔热部11的一侧，散热支部122的中部可连接于散热本体121，散热支部122既有朝向靠近隔热部11一侧的散热途径，也有朝向远离隔热部11一侧的散热途径，即热量可通过两端的散热支部122分别传递给冷却组件2；图3d中散热部12位于等效热容增加部13与隔热部11之间，散热支部122的中部也可连接于散热本体121，使得散热支部122既有朝向靠近隔热部11一侧的散热途径，也有朝向远离隔热部11一侧的散热途径，以起到多方向传输热量的作用。
为提高散热部13与冷却组件2之间的热量传输效率，继续参考图3a-图3d，可在冷却组件2的表面设置热界面材料21，散热支部122可伸入至热界面材料21内，从而提高了散热效率。
在本实施例中，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间的复合方式包括但不限于层状复合结构、包套式复合结构以及网络互穿型复合结构，其中，层状复合结构是指依次层叠设置的复合结构，包套式复合结构是指隔热部11被等效热容增加部13包覆形成的复合结构，网络互穿型复合结构是指等效热容增加部13结构分布于纤维隔热结构的空间间隙中形成的复合结构，以下将结合附图具体说明各复合结构的具体构成，此外，为便于理解，以下各实施方案中相对的两侧均指代沿第一方向上的相对的两侧。
如图4a所示，上述隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为层状复合结构，等效热容增加部13位于隔热部11相对的两侧，散热部12位于等效热容增加部13背离隔热部11的一侧，热失控电池的热量先传递给散热部12，再传递给等效热容增加部13，最后传递给隔热部11，使得散热部12和等效热容增加部13先吸收部分热量，降低隔热部11总的隔热量。
在此基础上，等效热容增加部13可为多层结构，可继续参考图4a，等效热容增加部13可包括沿第一方向设置的第一等效热容增加层131和第二等效热容增加层132，第一等效热容增加层131位于第二等效热容增加层132与隔热部11之间，第一等效热容增加层131的反应触发温度高于第二等效热容增加层132的反应触发温度，示例性的，第二等效热容增加层132的反应触发温度为200℃，第一等效热容增加层131的反应触发温度为400℃，当热失控的电池的热量由散热部12传递给等效热容增加部13时，由于第一等效热容增加层131的反应触发温度较低，可较快发生化学反应产生气化产物吸收热量，当温度继续升高时，达到第二等效热容增加层132的反应触发温度，继续发生化学反应产生气化产物吸收热量。上述结构通过多级吸热的结构来延缓发热，从而能够进一步降低隔热部11的隔热量，以提升隔热性能。
如4b所示，上述隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为层状复合结构，散热部12位于隔热部11相对的两侧，等效热容增加部13位于散热部12背离隔热部11的一侧，热失控电池的热量先传递给等效热容增加部13，再传递给散热部12，最后传递给隔热部11，使得散热部12和等效热容增加部13先吸收部分热量，降低隔热部11总的隔热量。
在此基础上，等效热容增加部13可为多层结构，可继续参考图4b，等效热容增加部13可包括沿第一方向设置的第一等效热容增加层131和第二等效热容增加层132，第一等效热容增加层131位于第二等效热容增加层132与隔热部11之间，第一等效热容增加层131的反应触发温度高于第二等效热容增加层132的反应触发温度，热失控电池的热量先后经过第二等效热容增加层132、第一等效热容增加层131、散热部12以及隔热部11，第二等效热容增加层132发生反应吸收一部分热量，第一等效热容增加层131再发生反应吸收一部分热量，降低隔热部11总的隔热量。
如图5a所示，上述隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为包套式复合结构，等效热容增加部13可直接包覆于隔热部11的外侧，也即，等效热容增加部13可具有一容纳腔，隔热部11设置于该容纳腔内，散热部12设置于等效热容增加部13相对的两侧。热失控电池的热量先后传递给散热部12、等效热容增加部13以及隔热部11，包覆于隔热部11外侧的等效热容增加部13可增大化学反应材料的体积，从而使得等效热容增加部13在发生反应时吸收更多的热量，从而更好地降低隔热部11总的隔热量，以保证良好的隔热性能。
在此基础上，上述等效热容增加部13可为多层结构，可参考图5b，等效热容增加部13包括第三等效热容增加层133和第四等效热容增加层134，第三等效热容增加层133位于第四等效热容增加层134与隔热部11之间，且第三等效热容增加层133的反应触发温度高于第四等效热容增加层134的反应触发温度。热失控电池的热量先后传递至散热部12、第四等效热容增加层134、第三等效热容增加层133以及隔热部11，第三等效热容增加层133和第四等效热容增加层134分别发生化学反应产生气化产物以吸收热量。
如图5c所示，等效热容增加部13以及散热部12之间为包套式复合结构，等效热容增加部13直接包覆于隔热部11的外侧，散热部12设置于等效热容增加部13相对的两侧，此时，隔热部11的结构可以是非连续的，沿第一方向，隔热部11包括多排隔热单元111，每一排隔热单元111包括多个隔热子单元1111，隔热子单元1111沿与第一方向垂直的第二方向间隔排列，并且任意相邻的两排隔热单元111中，其中一排隔热单元111中的隔热子单元1111在第一平面的正投影能够覆盖另一排隔热单元111中相邻的两个隔热子单元1111之间的间隙在第一平面上的正投影，第一平面为垂直于第一方向的平面，也即上述结构可理解为，前一排中的隔热子单元1111能够与后一排中的两个隔热子单元1111之间的间隙正对，以使得上述隔热部11形成错位阻隔热桥设计，延长热量传递的路径，从而降低第一方向上的热导率，进一步降低隔热部11的隔热量。
在此基础上，上述等效热容增加部13可为多层结构，可参考图5d，等效热容增加部13包括第三等效热容增加层133和第四等效热容增加层134，第三等效热容增加层133位于第四等效热容增加层134与隔热部11之间，第三等效热容增加层133的反应触发温度高于第四等效热容增加层134的反应触发温度，其工作原理与图5b中的等效热容增加部13相同，此处不做赘述。
如图5e所示，上述隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为包套式复合结构，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，等效热容增加部13包覆于散热部12的外侧，此时，等效热容增加部13对应于散热部12连接冷却组件的一端的位置设有第一通孔，散热部12连接冷却组件的一端可从第一通孔伸出至外部，以便于与冷却组件导热连接。热失控电池的热量先传递给等效热容增加部13，等效热容增加部13温度上升到反应触发温度后，发生化学反应吸收部分热量，反应产物气化带走部分热量，散热部12将部分热量快速传递给冷却组件，从而降低了隔热部11总的隔热量，降低了向其它电池传输的总热量。
在此基础上，上述等效热容增加部13可为多层结构，可参考图5f，等效热容增加部13包括第三等效热容增加层133和第四等效热容增加层134，第三等效热容增加层133位于第四等效热容增加层134与隔热部11之间，第三等效热容增加层133的反应触发温度高于第四等效热容增加层134的反应触发温度，热失控电池的热量传递至等效热容增加部13，等效热容增加部13温度升高，先达到第四等效热容增加层134的反应触发温度，第四等效热容增加层134发生化学反应吸收部分热量，反应产物气化带走部分热量，温度继续升高至第三等效热容增加层133的反应触发温度，第三等效热容增加层133发生化学反应进一步带走部分热量，散热部12将部分热量快速传递给冷却组件，从而降低了隔热部11总的隔热量。
如图6a所述，上述隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为网络互穿型复合结构，隔热部11为多孔结构，可以是纤维多孔结构，其内部具有多个孔洞，等效热容增加部13填充于各个孔洞中，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，由于等效热容增加部13填充于隔热部11的间隙，会导致在电池正常运行时隔热部11的热导率增加，但当热失控电池的热量传递至隔热部11以及等效热容增加部13时，等效热容增加部13发生化学反应气化形成局部孔洞，具备了隔热的功能，进而在吸收部分热量的同时，热导率也会降低，使得隔热部11的隔热性能得到保障。
在此基础上，当等效热容增加部13填充于隔热部11的孔洞中时，可参考图6b，可在隔热部11中间的孔洞内填充第一等效热容增加单元135，周侧边缘的孔洞内填充第二等效热容增加单元136，并且第一等效热容增加单元135的反应触发温度高于第二等效热容增加单元136的反应触发温度，即上述结构也设置了多级吸热的结构，热失控电池的热量先后传递至散热部12、第二等效热容增加单元136和第一等效热容增加单元135时，散热部12将部分热量传递给冷却组件，第二等效热容增加单元136和第一等效热容增加单元135先后发生化学反应吸收部分热量，从而降低隔热部11的隔热量。
隔热部11的材料包括但不限于隔热纤维材料、气凝胶/纤维材料、泡沫材料，上述材料的热导率均低于0.6W/mK，并且隔热部11的材料可以是上述材料中的一种，也可以是多种，由于热导率低，能够起到很好的隔热作用。其中，纤维材料可以是玻璃纤维、预氧丝纤维和陶瓷纤维，如硅酸铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维等，此外，纤维材料的形态包括但不限于纤维毡、纤维布、纤维板。
散热部12的材料包括但不限于石墨烯膜、石墨膜、热管、VC、金属箔材以及复合散热膜，并且散热部12的材料可以是上述材料中的一种，也可以是多种，由于上述材料的热导率高，能够使得散热部12将失控电池的热量快速传输到冷却组件2。在一些可选的实施方案中，散热部12的材料可以选用各向异性的散热材料或结构，示例性的，散热部12的材料为石墨烯膜或者石墨膜，其在面内的等效热导率是厚度方向热导率的几十到几百倍，进而将热量快速沿着面内方向扩散，然后传输至冷却组件2，同时，由于在厚度方向上的热导率较低，可有效减少其传输到等效热容增加部13以及隔热部11的热量。
等效热容增加部13的材料包括但不限于能够在温度达到一定条件时发生化学反应并且产生气化产物的材料，上述材料可以是氢氧化物类材料，例如，氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钠以及其混合物，氢氧化物达到其分解温度会发生化学反应分解为氧化物和水蒸气；还可以是硼酸盐类材料，例如硼酸锌；还可以是碳酸盐类材料，例如碳酸镁、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锌、碳酸锂、碳酸锶、碳酸氢钠、酸式碳酸盐、碱式碳酸盐等及其混合物，碳酸盐到达其分解温度发生化学反应分解为氧化物和二氧化碳，碱式碳酸盐等还会产生水蒸气。上述材料均能够利用化学反应吸收热量，并且产生的气化产物也能够带走一部分热量。需要说明的是，等效热容增加部13的材料可以是上述材料中的一种，也可以是多种组合。
等效热容增加部13的材料发生化学反应的反应触发温度在100℃-1200℃，材料化学反应吸热的启动温度低于电池的热失控最高温度，示例性地，当电池的热失控最高温度为1000℃时，等效热容增加部13的材料的反应触发温度可以低于1000℃。
等效热容增加部13的材料中还可以包括作为成型粘结剂的材料，粘结剂的材料包括但不限于丙烯酸、聚氨酯、树脂、硅脂、二氧化硅以及磷酸铝，可以是其中的一种，还可以是多种。利用上述粘结剂一方面能够提供粘接强度，另一方面对于有弹性的粘结剂还能提供一定的弹性吸收电池膨胀压力。
在其它一些实施例中，如图7a所示，阻隔部101为复合气凝胶结构，其材料具体可包括纤维基材112以及复合气凝胶，并且复合气凝胶包括等效热容增加材料113，纤维材料作为基材骨架，其与复合气凝胶复合形成复合气凝胶材料。纤维基材112具有良好的隔热性能，而复合气凝胶含有等效热容增加材料113，当热失控电池的热量传递至阻隔部101、并且温度达到等效热容增加材料113的反应触发温度时，复合气凝胶发生化学反应以使得等效热容增加，从而能够吸收部分热量，进而降低热失控电池的温度。
等效热容增加材料113包括但不限于氢氧化物类材料、硼酸盐类材料以及碳酸盐类材料，氢氧化物类材料诸如氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钠以及其混合物，在达到其分解温度会发生化学反应分解为氧化物和水蒸气，硼酸盐类材料如硼酸锌，在达到其分解温度会发生化学反应分解为氧化物，碳酸盐类材料诸如碳酸镁、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锌、碳酸锂、碳酸锶、碳酸氢钠、酸式碳酸盐、碱式碳酸盐等及其混合物，到达其分解温度发生化学反应分解为氧化物和二氧化碳，在发生化学反应的同时还能够产生阻碍燃烧的物质，例如水蒸气、二氧化碳以及阻燃隔膜，使得阻隔部101还具有一定的阻燃灭火效果。
纤维基材112的材料包括但不限于玻璃纤维、陶瓷纤维以及预氧丝纤维，例如硅酸铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维等，可以包括其中的一种，也可以包括多种。
继续参考图7a，阻隔部101的材料可包括纤维基材112和等效热容增加材料113，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，热失控电池的热量传递至散热部12时，散热部12将热量传递给冷却组件，阻隔部101温度在升高的过程中达到等效热容增加材料113的反应触发温度，等效热容增加材料113发生反应并吸收部分热量，以使得阻隔部101的总的隔热量降低。
如图7b所示阻隔部101的材料可包括纤维基材112和复合气凝胶，复合气凝胶包括等效热容增加材料113以及二氧化硅114，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，散热部12将热失控电池的热量快速传递给冷却组件，等效热容增加材料113在达到反应触发温度时发生化学反应吸收热量，同时，二氧化硅114具有良好的隔热效果，以更好地控制热量传递给周边电池。
如图7c所示，图7c为阻隔部101包含的复合气凝胶中包括二氧化硅114的另一种微观形态示意图，等效热容增加材料113的颗粒体积可大于二氧化硅114的颗粒体积，也可有效地达到散热、吸热以及隔热的效果，此处不再赘述。
上述等效热容增加材料113的吸热焓值范围在200J/cc-10000J/cc，当然，上述吸热焓值越高越好，即能够吸收更多的热量。
电池保护结构可由等效热容增加部13或者散热部12实现自封装，如图8a所示，图8a为电池保护结构的一种截面结构示意图，当等效热容增加部13包覆于隔热部11的外侧，且散热部12的散热支部122能够朝向散热本体121的两侧延伸，即可将隔热部11封装，防止隔热部11的纤维颗粒掉落，避免影响隔热效果。
电池保护结构还可通过封装组件进行封装。如图8b所示，图8b为电池保护结构与封装组件的一种截面结构示意图，一种实现方式中，隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13之间为层状复合结构，封装组件包括用于包覆整个层状复合结构外侧的第一封装层14，其中，第一封装层14对应于散热部12连接冷却组件的一端的位置设有第二通孔，散热部12连接冷却组件的一端可通过第二通孔穿过第一封装层14以伸出第一封装层14外侧，以便于散热部12与冷却组件连接。第一封装层14的材料包括但不限于塑料膜、玻璃纤维布以及涂层，以用于将隔热组件包覆起来，防止纤维颗粒掉落，从而保证良好的隔热效果。
如图8c-图8e所示，图8c为电池保护结构中隔热部11和等效热容增加部13与封装组件的一种正面结构示意图，图8d为图8c在B处的一种截面示意图，图8e为图d加上散热部12的一种截面示意图，另一种实现方式中，隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13之间为层状复合结构，封装组件可包括第一定位框15，该第一定位框15的中部具有沿第一方向贯穿其自身的第一中空结构，隔热部11以及等效热容增加部13位于第一中空结构内，并且第一定位框15的厚度(即沿第一方向的尺寸)大于隔热部11和等效热容增加部13的厚度，以使得第一定位框15的两个侧面均突出于等效热容增加部13的表面设置，此时散热部12分别位于第一定位框15相对的两侧，以起到固定的作用。
如图8f所示，图8f为电池保护结构与封装组件的又一种截面结构示意图，另一种实现方式中，隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13之间为层状复合结构，等效热容增加部13位于隔热部11相对的两侧，散热部12位于等效热容增加部13背离隔热部11的一侧，封装组件可包括第二定位框16以及第二封装层17，第二定位框16的中部具有沿第一方向贯穿其自身的第二中空结构，隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13均位于第二中空结构内，并且各结构沿垂直于第一方向的端面均与第二中空结构的表面抵接，并且第二定位框的厚度(即沿第一方向的尺寸)大于隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13的整体厚度，而第二定位框16对应于散热部12连接冷却组件的一端的位置设有第二通孔，以使得散热部12连接冷却组件的一端能够通过第二通孔伸出至第二定位框16的外侧，以便于与冷却组件连接，第二封装层17绕第二定位框16的周侧包覆于第二定位框16，以起到固定以及封装的作用。其中，第二封装层17的材料包括但不限于塑料膜、玻璃纤维布以及涂层，以用于将电池保护结构包覆起来，从而保证良好的隔热效果。
本申请实施例中的电池保护结构的厚度范围在0.6mm-10mm，这里的厚度可以视为沿第一方向的尺寸，该总体厚度尺寸由各组成结构的厚度决定，例如，等效热容增加部13的厚度取决于等效热容增加部13的材料，等效热容增加部13的吸热层数，等效热容增加部13的结构形式等，不同厚度的电池保护结构可根据其特性放置于电池包的不同位置，以发挥其最大的用处。
另外，由于隔热部11的材料、等效热容增加部13的材料、散热部12的材料以及电池保护结构的结构组成等因素，使得电池保护结构在电池包内不同位置能够起到的作用也不相同，以下结合不同的实施例以对不同的电池保护结构的作用做相应的说明。
在一些实施例中，如图9所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为层状复合结构，等效热容增加部13位于隔热部11和散热部12之间，其中，隔热部11由玻璃纤维毡组成，其热导率为0.06W/mK，等效热容增加部13为单层结构，其材料为碳酸镁材料和树脂粘结剂组成的复合材料，其反应触发温度在200-580℃，散热部12的材料为高导热的石墨膜材料，其与冷却组件2导热连接，冷却组件2可以为液冷板液冷系统22，并且散热部12朝向背离隔热部11的一侧进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当等效热容增加部13的温度达到反应触发温度200-580℃区间时，等效热容增加部13发生化学反应分解成二氧化碳气体，吸收热量并缓解电池膨胀压力，保护隔热部11不受损伤，从而延缓周边电池3b进入热失控的时间，以提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图10所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为层状复合结构，等效热容增加部13位于隔热部11和散热部12之间，且等效热容增加部13包括靠近隔热部11的第一等效热容增加层131和靠近散热部12的第二等效热容增加层132。其中，隔热部11由陶瓷纤维毡组成，其热导率为0.06W/mK，第一等效热容增加层131的材料为碳酸钙和树脂材料组成的复合材料，其反应触发温度在700-940℃，第二等效热容增加层132的材料为碳酸镁和树脂材料组成的复合材料，其反应触发温度在200-580℃，散热部12的材料为高导热石墨膜材料，其与液冷板液冷系统22导热连接，并且朝向背离隔热部11的一侧进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力以及阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，当电池3a热失控时，散热部12快速将热失控电池3a的部分热量传输至液冷板，当等效热容增加部13的温度达到200-580℃区间时，第二等效热容增加层132发生化学反应分解形成二氧化碳气体，吸收热量和电池膨胀压力，当温度继续上升至700-940℃区间时，第一等效热容增加层131发生化学反应也分解成二氧化碳气体继续吸收热量和缓解电池膨胀压力，从而保护隔热部11不受损伤，进一步延缓周边电池3b进入热失控的时间，提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图11所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为层状复合结构，等效热容增加部13位于散热部12与隔热部11之间，其中，隔热部11由气凝胶/纤维毡组成，其热导率为0.02W/mK，等效热容增加部13为单层结构，其材料为碳酸镁和聚氨酯粘结剂组成的复合材料，其反应触发温度在200-580℃，散热部12的材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接，并且同时向朝向隔热部11一侧和远离隔热部11一侧的方向进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当等效热容增加部13的温度达到反应触发温度200-580℃区间时，等效热容增加部13发生化学反应分解成二氧化碳气体，吸收热量和缓解电池膨胀压力，保护隔热部11不受损伤，从而延缓周边电池3b进入热失控的时间，以提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图12所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为包套型复合结构，等效热容增加部13包覆于隔热部11的外侧，散热部12位于等效热容增加部13相对的两侧，其中，隔热部11由气凝胶/纤维毡组成，其热导率为0.02W/mK，等效热容增加部13为单层结构，其材料为氢氧化镁和聚氨酯粘结剂材料组成的复合材料，其反应触发温度在340-490℃，散热部12的材料为高导热石墨烯膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接，并且同时向朝向隔热部11一侧和远离隔热部11一侧的方向进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当等效热容增加部13的温度达到反应触发温度340-490℃区间时，等效热容增加部13发生化学反应分解形成水蒸气，吸收热量和缓解电池膨胀压力，保护隔热部11不受损伤，从而延缓周边电池3b进入热失控的时间，以提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图13所示，隔热部11、散热部12以及等效热容增加部13之间为包套型复合结构，散热部12位于隔热部11相对的两侧，等效热容增加部13包覆于散热部12和隔热部11的整体外侧，其中，隔热部11由气凝胶/纤维毡组成，其热导率为0.02W/mK，且气凝胶为非连续的材料，散热部12的材料为铜箔石墨复合膜，其与液冷板液冷系统22导热连接，且同时向朝向隔热部11一侧和远离隔热部11一侧的方向进行散热，等效热容增加部13为单层结构，其材料为碳酸镁和聚氨酯粘结剂材料组成的复合材料，其反应触发温度在200-580℃。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将失控电池的部分热量传输到液冷板，当等效热容增加部13的温度达到反应触发温度200-580℃区间时，等效热容增加部13发生化学反应分解形成二氧化碳，吸收热量和缓解电池膨胀压力，保护隔热部11不受损坏，从而延缓周边电池3b进行热失控的时间，提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图14所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为包套型复合结构，等效热容增加部13包覆于隔热部11的外侧，散热部12位于等效热容增加部13相对的两侧，其中，隔热部11由气凝胶/纤维毡组成，其热导率为0.02-0.03W/mK，且隔热部11的结构是由非连续或者局部非连续的片材组成，在非连续的片材位置做阻隔热桥设计来阻碍热传导，等效热容增加部13为单层结构，其材料为氢氧化镁和聚氨酯粘结剂材料组成的复合材料，其反应触发温度在340-490℃，散热部12的材料为铜箔石墨复合膜，其与液冷板液冷系统22导热连接，且同时向朝向隔热部11一侧和远离隔热部11一侧的方向进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a和电池3b之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当等效热容增加部13的温度达到反应触发温度340-490℃区间时，等效热容增加部13发生化学反应分解形成水蒸气，吸收热量和缓解电池膨胀压力，保护隔热部11不受损伤，从而延缓周边电池3b进入热失控的时间，以提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图15所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为包套型复合结构，等效热容增加部13包覆于隔热部11的外侧，散热部12位于等效热容增加部13相对的两侧，并且等效热容增加部13包括靠近隔热部11的第三等效热容增加层133和靠近散热部12的第四等效热容增加层134，其中，隔热部11由气凝胶/纤维毡组成，其热导率为0.02W/mK，且隔热部11的结构是由非连续或者局部非连续的片材组成，在非连续的片材位置做阻隔热桥设计来阻碍热传导，第三等效热容增加层133的材料为碳酸钙和聚氨酯粘结剂材料组成的复合材料，其反应触发温度在700-940℃，第四等效热容增加层134的材料为碳酸镁和聚氨酯粘结剂材料组成的复合材料，其反应触发温度在200-580℃，散热部12的材料为热管，通过弯曲将热量从电池3传输到液冷板。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当温度达到第四等效热容增加层134的反应触发温度200-580℃区间时，第四等效热容增加层134发生化学反应分解形成二氧化碳，吸收热量和电池膨胀压力，当温度继续升高达到700-940℃区间时，第三等效热容增加层133发生化学反应分解形成二氧化碳，继续吸收热量和电池膨胀压力，保护隔热部11不受损坏，从而延缓周边电池3b进行热失控的时间，提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图16所示，隔热部11、等效热容增加部13和散热部12之间为网络互穿型复合结构，隔热部11由陶瓷纤维组成，其热导率为0.06W/mK，等效热容增加部13的材料为碳酸镁材料，分布于陶瓷纤维的间隙中，其反应触发温度在200-580℃，散热部12的材料为VC均热板，与液冷板液冷系统22导热连接，且朝向背离隔热部11的一侧进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中，可放置于电池3a与电池3b之间，或者电池模组与结构件之间。当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当等效热容增加部13的温度达到反应触发温度200-580℃区间时，等效热容增加部13发生化学反应分解形成二氧化碳，吸收热量和电池膨胀压力，保护隔热部11不受损坏，从而延缓周边电池3b进行热失控的时间，提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，如图17所示，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为网络互穿型复合结构，隔热部11由气凝胶/纤维毡组成，其热导率为0.02W/mK，等效热容增加部13包括位于隔热部11中部的第一等效热容增加单元135和位于隔热部11周侧边缘的第二等效热容增加单元136，其中，第一等效热容增加单元135的材料为碳酸钙与二氧化硅材料作为粘结剂的复合材料，分布于气凝胶/纤维毡的间隙中，其反应触发温度在700-940℃，第二等效热容增加单元136的材料为硼酸锌和二氧化硅作为粘结剂的复合材料，分布于气凝胶/纤维毡的间隙中，其反应触发温度在300-500℃，散热部12的材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接，且朝向背离隔热部11的一侧进行散热。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，或者电池模组与电池模组之间，或者电池模组与结构件之间，当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当温度达到第二等效热容增加单元136的反应触发温度300-500℃区间时，第二等效热容增加单元136发生化学反应分解形成二氧化碳，吸收热量和电池膨胀压力，当温度继续升高至700-940℃时，第一等效热容增加单元135发生化学反应也分解形成二氧化碳，吸收热量和电池膨胀压力，保护隔热部11不受损伤，从而延缓周边电池3b进入热失控的时间，以提升动力电池热安全性能。
在另一些实施例中，继续参考图17，隔热部11、等效热容增加部13以及散热部12之间为网络互穿型复合结构，隔热部11由陶瓷纤维组成，其热导率为0.06W/mK，等效热容增加部13的材料包括位于隔热部11中的第一等效热容增加单元135和位于隔热部11周侧边缘的第二等效热容增加单元136，其中，第一等效热容增加单元135的材料包括碳酸镁和以二氧化硅作为粘结剂的复合材料，分布于陶瓷纤维的间隙中，其反应触发温度在700-940℃，第二等效热容增加单元136的材料为硼酸锌和二氧化硅作为粘结剂的复合材料，分布于陶瓷纤维的间隙中，其反应触发温度在200-580℃，散热部12的材料为高导热石墨膜材料，当上述电池保护结构1位于电池3a与电池3b之间时，散热部12与液冷板液冷系统22导热连接，当上述电池保护结构位于电池(或电池模组)与上盖板之间时，散热部12与结构件之间导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间、电池模组与结构件之间、电池模组与上盖板之间。当电池3a发生热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，当温度达到第二等效热容增加单元136的反应触发温度280-580℃区间时，第二等效热容增加单元136发生化学反应分解形成二氧化碳，吸收热量和电池膨胀压力，当温度继续升高至700-940℃时，第一等效热容增加单元135发生化学反应也分解形成二氧化碳，吸收热量和电池膨胀压力，保护隔热部11不受损伤，从而延缓周边电池3b进入热失控的时间，以提升动力电池热安全性能。失控电池高温气流从泄压阀喷出后会先经过散热部12的散热，然后经过吸热，最后经历隔热，使得上盖板及其上面的人员获得保护。
在另一些实施例中，如图18所示，隔热部11是包括纤维基材112和复合气凝胶的复合结构，其中，纤维基材112为玻璃纤维基材，复合气凝胶由等效热容增加材料113和二氧化硅114组成，等效热容增加材料113的质量占比为50％，等效热容增加材料113具体为氢氧化镁，其反应触发温度在340-490℃，焓值为1800J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池压膨胀力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，厚度为2mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至340-490℃区间时，等效热容增加材料113发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的水蒸气具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，可继续参考图18，隔热部11包括纤维基材112和复合气凝胶，纤维基材112为玻璃纤维基材，复合气凝胶包括等效热容增加材料113和二氧化硅114，其中等效热容增加材料113的质量占比为60％，等效热容增加材料113具体为硼酸锌，其反应触发温度在325-500℃，焓值为1300J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，厚度为3mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至325-500℃区间时，等效热容增加材料113发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的隔离膜具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，可继续参考图18，隔热部11包括纤维基材112和复合气凝胶，纤维基材112为玻璃纤维基材，复合气凝胶包括等效热容增加材料113和二氧化硅114，其中等效热容增加材料113的质量占比为50％，具体为碳酸镁，其反应触发温度在200-580℃，焓值为1000-1300J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，或者放置于电池模组与电池模组之间，厚度为2mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至200-580℃区间时，等效热容增加材料113发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的二氧化碳具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，可继续参考图18，隔热部11包括纤维基材112和复合气凝胶，纤维基材112为玻璃纤维基材，复合气凝胶包括等效热容增加材料113和二氧化硅114，等效热容增加材料的质量占比为90％，等效热容增加材料113具体可由氢氧化镁、硼酸锌以及碳酸镁组成，各组分比例可以为1：1：1，上述等效热容增加材料113的化学反应温度区间为多区间分阶段，总的反应触发温度在200-580℃，焓值为1300J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，材料为高导热石墨烯膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，厚度为3mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至200-580℃区间时，等效热容增加材料113发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的隔离膜、水蒸气以及二氧化碳具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，可继续参考图18，隔热部11包括纤维基材112和复合气凝胶，纤维基材112为硅酸铝陶瓷纤维基材，复合气凝胶包括等效热容增加材料113和二氧化硅114，其中等效热容增加材料113的质量占比为50％，具体为碳酸钙，其反应触发温度在700-940℃，焓值为5000-6000J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，或者电池模组与上盖板之间，或者电池模组与电池模组之间，厚度为2mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至700-940℃区间时，等效热容增加材料113发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的二氧化碳具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，可继续参考图18，隔热部11包括纤维基材112和复合气凝胶，纤维基材112为预氧丝纤维基材，复合气凝胶包括等效热容增加材料113和二氧化硅114，其中等效热容增加材料113的质量占比为50％，具体为碳酸镁，其反应触发温度在200-580℃，焓值为1000-1300J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述动力电池热延缓保护结放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，厚度为6mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至700-940℃区间时，等效热容增加材料113发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的二氧化碳具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，如图19所示，隔热部11包括纤维基材112和气凝胶，纤维基材112为硅酸铝陶瓷纤维基材，气凝胶中包括的等效热容增加材料113由碳酸钙组成，其中碳酸钙的质量占比为100％，其反应触发温度在700-940℃，焓值为5000-6000J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨烯膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，或者放置于电池模组与电池模组之间，厚度为2mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至700-940℃区间时，碳酸钙发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的二氧化碳具有一定的阻燃灭火功能。
在另一些实施例中，继续参考图19，隔热部11包括纤维基材112和气凝胶，纤维基材112为硅酸铝陶瓷纤维基材，气凝胶中包括的等效热容增加材料113由碳酸镁组成，其中碳酸镁的质量占比为100％，其反应触发温度在200-580℃，焓值为1000-1300J/cc，散热部12设置于隔热部11相对的两侧，其材料为高导热石墨烯膜材料，与液冷板液冷系统22导热连接。该复合结构具有快速散热、隔热、吸热、缓和电池膨胀压力和阻燃的作用。
在本实施例中，将上述电池保护结构放置于电池包中时，可放置于电池3a与电池3b之间，或者放置于电池模组与电池模组之间，厚度为2mm，当电池3a出现热失控时，散热部12将热失控电池3a的部分热量传输到液冷板，复合气凝胶能够起到隔热的作用，当温度上升至200-580℃区间时，碳酸镁发生化学反应吸收部分热量，延缓温升，并且化学反应产生的二氧化碳具有一定的阻燃灭火功能。
相较于现有的动力电池热保护隔热方案，本申请实施例的电池保护结构通过在隔热的基础上增加吸热和散热的结构，使得上述电池保护结构不仅能够通过吸热结构发生化学反应来吸收部分热失控电池的热量，还能通过散热结构来将部分热量传递给冷却组件，以使得阻隔部的总的隔热量降低，并且阻隔部接触到的最高温度降低，从而使得阻隔部的隔热性能得到提升，降低传递至周边电池的热量，进而降低周边电池的温度，使其不进入热失控状态或者不会加长进入热失控的时间。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (24)
1.一种电池保护结构，所述电池保护结构应用于电池包中，所述电池包包括多个电池和冷却组件；其特征在于，所述电池保护结构包括阻隔部以及散热部，所述阻隔部用于阻隔所述电池运行时产生的热量，并且当温度达到设定温度区间时所述阻隔部的材料发生化学反应以增加所述阻隔部的等效热容；所述散热部与所述冷却组件导热连接，所述散热部具有各向异性热特征，所述散热部的面内等效热导率大于200W/mK，且所述散热部的面内等效热导率与所述散热部的厚向等效热导率的比值大于10。
2.根据权利要求1所述的电池保护结构，其特征在于，所述阻隔部包括隔热部和等效热容增加部，所述等效热容增加部用于当温度达到所述等效热容增加部的反应触发温度时发生化学反应后，所述等效热容增加部的等效热容增加以吸收热量。
3.根据权利要求2所述的电池保护结构，其特征在于，所述隔热部、所述散热部以及所述等效热容增加部之间为层状结构。
4.根据权利要求3所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部设置于所述隔热部沿第一方向的相对的两侧，所述散热部设置于所述等效热容增加部背离所述隔热部的一侧；或者
所述散热部设置于所述隔热部沿所述第一方向的相对的两侧，所述等效热容增加部设置于所述散热部背离所述隔热部的一侧。
5.根据权利要求4所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部包括沿所述第一方向设置的第一等效热容增加层和第二等效热容增加层，所述第二等效热容增加层设置于所述第一等效热容增加层背离所述隔热部的一侧，且所述第一等效热容增加层的反应触发温度高于所述第二等效热容增加层的反应触发温度。
6.根据权利要求2所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部包覆所述隔热部的外侧，所述散热部设置于所述等效热容增加部沿第一方向的相对的两侧；或者
所述散热部设置于所述隔热部沿所述第一方向的相对的两侧，所述等效热容增加部包覆所述散热部的外侧，所述等效热容增加部对应所述散热部与所述冷却组件连接的一端的位置设置有第一通孔，所述散热部与所述冷却组件连接的一端穿过所述第一通孔暴露于所述等效热容增加部的外侧。
7.根据权利要求6所述的电池保护结构，其特征在于，所述隔热部包括沿所述第一方向排列的多排隔热单元，每一排所述隔热单元包括多个沿第二方向间隔排列的隔热子单元，其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。
8.根据权利要求7所述的电池保护结构，其特征在于，任意相邻两排所述隔热单元中，其中一排所述隔热单元中的隔热子单元在第一平面的正投影覆盖另一排所述隔热单元中相邻两个隔热子单元的间隙在所述第一平面的正投影，所述第一平面为垂直于第一方向的平面。
9.根据权利要求6或7所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部包括沿所述隔热部指向所述等效热容增加部的方向设置的第三等效热容增加层和第四等效热容增加层，所述第三等效热容增加层位于所述第四等效热容增加层与所述隔热部之间，且所述第三等效热容增加层的反应触发温度高于所述第四等效热容增加层的反应触发温度。
10.根据权利要求2所述的电池保护结构，其特征在于，所述隔热部为多孔结构，所述等效热容增加部填充于所述隔热部的孔洞内，所述散热部设置于所述隔热部沿第一方向的相对的两侧。
11.根据权利要求10所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部包括沿所述隔热部指向所述散热部的方向设置的第一等效热容增加单元和第二等效热容增加单元，所述第一等效热容增加单元填充于所述隔热部中部的孔洞，所述第二等效热容增加单元填充于所述隔热部周侧边缘的孔洞，且所述第一等效热容增加单元的反应触发温度高于所述第二等效热容增加单元的反应触发温度。
12.根据权利要求2-11任一项所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部的材料包括氢氧化物类材料、硼酸盐类材料以及碳酸盐类材料中的一种或多种。
13.根据权利要求12所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加部还包括粘结剂，所述粘结剂用于将所述等效热容增加部粘结为一体结构。
14.根据权利要求1所述的电池保护结构，其特征在于，所述阻隔部的材料包括纤维基材和复合气凝胶，所述复合气凝胶包括等效热容增加材料，所述等效热容增加材料用于当温度达到所述材料的反应触发温度时发生化学反应后，所述等效热容增加材料的等效热容增加以吸收热量。
15.根据权利要求14所述的电池保护结构，其特征在于，所述复合气凝胶还包括二氧化硅。
16.根据权利要求14或15所述的电池保护结构，其特征在于，所述等效热容增加材料包括氢氧化物类材料、硼酸盐类材料以及碳酸盐类材料中的一种或多种。
17.根据权利要求14-16任一项所述的电池保护结构，其特征在于，所述纤维基材包括玻璃纤维、陶瓷纤维以及预氧丝纤维中的一种或多种。
18.根据权利要求1-17任一项所述的电池保护结构，其特征在于，还包括用于对所述阻隔部进行封装的封装组件。
19.根据权利要求18所述的电池保护结构，其特征在于，所述散热部设置于所述阻隔部沿第一方向的相对的两侧，所述封装组件包括包覆所述散热部和所述阻隔部的第一封装层，所述第一封装层对应所述散热部与所述冷却组件连接的一端的位置设有第二通孔，所述散热部与所述冷却组件连接的一端穿过所述第二通孔暴露于所述第一封装层的外侧。
20.根据权利要求18所述的电池保护结构，其特征在于，所述封装组件包括设置于所述第一定位框，所述第一定位框的中部具有沿第一方向贯穿所述第一定位框的第一中空结构，所述阻隔部位于所述第一中空结构内，沿所述第一方向，所述第一定位框的两侧分别突出于所述阻隔部的两侧表面，所述散热部位于所述第一定位框沿所述第一方向的两侧。
21.根据权利要求18所述的电池保护结构，其特征在于，所述散热部设置于所述阻隔部沿所述第一方向的相对的两侧，所述封装组件包括第二定位框和第二封装层，其中，所述第二定位框的中部具有沿第一方向贯穿所述第二定位框的第二中空结构，所述散热部和所述阻隔部位于所述第二中空结构内，沿所述第一方向，所述第二定位框的两侧分别突出于所述散热部背离所述阻隔的一侧表面，且所述第二定位框对应所述散热部连接所述冷却组件的一端的位置设有第二通孔，所述散热部与所述冷却组件连接的一端穿过所述第二通孔暴露于所述第二定位框的外侧，所述第二封装层包覆所述第二定位框的周侧。
22.根据权利要求1-21任一项所述的电池保护结构，其特征在于，所述电池保护结构的厚度为0.6mm-10mm。
23.一种电池包，其特征在于，包括多个电池、冷却组件和如权利要求1-22任一项所述的电池保护结构，所述电池保护结构设置于相邻的所述电池之间，所述电池保护结构的所述散热部与所述冷却组件导热连接。
24.一种电动汽车，其特征在于，包括动力总成系统、驱动车轮以及如权利要求23所述的电池包，所述电池包用于为所述动力总成系统提供电能，所述动力总成系统与所述驱动车轮传动连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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