CN113904067A - 失效电芯隔离装置、方法及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种失效电芯隔离装置、方法及电池。失效电芯隔离装置包括连接件、热解层以及加热件。失效电芯隔离装置使用时，连接件连接在多电芯电池中同一或不同单体电芯的两个不同属性的电极之间，热解层位于连接件与两个不同属性的电极之间，并使连接件与两个不同属性的电极电气绝缘。同时，加热件在单体电芯失效时受控加热热解层，致热解层形态发生改变，并导通连接件和与之连接的两个不同属性的电极之间的电连接，两个不同属性的电极之间的单体电芯即因短路而被隔离。一个多电芯电池可以安装多个失效电芯隔离装置，保证任何一个单体电芯发生异常时都可以被失效电芯隔离装置很好地隔离，避免因部分单体电芯失效而造成整个多电芯电池无法工作。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种失效电芯隔离装置、方法及电池。
背景技术
随着电动汽车的蓬勃发展，对动力电池的要求也越来越高。目前市场上的动力电池包，主要以锂离子方形电芯成组为主，这些电芯通过串并联实现高电压高电流的能量输出。一般是串联数较高(可达100～180串)，并联数较少(一般在1并～3并)。而采用串联电芯的动力电池，若单体电池的失效就会导致整包电池都无法正常使用，十分影响使用体验。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够使串联电芯电池在部分单体电芯失效的情况下依然能够继续工作的失效电芯隔离装置及方法。
还有必要提供一种包括上述失效电芯隔离装置的电池。
一种失效电芯隔离装置，包括：
连接件，其连接在多电芯电池中同一或不同单体电芯的两个不同属性的电极之间；
热解层，其位于所述连接件与两个所述不同属性的电极之间，并使所述连接件与两个所述不同属性的电极电气绝缘；以及
加热件，其在单体电芯失效时受控加热所述热解层，致所述热解层的形态发生改变，并导通所述连接件和与之连接的两个所述不同属性的电极之间的电连接。
上述失效电芯隔离装置，使用时连接件连接在多电芯电池中同一单体电芯或不同单体电芯的不同属性电极之间，当车辆BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)检测到与该失效电芯隔离装置的连接件相连的电极之间的单体电芯异常时，即通过控制该失效电芯隔离装置的加热件升温，使热解层发生形态变化，进而使得连接件与电极因为失去使其互相绝缘的热解层而发生电连接。此时，与连接件连接的两个电极通过导电的连接件直接连通，自然也就使两电极之间的电芯被隔离。一个多电芯电池可以安装多个失效电芯隔离装置，保证任何一个单体电芯发生异常时都可以被失效电芯隔离装置很好地隔离，避免因部分电芯失效而造成整个多电芯电池无法工作。
在其中一个实施例中，所述失效电芯隔离装置还包括焊接层，所述焊接层设置在所述连接件与所述热解层之间，并在所述热解层的形态发生改变后，焊接于所述连接件层和与之连接的两个所述不同属性的电极之间。
在其中一个实施例中，所述焊接层为复合锡材料制成，并沿所述连接件面向所述热解层一侧的边缘设置。
在其中一个实施例中，所述失效电芯隔离装置还包括下压件，所述下压件设置在所述连接件远离所述热解层的一侧，并向所述连接件施加方向指向所述多电芯电池的下压力。
在其中一个实施例中，所述加热件为内嵌于所述热解层中的电阻丝。
在其中一个实施例中，所述热解层的形态发生改变的方式包括受热分解、融化或收缩中至少一种。
一种失效电芯隔离方法，采用上述失效电芯隔离装置，所述失效电芯隔离方法包括以下步骤包括以下步骤：
车辆BMS检测电路变化并判断所述单体电芯是否失效；
当所述单体电芯失效时控制对应的所述失效电芯隔离装置中所述加热件加热所述热解层。
在其中一个实施例中，所述当所述单体电芯失效时控制对应的所述失效电芯隔离装置中所述加热件加热所述热解层步骤之后包括：
控制所述多电芯电池进行短时高倍率放电，融化设置在所述连接件与所述热解层之间的焊接层；
停止高倍率放电，所述焊接层冷却凝固并焊接于所述连接件层和与之连接的两个所述不同属性的电极之间。
一种电池，包括若干上述失效电芯隔离装置、若干电芯以及若干汇流排；
所有所述电芯依次相邻排布，所有所述电芯的电极分布在所述电池的两侧，每一侧正电极、负电极交替排布，并通过若干所述汇流排连接相邻所述电芯，使所有所述电芯形成串联；
部分所述失效电芯隔离装置的两端分别搭接在两个相邻所述汇流排端头。
在其中一个实施例中，所述电池还包括极柱，所述极柱包括正极柱与负极柱，所述正极柱与位于所述电池的一端的所述电芯的正极相连，所述负极柱与位于所述电池的另一端的所述电芯的负极相连，所述正极柱与所述负极柱位于所述电池的同一侧，所有所述失效电芯隔离装置设置在所述电池安装所述极柱的一侧，所述电池两端位置处的所述失效电芯隔离装置的一端搭接在所述极柱上，另一端搭接在相邻的所述汇流排上，其余的所述失效电芯隔离装置的两端分别搭接在两个相邻所述汇流排端头。
附图说明
图1为本发明一实施例中失效电芯隔离装置在正常使用时与多电芯电池配合示意图；
图2为图1所示失效电芯隔离装置的仰视图；
图3为图1所示失效电芯隔离装置在电芯失效后与多电芯电池的配合示意图；
图4为图3所示失效电芯隔离装置的仰视图；
图5为多电芯电池未安装失效电芯隔离装置时电流路径示意图；
图6为图5所示多电芯电池安装失效电芯隔离装置后部分电芯失效时电流路径示意图；
图7为本发明一实施例中电池的结构示意图。
100、失效电芯隔离装置；10、连接件；20、热解层；30、加热件；40、焊接层；50、下压件；210、单体电芯；221、A属性电极；222、B属性电极；300、电池；310、电芯；320、汇流排；330、极柱；D、失效单体电芯；I1、未安装失效电芯隔离装置时电流路径；I2、安装失效电芯隔离装置后部分单体电芯失效时电流路径。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1至图4，本发明一实施例提供了的失效电芯隔离装置100，包括连接件10、热解层20以及加热件30。失效电芯隔离装置100使用时，连接件10连接在多电芯电池中同一或不同单体电芯210的两个不同属性的电极(即A属性电极221与B属性电极222，若A属性电极221为正极则B属性电极222为负极，若A属性电极221为负极则B属性电极222为正极)之间，热解层20位于连接件10与两个不同属性的电极之间，并使连接件10与两个不同属性的电极电气绝缘。同时，加热件30在单体电芯210失效时受控加热热解层20，致热解层20形态发生改变，并导通连接件10和与之连接的两个不同属性的电极之间的电连接，两个不同属性的电极之间的单体电芯210即因短路而被隔离。
进一步地，连接件10采用1系铝制成，且横截面积S与多电芯电池的额定电流I的关系为：S(mm2)＝I(A)÷3，如此得到的连接件10可以很好地与多电芯电池的工作电流向匹配。1系铝具有良好的导电性能，制成的连接件10横截面积与所要安装的多电芯电池额定电流相匹配，避免因连接件10尺寸不合适，导致其所能承受的电流有限或者导电性能不良，因而避免因此限制多电芯电池工作效果或造成安全隐患。
更进一步地，热解层20的形态发生改变的方式包括受热分解、融化或收缩中至少一种。可以理解地，热解层20的形态发生改变的方式只需满足在形态改变后，不再使连接件10与两个不同属性电极的连接绝缘即可，在此不作具体限定。
在本具体实施例中，热解层20的厚度为1mm，加热件30为内嵌于热解层20中的电阻丝，可控地向电阻丝中通热电流即可控制加热件30升温至200℃及以上加热分解热解层20。电阻丝的结构简单，使用方便，且内嵌于热解层20中可以直接向热解层20传递热量，响应效果良好，而且细小的电阻丝所占用的空间也十分小。可以理解地，加热件30也可以采用其它形式，如连接件10本身集成加热功能实现发热或加热件30为加热板等，只需实现受控加热至指定的温度，使热解层20受热分解、融化或收缩即可，同时热解层20厚度也可以根据具体需要而定，在此不作限定。
在一些实施例中，失效电芯隔离装置100还包括焊接层40。焊接层40设置在连接件10与热解层20之间，并在热解层20的形态发生改变后，焊接于连接件10与两个不同属性的电极之间。理所当然地，在热解层20的形态发生改变前，同样使焊接层40与两个不同属性的电极电气绝缘。焊接层40的加入，可以在必要时，使连接件10和与之连接两个不同属性电极之间形成更为稳定的焊接连接。在热解层20形态发生改变的前后，连接件10向承担导电功能转变，此时就变为多电芯电池重要的一部分，因此形成更加稳定的焊接连接十分必要，确保隔离失效的单体电芯210后，多电芯电池可以稳定的运行下去。
具体地，焊接层40为复合锡材料制成，并沿连接件10面向热解层20一侧的边缘设置。复合锡材料的熔点低，焊接的条件更容易达到，与其它金属有较好的亲合力，焊接牢度较好，同时具有良好的导电性，由于被其焊接完的连接件10需要承担导电功能，因此焊接层40的导电性也十分重要。复合锡材料加热后流动性好，更贴合地完成焊接，焊接效果好。焊接层40仅设置在连接件10的边缘区域，能够在保证焊接的同时不过多地影响装置本身的结构与性能。
在本具体实施例中，连接件10大体呈长方形，焊接层40为连接件10外围一圈的方框形，其框宽度为3mm-4mm，厚度为0.5mm。这样的尺寸刚好可以满足焊接的需求，而又不过多对导电性能造成影响，且焊接前后结构变化较小。可以理解地，也可以根据安装的多电芯电池型号尺寸来确定焊接层40的形态尺寸，在此不作具体限定。
在一些实施例中，失效电芯隔离装置100还包括下压件50，下压件50设置在连接件10远离热解层20的一侧，并向连接件10施加方向指向多电芯电池的下压力。下压件50可以在前期为连接件10提供一个可靠的连接固定，同时在在焊接层40发挥焊接作用的时候，也可以辅助将发生相变的焊接层40下压摊开，保证完成良好的焊接。可以理解地，下压件50的下压力可以是装配时即预设的过紧力，也可以是借助外部下压机构产生，只需满足可以对连接件10，进而焊接层40产生压紧力即可，在此不作具体限定。
上述失效电芯隔离装置100，使用时连接件10连接在多电芯电池中同一单体电芯210或不同单体电芯210的两个不同属性的电极之间。单体电芯210发生失效时，一定会伴随单体电压/温度/内阻的剧烈变化，该变化特征可以被车辆BMS(图未示)所识别，并判定发生单体电芯210失效，当车辆BMS判定与该失效电芯隔离装置100的连接件10相连的电极之间的单体电芯210为失效单体电芯D时，即通过控制该失效电芯隔离装置100的加热件30升温，使热解层20形态发生改变，进而使得连接件10与两个不同属性的电极因为失去使其互相绝缘的热解层20而发生电连接。此时，与连接件10连接的两个不同属性的电极通过导电的连接件10直接连通，自然也就使两个不同属性的电极之间的单体电芯210被隔离。未安装失效电芯隔离装置时电流路径I1如图5所示，此时若发生单体电芯210失效，由于单体电芯210之间为串联，整个多电芯电池都将无法工作。安装失效电芯隔离装置后部分单体电芯失效时电流路径I2如图6所示，此时虽然存在失效单体电芯D，但由于失效电芯隔离装置100的作用，使多电芯电池原本的电流路径发生改变，绕过了失效单体电芯D(即隔离失效单体电芯)，即使单体电芯210之间为串联，但依然能通过失效电芯隔离装置100保持一个通路，使多电芯电池仍能继续工作。一个多电芯电池可以安装多个失效电芯隔离装置100，保证任何一个单体电芯210发生异常时都可以被失效电芯隔离装置100很好地隔离，避免因部分单体电芯210失效而造成整个多电芯电池无法工作。
本发明还提供一种失效电芯隔离方法，采用上述的失效电芯隔离装置100，该失效电芯隔离方法包括一下步骤：
S10、车辆BMS检测电路变化并判断单体电芯210是否失效；
S20、当单体电芯210失效时控制对应的失效电芯隔离装置100中加热件30加热热解层20。
上述失效电芯隔离方法利用失效电芯隔离装置100，通过车辆BMS对电路进行检测，单体电芯210发生失效时，一定会伴随单体电压/温度/内阻的剧烈变化，当BMS判定单体电芯210失效，则控制加热件30加热热解层20，自然使其形态发生改变，使原本被热解层20绝缘的连接件10与两个不同属性的电极电连接导通，进而使得不同属性的电极之间的单体电芯210被隔离。
在一些实施例中，当单体电芯210失效时控制对应的失效电芯隔离装置100中加热件30加热热解层20之后，包括步骤：控制多电芯电池进行短时高倍率放电，融化设置在连接件10与热解层20之间的焊接层40。再之后，停止高倍率放电，焊接层40冷却凝固并焊接于连接件10和与之连接的两个不同属性的电极之间。由于在失去热解层20的绝缘作用后，焊接层40跟排并非紧密接触会产生较大电阻，此时拉升电流就会使焊接层40产生较大温升使自身融化。
请参阅图7，本发明还提供一种电池300，包括若干上述的失效电芯隔离装置100、若干电芯310以及若干汇流排320。所有电芯310依次相邻排布，所有电芯310的电极分布在电池300的两侧，每一侧正电极、负电极交替排布，并通过若干汇流排320连接相邻电芯310，使所有电芯310形成串联。部分失效电芯隔离装置100的两端分别搭接在两个相邻汇流排320端头。
上述的电池300，若存在部分电芯310发生故障，都可以通过车辆BMS识别，并控制失效电芯隔离装置100如前所述发挥作用，使与失效电芯隔离装置100搭接的汇流排320电连接，进而使两者之间的电芯310被短路而被隔离，电池300也就可以继续工作，而不因为串联方式而受到影响。
具体地，电池300还包括极柱330，极柱包括正极柱(图未示)与负极柱(图未示)，正极柱与位于电池300的一端的电芯310的正极相连，负极柱与位于电池300的另一端的电芯310的负极相连，正极柱与负极柱位于电池300的同一侧，所有失效电芯隔离装置100设置在电池300安装极柱330的一侧，电池300两端位置处的失效电芯隔离装置100的一端搭接在极柱330上，另一端搭接在相邻的汇流排320上，其余的失效电芯隔离装置100的两端分别搭接在两个相邻汇流排320端头。如此的失效电芯隔离装置100设置方式可以保证每一个电芯310均被囊括在可隔离范围内。
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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种失效电芯隔离装置，其特征在于，所述失效电芯隔离装置包括：
连接件，其连接在多电芯电池中同一或不同单体电芯的两个不同属性的电极之间；
热解层，其位于所述连接件与两个所述不同属性的电极之间，并使所述连接件与两个所述不同属性的电极电气绝缘；以及
加热件，其在单体电芯失效时受控加热所述热解层，致所述热解层的形态发生改变，并导通所述连接件和与之连接的两个所述不同属性的电极之间的电连接。
2.根据权利要求1所述的失效电芯隔离装置，其特征在于，所述失效电芯隔离装置还包括焊接层，所述焊接层设置在所述连接件与所述热解层之间，并在所述热解层的形态发生改变后，焊接于所述连接件层和与之连接的两个所述不同属性的电极之间。
3.根据权利要求2所述的失效电芯隔离装置，其特征在于，所述焊接层为复合锡材料制成，并沿所述连接件面向所述热解层一侧的边缘设置。
4.根据权利要求2所述的失效电芯隔离装置，其特征在于，所述失效电芯隔离装置还包括下压件，所述下压件设置在所述连接件远离所述热解层的一侧，并向所述连接件施加方向指向所述多电芯电池的下压力。
5.根据权利要求1-4任一项所述的失效电芯隔离装置，其特征在于，所述加热件为内嵌于所述热解层中的电阻丝。
6.根据权利要求1-4任一项所述的失效电芯隔离装置，其特征在于，所述热解层的形态发生改变的方式包括受热分解、融化或收缩中至少一种。
7.一种失效电芯隔离方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的失效电芯隔离装置，所述失效电芯隔离方法包括以下步骤：
车辆BMS检测电路变化并判断所述单体电芯是否失效；
当所述单体电芯失效时控制对应的所述失效电芯隔离装置中所述加热件加热所述热解层。
8.根据权利要求7所述的失效电芯隔离方法，其特征在于，所述当所述单体电芯失效时控制对应的所述失效电芯隔离装置中所述加热件加热所述热解层步骤之后包括：
控制所述多电芯电池进行短时高倍率放电，融化设置在所述连接件与所述热解层之间的焊接层；
停止高倍率放电，所述焊接层冷却凝固并焊接于所述连接件层和与之连接的两个所述不同属性的电极之间。
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括若干权利要求1-6任一项所述的失效电芯隔离装置、若干电芯以及若干汇流排；
所有所述电芯依次相邻排布，所有所述电芯的电极分布在所述电池的两侧，每一侧正电极、负电极交替排布，并通过若干所述汇流排连接相邻所述电芯，使所有所述电芯形成串联；
部分所述失效电芯隔离装置的两端分别搭接在两个相邻所述汇流排端头。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池还包括极柱，所述极柱包括正极柱与负极柱，所述正极柱与位于所述电池的一端的所述电芯的正极相连，所述负极柱与位于所述电池的另一端的所述电芯的负极相连，所述正极柱与所述负极柱位于所述电池的同一侧，所有所述失效电芯隔离装置设置在所述电池安装所述极柱的一侧，所述电池两端位置处的所述失效电芯隔离装置的一端搭接在所述极柱上，另一端搭接在相邻的所述汇流排上，其余的所述失效电芯隔离装置的两端分别搭接在两个相邻所述汇流排端头。
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2021
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