CN114374036A - 电池包及电芯组件的热失控防护装置 - Google Patents

电池包及电芯组件的热失控防护装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供电池包及电芯组件的热失控防护装置。本申请的电池包包括上盖组件、电芯组件、下箱体和隔热板,电芯组件包括一个或多个电芯,电芯包括防爆阀,隔热板设置在上盖组件和电芯组件之间,隔热板的第一表面上的目标区域覆盖有耐高温材料,第一表面包括隔热板上贴近电芯组件的表面,目标区域包括一个或多个电芯的防爆阀在第一表面上的投影区域,电芯组件位于下箱体,上盖组件和下箱体包围形成电池包。本申请的电池包中隔热板上覆盖了耐高温材料,当电池包热失控,防爆阀爆开时,高压热流直接冲击耐高温材料,再将冲击力均匀传递给隔热板,避免了高压热流对隔热板的直接冲击导致破损,进而防止和减缓了热量直接向乘员舱蔓延,实现安全提升。

Description

电池包及电芯组件的热失控防护装置
技术领域
本申请涉及动力电池技术领域,尤其涉及电池包及电芯组件的热失控防护装置。
背景技术
电池包是新能源汽车的关键部件,主要包括电池包上盖模组、电池包下箱体、电芯模组和电芯防爆阀等。电池包一般安装在整车的底部,内部电芯模组的正负极和电芯防爆阀正对电池包上盖和乘员舱。当电池包发生异常时,例如电芯过充电或被挤压引发热失控时,高温或高压会导致电芯上的防爆阀爆开,高压热流冲击电池包上盖;当电池包上盖被破坏后,热失控的电芯中的热量将直接威胁乘员舱安全。
一种防止热失控的电芯中的热量对乘员舱产生安全威胁的方法如下:在电池包上盖和电芯之间设置云母板,以在电芯的防爆阀因高温或高压而打开时通过该云母板防止电芯中的热量烧损电池包上盖,以达到防止热量向乘员舱传递的目的,从而提高乘员舱的安全性。
但是,在设置了云母板的电池包的使用过程中发现,云母板容易损坏,从而失去保护电池包上盖的作用,进而不能有效防止热量向乘员舱传递,最终不能有效保护乘员舱的安全。
因此,如何提高电芯热失控场景下电池包的安全性,成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供的电池包及电芯组件的热失控防护装置,能够提高电芯热失控场景下电池包的安全性。
第一方面,本申请提供一种电池包,所述电池包包括:上盖组件、电芯组件、下箱体和隔热板,所述电芯组件包括一个或多个电芯,所述电芯包括防爆阀,所述隔热板设置在所述上盖组件和所述电芯组件之间,所述隔热板的第一表面上的目标区域覆盖有耐高温材料,所述第一表面包括所述隔热板上贴近所述电芯组件的表面,所述目标区域包括所述一个或多个电芯的防爆阀在所述第一表面上的投影区域,所述电芯组件位于所述下箱体,所述上盖组件和所述下箱体包围形成电池包。
本方面中,通过在电池包中隔热板上覆盖耐高温材料,防止防爆阀在电芯热失控场景下,爆破后直接冲破隔热板,烧穿电池包上盖,威胁乘员舱安全。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述电芯组件包括多个电芯,所述目标区域包括多个子区域,所述多个子区域中每个子区域包含所述多个电芯中至少一个电芯的防爆阀在所述第一表面上的投影区域,所述第一表面上所述多个子区域中至少两个子区域之间的区域不覆盖有所述耐高温材料。
该实现方式中,描述了耐高温材料需要覆盖一个或多个电芯防爆阀在第一表面上的投影区域,以提高热失控场景下电池包的安全性;在覆盖耐高温材料的区域之间的部分不覆盖耐高温材料,以节省资源,降低成本。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述每个子区域的面积大于或等于对应的至少一个电芯上的防爆阀在所述第一表面上的投影区域的面积。
该实现方式中,描述了覆盖耐高温材料的每个子区域的面积需大于或等于对应的电芯防爆阀在第一表面上的投影区域的面积,这样,耐高温材料能够完全抵挡住电芯防爆阀爆破后爆发的高压热流,减少直接对隔热板的冲击。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料贴合或嵌合在所述隔热板的所述第一表面。
该实现方式中,描述了耐高温材料覆盖在隔热板上的方式,可以是贴合或者嵌合,贴合的方式相对简单,利用胶类进行贴合;嵌合的方式更加稳固,在长期振动过程中,耐高温材料嵌件不易脱落,可靠性更高。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料贴合在所述隔热板的所述第一表面时,所述耐高温材料与所述隔热板之间通过耐高温胶类进行贴合。
该实现方式中,描述了耐高温材料贴合在隔热板上时,可以采用耐高温胶类进行贴合,使得耐高温材料在高温条件下不易脱落。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料和/或所述隔热板与所述耐高温胶类之间附着有与所述耐高温胶类亲和的有机涂层。
该实现方式中,描述了在耐高温材料和/或隔热板上附着与耐高温胶类亲和的有机涂层,以增强耐高温材料与隔热板之间的贴合度和结合强度。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述隔热板和所述防爆阀之间的间隙为8毫米至10毫米。
该实现方式中,描述了隔热板和防爆阀之间的间隙大小,隔热板和防爆阀之间留有间隙,以减少防爆阀爆破时对隔热板的冲击压力。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的熔点大于或等于400摄氏度。
该实现方式中,描述了耐高温材料的熔点,使用高于400摄氏度的耐高温材料,安全性更高。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的材料抗拉强度大于或等于50兆帕斯卡。
该实现方式中,描述了耐高温材料的抗拉强度,使用高于50兆帕斯卡的耐高温材料,抗冲击性更高。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的厚度小于或等于10毫米。
该实现方式中,描述了耐高温材料的厚度,如果耐高温材料的厚度太大,会占用电池包的体积,使得电池包容量减少。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料为绝缘材料。
该实现方式中,描述了耐高温材料可以为绝缘材料,使用绝缘材料,不会导电,安全性更高。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料为非绝缘材料,相应地,所述耐高温材料贴近所述电芯组件的表面附着有绝缘涂层。
该实现方式中,描述了耐高温材料可以为非绝缘材料,并附着绝缘涂层,使用非绝缘材料,成本低,材料可选的范围更大。
结合第一方面,在一种可能的实现方式中,所述隔热板的材料包括云母材料。
该实现方式中,描述了隔热板的材料可以是云母材料,该材料耐热温度较高,且本身绝缘。
第二方面,本申请提供一种电芯组件的热失控防护装置,所述电芯组件包括一个或多个电芯,所述电芯包括防爆阀,所述装置包括隔热板,所述隔热板的第一表面上的目标区域覆盖有耐高温材料,所述第一表面包括所述装置与所述电芯组件组合成电池包时所述隔热板上贴近所述电芯组件的表面,所述目标区域包含所述装置与所述电芯组件组合成电池包时所述一个或多个电芯的防爆阀在所述第一表面的投影区域。
本方面中,通过在电池包中隔热板上覆盖耐高温材料,防止防爆阀在电芯热失控场景下,爆破后直接冲破隔热板,烧穿电池包上盖,威胁乘员舱安全。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述电芯组件包括多个电芯,所述目标区域包括多个子区域,所述多个子区域中每个子区域包含所述多个电芯中至少一个电芯的防爆阀在所述第一表面上的投影区域,所述第一表面上所述多个子区域中至少两个子区域之间的区域不覆盖有所述耐高温材料。
该实现方式中,描述了耐高温材料需要覆盖一个或多个电芯防爆阀在第一表面上的投影区域,以提高热失控场景下电池包的安全性;在覆盖耐高温材料的区域之间的部分不覆盖耐高温材料,以节省资源,降低成本。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述每个子区域的面积大于或等于对应的至少一个电芯上的防爆阀在所述第一表面上的投影区域的面积。
该实现方式中,描述了覆盖耐高温材料的每个子区域的面积需大于或等于对应的电芯防爆阀在第一表面上的投影区域的面积,这样,耐高温材料能够完全抵挡住电芯防爆阀爆破后爆发的高压热流,减少直接对隔热板的冲击。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料贴合或嵌合在所述隔热板的所述第一表面。
该实现方式中,描述了耐高温材料覆盖在隔热板上的方式,可以是贴合或者嵌合,贴合的方式相对简单,利用胶类进行贴合;嵌合的方式更加稳固,在长期振动过程中,耐高温材料嵌件不易脱落,可靠性更高。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料贴合在所述隔热板的所述第一表面时,所述耐高温材料与所述隔热板之间通过耐高温胶类进行贴合。
该实现方式中,描述了耐高温材料贴合在隔热板上时,可以采用耐高温胶类进行贴合,使得耐高温材料在高温条件下不易脱落。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料和/或所述隔热板与所述耐高温胶类之间附着有与所述耐高温胶类亲和的有机涂层。
该实现方式中,描述了在耐高温材料和/或隔热板上附着与耐高温胶类亲和的有机涂层,以增强耐高温材料与隔热板之间的贴合度和结合强度。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述隔热板和所述防爆阀之间的间隙为8毫米至10毫米。
该实现方式中,描述了隔热板和防爆阀之间的间隙大小,隔热板和防爆阀之间留有间隙,以减少防爆阀爆破时对隔热板的冲击压力。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的熔点大于或等于400摄氏度。
该实现方式中,描述了耐高温材料的熔点,使用高于400摄氏度的耐高温材料,安全性更高。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的材料抗拉强度大于或等于50兆帕斯卡。
该实现方式中,描述了耐高温材料的抗拉强度,使用高于50兆帕斯卡的耐高温材料,抗冲击性更高。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的厚度小于或等于10毫米。
该实现方式中,描述了耐高温材料的厚度,如果耐高温材料的厚度太大,会占用电池包的体积,使得电池包容量减少。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料为绝缘材料。
该实现方式中,描述了耐高温材料可以为绝缘材料,使用绝缘材料,不会导电,安全性更高。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料为非绝缘材料,相应地,所述耐高温材料贴近所述电芯组件的表面附着有绝缘涂层。
该实现方式中,描述了耐高温材料可以为非绝缘材料,并附着绝缘涂层,使用非绝缘材料,成本低,材料可选的范围更大。
结合第二方面,在一种可能的实现方式中,所述隔热板的材料包括云母材料。
该实现方式中,描述了隔热板的材料可以是云母材料,该材料耐热温度较高,且本身绝缘。
第三方面,本申请提供一种车辆,所述车辆包括如第一方面或其中任意一种可能的实现方式中的电池包,所述电池包安装在所述车辆的底部。
第四方面,本申请提供一种制造电池包的方法,所述方法包括:获取隔热板;在所述隔热板的第一表面上的目标区域设置耐高温材料,得到目标防护装置,所述第一表面包括所述装置与电芯组件组合成电池包时所述隔热板上贴近所述电芯组件的表面,所述电芯组件包括一个或多个电芯,所述电芯包括防爆阀,所述目标区域包含所述装置与所述电芯组件组合成所述电池包时所述一个或多个电芯的防爆阀在所述第一表面的投影区域。
该方法中,通过在电池包中隔热板上覆盖耐高温材料,防止防爆阀在电芯热失控场景下,爆破后直接冲破隔热板,烧穿电池包上盖,威胁乘员舱安全。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述电芯组件包括多个电芯,所述目标区域包括多个子区域,所述多个子区域中每个子区域包含所述多个电芯中至少一个电芯的防爆阀在所述第一表面上的投影区域。
该实现方式中,描述了耐高温材料需要覆盖一个或多个电芯防爆阀在第一表面上的投影区域,以提高热失控场景下电池包的安全性。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述每个子区域的面积大于或等于对应的至少一个电芯上的防爆阀在所述第一表面的投影区域的面积。
该实现方式中,描述了覆盖耐高温材料的每个子区域的面积需大于或等于对应的电芯防爆阀在第一表面上的投影区域的面积,这样,耐高温材料能够完全抵挡住电芯防爆阀爆破后爆发的高压热流,减少直接对隔热板的冲击。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述在所述隔热板的第一表面上的目标区域设置耐高温材料,包括:将所述耐高温材料贴合或嵌合在所述隔热板的所述第一表面。
该实现方式中,描述了耐高温材料覆盖在隔热板上的方式,可以是贴合或者嵌合,贴合的方式相对简单,利用胶类进行贴合;嵌合的方式更加稳固,在长期振动过程中,耐高温材料嵌件不易脱落,可靠性更高。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述将所述耐高温材料贴合或嵌合在所述隔热板的所述第一表面,包括:通过耐高温胶类将所述耐高温材料贴合到所述隔热板的所述第一表面。
该实现方式中,描述了耐高温材料贴合在隔热板上时,可以采用耐高温胶类进行贴合,使得耐高温材料在高温条件下不易脱落。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述通过耐高温胶类将所述耐高温材料贴合到所述隔热板的所述第一表面之前,所述方法还包括:在所述耐高温材料上用于与所述隔热板贴合的表面进行预处理,所述预处理用于提高所述耐高温材料与所述隔热板之间的贴合度和结合强度。
该实现方式中,对耐高温材料进行预处理,以增强耐高温材料与隔热板之间的贴合度和结合强度。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述通过耐高温胶类将所述耐高温材料贴合到所述隔热板的所述第一表面之前,所述方法还包括:对所述隔热板的所述第一表面进行预处理,所述预处理用于提高所述耐高温材料与所述隔热板之间的贴合度和结合强度。
该实现方式中,对隔热板进行预处理,以增强耐高温材料与隔热板之间的贴合度和结合强度。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述预处理包括附着与所述耐高温胶类亲和的有机涂层。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述隔热板和所述防爆阀之间的间隙为8毫米至10毫米。
该实现方式中,描述了隔热板和防爆阀之间的间隙大小,隔热板和防爆阀之间留有间隙,以减少防爆阀爆破时对隔热板的冲击压力。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的熔点大于或等于400摄氏度。
该实现方式中,描述了耐高温材料的熔点,使用高于400摄氏度的耐高温材料,安全性更高。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的材料抗拉强度大于或等于50兆帕斯卡。
该实现方式中,描述了耐高温材料的抗拉强度,使用高于50兆帕斯卡的耐高温材料,抗冲击性更高。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料的厚度小于或等于10毫米。
该实现方式中,描述了耐高温材料的厚度,如果耐高温材料的厚度太大,会占用电池包的体积,使得电池包容量减少。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料为绝缘材料。
该实现方式中,描述了耐高温材料可以为绝缘材料,使用绝缘材料,不会导电,安全性更高。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述耐高温材料为非绝缘材料;相应地,所述方法还包括:在所述耐高温材料的表面附着绝缘涂层。
该实现方式中,描述了耐高温材料可以为非绝缘材料,并附着绝缘涂层,使用非绝缘材料,成本低,材料可选的范围更大。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述隔热板的材料包括云母材料。
该实现方式中,描述了隔热板的材料可以是云母材料,该材料耐热温度较高,且本身绝缘。
结合第四方面,在一种可能的实现方式中,所述方法还包括:将所述目标防护装置设置在所述电芯组件与电池包上盖组件之间,其中,所述隔热板的所述第一表面贴近所述电芯组件。
本申请提供的电池包及电芯组件的热失控防护装置中,耐高温材料需正对电芯防爆阀安装,安装后在电芯上盖上的投影面积需大于或等于防爆阀的面积,当热失控电芯防爆阀打开时,耐高温材料能抵挡住全部热流,避免了隔热板直接被热流剪切,确保隔热板能被保护完整,为电池包上盖隔离热量,提升电池包安全,且无需通过增厚隔热板或更换铁基的电池包上盖来提高耐热冲击强度,进而提高电池包的安全;另外,由于耐高温材料仅布置于电芯防爆阀上方,面积较小,可减薄大面隔热板材料厚度,降低整体重量,提升电池包的能量密度,实现电池包安全和减重的双重收益。
附图说明
图1为本申请实施例提供的通用电池包的结构示意图;
图2为本申请一个实施例提供的电池包与车辆安装位置关系示意图;
图3为本申请一个实施例提供的电池包内部增加隔热云母板的结构示意图;
图4为本申请一个实施例提供的云母板被冲击破坏的示例性示意图;
图5为本申请一个实施例提供的电池包的结构示意图;
图6为本申请一个实施例提供的电芯的结构示意图;
图7为本申请一个实施例提供的防爆阀的爆炸图;
图8为本申请一个实施例提供的电芯组件的结构示意图;
图9为本申请一个实施例提供的电池包隔热云母板的示意图;
图10为本申请一个实施例提供的电芯组件的热失控防护装置示意图;
图11为本申请一个实施例提供的耐高温材料片示意图;
图12为本申请一个实施例提供的耐高温材料片的安装位置点胶或背胶的示意图;
图13为本申请一个实施例提供的耐高温材料与隔热板贴合的示意图;
图14为本申请另一个实施例提供的耐高温材料与隔热板贴合的示意图;
图15为本申请一个实施例提供的电池包整体组装的示意图;
图16为本申请另一个实施例提供的电池包整体组装的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例的实施方式进行详细描述。
随着新能源汽车使用逐步增多,新能源汽车中用于提供能量的电池包的安全性能越来越受到消费者重视。
电池包是新能源汽车的关键部件,通用电池包的主要构成如图1所示,电池包包括上盖组件101、下箱体102、电芯组件103和防爆阀104,其中防爆阀104位于电芯组件103中。通过各种形式的连接固定方式,将电芯组件103、散热系统、电气系统、连接器等部件和下箱体102组装后,再组装上盖组件101,构成电池包。
电池包安装在车辆的底部,具体如图2中电池包与车辆安装位置关系示意图所示,其中,防爆阀104正对上盖组件101和乘员舱201。当电池包正常工作时,其作为新能源汽车的能量提供来源;当发生异常,如新能源汽车发生碰撞、温度异常升高、电池包过充电或被挤压引发热失控时,高温高压导致防爆阀104的爆开,高压热流冲击上盖组件101。当电池包的上盖组件101发生破坏后,热失控的高压热流冲击将直接威胁乘员舱201中乘员的安全。
当电芯热失控不可避免时,应该在电池包的整体设计上防止和延缓热失控蔓延。如何在设计上提前考虑保护乘员,提升新能源汽车使用安全,一直是动力电池包领域的研究课题,也能作为新能源汽车的竞争力体现。
在目前相关技术中,常见的电池包安全防护设计为在电池包的上盖组件101和电芯组件103之间组装隔热材料,例如云母板等,云母板由多层云母片压合而成,材料本身绝缘,其耐热温度较高,熔点可以达到1000摄氏度,阻燃等级可达V0级,是电池包常用的绝缘隔热材料。
在上盖组件101和电芯组件103之间组装隔热材料后,一方面可以降低电池包因短路引发的电弧风险,另一方面,隔热材料可以防止热量传递,以及热失控后电池包中电芯内部升高防爆阀爆发的气压,直接冲破电池包上盖,威胁乘员舱安全。
具体的,电池包内部增加隔热板的构成示意图如图3所示,电池包包括上盖组件101、下箱体102、电芯组件103、防爆阀104和隔热板105。隔热板105位于上盖组件101和电芯组件103之间。
然而,通常情况下,隔热板105采用云母板,云母材料采用压合工艺制造,安装时正对防爆阀104的出口,云母板与上盖组件101未紧密贴合存在空隙。当电芯防爆阀104打开时,高温气流直接冲击到云母板表面,云母板承受高温下的剪切力,靠近防爆阀104一侧受压应力,远离防爆阀104的一侧受拉应力。由于云母板抗剪切强度低,且受冲击面背部无结构支撑,当云母板厚度较薄时,例如小于或等于2毫米时,容易被高压热流(温度达到600℃以上)冲破,失去对上盖组件101的防护作用。然后,电芯内部的高压热气流直接冲击上盖组件101,如果电池包的上盖组件101的设计为铝合金或片状模塑料(sheet moldingcompounds,SMC)高分子材料,高压热流喷射到其表面后容易导致直接烧穿,直接威胁乘员舱安全。
示例性地,云母板被冲击破坏的示意图如图4所示。
为防止热失控时上盖组件101被烧穿,热蔓延到乘员舱201,本领域相关人员设计采用加厚云母板到2毫米以上或采用钢制的上盖组件101的方式,来可以减缓该问题,但该方式会导致电池包重量增加,降低电池包能量密度,而减少续航里程。
进一步地,本领域相关人员还通过优化云母板中云母片的叠层结构,在云母片中加入更高性能的防热冲击材料,来提高云母板的耐热冲击能力,但是这种方式对云母板的抗热冲击能力提升程度有限,且成本较高,性价比不高。
因此,如何提高电芯热失控场景下电池包的安全性,成为亟待解决的技术问题。
有鉴于此,本申请提出一种电池包,具体地,在隔热板的相关区域覆盖耐高温材料,来提高电芯热失控场景下电池包的安全性。
图5为本申请一个实施例提供的电池包的结构示意图。电池包包括上盖组件101、下箱体102、电芯组件103和隔热板105,电芯组件103包括一个或多个电芯,电芯包括防爆阀104,隔热板105设置在上盖组件101和电芯组件103之间,隔热板105的第一表面上的目标区域覆盖有耐高温材料106,第一表面包括隔热板105上贴近电芯组件103的表面,该目标区域包括一个或多个电芯的防爆阀104在第一表面上的投影区域,电芯组件103位于下箱体102,上盖组件101和下箱体102包围形成电池包。
具体地,电芯组件103包括一个或多个电芯,电芯的制造过程为:将正负极材料封装在电芯外壳体内部,组装电芯上盖后注入电解液密封,经过一定条件老化,制成单个电芯。具体如图6中电芯的结构示意图所示,单个电芯1030包括上盖板1031、电芯正极1032、电芯负极1033、电芯外壳体1034和防爆阀104,其中,电芯正极1032、电芯负极1033、和防爆阀104安装在上盖板1031上,电芯正极1032和电芯负极1033用于外接电路,防爆阀104用于当电池内部发生异常导致压力增加后泄压,防止电芯内部压力过高爆炸。
可选地,防爆阀104的形状可以是圆形、椭圆形或者方形等,其安装在上盖板1031上,可以是凹进去的,也可以是凸出来的,本申请实施例对此不做限定。
示例性地,图7为本申请一个实施例提供的防爆阀的爆炸图,如图7所示,防爆阀104包括防爆阀上盖1041、防爆片1042和基座1043,防爆片1042安装在基座1043中,防爆阀上盖1041和基座1043包围组成防爆阀104,其中,防爆阀上盖1041上设置有排气孔,当电芯热失控发生爆炸时,释放的高压热流超过防爆片1042的抗拉强度后,防爆片1042会裂开,透过防爆阀上盖1041上的排气孔释放气压。
可选地,防爆片1042可以使用带有弹簧的可弹回式防爆片,或者使用活塞杆等结构,图7所示的防爆阀结构只是一种示例,本申请实施例对电池包中防爆阀的具体型号不做限定。
图8为电芯组件的结构示意图。如图8所示,将多个电芯1030通过标准模组成组或无模组设计(cell to pack,CTP)成组等方式构成电芯组件103。
隔热板105由隔热材料构成,可以用来阻滞热流传递,隔热板105的尺寸根据电芯组件103的成组形式和尺寸设计,一般情况下,要求可以完全覆盖电芯组件103。
可选地,隔热板105的材料优选云母材料,一般选择厚度小于或等于4毫米的云母板,若云母板的厚度太厚,则会占用电池包的体积,影响电池包的储能能力。
示例性地,电池包隔热云母板的示意图如图9所示。
可选地,选定隔热板的材质时一定要考虑到使用目的和使用环境,例如,寻求高温,高压下的隔热时和寻求热能有效利用而进行保温时,其选定基准是有差异的。本申请中选用的隔热板需要耐高温高压(熔点大于或等于500摄氏度),还能阻滞热流传递。具体地,隔热板105的材料还可以选用高熔点的玻纤类材料或有机硅等,本申请实施例对隔热板的材料不做限制。
可选地,为了提高隔热板105和耐高温材料106的贴合复合可靠性,可在隔热板105表面进行预处理,例如在其表面附着与胶水或背胶亲和的有机涂层,或对其表面进行物理加工,提高表面的贴合能力。
可选地,隔热板105安装在上盖组件101上,且与上盖组件101基本贴合。
图10为本申请一个实施例提供的电芯组件的热失控防护装置示意图。如图10所示,该装置包括隔热板105、耐高温材料106、防爆阀104、电芯正极1032、电芯负极1033、电芯外壳体1034,防爆阀104、电芯正极1032、电芯负极1033和电芯外壳体1034构成单个电芯,多个电芯构成电芯组件。耐高温材料106安装在防爆阀104的垂直于水平面的Z轴方向的隔热板105的第一表面的目标区域,该第一表面贴近电芯组件的表面,即第一表面面向电芯组件。
可选地,隔热板105的第一表面的目标区域包括多个子区域,多个子区域中每个子区域包含多个电芯中至少一个电芯的防爆阀在第一表面上的投影区域,每个子区域也即单片耐高温材料的面积,也就是说,每片耐高温材料106可以覆盖一个或多个防爆阀104在隔热板105上的投影面积。
可选地,该第一表面上多个子区域中至少两个子区域之间的区域不覆盖有耐高温材料106,这样可以在保证提高电芯热失控场景下电池包安全性的前提下,减少耐高温材料的使用,减少资源浪费,节约成本。
如图10所示,组装耐高温材料106时,将耐高温材料106装在电池包中防爆阀104的垂直于水平面的Z轴方向,且贴近防爆阀104的这一侧,当电芯组件中电芯内部压力超过设定的安全值时,防爆阀104爆开,内部颗粒物高温气流直接冲击耐高温材料106,再将冲击力均匀传递给隔热板105。
由于耐高温材料本身耐高温和冲击,且背部有隔热板板支撑,被电芯高压热流冲击时受力均匀,并可缓冲热量直接传递给隔热板,避免防爆阀爆开时高压热流对隔热板的直接冲击导致隔热板破损。热失控后完整的隔热板可持续隔热,将热量和电池包上盖隔离,进而防止和减缓了热量直接向乘员舱蔓延,实现安全提升。
具体地,根据防爆阀104的尺寸和面积,设计耐高温材料106(以耐高温材料片为例)的面积大小。每个耐高温材料片的面积大小和形状不限,例如可以是圆形或长方形,具体如图11所示,图11中(a)为圆形的耐高温材料片,(b)为长方形的耐高温材料片。一般情况下,圆形的耐高温材料片一片覆盖一个防爆阀104在隔热板105上的投影区域,长方形的耐高温材料片一片可以覆盖多个对应的防爆阀104在隔热板105上的投影区域。
可选地,耐高温材料106的整体厚度小于或等于10毫米,通常选用1毫米的耐高温材料,如果耐高温材料的厚度太厚,会占用电池包内部的体积,从而限缩电芯的体积,使得电池包容量降低。
可选地,耐高温材料106的熔点大于或等于400摄氏度,理解性地,通过分析和检测,一般电池包中电芯热失控时,温度会高于400摄氏度,如果耐高温材料的熔点小于400摄氏度,则在电芯热失控时会融化破损,起不到安全保护的作用,所以选用高熔点的耐高温材料,安全性更高。
可选地,耐高温材料106的材料抗拉强度大于或等于50兆帕斯卡,理解性地,一般情况下,电池包中电芯热失控时,冲击出来的高温热流的压力可能会大于50兆帕斯卡,如果选用的耐高温材料的材料抗拉强度较小,危险系数比较高。
可选地,耐高温材料106可以选用绝缘材料,例如陶瓷材质或者玻璃材质等,绝缘材料可以避免电芯热失控情况下,高压拉弧引起分解的易燃颗粒气体燃烧甚至爆炸,安全性更高。
可选地,耐高温材料106可以选用非绝缘材料,例如金属材料,此时,应对非绝缘的耐高温材料表面附着绝缘涂层,防止电池包中电芯热失控时被电弧击穿;使用非绝缘材料与绝缘材料相比,成本低且加工简单,可选择的范围更大。
作为一种可选的实施方式,耐高温材料106与隔热板105结合的方式可采用胶粘方式,也可采用嵌件成型,具体地,贴合或嵌合在隔热板105的第一表面,该第一表面为隔热板105面向电芯组件103的表面,即第一表面正对这防爆阀104。
当耐高温材料106与隔热板105结合的采用胶粘方式时,为提高与隔热板105的复合贴合度和结合强度,优选在耐高温材料106上进行预处理,如在其表面附着与胶水或背胶亲和的有机涂层,或对其表面进行物理加工提高表面贴合能力。
可选地,在隔热板105组装时正对电芯组件103的各防爆阀104区域,进行点胶或背胶操作,优选耐高温,粘接结合力强的胶类,例如选择耐高温50摄氏度或以上,粘接强度性能衰减小于或等于50%的胶类。具体地,以圆形耐高温材料片为例,耐高温材料片的安装位置点胶或背胶的示意图如图12所示。
在已经点胶或背胶后的隔热板105的点胶或背胶位置贴合耐高温材料106,确保每一个防爆阀104正对的隔热板位置区域都被耐高温材料106覆盖,具体地,耐高温材料与隔热板贴合的示意图如图13和图14所示,图13为圆形的耐高温材料片与隔热板贴合的示意图,图14为长方形的耐高温材料片与隔热板贴合的示意图。
可选地,考虑到组装便利性,优选一片耐高温材料片覆盖对应多个电芯防爆阀的方式,即图14中所示的方式。
当耐高温材料106与隔热板105结合的采用嵌件成型的方式时,需要在隔热板105成型的过程中,在确定位置精准嵌合耐高温材料,一般情况下,利用高压进行嵌合。这种嵌合的方式,减少了贴合的环节,且在长期振动过程中,耐高温材料嵌件不易脱落,可靠性更高。
可选地,耐高温材料不仅可以复合在隔热板贴近防爆阀的第一表面,也可以复合在隔热板朝向电池包上盖组件的一面。
进一步地,当耐高温材料106与隔热板105贴合或嵌合完成后,将其与电芯组件103在电池包的下箱体102中组装,确保耐高温材料106正对电芯防爆阀104,耐高温材料106的面积投影可将其正对的电芯防爆阀104区域全部覆盖,具体的电池包整体组装的示意图如图15和图16所示,其中,电芯组件103位于电池包的下箱体102中,示例性地,图15中的耐高温材料为圆形耐高温材料片,一般一个耐高温材料片对应一个防爆阀,图16中的耐高温材料为长方形耐高温材料片,一般一个耐高温材料片对应多个防爆阀。
需要说明的是,隔热板105与防爆阀104之间设置有间隙,该间隙设计电池包时预设好的,一般为8毫米至10毫米。如果隔热板105和防爆阀104紧密贴合,当电池包发生热失控时,电芯内部发热气压升高,到防爆阀破坏阈值时,防爆阀打开释放高温气流时,由于压力太大,直接冲击隔热板105,会直接造成损坏。隔热板105和防爆阀104之间留有间隙,当隔热板复合了耐高温材料106后,耐高温材料106也相应地与防爆阀104之间存在一定间隙,当电池包发生热失控时,电芯内部发热气压升高,到防爆阀破坏阈值时,防爆阀104打开释放高温气流,直接冲击贴合于隔热板105上正对防爆阀104的耐高温材料片,耐高温材料片具备一定隔热作用,将电芯喷射的能量均匀传递到其背面支撑的隔热板105上。隔热板105不直接承受集中的热冲击,且局部受力面积更均匀,可实现隔热板整体完好保护,进而保护电池包的上盖组件101和乘员舱安全。
可选地,耐高温材料106在隔热板105的组装位置可灵活设计,可以针对电池包内部热失控风险较高的位置灵活布置,即在热失控风险较高的位置复合数量大于或等于1个耐高温材料片,该方式针对特定位置热失控冲击进行定点保护,提升电池包安全。
可选地,耐高温材料片的贴合位置和数量也可以根据需要设计,当使用数量减少时,可降低成本和电池包整体的重量。
本申请实施例提供的电池包中,耐高温材料需正对电芯防爆阀安装,安装后在电芯上盖上的投影面积需大于或等于防爆阀的面积,当热失控电芯防爆阀打开时,耐高温材料能抵挡住全部热流,避免了隔热板直接被热流剪切,确保隔热板能被保护完整,为电池包上盖隔离热量,提升电池包安全,且无需通过增厚隔热板或更换铁基的电池包上盖来提高耐热冲击强度,进而提高电池包的安全;另外,由于耐高温材料仅布置于电芯防爆阀上方,面积较小,可减薄大面隔热板材料厚度,降低整体重量,提升电池包的能量密度,实现电池包安全和减重的双重收益。
本申请实施例提供的电池包可以应用于任何需要动力的工具中,可为工具提供动力来源。目前,该电池包多用于交通类工具中,例如电动汽车、电动列车和电动自行车等。
应理解,本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系,但也可能表示的是一种“和/或”的关系,具体可参考前后文进行理解。
在本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,a-b,a-c,b-c或a-b-c,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
应理解,在本申请的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述,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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种电池包,其特征在于,包括:上盖组件、电芯组件、下箱体和隔热板,所述电芯组件包括一个或多个电芯,所述电芯包括防爆阀,所述隔热板设置在所述上盖组件和所述电芯组件之间,所述隔热板的第一表面上的目标区域覆盖有耐高温材料,所述第一表面包括所述隔热板上贴近所述电芯组件的表面,所述目标区域包括所述一个或多个电芯的防爆阀在所述第一表面上的投影区域,所述电芯组件位于所述下箱体,所述上盖组件和所述下箱体包围形成电池包。
2.根据权利要求1所述的电池包,其特征在于,所述电芯组件包括多个电芯,所述目标区域包括多个子区域,所述多个子区域中每个子区域包含所述多个电芯中至少一个电芯的防爆阀在所述第一表面上的投影区域,所述第一表面上所述多个子区域中至少两个子区域之间的区域不覆盖有所述耐高温材料。
3.根据权利要求2所述的电池包,其特征在于,所述每个子区域的面积大于或等于对应的至少一个电芯上的防爆阀在所述第一表面上的投影区域的面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料贴合或嵌合在所述隔热板的所述第一表面。
5.根据权利要求4所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料贴合在所述隔热板的所述第一表面时,所述耐高温材料与所述隔热板之间通过耐高温胶类进行贴合。
6.根据权利要求5所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料和/或所述隔热板与所述耐高温胶类之间附着有与所述耐高温胶类亲和的有机涂层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池包,其特征在于,所述隔热板和所述防爆阀之间的间隙为8毫米至10毫米。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料的熔点大于或等于400摄氏度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料的材料抗拉强度大于或等于50兆帕斯卡。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料的厚度小于或等于10毫米。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料为绝缘材料。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的电池包,其特征在于,所述耐高温材料为非绝缘材料,相应地,所述耐高温材料贴近所述电芯组件的表面附着有绝缘涂层。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电池包,其特征在于,所述隔热板的材料包括云母材料。
14.一种电芯组件的热失控防护装置,所述电芯组件包括一个或多个电芯,所述电芯包括防爆阀,其特征在于,所述装置包括隔热板,所述隔热板的第一表面上的目标区域覆盖有耐高温材料,所述第一表面包括所述装置与所述电芯组件组合成电池包时所述隔热板上贴近所述电芯组件的表面,所述目标区域包含所述装置与所述电芯组件组合成电池包时所述一个或多个电芯的防爆阀在所述第一表面的投影区域。
15.一种车辆,其特征在于,所述车辆包括权利要求1至13中任一项所述的电池包,所述电池包安装在所述车辆的底部。
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