CN114649617A - 电池单体模块和电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池单体模块(1)，包括多个软包电池单体(2)，至少一个阻隔层(3)，其中，所述至少一个阻隔层(3)具有用于在软包电池单体(2)放热释放气体时引出气体流(20)的至少一个开口(4)。此外，本发明涉及一种电池(30)。

Description

电池单体模块和电池

技术领域

本发明涉及一种电池单体模块和一种电池。

背景技术

在电动车辆和混合动力车辆中为了存储电能大多使用电池。在特定前提下，在功能故障后在电池的电池模块的电池单体中可发生强烈的放热反应，所述放热反应被称为热失控(Thermal Runaway)。在此，带有大体积流量和高温的气体流排出，该气体流包含可燃烧的、可传导的且发热的物质。由于包含在气体流中的发热的且可传导的颗粒和由此引起的电短路，可从有故障的电池单体朝向其它电池单体发生热传播，所述热传播可在所述其它电池单体中同样导致放热反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池单体模块和一种电池，在所述电池单体模块和电池中可以防止或至少延缓热传播。

该目的根据本发明通过一种根据本发明的电池单体模块和一种根据本发明的电池来实现。

尤其地，提供一种电池单体模块，其包括多个软包电池单体和至少一个阻隔层，其中，所述至少一个阻隔层具有用于在软包电池单体放热释放气体时引出气体流的至少一个开口。

电池单体模块实现，将在电池单体模块的软包电池单体中出现热失控时产生的气体流有针对性地引出。为此，电池单体模块具有带有至少一个开口的至少一个阻隔层。尤其设置成，所述至少一个阻隔层具有多个开口。如果在软包电池单体之一处出现热失控，则通过强烈放热反应产生的气体流可以通过所述至少一个开口引走。而在所述开口旁的其它区域通过阻隔层被保护免受气体流影响。由此可以防止，气体流到达其它软包电池单体并且在所述其它软包电池单体中同样引起放热反应。至少可以借助于所述至少一个开口、尤其借助于所述多个开口延缓热传播。所述至少一个开口尤其允许所产生的气体流远离软包电池单体而定向地引走和/或引出。

通过所描述的电池单体模块可以在电池单体模块中出现热失控时提高安全性。在车辆中可以尤其延长可供用于疏散车辆乘员的时间。

所述至少一个阻隔层尤其布置在软包电池单体处。在此，可以所述至少一个阻隔层直接布置在软包电池单体处。但也可以设置成，所述至少一个阻隔层不直接布置在软包电池单体处，而是在所述至少一个阻隔层与软包电池单体之间布置有至少一个另外的层，例如密封层。所述至少一个阻隔层尤其布置在软包电池单体的如下侧面处，在该侧面处软包电池单体具有(机械的和/或由制造决定的)薄弱部位，也就是说，在热失控之后通常所产生的气体流在该侧面处排出。尤其地，所述至少一个阻隔层布置在软包电池单体的上侧处。所述至少一个阻隔层中的至少一个开口、尤其多个开口那么尤其构造为沿竖直方向的开口。

所述至少一个阻隔层尤其是热阻隔层，其中，所述至少一个阻隔层的物质和/或材料如此构造和/或选择，使得所述至少一个阻隔层可以承受在放热反应时在软包电池单体中产生的气体流，尤其鉴于在此出现的温度和压力。例如所述至少一个阻隔层可以包括云母(Glimmer)。但原则上也可以使用其它物质和/或材料，例如气凝胶，尤其基于硅酸盐。

所述至少一个阻隔层的适合的层厚度可以例如借助于经验性实验确定。附加地或备选地，仿真也可以用于确定适合的层厚度。电池单体模块的下文描述的另外的层的相应适合的层厚度也可以借助于经验性实验和/或借助于仿真确定。

电池单体模块包括多个软包电池单体，所述多个软包电池单体尤其组合或成组为电池单体堆。电池单体模块中的软包电池单体可以至少成组地相互并联。

电池单体模块此外可以具有至少一个密封层。所述至少一个密封层尤其直接布置在软包电池单体处。借助于这种密封层(英文：thermal compression pad热压缩垫)可以补偿软包电池单体的电池单体堆的不平整性并且可以密封软包电池单体的开口区域。密封层此外用于保护软包电池单体免受震动影响。在存在密封层时，所述至少一个阻隔层尤其布置在密封层处。

电池单体模块此外也可以具有模块壳体。模块壳体尤其在上侧处可具有遮盖件。尤其地，遮盖件与在模块壳体的其它侧面处的壳体部件闭合。可以设置成，遮盖件构造阻隔层。

在一种实施形式中设置成，每个软包电池单体或软包电池单体组分别在所述至少一个阻隔层中关联有开口。由此可以实现，在放热反应时在软包电池单体之一中产生的气体流紧挨着有故障的软包电池单体通过开口从有故障的软包电池单体引离。由此可以进一步减小气体流损害另外的软包电池单体的概率。由此可以进一步提高安全性。

在一种实施形式中设置成，所述至少一个开口在沿着软包电池单体的电池单体接缝的方向上延伸。通常软包电池单体的电池单体接缝是软包电池单体的薄弱部位。如果所述至少一个开口沿着电池单体接缝延伸，则在一个软包电池单体功能故障时产生的气体流可以直接通过相应的开口引走。如果电池单体模块中的软包电池单体例如沿水平方向延伸，其中，电池单体接缝布置在电池单体堆的上侧处，则所述至少一个阻隔层布置在上侧处。在电池单体接缝上方则对于所述软包电池单体中的每个或对于软包电池单体组分别设置有开口，所述开口同样在沿着电池单体接缝的水平方向上延伸。

在一种实施形式中设置成，电池单体模块的遮盖件具有至少一个与所述至少一个开口相对应的遮盖开口。由此可以将气体流从电池单体模块的模块壳体中引走。遮盖件尤其形成电池单体模块的模块壳体的一部分。遮盖件在此不必布置在电池单体模块的外侧处，而是也可以构造模块壳体的处于内部的部分。

在一种实施形式中设置成，电池单体模块具有至少一个过滤层，其中，所述至少一个过滤层封闭和/或遮盖所述至少一个开口的至少一个区域。由此可以将热的和/或导电的颗粒从气体流中过滤出。所述至少一个过滤层尤其布置在所述至少一个阻隔层处，其中，所述至少一个阻隔层中的存在的开口被所述至少一个过滤层封闭和/或遮盖，从而穿过开口的气体流必须经过所述至少一个过滤层。所述至少一个过滤层可以例如包括高温棉，如非结晶棉或结晶棉。例如所述至少一个过滤层可包括石棉或硅酸盐棉。此外，也可以使用无纺材料，只要所述无纺材料适合用于相应的温度范围。

在一种实施形式中设置成，电池单体模块具有至少一个绝缘层，其中，所述至少一个绝缘层如此布置，使得存在的开口通过所述至少一个绝缘层封闭，其中，所述至少一个绝缘层如此构造，使得所述至少一个绝缘层被在开口处在放热释放气体时出现的气体流至少部分地破坏并且释放开口。由此可以保护开口免受从另一个开口(带有被气体流破坏的绝缘层)出来的气体流影响。换言之，所述至少一个绝缘层形成针对来自在软包电池单体之外的气体流的保护层或屏蔽部，该气体流例如从壳体部件朝着所述开口方向引导或反射。所述至少一个绝缘层在此尤其是热绝缘层和/或电绝缘层。所述至少一个绝缘层尤其布置在所述至少一个阻隔层和/或所述至少一个过滤层处。所述至少一个绝缘层的物质和/或材料在此如此选择，使得所述至少一个绝缘层可以承受在热失控时出现的温度。所述至少一个绝缘层可以例如包括云母并且例如构造成云母带的形式。所述至少一个绝缘层、尤其云母带可以例如施加在所述至少一个阻隔层上和/或所述至少一个过滤层上或另外的、布置在背离软包电池单体的该侧面上的层上。

在一种实施形式中设置成，所述至少一个绝缘层至少在存在的开口的区域中分别具有至少一个设定撕裂部位。由此可以支持所述至少一个绝缘层在如下开口的区域中打开，气体流在该开口处排出。所述至少一个设定撕裂部位可以例如通过至少在相应的开口的区域中的穿孔构造。附加地或备选地，所述至少一个设定撕裂部位也可以具有围绕开口的边缘环绕的区域，在该环绕的区域中，所述至少一个绝缘层的材料厚度减小，以便使沿着所述环绕的区域的通过气体流引起的撕裂或破坏变得容易。

在一种实施形式中设置成，电池单体模块具有气体引导器件，其中，气体引导器件至少在所述至少一个开口的子区域处如此布置，使得穿过所述至少一个开口的气体流沿至少一个所绘出的方向引出。由此可以在开口之间构造机械阻隔部。如果开口例如沿着软包电池单体的电池单体接缝沿软包电池单体的纵向方向延伸，则开口同样构造为纵向开口。在各个开口之间那么可以构造呈长形的机械阻隔部或分隔壁形式的气体引导器件。气体引导器件防止，从开口中排出的气体流可到达至相邻的开口。尤其可以设置成，借助于气体引导器件构造引导通道，以便将气体流有针对性地沿一个或多个方向引走。气体引导器件在此可以与电池单体模块的模块壳体的壳体部件共同作用。

在一种实施形式中设置成，电池单体模块在电池单体模块的模块壳体中具有至少一个气体排出开口用于使气体流从电池单体模块中引出。由此可以将气体流有针对性地从模块壳体中引出。在此可以设置成，气体引导器件和所述至少一个气体排出开口共同作用，例如其方式为，气体引导器件(例如呈引导通道的形式)将气体流从开口分别朝着所述至少一个气体排出开口的方向引导。

此外，也提供一种电池，其包括至少一个根据所描述的实施形式之一所述的电池单体模块。所述电池尤其是用于电动车辆或混合动力车辆的电池、尤其高压电池。

附图说明

下面依据优选的实施例参考附图详细阐述本发明。其中：

图1示出现有技术中的电池单体模块的示意图；

图2示出电池单体模块的一种实施形式的示意图；

图3示出电池单体模块的另外的实施形式的示意图；

图4以透视图示出电池单体模块的一种实施形式的示意图；

图5a示出电池单体模块的另一种实施形式的示意图；

图5b以俯视图示出电池单体模块的另外的图5a中所示出的实施形式的示意图；

图6示出电池单体模块的另一种实施形式的示意图；

图7示出电池的一种实施形式的示意图。

具体实施方式

在图1中示出现有技术中的电池单体模块1的示意图。电池单体模块1具有多个软包电池单体2，所述软包电池单体在模块壳体7中组合成电池单体堆6。在软包电池单体2的上侧处布置有密封层5，所述密封层补偿软包电池单体2的不平整性并且负责保护软包电池单体2免受震动影响。

如果在软包电池单体2之一中，例如在左侧上的软包电池单体2中由于热失控而发生放热反应，则在此产生的气体流20在上侧处流出到模块壳体7中并且沿相邻的软包电池单体2方向散布。由此可发生热传播，在该热传播的情况下，由于热的且可燃烧的气体流20，激发另外的软包电池单体2发生放热反应，如这示例性地对于第四软包电池单体2从左侧所示的那样。借助于在本公开中所描述的电池单体模块1能够禁止或至少延缓这种热传播。

在图2中示出电池单体模块1的一种实施形式的示意图。电池单体模块1具有多个软包电池单体2。此外，电池单体模块1具有阻隔层3。阻隔层3例如包括由云母构成的层，所述由云母构成的层即使在热失控时出现的温度和压力的情况下也保持稳定且不可被渗透。

在所示出的实施形式中，阻隔层3布置在软包电池单体2的上侧处。在上侧处也存在软包电池单体2的电池单体接缝(未示出)。在软包电池单体2与阻隔层3之间施加密封层5，该密封层用于补偿由软包电池单体2形成的电池单体堆6的不平整性并且向上密封开口区域。密封层5此外用于保护软包电池单体2免受震动影响。软包电池单体2在各侧面处并且在电池单体模块1的模块壳体7的下侧处嵌入。密封层5和阻隔层3布置在彼此处并且布置在模块壳体7处(为了更好地示出，层3，5相对彼此且相对于模块壳体7间隔开地示出)。

阻隔层3具有用于在软包电池单体2放热释放气体时引出气体流20的开口4。开口4尤其构造为阻隔层3中的留空部或空隙。如果在软包电池单体2之一中出现伴随有强烈的放热反应的热失控，则在此产生的气体流20可以通过分别与软包电池单体2相关联的开口4尤其定向地逸出，如这通过图2中的箭头示例性地表明的(密封层5在开口4的区域中通过排出的气体流20至少部分地破坏)。由此可以防止发生热传播至其它软包电池单体2。

在图3中示出电池单体模块1的另外的实施形式的示意图。所示出的实施形式原则上如图2中所示出的实施形式那样设计，相同的附图标记表示相同的术语和特征。

可以设置成，电池单体模块1的遮盖件12具有与开口4相对应的遮盖开口8。气体流20那么可以穿过遮盖件12逸出。

可以设置成，电池单体模块1具有过滤层9。过滤层9至少封闭阻隔层3中的开口4的区域和/或遮盖所述区域。过滤层9例如包括高温棉。在所示出的实施形式中过滤层9布置在阻隔层3的上侧处。但原则上，过滤层9也可以布置在阻隔层3下方。

可以设置成，电池单体模块1具有绝缘层10，其中，绝缘层10如此布置，使得存在的开口4通过所述绝缘层封闭。绝缘层10如此构造，使得该绝缘层被在开口4处在放热释放气体时出现的气体流20至少部分地破坏并且露出该开口4。这示意性地在左侧的软包电池单体2中示出。

扩展地可以设置成，绝缘层10至少在存在的开口4的区域中分别具有至少一个设定撕裂部位11。设定撕裂部位11可以例如通过穿孔构造在绝缘层10中。备选地或附加地，在被选取的区域中、例如在分别环绕在开口4的边缘处的区域中，绝缘层10的材料厚度可以减小，以便使绝缘层10在该区域中的穿通变得容易。

图3中所示出的层5,3,9,10和遮盖件12尤其布置在彼此处并且仅为了更好地呈现起见相对彼此间隔开地示出。尤其地，遮盖件12与壳体7的侧壁闭合。

在图4中以透视图示出电池单体模块1的一种实施形式的示意图。电池单体模块1原则上如图3中所示出的实施形式那样构造，相同的附图标记表示相同的术语和特征。为了更好地呈现省略了电池单体模块1的一部分，以便使得能够看到内部。

软包电池单体2组合成电池单体堆6。单个的软包电池单体2为了阐明而单独示出。能看到电池单体抽头(Zelltap)13，所述电池单体抽头提供与阴极以及与阳极的接触，以及在上侧处能看到电池单体接缝14，软包电池单体2的包或袋在该电池单体接缝处接合在一起并且该电池单体接缝通常是软包电池单体2的机械的和/或由制造决定的薄弱部位。

在电池单体堆6上布置有密封层5。在密封层5上布置阻隔层3。阻隔层3中的开口4沿着软包电池单体2的电池单体接缝14延伸并且尤其通过长形的、尤其在电池单体接缝14上方伸延的留空部构造在阻隔层3中。

过滤层在该图示中不单独示出。如果设置有这样的过滤层，则所述过滤层布置在阻隔层3处。

在阻隔层3处(或在如有可能存在的过滤层处)布置有绝缘层10。该绝缘层例如构造为云母带。绝缘层10可以在开口4的区域中分别具有至少一个设定撕裂部位(未示出)。

在绝缘层10上方布置有模块壳体7的遮盖件12，所述遮盖件具有遮盖开口8，所述遮盖开口与阻隔层3中的开口4相对应。

图4中的图示从如下出发，即，电池单体接缝14和就此软包电池单体2的薄弱部位向上取向。电池模块1的构造相应地设计，尤其阻隔层3和开口4相应地布置在上侧处。但原则上也可行的是，阻隔层3和其它层5，10布置在其它侧面处，当软包电池单体2的薄弱部位可在所述侧面处找到时。

在图5a中示出电池单体模块1的另一种实施形式的示意图。实施形式原则上如图2，3和4中所示出的实施形式那样设计，相同的附图标记表示相同的术语和特征。

附加地，图5a中所示出的实施形式具有气体引导器件15。气体引导器件15布置在遮盖件12处，尤其布置在遮盖件12上方。气体引导器件15沿着开口4,8如此布置，使得穿过所述至少一个开口4,8的气体流沿所绘出的方向引走。所绘出的方向在此与进入到纸平面或屏幕平面中的方向相对应并且与从纸平面或屏幕平面中出来的方向相对应。

气体引导器件15例如包括分隔壁16，所述分隔壁在开口4或遮盖开口8之间沿着伸延。尤其分隔壁16平行于开口4或遮盖开口8伸延。此外，气体引导器件15可以包括电池单体模块1的壳体上侧17，该壳体上侧布置在分隔壁16上并且与所述分隔壁连接。气体引导器件15构造多个引导通道18，所述引导通道将从开口4,8排出的气体流沿所绘出的方向引走并且防止或至少减少和/或延缓气体流传播到相邻的引导通道18中或传播到在相应其它开口4,8上方的区域中。

图5a中所示出的层5,3,9,10和遮盖件12尤其布置在彼此处并且仅为了更好地呈现起见相对彼此间隔开地示出。尤其地，遮盖件12与壳体7的侧壁闭合。

在图5b中以俯视图示出电池单体模块1的另外的在图5a中所示出的实施形式的示意图。示出利用绝缘层10封闭的开口4或遮盖开口8(为了清楚起见不是所有的都用附图标记标记)，所述开口或遮盖开口分别在布置在其之下的软包电池单体上方伸延，以及示出气体引导器件15的分隔壁16(为了清楚起见不是所有的都用附图标记标记)，所述分隔壁沿着开口4,8伸延。图5a中所示出的壳体上侧17出于呈现的原因在图5b中未示出。

如果在软包电池单体之一中发生放热反应并且发生气体流20的发展，则气体流通过气体引导器件15、尤其通过分隔壁16和未示出的壳体上侧沿所绘出的方向19引走至电池模块1的边缘，如示意性地通过箭头所表明的那样，因为分隔壁16和壳体上侧构造引导通道18。

在图6中示出电池单体模块1的另一种实施形式的示意图。该实施形式原则上如图2、3或4中所示的实施形式构造。相同的附图标记表示相同的术语和特征。

附加地，所示出的实施形式在电池单体模块1的模块壳体7中具有气体排出开口21用于使气体流从电池单体模块1中引出。在所示出的实施形式中，气体排出开口21布置在模块壳体7的平行于开口4,8的延伸方向伸延的侧面处。

如果电池模块1具有气体引导器件，如图5a和5b中所示出的实施形式，则气体引出开口21尤其布置在引导通道18的端部处(图5b)，以便将引导穿过引导通道18的气体流20从模块壳体7中引出。

所描述的实施形式是示例性的。可以设置成，各个实施形式的单个的特征不同地设计和/或以其它方式相互组合。

在本公开中所描述的电池模块1实现，将由于电池模块1的软包电池单体2中的放热反应而产生的气体流20从相关软包电池单体2和其它相邻的软包电池单体2中引离。由此，可以防止或至少延缓放热反应热传播到其它软包电池单体2上。由此可以改善安全性。此外，可以增加用于在出现热失控之后疏散具有这种电池模块1的车辆的时间。

在图7中示出电池30的一种实施形式的示意图。电池30包括多个电池模块1。电池模块30在此根据图2至6中所示出的实施形式设计。电池30尤其是用于电动车辆或混合动力车辆的高压电池。

附图标记列表：

1 电池模块

2 软包电池单体

3 阻隔层

4 开口

5 密封层

6 电池单体堆

7 模块壳体

8 遮盖开口

9 过滤层

10 绝缘层

11 设定撕裂部位

12 遮盖件

13 电池单体抽头

14 电池单体接缝

15 气体引导器件

16 分隔壁

17 壳体上侧

18 引导通道

19 所绘出的方向

20 气体流

21 气体排出开口

30 电池。

Claims (10)

1.一种电池单体模块(1)，包括：

多个软包电池单体(2)，

至少一个阻隔层(3)，

其中，所述至少一个阻隔层(3)具有用于在软包电池单体(2)放热释放气体时引出气体流(20)的至少一个开口(4)。

2.根据权利要求1所述的电池单体模块(1)，其特征在于，每个软包电池单体(2)或软包电池单体(2)组分别在所述至少一个阻隔层(3)中关联有开口(4)。

3.根据权利要求1或2所述的电池单体模块(1)，其特征在于，所述至少一个开口(4)在沿着所述软包电池单体(2)的电池单体接缝(14)的方向上延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池单体模块(1)，其特征在于，所述电池单体模块(1)的遮盖件(12)具有与所述至少一个开口(4)相对应的至少一个遮盖开口(8)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电池单体模块(1)，其特征在于至少一个过滤层(9)，其中，所述至少一个过滤层(9)封闭和/或遮盖所述至少一个开口(4)的至少一个区域。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电池单体模块(1)，其特征在于至少一个绝缘层(10)，其中，所述至少一个绝缘层(10)如此布置，使得所存在的开口(4)通过所述至少一个绝缘层封闭，其中，所述至少一个绝缘层(10)如此构造，使得所述至少一个绝缘层被在开口(4)处在放热释放气体时出现的气体流(20)至少部分地破坏并且露出所述开口(4)。

7.根据权利要求6所述的电池单体模块(1)，其特征在于，所述至少一个绝缘层(10)至少在所述所存在的开口(4)的区域中分别具有至少一个设定撕裂部位(11)。

8.一种电池单体模块(1)，其特征在于气体引导器件(15)，其中，所述气体引导器件(15)至少在所述至少一个开口(4)的子区域处如此布置，使得穿过所述至少一个开口(4)的气体流(20)沿至少一个所绘出的方向(19)引走。

9.一种电池单体模块(1)，其特征在于在所述电池单体模块(1)的模块壳体(7)中的至少一个气体排出开口(21)，用于使气体流(20)从所述电池单体模块(1)中引出。

10.一种电池(30)，包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的电池单体模块(1)。

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