CN115917852A - 电池模块的排气系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有排气系统(108)的电池模块(100)。电池模块(100)包括：电池组(110)，电池组(110)包括多个单电池(403)、容纳在外壳(101)中；多个端盖(103、112)，用于将电池组(110)封闭在外壳(101)中；以及围绕电池组(110)的多个导管构件(301、310、304、314)，形成气体保持室(601、603)和下游气体通道(701、702)，用于从电池组(110)释放的气体的经调节的排放。位于电池组(110)的表面(311、312)外部的至少一个第一导管构件(301、310)和与第一导管构件(301、301、310)可拆卸地接合的至少两个第二导管构件(304、314)用于形成气体保持室(601、603)和下游气体通道(701、702)，用于将积聚的气体排放到大气中。

Description

电池模块的排气系统

技术领域

本主题涉及电池模块。更具体地，公开了电池模块的排气系统。

背景技术

现有的电池技术研究涉及可充电电池，例如，密封型、缺乏电解液、铅/酸型，它们通常用作不同应用(例如，车辆等)中的电源。然而，铅酸电池笨重、体积大、循环寿命短、日历寿命短、周转效率低，导致应用受到限制。

因此，为了克服与包括铅酸电池在内的传统储能装置相关的问题，锂离子电池对于具有改进的倍率能力和安全性的高能量密度应用来说是理想的。此外，诸如锂离子电池之类的可充电储能装置表现出一种或多种有益特性，使其可用于动力装置。首先，出于安全原因，锂离子电池由全部固体部件构成，同时仍具有柔韧性和紧凑性。其次，包括锂离子电池的储能装置表现出与具有液体电解质的原电池相似的导电特性，即以低自放电率递送高功率和能量密度。第三，作为锂离子电池的储能装置易于以可靠且成本有效的方式制造。最后，包括锂离子电池的储能装置能够在低于环境温度下保持必要的最低导电率水平。凭借这些优点，诸如锂离子电池之类的可充电储能装置在环境温度升高的恶劣环境中得到应用。

然而，尽管具有一些优点，锂离子电池也存在一些限制或挑战，例如，热失控(thermal runaway)；这由于内部短路、过度充电等多种原因而发生。储能装置在其使用寿命期间容易受到振动，这可能导致储能装置功能故障和疲劳损坏。由于这些问题，锂离子电池可能会发生严重故障，例如，由于电池故障而导致的爆炸。锂离子电池释放的气体本质上是可燃的，并且会着火。这会导致相邻电池发生热故障，并可能引发锂离子电池爆炸链，危及电池和其他相关组件的安全性，对电池模块的安装位置(例如，车辆)造成灾难性损坏，并最终危及车辆骑乘者和乘客的安全。储能装置的构造对储能装置的寿命、安全性、可维护性和可维修性至关重要。

附图说明

图1示例性地示出了根据本发明实施例的电池模块的透视图；

图2示例性地示出了图1中示例性地示出的电池模块的局部分解图；

图3示例性地示出了电池模块的排气系统连同电池组的局部分解图；

图4示例性地示出了图3中示例性的电池组的局部分解图；

图5示例性地示出了电池模块的第一端盖的底部透视图；

图6示例性地示出了沿图1中的轴线X-X'截取的电池模块的截面图；

图7示例性地示出了沿图2中的轴线Y-Y'截取的排气系统与电池组110的截面图；和

图8A-8B分别示例性地示出了沿轴线Z-Z'截取的通气塞的透视图和截面图。

具体实施方式

在运行过程中，由于单电池的电解液的分解、单电池内部短路、单电池之间短路等原因，可能会导致锂离子电池的单电池释放气体。由于气体的积聚，锂离子电池可能会膨胀。此外，锂离子单电池中的电化学反应是高度放热的，并且锂离子单电池在正常运行过程中趋于升温。锂离子单电池的过热和过度充电会增加单电池中产生的气体的压力，并且单电池可能会以爆炸的形式排出气体。来自锂离子电池内各个单电池的气体的积聚可能会使电池膨胀。随着电池温度的升高，高压气体可能会从电池中逸出并与周围的氧气接触而发生自燃，从而导致锂离子电池的灾难性故障。需要以一种有规律的方式延迟安全地从锂离子电池中排出积聚的气体，以减少来自锂离子单电池的高压气体对相邻单电池的冲击并避免爆炸。

在现有实施方式中，为了监测各个锂离子单电池的状况以防止锂离子电池的热失控，锂离子电池配备有电池管理系统(BMS)。但是，BMS可能无法保护锂离子电池免受各种滥用条件的影响，例如，过高的温度。主要由电子元件组成的BMS本身可能在高温下失效。

此外，为了降低由于锂离子电池温度升高而引起的爆炸概率，正在采用冷却机构，例如，用于调节单电池和/或电池温度的单电池周围的冷却剂管道。然而，冷却机构可能使锂离子电池变得大而笨重，并且不适用于空间有限的应用，例如，车辆。在其他实施方式中，正在使用锂离子单电池之间的热障以减少锂离子电池内的火势蔓延。然而，添加热障会增加锂离子电池的重量、体积、制造成本和维护成本，因此是不可取的。

在锂离子电池内的气体积聚的情况下，电池的外围电子元件，例如，BMS，需要与加压气体隔离，因为它们可能对升高的压力和温度敏感。需要一条专门的路径来积聚和排出锂离子电池中的气体，以减轻对敏感电子元件造成的损害。

因此，需要一种具有排气系统的储能装置的改进设计，用于调节来自电池模块的气体的排放，而不妨碍电池模块的电子部件的功能并且在储能装置的组装、使用、维护和维修期间提供方便、安全和可靠性，从而克服上面公开的所有问题以及已知技术的其他问题。

鉴于上述目的，本发明涉及通过为要从电池模块释放的气体提供安全的排气路径，从而在热失控的情况下电池模块、电子部件以及骑乘者和乘客的安全。

在一实施例中，公开一种具有排气系统的电池模块。所述电池模块包括：电池组，包括多个单电池、容纳在外壳中；和多个端盖，用于将所述电池组封装在所述外壳中。所述电池模块还包括围绕所述电池组的多个导管构件，形成至少一个气体保持室和至少两个下游气体通道，用于从所述电池组释放的气体的经调节的排放。所述多个导管构件包括：至少一个第一导管构件，位于所述电池组的表面外部，形成所述至少一个气体保持室，用于积聚从所述电池组释放的气体，和至少两个第二导管构件，所述至少两个第二导管构件与所述至少一个第一导管构件可拆卸地且联通地接合来形成说是至少两个下游气体通道，用于将积聚的气体排放到大气中。

所述至少一个第一导管构件包括中央槽结构，在所述中央槽的两侧具有突出端，形成所述至少一个气体保持室，用于积聚从所述电池组释放的气体。所述至少两个第二导管构件中的每个导管构件包括靠近两端的至少一个凹陷部以容纳所述至少一个第一导管构件的突出端，用于将所述多个导管构件围绕所述外壳内的所述电池组保持，从而在所述至少一个气体保持室和所述至少两个下游气体通道之间形成连续且流体连接的气体通道。在一实施例中，所述至少两个第二导管构件中的每个导管构件还包括居中地位于形成所述至少两个下游气体通道的管道结构中的所述通气构件。所述通气构件包括在所述至少两个第二导管构件的每个第二导管构件中的半渗透疏水、疏油和防尘膜片，用于使气体渗透以在预定压力下通过。所述通气构件还包括位于所述膜片外侧的格栅结构，用于实现气体从所述下游气体通道向缓冲室的流线型的和分布的流。

所述电池模块还包括至少两个通气塞，所述至少两个通气塞位于所述外壳的外表面上、与所述至少两个第二导管构件中的每个第二导管构件上的通气构件对齐，以排出来自所述电池模块的排放气体。从所述电池组中的所述多个单电池产生的气体沿第一方向朝向由所述至少一个第一导管构件限定的所述至少一个气体保持室横穿，进一步在第二方向上朝向由流体连接到所述至少一个第一导管构件的所述至少两个第二导管构件限定的所述至少两个下游气体通道横穿，并通过所述通气构件朝向所述电池模块的外部离开所述电池组流出。所述电池模块还包括形成在所述多个导管构件和所述外壳之间的缓冲室，用于膨胀通过所述至少两个第二导管构件中的每个第二导管构件中的所述通气构件从所述多个导管构件中排出的气体，以保护所述电池模块免受灾难性故障。从所述电池组释放的、保持在所述缓冲室中的气体通过所述外壳的外表面上的至少两个通气塞从所述外壳排出。

所述电池模块还包括位于所述多个端盖的一个端盖后面的电池管理系统，用于监测和控制所述电池组中的所述多个单电池。所述多个端盖中的一个端盖在靠近所述电池管理系统的后侧包括沿着矩形开口的每个长边的凸起边缘，用于与所述外壳抵接地密封并可拆卸地接合，从而将所述电池管理系统与从所述外壳中的所述电池组释放的气体隔离。所述电池组包括至少一个互连片，用于以串联连接和并联连接中的至少一种方式连接所述多个单电池，并且所述至少一个互连片包括对应于所述多个单电池中的每个单电池的开口，用于将来自所述多个单电池中的每个单电池的气体朝向所述多个导管构件排出。

在另一实施例中，公开一种电池模块的排气系统。所述排气系统包括：至少一个互连片，包括对应于所述电池模块的多个单电池中的每个单电池的开口)，用于从所述多个单电池中的每个单电池通气；至少一个气体保持室，配置在围绕所述多个单电池的区域中，用于积聚从所述多个单电池排出的气体。所述排气系统还包括至少两个下游气体通道，垂直于所述至少一个保持室的两端，用于引导来自所述至少一个保持室的积聚气体远离所述多个单电池并随后将气体排放通过所述至少两个下游气体通道中的每个下游气体通道的通气构件。此外，缓冲室配置在所述电池模块的外壳和所述至少一个气体保持室之间，用于接收从所述至少两个下游气体通道排出的气体并提供用于气体膨胀的容积。至少两个通气塞设置在所述外壳的外表面上、与所述至少两个下游气体通道中的每个下游气体通道的通气构件对齐，以安全地排出来自所述电池模块的，用于保护所述电池模块免受灾难性故障。

所述至少一个气体保持室由位于所述至少一个互连片上方的至少一个第一导管构件限定，用于积聚从多个单电池释放的气体。所述至少一个第一导管构件包括用于保持气体的中央槽结构，并且所述至少一个第一导管构件在所述中央槽结构的两侧配置有突出端。所述至少两个下游气体通道由与所述至少一个第一导管构件能拆卸地接合的至少两个第二导管构件限定，用于将积聚的气体排放到大气中。所述至少两个第二导管构件中的每个导管构件包括靠近两端的至少一个凹陷部以容纳所述至少一个第一导管构件的突出端，由此在所述至少一个气体保持室和所述至少两个下游气体通道之间围绕所述外壳内的所述多个单电池形成连续且流体连接的气体通道。所述至少两个第二导管构件中的每个导管构件还包括居中地位于形成所述至少两个下游气体通道的管道结构中的所述通气构件。所述通气构件包括在所述至少两个第二导管构件的每个第二导管构件中的半渗透疏水、疏油和防尘膜片，用于使气体渗透以在预定压力下通过。所述通气构件还包括位于所述膜片外侧的格栅结构，用于实现气体从所述下游气体通道向缓冲室的流线和分布流。

在一实施例中，所述排气系统还包括沿着所述电池模块的端盖的矩形开口的每个长边的多个凸起边缘，用于与所述外壳抵接地密封且可拆卸地接合，从而将所述电池模块的多个电子部件与从所述外壳中的所述多个单电池排出的气体隔离。参考附图进一步描述本主题。应当注意，说明书和附图仅说明本主题的原理。可以设计各种布置，尽管在此没有明确描述或示出，但涵盖本主题的原理。此外，本文中引用本主题的原理、方面和示例以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。

图1示例性地示出了根据本发明实施例的电池模块100的透视图。如示例性所示，电池模块100包括外壳101和第一端盖103。外壳101是中空的矩形盖，封装多个单电池和其他电气和电子元件(例如，电池模块100的BMS板)。外壳101包括在顶部和底部上的封装壁(例如，102)和在封装壁102之间的外周壁(例如，103)以及开口端(未示出)。电池模块100的端盖(例如，103)封闭外壳101的开口端。外壳101具有安装装置(未示出)以安装端盖，例如，使用附接机构安装在外壳10 1的开口端处的第一端盖103和第二端盖(未示出)。第一端盖103具有电池模块100的外部电连接(例如，104)，用于电池模块100的充电和放电。

如示例性所示，在外周壁(例如，105)的外表面上，设置有通气塞106，以将气体从电池模块100内的单电池中排出。在一实施例中，封装壁(例如，102)的外表面可以包括燕尾形图案，其有助于电池模块100在诸如车辆的动力装置中的指定空间中容易地安装和拆卸。在一实施例中，两个封装壁(例如，102)都具有燕尾形图案。在一实施例中，两个外周壁(例如，105)也可以具有燕尾形图案。相应地，封装壁102和外周壁105的内表面也可以在其上具有燕尾形图案。

图2示例性地示出了图1中示例性地示出的电池模块100的局部分解图。电池模块100包括位于外壳101内的电池组110以及排气系统108。电池组110包括位于单电池保持器(未显示)中的单电池。电池组110具有用于BMS板109的安装装置。BMS板109可螺纹附接到电池组110的单电池保持器。BMS板109位于电池组110和第一端盖103之间。在外壳101的另一侧，第二端盖112密封外壳101。第二端盖112可以使用垫圈和粘合剂密封，以确保排出的气体不会通过第二端盖112逸出。电池组110中的单电池可以通过外壳101释放会从电池模块100中排出的气体。这些气体可能由于一个或多个单电池的故障、单电池的老化等而释放。这些气体主要是二氧化碳、高度易燃的碳氢化合物等。电池模块100的排气系统108围绕电池组110定位并与电池组110接触。外壳101还包括在外周壁(例如，105)上的开口(例如，111)，以便定位用于将从电池释放的气体排放到外部的通气塞106和107。通气塞106和107也是排气系统108的一部分。排气系统108积聚从电池组110释放的气体，并引导气体通过壳体101的外周壁105中的开口111从外壳101离开。外部电连接器104插入第一端盖103的中央位置，电连接器104的电接触延伸至第一端盖103后方的BMS板109。第一端盖103的构造保护BMS板109和相关电子设备免受电池模块100的排气系统108的影响，如将在图5的详细描述中描述的。

图3示例性地示出了电池模块100的排气系统108连同电池组110的局部分解图。如示例性地示出的，排气系统108定位在电池模块100的电池组110周围。排气系统108包括电池组110中的一个或多个互连片313、围绕单电池的一个或多个气体保持室(未示出)、平行于外壳101的外周壁105形成的两个下游气体通道(未示出)和缓冲室。如图4所示，电池组110中的单电池使用至少一个互连片313以串联连接和/或并联连接的连接方式相互互连。互连片(例如，313)位于电池组110中的单电池的下方和上方。互连片313的结构允许每个单独的单电池根据单电池中的条件和电化学活性排出气体。从每个单电池排出的气体积聚在形成于单电池上方和下方的气体保持室中。来自气体保持室的气体通过下游气体通道远离电池组导出。来自下游气体通道的气体在缓冲室中膨胀，如图6-7示例性所示，通过通气塞106和107经由外壳101中的开口111从电池模块100排出。

每个气体保持室由位于互连片313上方的第一导管构件(例如，301)限定，以用于积聚气体。第一导管构件301的形状为梯形。第一导管构件301包括中央槽结构301a，其为气体积聚和膨胀提供足够的容积。中央槽结构301a避免了气体保持室中的气体加压，因为气体的增加的压力可能对下方的电池组110施加压力并对电池组110造成机械损坏。中央槽结构301a是中空的并且具有气体积聚的预定深度。中央槽结构301a的横截面可以是矩形、三角形、圆形等。第一导管构件301还包括从中央槽结构301a两侧无缝延伸的突出端302和303。突出端302和303也是中空的并且具有小于中央槽结构301a的深度的深度。如示例性所示，突出端302和303的横截面为半圆形。第一导管构件301的中央槽结构301a的长度覆盖电池组110的顶表面311。第一导管构件310的中央槽结构310a的长度覆盖电池组110的底表面312。电池组110的顶表面311和底表面312平行于外壳101的封装壁102。第一导管构件301和310可以使用诸如螺钉或密封粘合剂之类的附接方式固定在电池组110的顶表面311和底表面312上，固定到电池组110的单电池保持器。

两个下游气体通道由与第一导管构件301和310可拆卸地接合的两个第二导管构件304和314限定。第二导管构件304和314中的每个都具有预定深度的中空管道结构304a、314a(未示出)。第二导管构件304和314竖直设置并且垂直于第一导管构件301和310的位置。在两端305和306处，第二导管构件304和314中的每个包括与第一导管构件301和310的突出端302和303接合的凹陷部(例如，307)。也就是说，在第二导管构件304和314的顶部处靠近端部(例如，305)的凹陷部(例如，307)保持第一导管构件301的突出端302和303。类似地，在第二导管构件304和314的底部处靠近端部的凹陷部(例如，306)保持第一导管构件310的突出端。凹陷部(例如，307)将位于电池组110的顶部和底部的第一导管构件301和310锁定就位。在一实施例中，第二导管构件304和314的端部305和306可以具有环状物，而不是凹陷部，其中环状物的圆周紧紧地锁定第一导管构件301和310的突出端302和303。第一导管构件301和310的突出端302和303与第二导管构件304和305中的凹陷部(例如，307)的接合在气体保持室和下游气体通道之间形成连续且流体连接的气体通道。第二导管构件304和314中的每个还包括居中地位于管道结构304a中的通气构件308。第二导管构件304和314的长度长于电池组110的高度并且小于外壳101的外周壁105的高度。

通气构件308可以是具有响应预定压力移动的膜片(未示出)的格栅结构309。膜片在中心位置与管道结构304a是一体的。在膜片的外侧，格栅结构309可拆卸地附接到管道结构304a。格栅结构309包括翅片，气体通过翅片从第二导管构件304和314逸出。膜片是半渗透的、疏水的、疏油的和防尘的。膜片阻止与电池模块100的电池组110和BMS109接触的灰尘、水和任何颗粒物质的进入。第二导管构件304和314上的通气构件308的位置与外壳101上的通气塞106和107的开口111对齐。

图4示例性地示出了图3中示例性的电池组110的局部分解图。电池组110包括用于保持单电池403的单电池保持器404和405以及用于以串联连接和/或并联连接组合连接单电池403的互连片313和401。单电池403的形状为圆柱形。在一实施例中，单电池403可以是矩形、三角形等。一个互连片313放置在单电池403顶部的单电池保持器404上方，而另一互连片401放置在单电池403底部的单电池保持器405下方。具有相关电子元件的BMS板109可螺纹附接到单电池保持器404和405。单电池403电连接到BMS板109。互连片313和401是平面矩形板，具有将单电池403电连接到BMS板109的边缘。

每个互连片313和401包括在互连片313和401凸出以与单电池403的端子物理接触以在单电池403和互连片313和401之间建立电连接的平面表面上的接触点。在这些接触点处，互连片313和401的点焊被执行以与单电池403的端子接触。除了接触点之外，互连片313和401的平面还包括通气开口406。通气开口406如示例性所示为互连片313和401的平面上的C形孔口。通气开口406允许来自单电池403的气体从互连片313和401逸出。通气开口406是设置为在单电池保持器404和405中的单电池403之间发生故障并且积聚气体的情况下避免气体在单电池(例如，403)中积聚气体的装置。在互连片313和401的边缘上，有与单电池保持器404和405的安装装置407对齐的安装装置402，用于将BMS板109安装到电池组110上。

图5示例性地示出了第一端盖103的底部透视图。第一端盖103为预定深度的中空结构，具有用于容纳电池模块100的电连接器104的中央开口501。如示例性地示出的，第一端盖103的形状为梯形。第一端盖103在中空结构的内侧具有沿第一端盖103的矩形开口504的长边503的凸起边缘(例如，502)。第一端盖103的矩形开口504的尺寸与BMS板109的尺寸相同。当BMS板109定位在单电池保持器404和405上时，BMS板109通过其后的第一端盖103的凸起边缘502锁定到位。凸起边缘502防止气体从第一导管构件301和310以及第二导管构件304和314朝向BMS板109泄漏。

图6示例性地示出了沿图1中的轴线X-X'截取的电池模块100的截面图。如示例性地示出的，电池组110容纳在电池模块100的外壳101内。单电池403容纳在单电池保持器404和405中。示出了位于顶部和底部的单电池保持器404和405上的互连片313和401。通过互连片313和401排出的气体分别收集在单电池保持器404和405上方和下方的气体保持室601和603中。气体保持室601和603是电池组110的顶表面311上方和底表面313下方的区域。第一导管构件301和310分别限定气体保持室601和603。通过第一导管构件301和310的突出端302和303，积聚在第一导管构件301和310的中央槽结构301a和310a中的气体流向下游气体通道(未示出)。下游气体通道由第二导管构件304和314限定。第一导管构件301和310的突出端302和303锁定在第二导管构件304和314的端部305和306处的凹陷部307中。如示例性示出的，在外壳101与气体保持室601和603以及下游气体通道之间存在间隙。位于电池组110周围的第一导管构件301和310以及第二导管构件304和314的高度小于外壳101的外周壁105的高度。来自气体保持室601和603的气体流出进入外壳101与气体保持室601、603之间的该间隙。该间隙为缓冲室602，用于气体在通过外壳101的外周壁105上的通气塞106和107从电池模块101排出之前膨胀。

此外，可以看到第一端盖103的凸起边缘502将围绕BMS板109的区域604与缓冲室隔开602。在截面图中，凸起边缘502可以被看作是从第一端盖103的矩形开口504的端部延伸的阶梯结构。凸起边缘502沿着矩形开口504的长边503延伸直到凸起边缘502接触单电池保持器404和405。单电池保持器404和405以及凸起边缘502防止排出的气体流向BMS板109和相关的电子元件。在单电池故障的情况下，由于单电池故障产生的排放气体不会散布在BMS板109上，并且凸起边缘502保护它免受由于从单电池402泄漏的电解液引起的火灾和腐蚀。在一实施例中，第一端盖103的凸起边缘502可以使用粘合剂用外壳101的安装装置密封。

图7示例性地示出了沿图2中的轴线Y-Y'截取的排气系统108与电池组110的截面图。这里所示的电池模块100的排气系统108的组件是气体保持室601和603、下游气体通道701和702以及通气构件308。来自单电池403的气体如所示在第一方向被排出到气体保持室601和603。从气体保持室601和603，气体在第二方向上朝向下游气体通道701和702流动，如示例性示出的。形成气体保持室601和603的第一导管构件301和310的突出端302和303以及形成下游气体通道701和702的第二导管构件304和314的端部305和306处的凹陷部307形成气体保持室601和603与下游气体通道701和702之间的流体连接。第二导管构件304和314具有居中定位的通气构件308。从下游气体通道701和702排出的气体通过通气构件308排出。每个通气构件308包括位于第二导管构件304和314内侧的膜片315以及位于第二导管构件304和314外侧的格栅结构309。膜片315可以是支撑在聚酯材料上的PTFE膜。膜片315是疏水和疏油的，即它防止水、油和灰尘污染物进入电池组110内部。此外，膜片315对于跨膜片的预定压差支持足够的排气速率。随着跨膜片315的压差增加，通过膜片的气体流速也增加。通气构件308的膜片315执行压力均衡，即平衡电池模块100内部与外部大气的压力。该膜片315使外壳101中的缓冲室602与下游气体通道701和702以及气体保持室601和603的气体压力基本相等。在单电池故障的情况下，膜片315对气流提供最小的阻力，因此允许气体以高流速流过格栅结构309。这有助于防止在气体保持室601和603以及下游气体通道701和702内部形成压力以跨越其爆裂压力，从而也避免在单电池因故障而爆炸的情况下的机械和火灾损坏。通气构件308的格栅结构309实现气体从下游气体通道701和702向缓冲室602的流线和分布流。

图8A-8B分别示例性地示出了沿轴线Z-Z'截取的通气塞106的透视图和截面图。如示例性示出的，每个通气塞(例如，106)包括顶部分801和底部杆802。顶部分801在侧面包括用于气体排放的狭缝801a。底部杆802插入到外壳101与通气构件308对齐的开口中。在一实施例中，底部杆802具有允许通气塞106和107定位在外壳101的具有反向螺纹的开口111中的螺纹。通气塞106和107还防止灰尘和湿气进入电池组110。在一实施例中，通气塞106和107可以结合止回阀实施以允许排出的气体仅沿一个方向流过它。通气塞106和107还包括位于顶部分801中的狭缝801a内侧的膜片。通气塞106和107的膜片执行压力平衡，即，平衡电池模块100内部与外部大气的压力。这种压力变化可能由于温度或海拔变化或电池模块100内的气体释放而发生。

该膜片可以通过允许电池组110内部的外部气体来平衡压力，反之亦然。在电池故障的情况下，膜片对气流提供最小阻力，因此允许气体以高流速流过顶部构件801中的狭缝801a。这有助于防止外壳101内的压力积聚以跨越其爆裂压力，避免或最大限度地减少在单电池因故障而爆炸的情况下的机械和火灾损坏。通气构件308的膜片(例如，315)以及通气塞106和107起作用直到预定温度。为了避免在火灾发生期间通气塞106和107以及通气构件308与升高的温度直接相互作用，膜片不与电池组110中的单电池403直接接触。

具有排气系统的电池模块的实施例在电池技术领域提供了如下技术进步：18650、26650或21700形式的商业圆柱形电池具有内置排气系统以将单电池内部的气体释放到外部。由于从单电池中排出的排放气体本质上是易燃的，因此重要的是让这些气体不受任何阻碍地从电池中释放出来。电池模块中的排气系统在电池上产生一个容积，以适应由于电池释放气体而增加的压力。排气系统还提供了将气体从电池模块排放到外部环境大气的路径，同时对电池模块的其他组件的损坏最小。它还隔离了电池模块的其他电子元件，使其免于暴露于这些气体中，否则可能会因气体引起的热量或压力升高而损坏。

在单电池爆炸的情况下，第一导管构件用作单电池端子和电池模块的外壳之间的物理屏障。第二导管构件以预定路径有效地将气体从单电池引导到外部电池，以最小化由于热失控而可能发生的损坏。在通气构件的膜片和通气塞的使用防止灰尘和水污染物进入电池模块内部。此外，膜片的压力均衡特性可防止由于大气和电池模块/电池组之间的高压差而可能发生的损坏。排气系统的设计使得由于从单个单电池下方释放的气体而导致单电池内部的压力升高较小，并且可以在更短的时间内排出，而对电池模块的其他组件的损坏最小。总的来说，排气系统可以在预定的持续时间内排出由单个单电池故障释放的气体。第一导管构件和第二导管构件由涂覆有良好的热绝缘和电绝缘层的铝或不锈钢等金属制成，以承受由于电池故障而产生的高温条件。此外，由于使用突出端和凹陷部彼此互锁的轻质导管，排气系统安装在现有电池组上是可行的并且不笨重。由于将第一导管构件和第二导管构件附接到电池组的模式不需要紧固件，因此改进了这种电池模块的可制造性和可维护性。这种电池模块可用于空间受限的应用，例如，电动车辆或混合动力电动车辆。

在不偏离本发明的范围的情况下，可以在此并入改进和修改。

附图标记列表

100 电池模块

101 外壳

102 封装壁

103 第一端盖

104 电连接器

105 外周壁

106、107 通气塞

108 排气系统

109 BMS板

110 电池组

111 外壳中的开口

112 第二端盖

301、310 第一导管构件

30a、310a中央槽结构

302、303 突出端

304、314 第二导管构件

304a 管道结构

305、306 第二导管构件的端部

307 凹陷部

308 通气构件

309 格栅结构

311 电池组的顶表面

312 电池组的底表面

313、401 互连片

315 膜片

402 互连片的安装装置

403 单电池

404、405 单电池保持器

406互连片中的孔口

407单电池保持器的安装装置

501 在第一端盖中的开口

502 凸起边缘

503 第一端盖的长边

504 矩形开口

601、603 气体保持室

602 缓冲室

604 BMS板周围的区域

701、702 下游气体通道

801 顶部分

801a 顶部分中的狭缝

802 底部杆。

Claims (23)

1.一种电池模块(100)，包括：

电池组(110)，所述电池组(110)包括多个单电池(403)，所述电池组(110)容纳在外壳(101)中；

多个端盖(103、112)，所述多个端盖(103、112)用于将所述电池组(110)封装在所述外壳(101)中；以及

围绕所述电池组(110)的多个导管构件(301、310、304、314)，所述多个导管构件(301、310、304、314)形成至少一个气体保持室(601、603)和至少两个下游气体通道(701、702)，用于从所述电池组(110)释放的气体的经调节的排放。

2.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中，所述多个导管构件(301、310、304、314)包括：

至少一个第一导管构件(301、310)，所述至少一个第一导管构件(301、310)定位在所述电池组(110)的表面(311、312)外部，形成所述至少一个气体保持室(601、603)，用于积聚从所述电池组(110)释放的气体，和

至少两个第二导管构件(304、314)，所述至少两个第二导管构件(304、314)与所述至少一个第一导管构件(301、310)能拆卸地且联通地接合，形成所述至少两个下游气体通道(701、702)，用于将积聚的所述气体排放到大气中。

3.根据权利要求2所述的电池模块(100)，其中，所述至少一个第一导管构件(301、310)包括中央槽结构(301a、310a)，在所述中央槽结构(301a、310a)的两侧具有突出端(302、303)，形成所述至少一个气体保持室(601、603)，用于积聚从所述电池组(110)释放的气体。

4.根据权利要求3所述的电池模块(100)，其中，所述至少两个第二导管构件(304、314)中的每个导管构件包括靠近两端的至少一个凹陷部(307)以容纳所述至少一个第一导管构件(301、310)的所述突出端(302、303)，用于将所述多个导管构件(301、310、304、314)围绕所述外壳(101)内的所述电池组(110)保持，从而在所述至少一个气体保持室(601、603)和所述至少两个下游气体通道(701、702)之间形成连续且流体连接的气体通道。

5.根据权利要求4所述的电池模块(100)，其中，所述至少两个第二导管构件(304、314)中的所述每个导管构件还包括居中地位于形成所述至少两个下游气体通道(701、702)的管道结构(304a)中的通气构件(308)。

6.根据权利要求5所述的电池模块(100)，还包括至少两个通气塞(106、107)，所述至少两个通气塞(106、107)位于所述外壳(101)的外表面上、与所述至少两个第二导管构件(304、314)中的所述每个第二导管构件上的所述通气构件(308)对齐，以排出来自所述电池模块(100)的排放气体。

7.根据权利要求5所述的电池模块(100)，其中，所述通气构件(308)包括在所述至少两个第二导管构件(304、314)中的所述每个第二导管构件中的半渗透疏水、疏油和防尘膜片(315)，用于使所述气体渗透以在预定压力下通过。

8.根据权利要求7所述的电池模块(100)，其中，所述通气构件(308)还包括位于所述膜片(315)外侧的格栅结构(309)，用于实现所述气体从所述下游气体通道(701、702)向缓冲室(602)的流线型的和分布的流。

9.根据权利要求5所述的电池模块(100)，其中，从所述电池组(110)中的所述多个单电池(403)产生的气体沿第一方向朝向由所述至少一个第一导管构件(301、310)限定的所述至少一个气体保持室(601、603)横穿，进一步在第二方向上朝向由流体连接到所述至少一个第一导管构件(301、310)的所述至少两个第二导管构件(304、314)限定的所述至少两个下游气体通道(701、702)横穿，并通过所述通气构件(308)朝向所述电池模块(100)的外部从所述电池组(110)流出。

10.根据权利要求4所述的电池模块(100)，还包括形成在所述多个导管构件(301、310、304、314)和所述外壳(101)之间的缓冲室(602)，用于膨胀通过所述至少两个第二导管构件(304、314)中的所述每个第二导管构件中的所述通气构件(308)从所述多个导管构件(301、310、304、314)中排出的所述气体，以保护所述电池模块(100)免受灾难性故障。

11.根据权利要求10所述的电池模块(100)，其中，从所述电池组(110)释放的、保持在所述缓冲室(602)中的所述气体通过所述外壳(101)的外表面上的至少两个通气塞(106、107)从所述外壳(101)排出。

12.根据权利要求1所述的电池模块(100)，还包括定位在所述多个端盖(103)的一个端盖后面的电池管理系统(109)，用于监测和控制所述电池组(110)中的所述多个单电池(403)。

13.根据权利要求12所述的电池模块(100)，其中，所述多个端盖(103)中的一个端盖在靠近所述电池管理系统(109)的后侧包括沿着矩形开口(504)的每个长边(503)的凸起边缘(502)，用于与所述外壳(101)抵接地密封并能拆卸地接合，从而将所述电池管理系统(109)与从所述外壳(101)中的所述电池组(110)释放的所述气体隔离。

14.根据权利要求1所述的电池模块(100)，

其中，所述电池组(110)包括至少一个互连片(313、401)，用于以串联连接和并联连接中的至少一种方式连接所述多个单电池(403)，并且

其中，所述至少一个互连片(313、401)包括对应于所述多个单电池(403)中的每个单电池的开口(406)，用于将来自所述多个单电池(403)中的所述每个单电池的气体朝向所述多个导管构件(301、310、304、314)排出。

15.一种电池模块(100)的排气系统(108)，包括：

至少一个互连片(313、401)，包括对应于所述电池模块(100)的多个单电池(403)中的每个单电池的开口(406)，用于从所述多个单电池(403)中的所述每个单电池通气；

至少一个气体保持室(601、603)，配置在围绕所述多个单电池(403)的区域中，用于积聚从所述多个单电池(403)排出的气体；

至少两个下游气体通道(701、702)，垂直于所述至少一个保持室(601、603)的两端，用于引导来自所述至少一个保持室(601、603)的积聚的所述气体远离所述多个单电池(403)并随后将气体排放通过所述至少两个下游气体通道(701、702)中的每个下游气体通道的通气构件(308)；

缓冲室(602)，配置在所述电池模块(100)的外壳(101)和所述至少一个气体保持室(601、603)之间，用于接收从所述至少两个下游气体通道(701、702)排出的所述气体并提供用于所述气体膨胀的容积；

至少两个通气塞(106、107)，位于所述外壳(101)的外表面上、与所述至少两个下游气体通道(701、702)中的每个下游气体通道的通气构件(308)对齐，以安全地排出来自所述电池模块(100)的排放气体，用于保护所述电池模块(100)免受灾难性故障。

16.根据权利要求15所述的排气系统(108)，其中，所述至少一个气体保持室(601、603)由定位在所述至少一个互连片(313、401)上方的至少一个第一导管构件(301、310)限定，用于积聚从所述多个单电池(403)释放的所述气体。

17.根据权利要求16所述的排气系统(108)，其中，所述至少一个第一导管构件(301、310)包括用于保持所述气体的中央槽结构(301a、310a)，并且所述至少一个第一导管构件(301、310)在所述中央槽结构(301a、310a)的两侧配置有突出端(302、303)。

18.根据权利要求17所述的排气系统(108)，其中，所述至少两个下游气体通道(701、702)由与所述至少一个第一导管构件(301，310)能拆卸地接合的至少两个第二导管构件(304、314)限定，用于将积聚的所述气体排放到大气中。

19.根据权利要求18所述的排气系统(108)，其中，所述至少两个第二导管构件(304、314)中的每个导管构件包括靠近两端的至少一个凹陷部(307)以容纳所述至少一个第一导管构件(301、310)的所述突出端(302、303)，由此在所述至少一个气体保持室(601、603)和所述至少两个下游气体通道(701、702)之间围绕所述外壳(101)内的所述多个单电池(403)形成连续且流体连接的气体通道。

20.根据权利要求19所述的排气系统(108)，其中，所述至少两个第二导管构件(304、314)中的每个导管构件还包括居中地位于形成所述至少两个下游气体通道(701、702)的管道结构(304a)中的所述通气构件(308)。

21.根据权利要求20所述的排气系统(108)，其中，所述通气构件(308)包括在所述至少两个第二导管构件(304、314)中的所述每个第二导管构件中的半渗透疏水、疏油和防尘膜片(315)，用于使所述气体渗透以在预定压力下通过。

22.根据权利要求21所述的排气系统(108)，其中，所述通气构件(308)还包括位于所述膜片(315)外侧的格栅结构(309)，用于实现所述气体从所述下游气体通道(701、702)向所述缓冲室(602)的流线型的和分布的流。

23.根据权利要求15所述的排气系统(108)，还包括沿着所述电池模块(100)的端盖(103)的矩形开口(504)的每个长边(503)的多个凸起边缘(502)，用于与所述外壳(101)抵接地密封且能拆卸地接合，从而将所述电池模块(100)的多个电子部件与从所述外壳(101)中的所述多个单电池(403)排出的所述气体隔离。

Images