CN116130857A - 用电装置、电池及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用电装置、电池及其控制方法。电池包括电池单体和至少一组压电结构；至少一组压电结构设置于电池单体的至少一侧，压电结构用于在电场的作用下产生压缩形变。本申请提供的电池，通过设置压电结构，并设置压电结构位于电池单体的至少一侧，由于压电结构在电场的作用下能够产生压缩形变，则可以利用压电结构的压缩形变补偿电池单体的膨胀变形，有利于降低电池单体的膨胀力的大小，进而降低电池单体产生焊缝开裂、析锂的可能性，有利于提高电池的可靠性能。

Description

用电装置、电池及其控制方法

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种用电装置、电池及其控制方法。

背景技术

电池广泛应用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。

在电池技术的发展中，除了提高电池的使用性能外，可靠性问题也是一个需要考虑的问题。因此，如何提高电池的可靠性能，是电池技术中一个持续改进的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种用电装置、电池及其控制方法，能够提高电池的可靠性能。

第一方面，本申请实施例提供的电池包括电池单体和至少一组压电结构；至少一组压电结构设置于电池单体的至少一侧，压电结构用于在电场的作用下产生压缩形变。

本申请实施例提供的电池，通过设置压电结构，并设置压电结构位于电池单体的至少一侧，由于压电结构在电场的作用下能够产生压缩形变，则可以利用压电结构的压缩形变补偿电池单体的膨胀变形，有利于降低电池单体的膨胀力的大小，进而降低电池单体产生焊缝开裂、析锂的可能性，有利于提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，电池单体包括外壳和电极端子，外壳具有第一壁和第二壁，电极端子设置于第一壁，第一壁和第二壁沿第一方向相对设置，至少一组压电结构设置于电池单体沿第一方向的至少一侧。设置至少一组压电结构位于电池单体沿第一方向的至少一侧，可以利用压电结构的压缩形变补偿电池单体因内部压力增加而产生的沿第一方向的膨胀变形，降低电池单体的焊缝破裂的风险，有利于提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，电池单体包括外壳和电极端子，外壳具有第一壁和第三壁，电极端子设置于第一壁，第三壁与第一壁邻接，至少一组压电结构设置于电池单体的第三壁的侧部。如此，可以利用第三壁侧部的压电结构补偿电池单体内部电极组件的膨胀变形，以降低电极组件产生析锂的可能性，提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，第三壁包括沿第二方向相对设置的两个第一表面以及沿第三方向相对设置的两个第二表面，第二方向和第三方向相交，两个第一表面连接两个第二表面，第一表面的面积大于第二表面的面积，至少一组压电结构设置于电池单体沿第二方向的至少一侧。如此，可以利用压电结构的压缩形变，以较大程度地补偿电池单体的膨胀。

在一些实施例中，任一个电池单体沿第二方向的两侧均设置有至少一组压电结构。如此，在每一个电池单体的第一表面的侧部均设置有至少一组压电结构，任一个电池单体在工作的过程中，内部的电极组件发生膨胀时，均可以通过其沿第二方向的侧部对应的压电结构的压缩形变进行补偿，以进一步降低电池单体析锂的可能性，提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，压电结构呈片状，压电结构的几何中心沿第二方向在第一表面的正投影与第一表面的几何中心的间距小于或者等于10mm。设置压电结构呈片状，可以降低压电结构占用的电池内部的空间，提高电池的能量密度。而设置压电结构的几何中心沿第二方向在第一表面的正投影与第一表面的几何中心的间距小于或者等于10mm，即设置压电结构的几何中心尽可能的与第一表面的中心对齐，以在电池单体的电极组件膨胀变形的过程中，均可以通过压电结构的压缩形变补偿，提高压电结构对电池单体的膨胀形变的补偿效果，进而提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，电池具有中心面，中心面垂直于第二方向，且中心面沿第二方向两侧的电池单体的数量相等；沿第二方向由中心面向外，压电结构的厚度具有下降的趋势。如此，可以根据电池单体对应的膨胀力的大小，合理设置压电结构的厚度，以在最大限度地补偿电池单体的膨胀变形的前提下，降低压电结构占用的电池内部的空间，有利于在保证电池的可靠性能的前提下，提高电池的能量密度。

在一些实施例中，压电结构的厚度e满足：0.1mm≤e≤5mm。如此设置，可以在满足压电结构补偿电池单体的膨胀形变的前提下，有利于降低压电结构占用的电池内部的空间，以提高电池的能量密度。

在一些实施例中，一组压电结构包括多个压电结构，多个压电结构间隔设置。如此设置，有利于根据电池单体的具体膨胀的位置，合理设置压电结构的具体位置，以最大化地利用压电结构的压缩形变对电池单体的膨胀变形进行补偿，降低电池单体的膨胀力。

在一些实施例中，压电结构的材料包括有机压电材料、无机压电材料、压电晶体或者压电陶瓷。如此，在实现压电结构在电场作用下能够产生压缩形变的功能的前提下，还使得压电结构在厚度较低的情况下，即可以产生较大的压缩形变量，有利于降低压电结构占用的电池内部的空间，提高电池的能量密度。

在一些实施例中，电池还包括控制组件，控制组件电连接压电结构，并用于控制压电结构的压缩量。通过设置控制组件，便于更加精准地控制压电结构的压缩形变量，以使其与电池单体的膨胀量相适配，有利于更加及时、准确地降低电池单体的膨胀力，以使压电结构在补偿电池单体的膨胀变形的前提下，继续为电池单体提供一定的支撑作用，进而提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，电池还包括电源，电源电连接控制组件和压电结构，控制组件配置为能够控制电源为压电结构提供电场。将电源集成在电池内部，有利于提高电池的结构集成度，并有利于简化相关线路排布，在电池应用于用电装置中时，有利于提高用电装置的空间利用率。

在一些实施例中，电池还包括电压采集元件，电压采集元件电连接控制组件和压电结构，电压采集元件用于测量压电结构的电压差值，并将压电结构的电压差值传输给控制组件。通过电压采集元件测量压电结构的电压差值，可以及时了解电池单体的膨胀量或者膨胀力的大小，进而精确地控制压电结构的压缩形变量，以在降低电池单体的膨胀力的前提下，保持压电结构对电池单体的支撑作用。

第二方面，本申请实施例提供一种用电装置，包括上述任一实施例提供的电池，电池用于提供电能。

本申请实施例提供的用电装置，由于采用了上述实施例提供的电池，因而具有同样的技术效果，在此不再赘述。

第三方面，本申请实施例提供一种电池的控制方法，包括：获取电池单体的目标侧的膨胀信息，膨胀信息用于指示电池单体的目标侧是否发生膨胀；在膨胀信息指示电池单体在目标侧发生膨胀的情况下，给位于电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，以使目标压电结构压缩。

本申请实施例提供的电池的控制方法，通过获取电池单体的目标侧的膨胀信息，并在膨胀信息指示电池单体在目标侧发生膨胀的情况下，给位于电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，以使目标压电结构压缩，如此，在电池单体膨胀时，利用压电结构的压缩补偿电池单体的膨胀变形，有利于降低电池单体的膨胀力，进而提高电池的可靠性能。

在一些实施例中，获取电池单体的目标侧的膨胀信息，包括：获取目标压电结构的电压变化值；根据电压变化值，确定电池单体的膨胀信息。通过获取目标压电结构的电压变化值，并根据电压变化值，确定电池单体的膨胀信息，有利于更加便利、更加准确地获取电池单体的膨胀信息。

在一些实施例中，给位于电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，包括：根据电压变化值，确定目标电场强度和目标电场方向；对目标压电结构施加目标电场强度和目标电场方向的电场。如此，有利于更加精准地控制压电结构的压缩变形的大小和方向，以在降低电池单体的膨胀力的前提下，保持压电结构对电池单体的支撑作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的车辆的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的电池的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的电池中电池模块的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的电池中电池单体的结构示意图；

图5是本申请实施例提供另一种电池的爆炸结构示意图；

图6是本申请实施例提供的电池的另一种结构示意图；

图7是本申请实施例提供的电池的又一种结构示意图；

图8是本申请实施例提供的电池的再一种结构示意图；

图9是本申请实施例提供的电池的还一种结构示意图；

图10是本申请实施例提供的电池的一种控制方法的流程图；

图11是本申请实施例提供的电池的另一种控制方法的流程图；

图12是本申请实施例提供的电池的再一种控制方法的流程图。

在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。

标记说明：

1、车辆；1a、马达；1b、控制器；

10、电池；11、第一箱体部；12、第二箱体部；

20、电池模块；

30、电池单体；31、外壳；31a、第一壁；31b、第二壁；31c、第三壁；311c、第一表面；312c、第二表面；311、壳体；312、端盖；32、电极组件；321、极耳；33、电极端子；

40、压电结构；50、控制组件；60、电源；70、电压采集元件；

X、第一方向；Y、第二方向；Z、第三方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请中出现的“多个”指的是两个以上（包括两个）。

本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。

本申请的实施例所提到的电池可以包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。电池单体有多个时，多个电池单体通过汇流部件串联、并联或混联。

在一些实施例中，电池可以为电池模块；电池单体有多个时，多个电池单体排列并固定形成一个电池模块。

在一些实施例中，电池可以为电池包，电池包包括箱体和电池单体，电池单体或电池模块容纳于箱体中。

在一些实施例中，箱体可以作为车辆的底盘结构的一部分。例如，箱体的部分可以成为车辆的地板的至少一部分，或者，箱体的部分可以成为车辆的横梁和纵梁的至少一部分。

在一些实施例中，电池可以为储能装置。储能装置包括储能集装箱、储能电柜等。

电池单体一般包括电极组件。电极组件包括正极、负极以及隔离膜。在电池单体充放电过程中，活性离子（例如锂离子）在正极和负极之间往返嵌入和脱出。隔离膜设置在正极和负极之间，可以起到防止正负极短路的作用，同时可以使活性离子通过。

在一些实施例中，正极可以为正极片，正极片可以包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极活性材料。

作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极活性材料设置在正极集流体相对的两个表面的任意一者或两者上。

作为示例，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用银表面处理的铝或不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、碳、镍或钛等。复合集流体可包括高分子材料基层和金属层。复合集流体可通过将金属材料（铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等的基材）上而形成。

作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

在一些实施例中，正极可以采用泡沫金属。泡沫金属可以为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫合金、或泡沫碳等。泡沫金属作为正极时，泡沫金属表面可以不设置正极活性材料，当然也可以设置正极活性材料。作为示例，在泡沫金属内还可以填充或/和沉积有锂源材料、钾金属或钠金属，锂源材料为锂金属和/或富锂材料。

在一些实施例中，负极可以为负极片，负极片可以包括负极集流体。

作为示例，负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用银表面处理的铝或不锈钢、不锈钢、铜、铝、镍、炭精电极、用碳、镍或钛等。复合集流体可包括高分子材料基层和金属层。复合集流体可通过将金属材料（铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等）形成在高分子材料基材（如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯等的基材）上而形成。

作为示例，负极片可以包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极活性材料。

作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极活性材料设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。

作为示例，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池单体的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。

在一些实施例中，负极可以采用泡沫金属。泡沫金属可以为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫合金、或泡沫碳等。泡沫金属作为负极片时，泡沫金属表面可以不设置负极活性材料，当然也可以设置负极活性材料。

作为示例，在负极集流体内还可以填充或/和沉积有锂源材料、钾金属或钠金属，锂源材料为锂金属和/或富锂材料。

在一些实施例中，正极集流体的材料可以为铝，负极集流体的材料可以为铜。

在一些实施方式中，电极组件还包括隔离膜，隔离膜设置在正极和负极之间。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。

作为示例，隔离膜的主要材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯，陶瓷中的至少一种。

在一些实施方式中，电池单体还包括电解质，电解质在正、负极之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。电解质可以是液态的、凝胶态的或固态的。

在一些实施方式中，电极组件为卷绕结构。正极片、负极片卷绕成卷绕结构。

在一些实施方式中，电极组件为叠片结构。

正极片、负极片可分别设置多个，多个正极片和多个负极片交替层叠设置。

作为示例，正极片可设置多个，负极片折叠形成多个层叠设置的折叠段，相邻的折叠段之间夹持一个正极片。

作为示例，正极片和负极片均折叠形成多个层叠设置的折叠段。

作为示例，隔离膜可设置多个，分别设置在任意相邻的正极片或负极片之间。

作为示例，隔离膜可连续地设置，通过折叠或者卷绕方式设置在任意相邻的正极片或负极片之间。

在一些实施方式中，电极组件的形状可以为圆柱状，扁平状或多棱柱状等。

在一些实施方式中，电极组件设有极耳，极耳可以将电流从电极组件导出。极耳包括正极耳和负极耳。

电池单体还包括外壳，外壳内部形成用于容纳电极组件的容纳腔。外壳可以从外侧保护电极组件，以避免外部的异物影响电极组件的充电或放电。

在相关技术中，电池单体在循环次数的增加，电池单体在工作过程中易产生膨胀的问题，造成电极单体的膨胀力逐渐增大，如此，相邻的电池单体相互挤压、变形，易造成电池单体的壳体的焊缝开裂、电极组件析锂等问题，严重影响电池的可靠性能。

鉴于此，本申请实施例提供了一种技术方案，其通过设置至少一组压电结构，并设置压电结构位于电池单体的至少一侧，在电池单体膨胀的过程中，压电结构产生对应方向的压缩形变，以补偿电池单体的膨胀的空间，有利于降低电池单体的膨胀力，并降低电池单体的焊缝开裂、析锂的风险，进而提高电池的可靠性能。

本申请实施例描述的技术方案适用电池、包括电池的用电装置以及电池的控制方法。

用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电装置不做特殊限制。

以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。

如图1所示，车辆1的内部设置有电池10。电池10可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池10可以用于车辆1的供电，例如，电池10可以作为车辆1的操作电源。

车辆1还可以包括控制器1b和马达1a。控制器1b用来控制电池10为马达1a供电，例如，用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池10不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。

参见图2所示，电池10包括电池单体（图2未示出）。电池10还可以包括用于容纳电池单体的箱体。

箱体用于容纳电池单体，箱体可以是多种结构形式。在一些实施例中，箱体可以包括第一箱体部11和第二箱体部12。第一箱体部11与第二箱体部12相互盖合。第一箱体部11和第二箱体部12共同限定出用于容纳电池单体的容纳空间。第二箱体部12可以是一端开口的空心结构，第一箱体部11为板状结构，第一箱体部11盖合于第二箱体部12的开口侧，以形成具有容纳空间的箱体；第一箱体部11和第二箱体部12也可以均为一侧开口的空心结构。第一箱体部11的开口侧盖合于第二箱体部12的开口侧，以形成具有容纳空间的箱体。当然，第一箱体部11和第二箱体部12可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

为提高第一箱体部11和第二箱体部12连接后的密封性，第一箱体部11和第二箱体部12之间还可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。

假设第一箱体部11盖合于第二箱体部12，第一箱体部11亦可称之为上箱盖，第二箱体部12亦可称之为下箱体。

在电池10中，电池单体可以是一个，也可以是多个。若电池单体为多个，多个电池单体之间可串联或并联或混联。混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体内，也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块20。多个电池模块20再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。

在一些实施例中，如图3所示，图3为图2所示的电池模块20的结构示意图。在电池模块20中，电池单体30为多个。多个电池单体30先串联或并联或混联组成电池模块20。多个电池模块20再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。

在一些实施例，电池模块20中的多个电池单体30之间可通过汇流部件实现电连接，以实现电池模块20中的多个电池单体30的并联或串联或混联。

请参照图4，图4为图3所示的电池单体30的爆炸示意图。本申请实施例提供的电池单体30包括电极组件32和外壳31，外壳31具有容置腔，电极组件32容纳于容置腔内。

在一些实施例中，外壳31可以包括壳体311和端盖312，壳体311为一侧开口的空心结构，端盖312盖合于壳体311的开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电极组件32和电解质的密封空间。

在组装电池单体30时，可先将电极组件32放入壳体311内，再将端盖312盖合于壳体311的开口，然后经由端盖312上的电解质注入口将电解质注入壳体311内。

在一些实施例中，外壳31还可用于容纳电解质，例如电解液。外壳31可以是多种结构形式。

壳体311可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。壳体311的形状可以根据电极组件32的具体形状来确定。例如，若电极组件32为圆柱体结构，壳体311则可选用为圆柱体结构。若电极组件32为长方体结构，壳体311则可选用长方体结构。在图4中，示例性地，壳体311和电极组件32均为长方体结构。

壳体311的材质可以是多种，比如，铜、铁、铝、不锈钢、铝合金等，本申请实施例对此不作特殊限制。

容纳于壳体311内的电极组件32可以是一个或多个。在图4中，容纳于壳体311内的电极组件32为两个。

如图4和图5所示，根据本申请实施例提供的电池10包括电池单体30和至少一组压电结构40，至少一组压电结构40设置于电池单体30的至少一侧，压电结构40用于在电场的作用下产生压缩形变。

压电结构40可以呈片状、块状或者其它不规则形状。一组压电结构40可以包括一个、两个或者更多个压电结构40，多个压电结构40可以间隔设置或者相互邻接。

至少一组压电结构40设置于电池单体30的至少一侧，则在电池单体30的至少一侧设置有至少一组压电结构40。可选地，压电结构40可以设置于电池单体30的端盖312的一侧，或者，压电结构40可以设置于壳体311的任一侧，可以根据电池单体30的膨胀方向具体设置，电池单体30的一侧可以设置有一个或者多个压电结构40。

示例性地，电池单体30在工作的过程中，由于内部产生气体的增加，电池单体30可以朝向端盖312的方向产生膨胀，因此可以在电池单体30的端盖312的一侧设置至少一组压电结构40。或者，电池单体30在工作的过程中，电极组件32会发生膨胀，可以在电池单体30的壳体的沿电极组件32膨胀方向的侧部设置至少一组压电结构40。当然，也可以在电池单体30的多侧均设置有一组压电结构40。

压电结构40的材料可以包括压电材料，根据逆压电效应，压电结构40在施加电场的作用下，会产生压缩形变，且施加电场的大小不同，压电结构40产生的压缩形变量也不同，因此，可以根据电池单体30的膨胀力的大小或者膨胀量的大小，通过改变对压电结构40施加的电场的大小，使得压电结构40具有与电池单体30的膨胀量相适应的压缩形变量。

具体地，可以通过相关测量元件测量电池单体30的膨胀量或者膨胀力的大小，根据电池单体30的膨胀量或者膨胀力的大小，适应性调整对应的压电结构40的压缩变形量，以使压电结构40的压缩形变量与电池单体30的膨胀变形量相适配。

可以理解的是，压电结构40具有较大的形变系数，较小厚度的压电结构40在电场的作用下，即能够产生较大的压缩形变，如此，有利于降低电池10的整体尺寸。

压电结构40产生的压缩形变是可以恢复的，压电结构40在电场的作用下会产生压缩形变，而在电场撤销后，压电结构40会逐渐恢复形变。而电池单体30的膨胀主要是在电池单体30工作过程中产生的，因此，可以由电池10内部的电池单体30为压电结构40提供电场的电源组件，当然，也可以由电池10外部的其它电源组件为压电结构40的压缩形变提供电场的电能，即可以由电池10自身，也可以由电池10外部的电源组件为压电结构40提供电场。

电池10可以包括多个电池单体30，可以在每一电池单体30的至少一侧设置一组压电结构40，或者，在其中部分电池单体30的至少一侧设置一组压电结构40。

示例性地，可以在容易产生膨胀的电池单体30的至少一侧设置压电结构40，而在不容易产生膨胀的电池单体30的任一侧均不设置压电结构40。

可以理解的是，电池单体30没有产生膨胀变形的情况下，压电结构40没有产生压缩形变，压电结构40设置于电池单体30与电池单体30之间或者设置于电池单体30与其它结构之间，可以为电池单体30提供一定的支撑作用，随着电池单体30的膨胀变形，压电结构40产生对应大小的压缩形变，以在避让电池单体30的膨胀变形的同时，还可以继续为电池单体30提供一定的支撑作用。

可选地，可以设置实现每一组压电结构40产生压缩形变的电场是相互独立的，即各组压电结构40分别独立地产生对应大小的压缩形变量，以精准地控制对应的压电结构40的压缩形变量；或者，设置多组压电结构40由同一电场控制，以简化电池10内部的电路排布。

本申请实施例提供的电池10，通过设置压电结构40，并设置压电结构40位于电池单体30的至少一侧，由于压电结构40在电场的作用下能够产生压缩形变，则可以利用压电结构40的压缩形变补偿电池单体30的膨胀变形，有利于降低电池单体30的膨胀力的大小，进而降低电池单体30产生焊缝开裂、析锂的可能性，有利于提高电池10的可靠性能。

如图4和图5所示，在一些实施例中，电池单体30包括外壳31和电极端子33，外壳31具有第一壁31a和第二壁31b，电极端子33设置于第一壁31a，第一壁31a和第二壁31b沿第一方向X相对设置，至少一组压电结构40设置于电池单体30沿第一方向X至少一侧。

电极端子33设置于第一壁31a，则电极组件32的极耳321朝向第一壁31a设置，第一壁31a与电极组件32可以具有一定的间隙。电池单体30在工作的过程中，内部会产生一定的气体，当电池单体30内部的气体积聚的一定的程度时，便会使得电池单体30产生膨胀，此时，第一壁31a和第二壁31b存在因电池单体30内部压力增加而产生膨胀变形的可能性。

第一壁31a和第二壁31b沿第一方向X相对设置，第一壁31a和第二壁31b可以分别沿第一方向X产生膨胀变形。至少一组压电结构40设置于电池单体30沿第一方向X的一侧，则可以在第一壁31a和第二壁31b中至少一者的侧部设置有压电结构40，以通过压电结构40的压缩形变补偿电池单体30沿第一方向X的膨胀变形。

因此，设置至少一组压电结构40位于电池单体30沿第一方向X的至少一侧，可以利用压电结构40的压缩形变补偿电池单体30因内部压力增加而产生的沿第一方向X的膨胀变形，降低电池单体30的焊缝破裂的风险，有利于提高电池10的可靠性能。

请继续参阅图4和图5，在一些实施例中，电池单体30包括外壳31和电极端子33，外壳31具有第一壁31a和第三壁31c，电极端子33设置于第一壁31a，第三壁31c与第一壁31a邻接，至少一组压电结构40设置于电池单体30的第三壁31c的侧部。

电极端子33设置于第一壁31a，则电极组件32的极耳321位于电极组件32靠近第一壁31a的一侧，如此，电极组件32中极片的厚度方向与第一壁31a平行，由于第一壁31a与第二壁31b相邻，则第三壁31c与第一壁31a相交设置，电极组件32沿极片的厚度方向发生膨胀，即朝向第三壁31c产生膨胀变形，设置至少一组压电结构40设置于电池单体30的第三壁31c的侧部，可以利用第三壁31c侧部的压电结构40补偿电池单体30内部电极组件32的膨胀变形，以降低电极组件32的膨胀力，进而降低电极组件32产生析锂的可能性，提高电池10的可靠性能。

请继续参阅图4和图5，在一些实施例中，第三壁31c包括沿第二方向Y相对设置的两个第一表面311c以及沿第三方向Z相对设置的两个第二表面312c，第二方向Y和第三方向Z相交，两个第一表面311c连接两个第二表面312c，第一表面311c的面积大于第二表面312c的面积，至少一组压电结构40设置于电池单体30沿第二方向Y的至少一侧。

第二方向Y和第三方向Z相交，则示例性地，第二方向Y和第三方向Z可以相互垂直。

至少一组压电结构40位于电池单体30沿第二方向Y的至少一侧，则可以在电池单体30沿第二方向Y一侧或者两侧设置压电结构40。当然也可以同时在电池单体30沿第三方向Z的至少一侧设置有压电结构40。

第一表面311c的面积大于第二表面312c，在电极组件32为卷绕式的情况下，电极组件32主要朝向第一表面311c产生膨胀，即电极组件32主要沿第二方向Y产生膨胀，因此，设置至少一组压电结构40位于电池单体30沿第二方向Y的至少一侧，可以利用压电结构40的压缩形变，以较大程度地补偿电池单体30的膨胀变形。

如图6所示，在一些实施例中，任一个电池单体30沿第二方向Y的两侧均设置有至少一组压电结构40。

如此，在每一个电池单体30的第一表面311c的侧部均设置有至少一组压电结构40，任一个电池单体30在工作的过程中，内部的电极组件32发生膨胀时，均可以通过其沿第二方向Y的侧部对应的压电结构40的压缩形变进行补偿，以进一步降低电池单体30析锂的可能性，提高电池10的可靠性能。

如图5和图7所示，在一些实施例中，压电结构40呈片状，压电结构40的几何中心沿第二方向Y在第一表面311c的正投影与第一表面311c的几何中心的间距小于或者等于10mm。

示例性地，压电结构40的几何中心沿第二方向Y在第一表面311c的正投影与第一表面311c的几何中心的间距可以为0、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或者10mm等。

可以理解的是，电极组件32在膨胀的过程中，其靠近第一表面311c的中心开始膨胀，并向四周扩散，因此，电极组件32的产生膨胀的区域分布在第一表面311c的中心区域。

设置压电结构40呈片状，可以降低压电结构40占用的电池10内部的空间，提高电池10的能量密度。而设置压电结构40的几何中心沿第二方向Y在第一表面311c的正投影与第一表面311c的几何中心的间距小于或者等于10mm，即设置压电结构40的几何中心尽可能的与第一表面311c的中心对齐，以在电池单体30的电极组件32膨胀变形的过程中，均可以通过压电结构40的压缩形变进行补偿，提高压电结构40对电池单体30的膨胀形变的补偿效果，进而提高电池10的可靠性能。

在一些实施例中，电池10具有中心面，中心面垂直于第二方向Y，且中心面沿第二方向Y两侧的电池单体30的数量相等。沿第二方向Y由中心面向外，压电结构40的厚度具有下降的趋势。

压电结构40的厚度具有下降的趋势，则沿第二方向Y，有中心面向外，压电结构40的厚度可以逐渐减小，或者部分压电结构40的厚度没有变化。

可以理解的是，压电结构40的厚度越大，其在电场的作用下能够产生的压缩形变量也越大。电池单体30在工作的过程中，多个电池10同时膨胀，越靠近中心面，沿第二方向Y的膨胀力积累的越多，膨胀力就越大，因此，需要压电结构40产生的压缩形变量也越大。

因此，设置沿第二方向Y由中心面向外，压电结构40的厚度具有下降的趋势，可以根据电池单体30对应的膨胀力的大小，合理设置压电结构40的厚度，以在最大限度地补偿电池单体30的膨胀变形的前提下，降低压电结构40占用的电池10内部的空间，有利于在保证电池10的可靠性能的前提下，提高电池10的能量密度。

如图5所示，在一些实施例中，压电结构40的厚度e满足：0.1mm≤e≤5mm。

可选地，压电结构40的厚度可以为0.1mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或者5mm等。

发明人经过大量的实验和理论分析之后发现，设置0.1mm≤e≤5mm，可以在满足压电结构40补偿电池单体30的膨胀形变的前提下，有利于降低压电结构40占用的电池10内部的空间，以提高电池10的能量密度。

在一些实施例中，一组压电结构40包括多个压电结构40，多个压电结构40间隔设置。

一组压电结构40可以包括两个、三个或者更多个压电结构40，不同压电结构40可以分别具有不同的形状，多个压电结构40可以设置于电池单体30的同一侧，多个压电结构40间隔设置，则可以根据电池单体30在同一侧的膨胀区域的分布，设置压电结构40的具体结构，以在电池单体30的对应区域膨胀时，可以通过对应压电结构40的压缩形变，以避让电池单体30的膨胀变形。

因此，如此设置，有利于根据电池单体30的具体膨胀的位置，合理设置压电结构40的具体位置，以最大化地利用压电结构40的压缩形变对电池单体30的膨胀变形进行补偿，降低电池单体30的膨胀力。

在一些实施例中，压电结构40的材料包括有机压电材料、无机压电材料、压电晶体或者压电陶瓷。

有机压电材料如聚偏氟乙烯。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数等。无机压电材料如压电晶体和压电陶瓷，压电晶体如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。压电陶瓷可以是把氧化物混合（氧化铅、氧化钛、氧化锆等）高温烧结、固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称，是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，如：钛酸钡、锆钛酸铅、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、改性钛酸铅等。

因此，设置压电结构40的材料包括有机压电材料、无机压电材料、压电晶体或者压电陶瓷，在实现压电结构40在电场作用下能够产生压缩形变的功能的前提下，还使得压电结构40在厚度较低的情况下，即可以产生较大的压缩形变量，有利于降低压电结构40占用的电池10内部的空间，提高电池10的能量密度。

可以理解的是，用于控制压电结构40产生压缩形变的相关部件可以位于电池10外部，或者，集成在电池10内部，可以根据实际需要进行选取。

如图7所示，在一些实施例中，电池10还包括控制组件50，控制组件50电连接压电结构40，并用于控制压电结构40的压缩量。

控制组件50电连接压电结构40，可以根据压电结构40所承受的压力的大小，判断与其相邻的电池单体30的膨胀力或者膨胀量的大小，并以此控制压电结构40的压缩量，以在补偿电池单体30的膨胀变形的前提下，还可以利用压电结构40继续为电池单体30提供支撑作用。

控制组件50可以集成在电池10的电池管理系统中，以进一步提高电池10的结构集成度。

可选地，可以设置一个控制组件50电连接一个压电结构40，以实现对压电结构40的精准控制，或者，可以设置一个控制组件50电连接相邻的多个压电结构40，以简化相关线路排布。

因此，设置电池10包括控制组件50，便于更加精准地控制压电结构40的压缩形变量，以使其与电池单体30的膨胀量相适配，有利于更加及时、准确地降低电池单体30的膨胀力，以使压电结构40在补偿电池单体30的膨胀变形的前提下，继续为电池单体30提供一定的支撑作用，进而提高电池10的可靠性能。

可以理解的是，用于为压电结构40施加电场的相关结构可以位于电池10的外部，或者集成在电池10的内部。

如图8所示，在一些实施例中，电池10还包括电源60，电源60电连接控制组件50和压电结构40，控制组件50配置为能够控制电源60为压电结构40提供电场。

具体地，控制组件50在接收到电池单体30发生膨胀的信号后，可以根据电池单体30的膨胀力或者膨胀量的大小，控制电源60对压电结构40施加对应强度的电场，以使压电结构40产生对应大小的压缩形变量，以在压电结构40产生的压缩形变能够补偿电池单体30的膨胀变形的前提下，也不会造成电能的浪费。

可以理解的是，将电源60集成在电池10内部，有利于提高电池10的结构集成度，并简化相关线路排布，在电池10应用于用电装置中时，有利于提高用电装置的空间利用率。

如图9所示，在一些实施例中，电池10还包括电压采集元件70，电压采集元件70电连接控制组件50和压电结构40，电压采集元件70用于测量压电结构40的电压差值，并将压电结构40的电压差值传输给控制组件50。

电压采集元件70可以是电压表，电压采集元件70电连接控制组件50和压电结构40，则电压采集元件70、控制组件50、电源60以及压电结构40可以相互串联连接。

可以理解的是，电池单体30膨胀时会挤压压电结构40，使得压电结构40产生对应的形变，根据压电效应，压电结构40变形会产生对应的电压，通过压电结构40采集压电结构40的电压的变化，可以计算得出压电结构40的受到的挤压力的大小，进而计算得出电池单体30的膨胀力。因此，可以通过电压采集元件70测量压电结构40的电压差值，获取电池单体30的膨胀量，进而通过控制组件50控制压电结构40产生对应的压缩形变。

因此，通过电压采集元件70测量压电结构40的电压差值，可以精确地控制压电结构40的压缩形变量，以在降低电池单体30的膨胀力的前提下，保持压电结构40对电池单体30的支撑作用。

根据本申请实施例提供的用电装置包括上述任意实施例提供的电池10，电池10用于提供电能。

本申请实施例提供的用电装置，由于采用了上述任一实施例提供的电池10，因而具有同样的技术效果，在此不再赘述。

如图10所示，根据本申请实施例提供的电池的控制方法包括：

S10、获取电池单体的目标侧的膨胀信息，膨胀信息用于指示电池单体的目标侧是否发生膨胀；

S20、在膨胀信息指示电池单体在目标侧发生膨胀的情况下，给位于电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，以使目标压电结构压缩。

电池单体30的目标侧可以是电池单体30设置有压电结构40的一侧，膨胀信息可以用于指示电池单体30发生膨胀变形的膨胀力的大小，或者膨胀形变量的大小。或者通过测量压电结构40的电压差值，以指示电池单体30是否发生膨胀，或者发生膨胀的膨胀力或者膨胀量的大小。

膨胀信息指示电池单体30在目标侧发生膨胀，则可以是测量得到的电池单体30在目标侧的膨胀力或者膨胀量超出设定的阈值，或者，压电结构40的电压差值超出设定的阈值，此时，可以向压电结构40施加电场，以使压电结构40产生压缩形变。

可以理解的是，可以根据膨胀信息指示的电池单体30的膨胀量的大小，给压电结构40施加对应大小的电场，以使目标压电结构40产生对应的压缩形变。

本申请实施例提供的电池的控制方法，通过获取电池单体30的目标侧的膨胀信息，并在膨胀信息指示电池单体30在目标侧发生膨胀的情况下，给位于电池单体30的目标侧的目标压电结构40施加电场，以使目标压电结构40压缩，如此，在电池单体30膨胀时，利用压电结构40的压缩补偿电池单体30的膨胀，有利于降低电池单体30的膨胀力，进而提高电池10的可靠性能。

如图11所示，在一些实施例中，获取电池单体的目标侧的膨胀信息，包括：

S11、获取目标压电结构的电压变化值；

S12、根据电压变化值，确定电池单体的膨胀信息。

根据压电结构40的压电效应，电池单体30发生膨胀时，会挤压目标压电结构40，目标压电结构40的电压发生变化，根据目标压电结构40的电压变化值，可以反映电池单体30的膨胀力的大小，进而可以确定电池单体30的膨胀力或者膨胀量的大小，即确定电池单体30的膨胀信息。

通过获取目标压电结构40的电压变化值，并根据电压变化值，确定电池单体30的膨胀信息，有利于更加便利、更加准确地获取电池单体30的膨胀信息。

如图12所示，在一些实施例中，给位于电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，包括：

S21、根据电压变化值，确定目标电场强度和目标电场方向；

S22、对目标压电结构施加目标电场强度和目标电场方向的电场。

根据目标压电结构40的电压变化值，可以确定电池单体30的膨胀量的大小和膨胀方向，并据此确定目标压电结构40所需要的压缩量和压缩方向，进而去顶目标压电结构40所需要的电场的强度和方向，即目标电场强度和目标电场方向，然后对目标压电结构40施加目标电场强度和目标电场方向的电场。

如此，通过目标压电结构40的电压变化值，以确定目标压电结构40的目标电场的强度和目标电场方向，有利于更加精准地控制压电结构40的压缩变形的大小和方向，以在降低电池单体30的膨胀力的前提下，保持压电结构40对电池单体30的支撑作用。

如图4至图9所示，在一些实施例中，本申请实施例提供的电池10包括电池单体30、至少一组压电结构40、外壳31、电极端子33、电源60、控制组件50以及电压采集元件70。压电结构40用于在电场的作用下产生压缩形变。外壳31具有第一壁31a和第三壁31c，电极端子33设置于第一壁31a，第三壁31c与第一壁31a邻接，第三壁31c包括沿第二方向Y相对设置的两个第一表面311c以及沿第三方向Z相对设置的两个第二表面312c，第二方向Y和第三方向Z相交，两个第一表面311c连接两个第二表面312c，第一表面311c的面积大于第二表面312c的面积，任一电池单体30沿第二方向Y的两侧均设置有至少一组压电结构40。压电结构40呈片状，压电结构40的几何中心沿第二方向Y在第一表面311c的正投影与第一表面311c的几何中心的间距小于或者等于10mm。电池10具有中心面，中心面垂直于第二方向Y，且中心面沿第二方向Y两侧的电池单体30的数量相等，沿第二方向Y由中心面向外，压电结构40的厚度具有下降的趋势。压电结构40的厚度e满足：0.1mm≤e≤5mm。控制组件50电连接压电结构40，并用于控制压电结构40的压缩量。电源60电连接控制组件50和压电结构40，控制组件50配置为能够控制电源60为压电结构40提供电场。电压采集元件70电连接控制组件50和压电结构40，电压采集元件70用于测量压电结构40的电压差值，并将压电结构40的电压差值传输给控制组件50。

本申请实施例提供的电池10，通过设置压电结构40，以通过压电结构40的压缩形变补偿电池单体30的膨胀变形，有利于降低电池单体30的膨胀力，进而提高电池10的可靠性能。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

1.一种电池，其特征在于，包括：

电池单体；

至少一组压电结构，设置于所述电池单体的至少一侧，所述压电结构用于在电场的作用下产生压缩形变。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池单体包括外壳和电极端子，所述外壳具有第一壁和第二壁，所述电极端子设置于所述第一壁，所述第一壁和所述第二壁沿第一方向相对设置，至少一组所述压电结构设置于电池单体沿所述第一方向的至少一侧。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池单体包括外壳和电极端子，所述外壳具有第一壁和第三壁，所述电极端子设置于所述第一壁，所述第三壁与所述第一壁邻接，至少一组所述压电结构设置于所述电池单体的所述第三壁的侧部。

4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第三壁包括沿第二方向相对设置的两个第一表面以及沿第三方向相对设置的两个第二表面，所述第二方向和所述第三方向相交，两个所述第一表面连接两个所述第二表面，所述第一表面的面积大于所述第二表面的面积，至少一组所述压电结构设置于所述电池单体沿所述第二方向的至少一侧。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，任一个所述电池单体沿所述第二方向的两侧均设置有至少一组所述压电结构。

6.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述压电结构呈片状，所述压电结构的几何中心沿所述第二方向在所述第一表面的正投影与所述第一表面的几何中心的间距小于或者等于10mm。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述电池具有中心面，所述中心面垂直于所述第二方向，且所述中心面沿所述第二方向两侧的电池单体的数量相等；

沿所述第二方向由所述中心面向外，所述压电结构的厚度具有下降的趋势。

8.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述压电结构的厚度e满足：0.1mm≤e≤5mm。

9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，一组所述压电结构包括多个所述压电结构，多个所述压电结构间隔设置。

10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述压电结构的材料包括有机压电材料、压电晶体或者压电陶瓷。

11.根据权利要求1至10任一项所述的电池，其特征在于，所述电池还包括控制组件，所述控制组件电连接所述压电结构，并用于控制所述压电结构的压缩量。

12.根据权利要求11所述的电池，其特征在于，所述电池还包括电源，所述电源电连接所述控制组件和所述压电结构，所述控制组件配置为能够控制所述电源为所述压电结构提供电场。

13.根据权利要求11所述的电池，其特征在于，所述电池还包括电压采集元件，所述电压采集元件电连接所述控制组件和所述压电结构，所述电压采集元件用于测量所述压电结构的电压差值，并将所述压电结构的电压差值传输给所述控制组件。

14.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1至13任一项所述的电池，所述电池用于提供电能。

15.一种电池的控制方法，其特征在于，所述电池的控制方法包括：

获取所述电池单体的目标侧的膨胀信息，所述膨胀信息用于指示所述电池单体的目标侧是否发生膨胀；

在所述膨胀信息指示所述电池单体在所述目标侧发生膨胀的情况下，给位于所述电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，以使所述目标压电结构压缩。

16.根据权利要求15所述的电池的控制方法，其特征在于，所述获取所述电池单体的目标侧的膨胀信息，包括：

获取所述目标压电结构的电压变化值；

根据所述电压变化值，确定所述电池单体的膨胀信息。

17.根据权利要求16所述的电池的控制方法，其特征在于，所述给位于所述电池单体的目标侧的目标压电结构施加电场，包括：

根据所述电压变化值，确定目标电场强度和目标电场方向；

对所述目标压电结构施加所述目标电场强度和目标电场方向的电场。

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