CN116598680A - 一种锂电池电芯模组的安全防护结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，针对大幅度的水平振动可能会导致电芯模组整体变形和破裂的问题，具体是涉及一种锂电池电芯模组的安全防护结构，包括有电芯模组本体和防护壳体，防护壳体上设置有顶板，电芯模组本体通过二维滑轨模组设置于顶板上，防护壳体上设置有至少一个泄压模组，泄压机构包括有缓冲机构和限位器，限位器滑动安装于防护壳外壁，缓冲机构与限位器传动连接，本申请中在与防护壳体移动方向相反的缓冲机构在受到电芯模组本体的挤压后，缓冲机构受到的挤压力突破了轻微振动的上限阈值后，缓冲机构将控制限位器解锁，此时限位器停止对缓冲机构的固定，缓冲机构也将随着电芯模组本体的移动继续移动从而产生泄力的效果。

Description

一种锂电池电芯模组的安全防护结构

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体是涉及一种锂电池电芯模组的安全防护结构。

背景技术

锂电池电芯模组是由多个锂电池电芯组成的模块，在电池包中，为了安全和有效的管理成百上千的单颗电芯，电芯并不是随意的放在动力电池的壳里面，而是按照模块和包有序的放置的，最小的单元就是电芯，这些电芯可以串联或并联在一起，以提供所需的电压和电流，一组电芯可以组成一个模组，而几个模组则可以组成一个锂电池包。

锂电池中的电芯模组通常可以承受轻微的振动，但是如果摇晃过于频繁或者幅度过大，可能会对电芯模组造成损坏或者影响其性能。

专利：CN115332703B公开了一种锂电池电芯模组的安全防护结构，通过设置的一级防护组件和二级防护组件，使得对外力冲击的防护效果得以优化，使得外防护板在受到较小冲击力的作用下，无需二级防护组件动作，降低了二级防护组件的使用频率，延长其使用寿命，与此同时，通过设置的二级防护组件，也使得一级防护组件的气囊不会被冲击到完全压扁，也保证了气囊的使用寿命。

此专利针对的方向是避免锂电池壳体受到外部的撞击导致其内部的电芯模组受到损伤，但是锂电池壳体通常是固定设置在安装点，电芯模组受到的振动也多是安装点出现振动和突然的加速度导致的；同时振动又分为纵向振动和水平振动，而其中大幅度的水平振动可能会导致电芯模组整体变形和破裂的问题，针对此问题需要提出一种锂电池电芯模组的安全防护结构进行解决。

发明内容

为解决大幅度的水平振动可能会导致电芯模组整体变形和破裂的技术问题。

本申请提供了一种锂电池电芯模组的安全防护结构，包括有电芯模组本体和防护壳体，防护壳体上设置有顶板，顶板的底部设置有二维滑轨模组，电芯模组本体设置于二维滑轨模组上，并且电芯模组本体处于防护壳体的内部，通过二维滑轨模组可以保证电芯模组本体在防护壳体内进行X和Z轴的移动，防护壳体上设置有至少一个泄压模组，泄压机构包括有缓冲机构和限位器，限位器滑动安装于防护壳体外壁，限位器用于控制电芯模组本体在防护壳体内部的移动范围，缓冲机构与限位器传动连接，当缓冲机构受压超过阈值时，限位器扩大电芯模组本体在防护壳体内的活动范围。

优选的，缓冲机构包括有受压板和支撑板，支撑板固定安装于限位器上，并且支撑板位于防护壳体的内部，支撑板上设置有限位筒，受压板的一面设置有限位杆，受压板的另一面设置有第一滚动体，受压板通过限位杆与限位筒滑动连接，限位筒上设置有第一弹性元件，第一弹性元件的两端分别抵触受压板和支撑板，限位筒的内部注入有阻尼气体。

优选的，限位器包括有支撑杆，支撑杆贯穿防护壳体设置并与其滑动连接，支撑杆的端部与支撑板固定连接，支撑杆的内部开设有空腔，受压板与支撑板之间设置有气囊，气囊与支撑杆内的空腔相连通，空腔的内部设置有驱动杆，驱动杆的一端设置有活塞，驱动杆的另一端设置有第二弹性元件，驱动杆上设置有卡扣组件，卡扣组件用于将支撑杆与防护壳体连接，当气囊受压且超过轻微晃动的阈值时，驱动杆带动卡扣组件脱离与防护壳体的连接。

优选的，卡扣组件包括有连接杆，连接杆贯穿支撑杆且与其滑动连接，连接杆的两端分别设置有卡板和第二滚动体，防护壳体上开设有与卡板对应的卡槽，连接杆上设置有第三弹性元件，第三弹性元件用于驱动卡板脱离防护壳体的卡槽，驱动杆的外壁分为外张面与收缩面，外张面的直径大于收缩面，当第三滚动体与外张面接触时，卡板处于伸出状态。

优选的，锂电池电芯模组的安全防护结构还包括有复位控制机构，复位控制机构包括有底座和活动板，防护壳体安装于底座的顶部，活动板通过三维滑轨模组安装于底座上，通过三维滑轨模组可以保证活动板在底座上进行X、Y、Z轴的移动，活动板上设置有第三滚动体，底座上开设有球面坑，第三滚动体常态下与球面坑的最低点接触；

底座上设置有与限位器数量对应的位移驱动组件，位移驱动组件设置于底座上，位移驱动组件分别与活动板和限位器传动连接。

优选的，位移驱动组件包括有固定架，固定架安装于底座上，固定架上设置有第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮均与固定架可转动连接，第一齿轮与第二齿轮之间可通过齿轮组进行传动连接，第一齿轮可通过齿轮组带动第二齿轮进行反向转动，位移驱动组件还包括有第一齿条和第二齿条，第一齿条滑动设置于底座上，第一齿条与活动板连接，并且第一齿条与第一齿轮啮合，第二齿条滑动设置于防护壳体的底部，第二齿条与第二齿轮啮合，第二齿条上设置有挡板，在锂电池处于稳定状态下，挡板内表面与支撑件相接触，第二齿条通过挡板拉动限位器复位。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

本申请中在与防护壳体移动方向相反的缓冲机构在受到电芯模组本体的挤压后，缓冲机构受到的挤压力突破了轻微振动的上限阈值后，缓冲机构将控制限位器解锁，此时限位器停止对缓冲机构的固定，缓冲机构也将随着电芯模组本体的移动继续移动从而产生泄力的效果，通过缓冲机构的吸能和限位器的泄力实现了对电芯模组本体两段式保护的目的，解决了锂电池出现大幅度水平摇晃导致电芯模组本体整体变形和破裂的问题。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的内部结构视图；

图3为本发明的内部结构俯视图；

图4为本发明的缓冲机构和限位器的立体结构示意图；

图5为本发明的缓冲机构和限位器的内部结构示意图；

图6为图5的A处放大图；

图7为本发明的主视图；

图8为本发明的俯视图；

图9为图8的B-B方向剖视图；

图10为本发明的复位控制机构的立体分解结构示意图；

图11为图10的C处放大图。

图中标号为：

1-电芯模组本体；

2-防护壳体；2a-卡槽；

3-顶板；3a-二维滑轨模组；

4-泄压模组；

5-缓冲机构；5a-受压板；5a1-限位杆；5a2-第一滚动体；5b-支撑板；5b1-限位筒；5c-第一弹性元件；5d-气囊；

6-限位器；6a-支撑杆；6b-驱动杆；6b1-活塞；6b2-外张面；6b3-收缩面；6c-第二弹性元件；6d-卡扣组件；6d1-连接杆；6d2-卡板；6d3-第二滚动体；6d4-第三弹性元件；6d5-支撑件；

7-复位控制机构；

8-底座；8a-三维滑轨模组；8a1-纵移框体；8a2-横移滑架；8b-球面坑；8c-位移驱动组件；8c1-固定架；8c2-第一齿轮；8c3-第二齿轮；8c4-第一齿条；8c5-第二齿条；8c6-齿轮组；

9-活动板；9a-第三滚动体。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1至图3所示的一种锂电池电芯模组的安全防护结构，包括有电池芯模组和防护壳体2，防护壳体2上设置有顶板3，顶板3的底部设置有二维滑轨模组3a，电池芯模组设置于二维滑轨模组3a上，并且电池芯模组处于防护壳体2的内部，通过二维滑轨模组3a可以保证电池芯模组在防护壳体2内进行X和Z轴的移动，围绕防护壳体2设置有四个泄压模组4，泄压机构包括有缓冲机构5和限位器6，限位器6滑动安装于防护壳体2外壁，限位器6用于控制电芯模组在防护壳体2内部的移动范围，缓冲机构5与限位器6传动连接，当缓冲机构5受压超过阈值时，限位器6扩大电芯模组在防护壳体2内的活动范围。

具体的，由于电芯模组在纵向振动可能对电芯内部的连接线和电极等部件造成损伤，而水平振动可能会导致电芯模组整体的变形和破裂的问题，但通常电芯模组可以承受轻微的振动，为了解决对锂电池造成大幅度水平摇晃导致电芯模组整体变形和破裂的技术问题，提出以下解决方式：

首先需要确保防护壳体2固定设置在安装点，然后在安装点出现水平情况下轻微的摇晃振动时，防护壳体2将随着安装点一同出现位移，由于电芯模组与二维滑轨模组3a连接，所以在防护壳体2出现突然性的位移时，电芯模组将在空间上保持原有位置，从而形成与防护壳体2相反的移动方向，在这种情况下与防护壳体2移动方向相反的缓冲机构5将受到电芯模组的挤压，通过缓冲机构5对电芯模组出现X、Z轴下的移动进行吸能，在防护壳体2水平情况下的轻微摇晃振动结束后，电芯模组受到四个方向的缓冲机构5的作用力复位至防护壳体2中心位置；

而安装点出现水平情况大幅度的摇晃振动时，由于电芯模组位移的幅度越大缓冲机构5也需要受到更大挤压力，也就是说电芯模块的位移幅度与缓冲机构5需要的挤压力呈正比，但是电芯模组对缓冲机构5形成的挤压力也会形成反作用力作用于自身，从而导致电芯模组也收到更大的作用力，所以为了避免模组在进行大幅度位移时，与缓冲机构5形成过大的反作用力作用于自身，通过以下方式进行解决：当防护壳体2移动方向相反的缓冲机构5在受到电芯模组的挤压后，缓冲机构5受到的挤压力突破了轻微振动的上限阈值，缓冲机构5将控制限位器6解锁，此时限位器6停止对缓冲机构5的固定，缓冲机构5也将随着电芯模组的移动继续移动从而产生泄力的效果，此时电芯模组继续进行位移量与防护壳体2的加速度变量呈正比，这将避免了在电芯模组出现大幅度水平振动时缓冲机构5对电芯模组起到反作用的挤压力造成破坏，从而更好的起到了对电芯模组吸能的效果。

如图4至图6所示，缓冲机构5包括有受压板5a和支撑板5b，支撑板5b固定安装于限位器6上，并且支撑板5b位于防护壳体2的内部，支撑板5b上设置有限位筒5b1，受压板5a的一面设置有限位杆5a1，受压板5a的另一面设置有第一滚动体5a2，第一滚动体5a2为滚珠但不仅限于此，通过第一滚动体5a2的设置可以减小与电芯模组接触的摩擦力，使得电芯模组在其他方向进行位移晃动时不会受到额外的阻力，受压板5a通过限位杆5a1与限位筒5b1滑动连接，限位筒5b1上设置有第一弹性元件5c，第一弹性元件5c为弹簧但不仅限于此，第一弹性元件5c的两端分别抵触受压板5a和支撑板5b，限位筒5b1的内部注入有阻尼气体，阻尼气体为氮气但不仅限于此；

限位器6包括有支撑杆6a，支撑杆6a贯穿防护壳体2设置并与其滑动连接，支撑杆6a的端部与支撑板5b固定连接，支撑杆6a的内部开设有空腔，受压板5a与支撑板5b之间设置有气囊5d，气囊5d与支撑杆6a内的空腔相连通，空腔的内部设置有驱动杆6b，驱动杆6b的一端设置有活塞6b1，驱动杆6b的另一端设置有第二弹性元件6c，第二弹性元件6c为弹簧但不仅限于此，驱动杆6b上对称设置有卡扣组件6d，卡扣组件6d用于将支撑杆6a与防护壳体2连接，当气囊5d受压且超过轻微晃动的阈值时，驱动杆6b带动卡扣组件6d脱离与防护壳体2的连接；

卡扣组件6d包括有连接杆6d1，连接杆6d1与支撑杆6a的轴向呈垂直交错状态，连接杆6d1贯穿支撑杆6a且与其滑动连接，连接杆6d1的两端分别设置有卡板6d2和第二滚动体6d3，第二滚动体6d3为滚珠但不仅限于此，防护壳体2上开设有与卡板6d2对应的卡槽2a，连接杆6d1上设置有第三弹性元件6d4，第三弹性元件6d4为弹簧但不仅限于此，第三弹性元件6d4用于驱动卡板6d2脱离防护壳体2的卡槽2a，驱动杆6b的外壁分为外张面6b2与收缩面6b3，外张面6b2的直径大于收缩面6b3，当第三滚动体9a与外张面6b2接触时，卡板6d2处于伸出状态。

具体的，为了保证在缓冲机构5受压超过轻微晃动的阈值时，限位器6可以解除对电芯模组位移量的限制，在此提出以下解决方式：

在电芯模组进行位移的过程中将会使对应位置的受压板5a受力，受压板5a受力后将靠近支撑板5b，通过限位筒5b1内注入的氮气对受压板5a产生的晃动进行吸能，并且在受压板5a移动的过程中将会使气囊5d产生形变，气囊5d中的气体将被推入至支撑杆6a的空腔内，进入支撑杆6a空腔内的气体将通过活塞6b1推动驱动杆6b产生回缩位移，驱动杆6b在回缩位移的过程中此前与卡扣组件6d的第二滚动体6d3接触的外张面6b2替换至收缩面6b3，在第二弹性元件6c的驱动下，连接杆6d1带动卡板6d2脱离与防护壳体2卡槽2a的连接，此时支撑杆6a可以自由的与防护壳体2进行滑动，通过支撑杆6a随电芯模组的继续移动产生泄力。

如图7至图11所示，锂电池电芯模组的安全防护结构还包括有复位控制机构7，复位控制机构7包括有底座8和活动板9，防护壳体2安装于底座8的顶部，活动板9通过三维滑轨模组8a安装于底座8上，三维滑轨模组8a包括有纵移框体8a1和横移滑架8a2，纵移框体8a1纵向滑动设置于底座8上，横移滑架8a2水平滑动设置于纵移框体8a1上，活动板9滑动设置于横移滑架8a2上，且活动板9的滑动方向与横移滑架8a2的滑动方向呈垂直状态，活动板9上设置有第三滚动体9a，第三滚动体9a为重力球，但不仅限于此，底座8上开设有球面坑8b，第三滚动体9a常态下与球面坑8b的最低点接触；

底座8上设置有四组位移驱动组件8c，四组位移驱动组件8c分别设置于底座8的四个侧面，位移驱动组件8c分别与活动板9和限位器6传动连接；

位移驱动组件8c包括有固定架8c1，固定架8c1安装于底座8的侧壁，固定架8c1上设置有第一齿轮8c2和第二齿轮8c3，第一齿轮8c2和第二齿轮8c3均与固定架8c1可转动连接，第一齿轮8c2与第二齿轮8c3之间可通过齿轮组8c6进行传动连接，齿轮组8c6具体可为增速齿轮组8c6、减速齿轮组8c6或等速齿轮组8c6进行传动连接，第一齿轮8c2可通过齿轮组8c6带动第二齿轮8c3进行反向转动，位移驱动组件8c还包括有第一齿条8c4和第二齿条8c5，第一齿条8c4设置于底座8上并与其滑动连接，第一齿条8c4与活动板9连接，并且第一齿条8c4与第一齿轮8c2啮合，第二齿条8c5设置于防护壳体2的底部并与其滑动连接，第二齿条8c5与第二齿轮8c3啮合，限位器6上设置有支撑件6d5，支撑件6d5与防护壳体2滑动连接，第二齿条8c5上设置有挡板，在锂电池处于稳定状态下，挡板内表面与支撑件6d5相接触，第二齿条8c5通过挡板拉动限位器6复位。

具体的，由于限位器6在完成对电芯模组的泄力后将产生位移，而且每次的位移量并不一致，为了控制在限位器6出现不同位移量后均能准确的进行复位，在此提出以下解决方式：

在电芯模组出现水平方向晃动的过程中，第三滚动体9a与其一同产生同方向移动，在第三滚动体9a移动的过程中，将会通过活动板9推动对应方向的位移驱动组件8c的第一齿条8c4，第一齿条8c4将驱动第一齿轮8c2转动，第一齿轮8c2通过齿轮组8c6带动第二齿轮8c3反向转动，第二齿轮8c3带动第二齿条8c5的挡板远离支撑件6d5；

由于电芯模组在突破缓冲机构5的阈值，然后再促使限位器6解锁需要一个时间过程，所以限位器6的移动往往要慢于第二齿条8c5的移动，当限位器6完成扩大电芯模组的活动范围的泄力后，第三滚动体9a将在重力的作用下回滚至球面坑8b的最低点，从而间接带动第二齿条8c5进行回缩复位，在第二齿条8c5复位的过程中，挡板通过拉动支撑件6d5促使限位器6也进行复位；

此处需要注意的是，在以上进行说明中提到的第一齿轮8c2与第二齿轮8c3之间可通过增速齿轮组8c6、减速齿轮组8c6或等速齿轮组8c6进行传动连接，其意思在于根据第三滚动体9a可进行的位移量来进行选择。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种锂电池电芯模组的安全防护结构，包括有电池芯模组和防护壳体（2），其特征在于，防护壳体（2）上设置有顶板（3），顶板（3）的底部设置有二维滑轨模组（3a），电池芯模组设置于二维滑轨模组（3a）上，并且电池芯模组处于防护壳体（2）的内部，通过二维滑轨模组（3a）可以保证电池芯模组在防护壳体（2）内进行X和Z轴的移动，防护壳体（2）上设置有至少一个泄压模组（4），泄压机构包括有缓冲机构（5）和限位器（6），限位器（6）滑动安装于防护壳体（2）外壁，限位器（6）用于控制电芯模组本体（1）在防护壳体（2）内部的移动范围，缓冲机构（5）与限位器（6）传动连接，当缓冲机构（5）受压超过阈值时，限位器（6）扩大电芯模组本体（1）在防护壳体（2）内的活动范围。

2.根据权利要求1所述的 一种锂电池电芯模组的安全防护结构，其特征在于，缓冲机构（5）包括有受压板（5a）和支撑板（5b），支撑板（5b）固定安装于限位器（6）上，并且支撑板（5b）位于防护壳体（2）的内部，支撑板（5b）上设置有限位筒（5b1），受压板（5a）的一面设置有限位杆（5a1），受压板（5a）的另一面设置有第一滚动体（5a2），受压板（5a）通过限位杆（5a1）与限位筒（5b1）滑动连接，限位筒（5b1）上设置有第一弹性元件（5c），第一弹性元件（5c）的两端分别抵触受压板（5a）和支撑板（5b），限位筒（5b1）的内部注入有阻尼气体。

3.根据权利要求2所述的 一种锂电池电芯模组的安全防护结构，其特征在于，限位器（6）包括有支撑杆（6a），支撑杆（6a）贯穿防护壳体（2）设置并与其滑动连接，支撑杆（6a）的端部与支撑板（5b）固定连接，支撑杆（6a）的内部开设有空腔，受压板（5a）与支撑板（5b）之间设置有气囊（5d），气囊（5d）与支撑杆（6a）内的空腔相连通，空腔的内部设置有驱动杆（6b），驱动杆（6b）的一端设置有活塞（6b1），驱动杆（6b）的另一端设置有第二弹性元件（6c），驱动杆（6b）上设置有卡扣组件（6d），卡扣组件（6d）用于将支撑杆（6a）与防护壳体（2）连接，当气囊（5d）受压且超过轻微晃动的阈值时，驱动杆（6b）带动卡扣组件（6d）脱离与防护壳体（2）的连接。

4.根据权利要求3所述的 一种锂电池电芯模组的安全防护结构，其特征在于，卡扣组件（6d）包括有连接杆（6d1），连接杆（6d1）贯穿支撑杆（6a）且与其滑动连接，连接杆（6d1）的两端分别设置有卡板（6d2）和第二滚动体（6d3），防护壳体（2）上开设有与卡板（6d2）对应的卡槽（2a），连接杆（6d1）上设置有第三弹性元件（6d4），第三弹性元件（6d4）用于驱动卡板（6d2）脱离防护壳体（2）的卡槽（2a），驱动杆（6b）的外壁分为外张面（6b2）与收缩面（6b3），外张面（6b2）的直径大于收缩面（6b3），当第三滚动体（9a）与外张面（6b2）接触时，卡板（6d2）处于伸出状态。

5.根据权利要求1所述的 一种锂电池电芯模组的安全防护结构，其特征在于，锂电池电芯模组的安全防护结构还包括有复位控制机构（7），复位控制机构（7）包括有底座（8）和活动板（9），防护壳体（2）安装于底座（8）的顶部，活动板（9）通过三维滑轨模组（8a）安装于底座（8）上，通过三维滑轨模组（8a）可以保证活动板（9）在底座（8）上进行X、Y、Z轴的移动，活动板（9）上设置有第三滚动体（9a），底座（8）上开设有球面坑（8b），第三滚动体（9a）常态下与球面坑（8b）的最低点接触；

底座（8）上设置有与限位器（6）数量对应的位移驱动组件（8c），位移驱动组件（8c）设置于底座（8）上，位移驱动组件（8c）分别与活动板（9）和限位器（6）传动连接。

6.根据权利要求5所述的 一种锂电池电芯模组的安全防护结构，其特征在于，位移驱动组件（8c）包括有固定架（8c1），固定架（8c1）安装于底座（8）上，固定架（8c1）上设置有第一齿轮（8c2）和第二齿轮（8c3），第一齿轮（8c2）和第二齿轮（8c3）均与固定架（8c1）可转动连接，第一齿轮（8c2）与第二齿轮（8c3）之间可通过齿轮组（8c6）进行传动连接，第一齿轮（8c2）可通过齿轮组（8c6）带动第二齿轮（8c3）进行反向转动，位移驱动组件（8c）还包括有第一齿条（8c4）和第二齿条（8c5），第一齿条（8c4）滑动设置于底座（8）上，第一齿条（8c4）与活动板（9）连接， 并且第一齿条（8c4）与第一齿轮（8c2）啮合，第二齿条（8c5）滑动设置于防护壳体（2）的底部，第二齿条（8c5）与第二齿轮（8c3）啮合，第二齿条（8c5）上设置有挡板，在锂电池处于稳定状态下，挡板内表面与支撑件（6d5）相接触，第二齿条（8c5）通过挡板拉动限位器（6）复位。