CN118056331A - 电池包及其安全控制方法、用电装置 - Google Patents

电池包及其安全控制方法、用电装置 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种电池包及其安全控制方法、用电装置，其中，电池包(200)包括：箱体组件(201)；多个电池单体(100)，设在箱体组件(201)内；和安全保护机构(1)，设在箱体组件(201)内，且具有第一状态和第二状态，在安全保护机构(1)处于第一状态的情况下，多个电池单体(100)与箱体组件(201)绝缘；在满足预设触发条件的情况下安全保护机构(1)处于第二状态，在安全保护机构(1)处于第二状态的情况下，至少部分电池单体(100)与箱体组件(201)电连接。

Description

电池包及其安全控制方法、用电装置 技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池包及其安全控制方法、用电装置。
背景技术
由于锂离子等电池具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在电动汽车上面已普遍应用。
但是，提高电动汽车中电池在使用过程中的安全性，一直是业内的一个难题。
发明内容
本申请的目的在于提高电池在使用过程中的安全性。
根据本申请的第一方面，提供了一种电池包，包括：
箱体组件；
多个电池单体，设在箱体组件内；和
安全保护机构，设在箱体组件内，且具有第一状态和第二状态，在安全保护机构处于第一状态的情况下，多个电池单体与箱体组件绝缘；在满足预设触发条件的情况下安全保护机构处于第二状态，在安全保护机构处于第二状态的情况下，至少部分电池单体与箱体组件电连接。
该实施例的电池包在出现异常的电池单体且满足预设触发条件的情况下，能够使安全保护机构从第一状态变化至第二状态，从而主动可控地使至少部分电池单体与箱体组件电连接，使至少部分电池单体与箱体组件形成等势体，避免电池包内出现高压打火现象，将电池包从异常状态及时调节为稳定可控的状态。
而且，在电池包内部可通过至少部分电池单体与箱体组件电连接出现绝缘失效点，将电池包内的高压系统切换为多个等势部件，从而保护电池包，提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，在安全保护机构处于第二状态的情况下，与箱体组件电连接的电池单体的数量至少为三个。
该实施例在电池包满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构处于第二状态，通过使至少三个电池单体与箱体组件电连接，可在电池包内形成至少三个绝缘失效点， 以降低整个高压负载在两个绝缘失效点之间的分压，降低出现高压打火的风险，将电池包从异常状态及时调节为稳定可控的状态，不仅能提高电池包内电池单体的安全性，还能防止与电池包连接的控制电箱的安全性。
在一些实施例中，在安全保护机构处于第二状态的情况下，所有的电池单体均与箱体组件电连接。
该实施例在电池包满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构处于第二状态，使电池包内的所有电池单体均与箱体组件电连接，可在电池包内的每个电池单体上均形成绝缘失效点，以最大限度地降低整个高压负载在两个绝缘失效点之间的分压，即使任意一个电池单体出现异常，都能降低出现高压打火的风险，将电池包从异常状态及时调节为稳定可控的状态，不仅能提高电池包内电池单体的安全性，还能防止与电池包连接的控制电箱的安全性。
在一些实施例中，安全保护机构包括多个子保护部件，多个子保护部件与多个电池单体一一对应地设置，每个子保护部件均具有第一状态和第二状态，子保护部件被配置为在第一状态下使相应的电池单体与箱体组件绝缘，并在第二状态下使相应的电池单体与箱体组件电连接。
该实施例为多个电池单体一一对应地设置多个子保护部件，相当于将安全保护机构设置为多个独立的子保护部件，可灵活地为特定数量和位于特定位置的电池单体设置子保护部件，并简化子保护部件的结构，减小子保护部件的体积，易于在电池包紧凑的内部空间中设置。而且，若电池包在长期工作后出现了失效的子保护部件后，仍能依靠其它的子保护部件降额实现安全保护功能，可进一步提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，安全保护机构设在电池单体与箱体组件的底壁或顶壁之间。
该实施例只需要在在电池包的高度方向上增加预设空间，就能够实现同一层中部分或全部电池单体的安全保护，既保证了电池包内部空间紧凑，又能利用最小的空间实现对数量更多的电池单体进行保护，从而提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，预设触发条件包括以下至少一个：箱体组件内部的温度达到预设温度，箱体组件内的气压达到预设压力，箱体组件内的烟雾浓度达到预设浓度和电池包的电池管理系统发出电池单体异常的电信号。
该实施例能够定量地判断出电池包发生异常的情况，以便准确地确定出安全保护机构切换为第二状态的时机，既能保证电池包在出现异常情况时的安全性，又能防止安全保护机构意外开启。
在一些实施例中，安全保护机构被配置为在满足预设触发条件的情况下通过机械 动作从第一状态到达第二状态。
该实施例能够在满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构通过机械动作实现状态变化，动作可靠，以实现电池单体安全保护的可靠性，而且利于实现第一状态和第二状态的双向切换。
在一些实施例中，安全保护机构包括多个子保护部件，分别设置于不同的电池单体，每个子保护部件均具有第一状态和第二状态，电池单体包括外壳，子保护部件设在外壳上，子保护部件被配置为在满足预设触发条件的情况下，通过外壳的膨胀力产生机械动作从第一状态变化至第二状态。
该实施例将安全保护机构设置为多个独立的子保护部件，可灵活地为特定数量和位于特定位置的电池单体设置子保护部件，并简化子保护部件的结构，减小子保护部件的体积，易于在电池包紧凑的内部空间中设置。而且，若电池包在长期工作后出现了失效的子保护部件后，仍能依靠其它的子保护部件降额实现安全保护功能，可进一步提高电池包工作的安全性。
而且，通过将子保护部件设在外壳上，能够利用电池单体发生异常时内部产生的膨胀力作用于外壳，以通过外壳的变形使子保护部件产生机械动作，以从第一状态变化至第二状态，此种触发子保护部件动作的方式可省去设置状态监测部件，直接利用电池单体发生异常时自身的结构变化使子保护部件启动，可简化电池包安全保护系统的结构和控制方式，并减少由于电子元器件故障导致的子保护部件误动作，可提高子保护部件动作的可靠性，从而提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，外壳上设有泄压部件，子保护部件设在泄压部件上，被配置为通过泄压部件受到膨胀力开启产生机械动作，以从第一状态变化至第二状态。
该实施例将子保护部件设在泄压部件上，由于电池单体在发生热失控时，若内部压力超过预设压力泄压部件会开启，泄压部件开启后部分结构向外运动打开，由于泄压部件打开过程中的运动幅度较大，能够可靠地驱动子保护部件产生机械动作从第一状态变化至第二状态，使子保护部件及时开启，以提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，子保护部件包括弹性元件和搭接件，弹性元件连接在外壳与搭接件之间，子保护部件处于第二状态的情况下，搭接件与箱体组件电连接。
该实施例可利用电池单体外壳的膨胀通过弹性元件作用于搭接件，通过弹性元件施加于搭接件的弹性作用，更易于使搭接件与箱体组件电连接，即使是瞬间保持电连接也能快速地将电池单体的高压释放，防止出现高压打火现象，提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，安全保护机构包括多个子保护部件，分别设置于不同的电池单 体，每个子保护部件均具有第一状态和第二状态；其中，子保护部件包括导电部、绝缘部和加热部，导电部连接于电池单体，绝缘部包覆导电部，且导电部与绝缘部之间形成间隙，加热部设在间隙内，子保护部件被配置为通过加热部释放热量破坏绝缘部，以从第一状态变化至第二状态。
该实施例通过在满足预设触发条件的情况下，利用加热部释放的热量将绝缘部破坏，以实现导电部与箱体组件电连接，此种利用热量释放使子保护部件从第一状态变化为第二状态的结构，无需在箱体组件内设置复杂的运动机构，可降低结构复杂程度，既能保证子保护部件处于第一状态的绝缘性能，又能提高子保护部件切换到第二状态的可靠度，从而提高电池包的工作安全性。
在一些实施例中，加热部包括线圈，线圈被配置为在满足预设触发条件的情况下通电，以产生磁场进行加热破坏绝缘部。
该实施例能够在满足预设触发条件的情况下，主动向多个子保护部件中的线圈通电，以利用线圈中的电流产生磁场释放热量，并利用该热量破坏绝缘部，此种方式能够灵活地控制释放热量的大小，以可靠地将绝缘部去除，从而在在电池包工作出现异常工作的情况下可靠地开启子保护部件；而且，该实施例能够通过控制器更加准确地判断出安全保护机构的开启时机，并主动控制多个子保护部件开启，利于实现多个子保护部件的同步开启。
在一些实施例中，绝缘部将导电部与绝缘部之间的间隙分隔为第一腔和第二腔，多个子保护部件各自的第一腔相互连通且容纳有氧化剂，多个述子保护部件各自的第二腔相互连通且容纳有还原剂；加热部包括氧化剂和还原剂，被配置为在满足预设触发条件的情况下，通过导电部的加热使氧化剂和还原剂发生反应，以通过反应释放的热量破坏绝缘部。
该实施例能够在满足预设触发条件的情况下，特定电池单体发生异常产生的热量可传递至对应的导电部，并通过导电部将绝缘部位于第一腔和第二腔之间部分熔化，由此氧化剂和还原剂发生化学反应释放热量，并利用释放的热量破坏绝缘部，与此同时，该热量使其它电池单体对应子保护部件中位于第一腔和第二腔之间的绝缘部也熔化，并促使氧化剂和还原剂顺着多个电池单体的排布路径依次发生反应，使多个子保护部件中的绝缘部均被破坏，从而在在电池包工作出现异常工作的情况下可靠地开启多个子保护部件。而且，该实施例能够利用电池单体发生异常时的热量被动开启子保护部件，能够更及时迅速地使安全保护机构开启。
在一些实施例中，电池包还包括控制器，被配置为在接收到满足预设触发条件的 信号的情况下，向安全保护机构发出启动信号，以使安全保护机构从第一状态变化至第二状态。
该实施例在电池包工作出现异常的情况下，通过控制器主动控制安全保护机构的开启，可通过控制器对接收到的信号进行综合判断，例如检测信号超出预设阈值持续预设时间，才会最终判定满足预设触发条件，以免状态监测部件的采集信号偶然发生偏离，能够更加准确地判断出安全保护机构的开启时机，防止安全保护机构误启动造成电池包报废。而且，主动控制方式还能在安全保护机构开启后，使控制器采取其它安全保护措施，例如对电池包进行断电、冷却或主动开启箱体组件上的泄压部件等。
在一些实施例中，安全保护机构被配置为直接在预设触发条件的作用下从第一状态变化至第二状态。
该实施例在电池包工作出现异常的情况下，直接借助于箱体组件的环境变化被动开启安全保护机构，无需通过控制器对环境变化情况进行判断并进一步对安全保护机构发出开启信号，能够更及时迅速地使安全保护机构开启，在电池包进入失控的情况下，可快速使电池单体与箱体组件形成等势体，并在电池包内形成多个绝缘失效点，降低整个高压负载在两个绝缘失效点的分压，可防止出现瞬间的高压打火，及时将电池包从异常状态调节至稳定可控的状态，避免发生进一步的恶化时间。
在一些实施例中，电池单体包括外壳，安全保护机构被配置为在处于第二状态的情况下使外壳与箱体组件电连接。
该实施例在电池包工作出现异常的情况下，使外壳与箱体组件电连接，由于外壳具有较大的表面积，便于安装安全保护机构，并实现安全保护机构可靠动作，而且可使安全保护机构远离电池单体的电连接部分，避免安全保护机构的动作对电连接部分产生影响。此外，由于电池包在正常工作状态下，电池单体被绝缘层包覆，在设置安全保护机构的情况下，也能可靠地保证电池单体与箱体组件之间的绝缘性能。
在一些实施例中，电池单体包括外壳，外壳上设有电极端子，电池包还包括汇流件，汇流件被配置为电连接其中两个电池单体各自的电极端子；其中，安全保护机构被配置为在处于第二状态的情况下使电极端子和汇流件中的至少一个与箱体组件电连接。
该实施例在电池包发生异常的情况下，通过安全保护机构动作使电极端子和汇流件中的至少一个与箱体组件电连接，由于电池包中的多个电池单体会通过汇流件电连接，因此只需要为存在电连接关系的多个电池单体设置至少一个子保护部件，就能实现电连接的多个电池单体的安全保护，可减少子保护部件的数量，并简化安全保护机构的结构，还可减少安全保护机构在箱体组件内占用的空间，提高电池包的能量密度。
在一些实施例中，多个电池单体分为多个电池模块，每个电池模块中的多个电池单体均通过汇流件实现串联、并联或混联，安全保护机构包括多个导电件，每个电池模块设置至少一个导电件，导电件与未连接汇流件的电极端子连接，导电件外覆盖绝缘层且被配置为在绝缘层破坏后与箱体组件电连接，以从第一状态变化至第二状态。
该实施例将安全保护机构设置为多个导电件，用于在满足预设触发条件的情况下与箱体组件电连接，由此可实现电池模块中多个电池单体与箱体组件电连接，可减少导电件的数量，并简化安全保护机构的结构，还可减少安全保护机构在箱体组件内占用的空间，提高电池包的能量密度。
根据本申请的第二方面，提供了一种用电装置，包括上述实施例的电池包，电池包用于为用电装置提供电能。
根据本申请的第三方面，提供了一种电池包的安全控制方法，包括：
使电池包的箱体组件内的安全保护机构处于第一状态，以使箱体组件内的多个电池单体与箱体组件绝缘；
在满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构从第一状态变化至第二状态，以使至少部分电池单体与箱体组件电连接。
该实施例的电池包在出现异常的电池单体且满足预设触发条件的情况下，能够使安全保护机构从第一状态变化至第二状态，从而主动可控地使至少部分电池单体与箱体组件电连接，使至少部分电池单体与箱体组件形成等势体，避免电池包内出现高压打火现象，将电池包从异常状态及时调节为稳定可控的状态。
而且，在电池包内部可通过至少部分电池单体与箱体组件电连接出现绝缘失效点，将电池包内的高压系统切换为多个等势部件，从而保护电池包，提高电池包工作的安全性。
在一些实施例中，在满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构从第一状态变化至第二状态包括：
在控制器接收到满足预设触发条件的信号的情况下，通过控制器向安全保护机构发出启动信号，以使安全保护机构从第一状态变化至第二状态。
该实施例在电池包工作出现异常的情况下，通过控制器主动控制安全保护机构的开启，可通过控制器对接收到的信号进行综合判断，例如检测信号超出预设阈值持续预设时间，才会最终判定满足预设触发条件，以免状态监测部件的采集信号偶然发生偏离，能够更加准确地判断出安全保护机构的开启时机，防止安全保护机构误启动造成电池包报废。而且，主动控制方式还能在安全保护机构开启后，使控制器采取其它安全保护措 施，例如对电池包进行断电、冷却或主动开启箱体组件上的泄压部件等。
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为本申请将电池包安装于车辆的一些实施例的结构示意图。
图2为本申请电池包的一些实施例的分解图。
图3为本申请电池单体的一些实施例的结构示意图。
图4为本申请电池单体的一些实施例的分解示意图。
图5为本申请电池包的第一实施例中安全保护机构处于第一状态的示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为图5中子保护部件的侧视图。
图8为图5中安全保护机构处于第二状态的示意图。
图9为图8中的A处放大图。
图10为本申请电池包中电池单体与箱体组件的电连接状态示意图。
图11为本申请电池包中安全保护机构的工作原理示意图。
图12为本申请电池包的第二实施例中子保护部件的主视图。
图13A为图12的侧视图。
图13B为图13A的变形实施例的结构示意图。
图14为本申请电池包的第三实施例中安全保护机构结构示意图。
图15为图14的俯视图。
图16为图15中的B处放大图。
图17为本申请电池包安全控制方法的一些实施例的流程示意图。
图18为本申请电池包的安全控制装置的一些实施例的结构示意图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
标记说明：
1、安全保护机构；1’、子保护部件；11、弹性元件；12、搭接件；13、导电部；14、绝缘部；15、加热部；15A、线圈；15B、氧化剂；15C、还原剂；16、第一腔；17、第二腔；18、导电件；
100、电池单体；100’、外壳；10、壳体；101、开口；20、绝缘层；30、电极组件；30’、极耳；40、转接件；50、端盖；51、电极端子；52、泄压部件；
200、电池包；200’、电池模块；201、箱体组件；201A、箱体；201B、盖体；201C、梁；201D、容纳腔；202、汇流件；203、状态监测部件；204、控制器；205、电池管理系统；
300、车辆；301、车桥；302、车轮；303、马达；304、控制器；
401、存储器；402、处理器；403、通信接口；404、总线。
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。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
本申请采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系的描述，这仅是为了便于描述本申请，而不是指示或暗示所指的装置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保护范围的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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。下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。
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。
在本文中提及“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些实施例中。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，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、 钠离子电池或镁离子电池等，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。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。
目前的电池单体通常包括壳体和容纳于壳体内的电极组件，并在壳体内填充电解质。电极组件主要由极性相反的第一极片和第二极片层叠或卷绕形成，并且通常在第一极片与第二极片之间设有绝缘件，例如隔膜等。第一极片和第二极片涂覆有活性物质的部分构成电极组件的主体部，第一极片和第二极片未涂覆活性物质的部分各自构成第一极耳和第二极耳。在锂离子电池中，第一极片可以为正极极片，包括正极集流体和设于正极集流体两侧的正极活性物质层，正极集流体的材料例如可以为铝，正极活性物质例如可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等；第二极片可以为负极极片，包括负极集流体和设于负极集流体两侧的负极活性物质层，负极集流体的材料例如可以为铜，负极活性物质例如可以为石墨或硅等。可选地，第一极片也可以为负极极片，相应地第二极片为正极极片。第一极耳和第二极耳可以共同位于主体部的一端或是分别位于主体部的两端。在电池单体的充放电过程中，正极活性物质和负极活性物质与电解液发生反应，极耳连接端子以形成电流回路。
目前的电池在使用过程中，仍存在较大的安全隐患，例如整个电池系统在使用过程中会出现高压打火。发明人通过研究发现，造成这一现象的原因在于，电池包内的电池单体发生热失控时，产生的高温可燃烟气难以迅速排出，容易聚积在箱体内部形成高温高压环境，使电池包内的绝缘设计局部受到损坏，使部分电池单体出现高压。而且，在电池包出现上述问题的情况下，出现高压打火的数量和位置均是不确定的，无法使电池从异常状态及时调控为稳定可控的状态。
另外，在电池单体内的排出物通过防爆阀溅射到电连接结构上之后，也容易发生短路，或使高压打火影响其它电池单体，这样电池单体的热扩散现象会引起高压拉弧。可见，热失控不仅会出现高温影响，还会进一步恶化造成电池包出现高压打火现象。
为了解决上述问题，发明人想到在电池单体工作过程中出现热失控或其它异常现象时，主动地将电池单体的电压控制在安全稳定的水平，尽量避免出现高压打火的现象。
基于这一改进思路，本申请提出了一种电池包，包括：箱体组件；多个电池单体，设在箱体组件内；和安全保护机构，设在箱体组件内，且具有第一状态和第二状态，在安全保护机构处于第一状态的情况下，多个电池单体与箱体组件绝缘；在满足预设触发条件的情况下安全保护机构处于第二状态，在安全保护机构处于第二状态的情况下，至少部分电池单体与箱体组件电连接。
此种电池包在出现异常的电池单体从而满足预设触发条件的情况下，能够使安全保护机构从第一状态变化至第二状态，从而主动可控地使至少部分电池单体与箱体组件电连接，使电池包内部出现绝缘失效点，使至少部分电池单体与箱体组件形成等势体，将电池包内的高压系统切换为多个等势部件，避免电池包内出现高压打火现象，将电池包从异常状态及时调节为稳定可控的状态，从而保护电池包，提高电池包工作的安全性。
本申请实施例的电池单体适用于电池以及使用电池的用电装置。
用电装置可以是手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，例如，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。
如图1所示，用电装置可以是车辆300，例如新能源汽车，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；或者用电装置也可以是无人机或轮船等。具体地，车辆300可包括车桥301、连接于车桥301的车轮302、马达303、控制器304和电池包200，马达303用于驱动车桥301转动，控制器304用于控制马达303工作，电池包200可以设置在车辆300的底部、头部或尾部，用于为马达303以及车辆中其它部件的工作提供电能。
如图2所示，电池包200包括箱体组件201和电池单体100。在电池包200中，电池单体100可以是一个，也可以是多个。若电池单体100为多个，多个电池单体100之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体100中既有串联又有并联，可以是多个电池单体100先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体组件201内。也可以是所有电池单体100之间直接串联或并联或混联在一起，再将所有电池单体100构成的整体容纳于箱体组件201内。
箱体组件201内部为中空结构，例如，箱体组件201可以包括箱体201A和盖体201B。箱体201A和盖体201B扣合在一起。例如，箱体201A和盖体201B均可以为中空长方体且各自只有一个面为开口面，箱体201A的开口和盖体201B的开口相对设置，并且箱体201A和盖体201B相互扣合形成具有封闭腔室的箱体。也可以为，箱体201A为具有开口的长方体而盖体201B为板状，或者盖体201B为具有开口的长方体而箱体201A为板状，箱体201A和盖体201B相对设置并扣合而形成具有封闭腔室的箱体组件201。至少一个电池单体100相互并联或串联或混联组合后，置于箱体201A和盖体201B扣合后形成 的封闭腔室内。
为了能够更清楚地理解本申请电池包的改进原理，首先对电池单体100的结构进行详细说明。
在一些实施例中，如图3和图4所示，电池单体100包括壳体10、电极组件30、端盖50、两个极性相反的电极端子51和两个转接件40。壳体10具有开口101，端盖50盖合于开口101，且端盖50与壳体10连接形成电池单体100的外壳100’，外壳100’的外表面可包覆绝缘层20，以提高电池单体100的绝缘性。端盖50上可设置两个极性相反的电极端子51。
电极组件30设在壳体10内，且壳体10内填充电解液。根据实际使用需求，电极组件30可设置为单个或多个。电极组件30由极性相反的第一极片和第二极片层叠或卷绕形成，并且通常在第一极片与第二极片之间设有隔膜。第一极片和第二极片涂覆有涂覆的部分构成电极组件30的主体部，第一极片和第二极片未涂覆的部分各自构成两种极性相反的极耳30’，两种极耳30’分别通过一个转接件40与同极性的电极端子51电连接。
可选地，端盖50上还可设置泄压部件52，泄压部件52是指电池单体100的内部压力或温度达到预定阈值时致动以泄放内部压力或温度的元件或部件。该阈值设计根据设计需求不同而不同。所述阈值可能取决于电池单体100中的第一极片、第二极片、电解液和隔离膜中一种或几种的材料。泄压部件52可以采用诸如防爆阀、气阀、泄压阀或安全阀等的形式，并可以具体采用压敏或温敏的元件或构造，即，当电池单体100的内部压力或温度达到预定阈值时，泄压部件52执行动作或者泄压部件52中设有的薄弱结构被破坏，从而形成可供内部压力或温度泄放的开口或通道。
本申请中所提到的“致动”是指泄压部件52产生动作或被激活至一定的状态，从而使得电池单体100的内部压力及温度得以被泄放。泄压部件52产生的动作可以包括但不限于：泄压部件52中的至少一部分破裂、破碎、被撕裂或者打开，等等。泄压部件52在致动时，电池单体100的内部排放物会从致动的部位向外排出。以此方式能够在可控压力或温度的情况下使电池单体100发生泄压及泄温，从而避免潜在的更严重的事故发生。
其中，此处提到的来自电池单体100的排放物包括但不限于：电解液、被溶解或分裂的正负极极片、隔离膜的碎片、反应产生的高温高压气体(如CH4、CO等可燃气体)、火焰，等等。
在一些实施例中，如图5至图9所示，本申请提供了一种电池包200，包括：箱体组件201；多个电池单体100，设在箱体组件201内；和安全保护机构1，设在箱体组件201内，且具有第一状态和第二状态，在安全保护机构1处于第一状态的情况下，多个电 池单体100与箱体组件201绝缘；在满足预设触发条件的情况下安全保护机构1处于第二状态，在安全保护机构1处于第二状态的情况下，至少部分电池单体100与箱体组件201电连接。
其中，箱体组件201的结构已在前面进行详细描述。多个电池单体100可直接进行串联或并联或混联，以通过多个电池单体100直接集成为电池包200。或者，如图5和图6所示，箱体组件201的箱体201A内设有多个梁201C，多个梁201C将箱体201A的内部区域分隔为多个容纳腔201D，每个容纳腔201D内设有多个电池单体100，且进行串联或并联或混联形成电池模块200’。箱体组件201可采用金属材料制成，例如铝、钢或其它合金材料等，为了提高电池包200工作的安全性，箱体组件201外可设置绝缘层。
安全保护机构1设在箱体组件201内，可选地，安全保护机构1可设在如下位置中的至少一个：电池单体100与箱体201A的底壁之间，电池单体100与箱体201A的侧壁之间，电池单体100与梁201C之间，和电池单体100与盖体201B的顶壁之间。安全保护机构1的设置位置可根据便于实现电池单体100与箱体组件201电连接选择。可选地，安全保护机构1可直接安装在箱体组件201的内壁上；或者通过固定板安装在箱体组件201的内壁上，例如固定板可以是水冷板或底护板等；或者固定在电池单体100上。
安全保护机构1具有第一状态和第二状态，第一状态为安全保护机构1的初始状态，第二状态为安全保护机构1的开启状态。
可选地，安全保护机构1只能单向地从第一状态变化至第二状态，在到达第二状态之后无法恢复至第一状态。
可选地，安全保护机构1可在第一状态和第二状态之间切换。例如，安全保护机构1被配置为在处于第二状态，且在预设触发条件不复存在的情况下恢复至第一状态，能够在电池包200的安全风险降低后，通过控制安全保护机构1断开，使所有电池单体100与箱体组件201脱离电连接，因为车辆行驶过程中的颠簸振动可能使本身与箱体组件201电连接的电池单体100一部分脱离电连接，这样会减少存在绝缘失效点的电池单体100的数量，从而增加相邻绝缘失效点之间的分压，此时箱体组件201与部分电池单体100之间仍存在电连接，会对操作者取下报废的电池包200带来操作风险。如果主动使安全保护机构1恢复至第一状态，则能降低操作者取下报废电池包200时的操作风险，提高操作安全性。
在电池包200内的电池单体100均正常工作时，安全保护机构1处于第一状态，电池包200内所有的电池单体100均与箱体组件201绝缘，可保证电池包200正常工作时的绝缘性能。电池单体100的外壳100’的外表面可包覆绝缘层20，例如，绝缘层20可采 用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜、PI(聚酰亚胺)膜、PP(聚丙烯)膜、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)膜、PVC(聚氯乙烯)膜或PPS(聚苯硫醚)膜等，但不限于以上材质。绝缘层20可通过粘接的方式附着于外壳100’的表面。
在电池包200内的电池单体100出现热失控或其它异常时，若满足预设触发条件使电池包200无法正常工作的情况下，安全保护机构1从第一状态变化为第二状态，电池包200内的至少部分电池单体100与箱体组件201电连接，以使电池包200的电压稳定可控。可选地，将电池单体100的任意导电部位与箱体组件201电连接，例如，电池单体100的导电部位可以为外壳100’、电极端子51或与电极端子51连接的汇流件等。可选地，电池单体100可与箱体组件201本身电连接，或者也可与设在箱体组件201内且与箱体组件201导电连接的结构件电连接，以使电池单体100通过该结构件与箱体组件201电连接。
如图10所示，此种电池包200的工作原理为：在电池包200正常工作的情况下，多个电池单体100与箱体组件201之间通过安全保护机构1形成多个预设搭接点位，但是在安全保护机构1处于第一状态时，安全保护机构1未启动，预设搭接点位处于电池单体100与箱体组件201断开的状态；在电池包200内的电池单体100发生异常时，安全保护机构1启动，由第一状态变化为第二状态，预设搭接点位处于电池单体100与箱体组件201电连接的状态。
该实施例的电池包200在出现异常的电池单体100且满足预设触发条件的情况下，能够使安全保护机构1从第一状态变化至第二状态，从而主动可控地使至少部分电池单体100与箱体组件201电连接，使至少部分电池单体100与箱体组件201形成等势体，避免电池包200内出现高压打火现象，将电池包200从异常状态及时调节为稳定可控的状态。
而且，在电池包200内部可通过至少部分电池单体100与箱体组件201电连接出现绝缘失效点，将电池包200内的高压系统切换为多个等势部件，从而保护电池包200，提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，在安全保护机构1处于第二状态的情况下，与箱体组件201电连接的电池单体100的数量至少为三个。
其中，至少三个电池单体100与箱体组件201电连接的结构可以一致，也可以不完全相同。
该实施例在电池包200满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构1处于第二状态，通过使至少三个电池单体100与箱体组件201电连接，可在电池包200内形成至少三个绝缘失效点，以降低整个高压负载在两个绝缘失效点之间的分压，降低出现高压打火的风险，将电池包200从异常状态及时调节为稳定可控的状态，不仅能提高电池包200 内电池单体100的安全性，还能防止与电池包200连接的控制电箱的安全性。
在一些实施例中，在安全保护机构1处于第二状态的情况下，所有的电池单体100均与箱体组件201电连接。
其中，所有电池单体100与箱体组件201电连接的结构可以一致，也可以不完全相同。
该实施例在电池包200满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构1处于第二状态，使电池包200内的所有电池单体100均与箱体组件201电连接，可在电池包200内的每个电池单体100上均形成绝缘失效点，以最大限度地降低整个高压负载在两个绝缘失效点之间的分压，即使任意一个电池单体100出现异常，都能降低出现高压打火的风险，将电池包200从异常状态及时调节为稳定可控的状态，不仅能提高电池包200内电池单体100的安全性，还能防止与电池包200连接的控制电箱的安全性。
在一些实施例中，安全保护机构1包括多个子保护部件1’，多个子保护部件1’与多个电池单体100一一对应地设置，每个子保护部件1’均具有第一状态和第二状态，子保护部件1’被配置为在第一状态下使相应的电池单体100与箱体组件201绝缘，如图5和图6所示，并在第二状态下使相应的电池单体100与箱体组件201电连接，如图8所示。
其中，多个子保护部件1’之间在结构上相互独立，多个子保护部件1’的控制可以相互独立，也可整体联动控制。例如，电池包200内的每个电池单体100均可对应设置一个子保护部件1’。
可选地，子保护部件1’只能单向地从第一状态变化至第二状态，在到达第二状态之后无法恢复至第一状态。
可选地，子保护部件1’可在第一状态和第二状态之间切换。例如，子保护部件1’被配置为在处于第二状态，且在预设触发条件不复存在的情况下恢复至第一状态，能够在电池包200的安全风险降低后，主动使子保护部件1’恢复至第一状态，可降低操作者取下报废电池包200时的操作风险，提高操作安全性。
在电池包200内的电池单体100均正常工作时，多个子保护部件1’均处于第一状态，电池包200内的多个的电池单体100均与箱体组件201绝缘，可保证电池包200正常工作时的绝缘性能。
在电池包200内的电池单体100出现热失控或其它异常时，若满足预设触发条件使电池包200无法正常工作的情况下，多个子保护部件1’均从第一状态变化为第二状态，电池包200内的设置子保护部件1’的多个电池单体100均与箱体组件201电连接。
可选地，在多个电池单体100均对应设置子保护部件1’的情况下，也可灵活地控制部分子保护部件1’开启，以将电池包200内部高压切换为不同的带电部件，满足不同的需求。
该实施例为多个电池单体100一一对应地设置多个子保护部件1’，相当于将安全保护机构1设置为多个独立的子保护部件1’，可灵活地为特定数量和位于特定位置的电池单体100设置子保护部件1’，并简化子保护部件1’的结构，减小子保护部件1’的体积，易于在电池包200紧凑的内部空间中设置。而且，若电池包200在长期工作后出现了失效的子保护部件1’后，仍能依靠其它的子保护部件1’降额实现安全保护功能，可进一步提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，其中，安全保护机构1设在电池单体100与箱体组件201的底壁或顶壁之间。
其中，在多个电池单体100设置为单层时，将安全保护机构1设在设在电池单体100与箱体组件201的底壁或顶壁之间，利于在满足预设触发条件的情况下，可选择地实现部分或全部电池单体100与箱体组件201的电连接。在多个电池单体100设置为两层时，将安全保护机构1设在设在电池单体100与箱体组件201的底壁或顶壁之间，利于在满足预设触发条件的情况下，可选择地实现同一层中部分或全部电池单体100与箱体组件201的电连接；若将安全保护机构1同时设在箱体组件201的底壁与靠近底壁的电池单体100以及箱体组件201的顶壁与靠近顶壁的电池单体100之间，则能够实现对所有电池单体100的安全保护。
该实施例只需要在在电池包200的高度方向上增加预设空间，就能够实现同一层中部分或全部电池单体100的安全保护，既保证了电池包200内部空间紧凑，又能利用最小的空间实现对数量更多的电池单体100进行保护，从而提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，如图11所示，预设触发条件包括以下至少一个：箱体组件201内部的温度达到预设温度，箱体组件201内的气压达到预设压力，箱体组件201内的烟雾浓度达到预设浓度和电池包200的电池管理系统205发出电池单体100异常的电信号。上述条件可任意选择并组合，可在满足其中一个条件时认为达到预设触发条件，或者满足部分条件时认为达到预设触发条件。
可选地，箱体组件201内设置状态监测部件203，被配置为检测箱体组件201内的环境参数，以判断是否满足预设触发条件，并在检测信号超过预设阈值的情况下判断满足预设触发条件，例如检测箱体组件201内部的温度、气压和烟雾浓度中的至少一个。
例如，状态监测部件203可以为温度检测部件，可安装于设在箱体组件201的内 壁上，以采集箱体组件201的温度或内部区域的温度；或者安装于电池单体100的端盖50上，以采集端盖50的温度。在箱体组件201内部的温度超过预设温度的情况下，电池包200内部可能发生热失控或者工作发热量过大的情况，则需要及时开启安全保护。
例如，状态监测部件203可以为压力检测部件，可安装于设在箱体组件201内，以采集箱体组件201的气压，在箱体组件201内部的气压超过预设压力的情况下，电池包200内部可能发生热失控使箱体组件201内的气压未及时排出，则需要及时开启安全保护。
例如，状态监测部件203可以为烟雾检测部件，可安装于设在箱体组件201内，以采集箱体组件201的烟雾浓度，在箱体组件201内部的烟雾浓度超过预设浓度的情况下，电池包200内部可能发生热失控，使电池单体100内的火星或烟雾喷出至箱体组件201内，此时则需要及时开启安全保护。
可选地，电池管理系统205发出电池单体100异常的电信号，以判断出满足预设触发条件。电池管理系统205可获取状态监测部件203的检测信号，并在检测信号超过预设阈值的情况下判断满足预设触发条件；或者电池管理系统205实时监测各电池单体100的工作电信号(包括电压、电流或其它参数)是否处于预设参数范围，并在超出预设参数范围的情况下判定电池单体100工作存在异常，这两种情况下，电池管理系统205均可发出电池单体100异常的电信号。
上述状态监测部件203采集的信号和电池管理系统205发出的信号均可被控制器204接收，控制器204被配置为判断监测部件203采集的信号是否超过预设阈值，并在超过预设阈值的情况下和/或接收到电池单体100异常的电信号时，使安全保护机构1变化至第二状态，使至少部分电池单体100与箱体组件210电连接。
可选地，箱体组件201内的环境可直接作为安全保护机构1的预设触发条件，箱体组件201内的环境参数超过预设阈值的情况下满足预设触发条件。例如，箱体组件201内部的温度达到预设温度，箱体组件201内的气压达到预设压力，和/或箱体组件201内的烟雾浓度达到预设浓度。
该实施例能够定量地判断出电池包200发生异常的情况，以便准确地确定出安全保护机构1切换为第二状态的时机，既能保证电池包200在出现异常情况时的安全性，又能防止安全保护机构1意外开启。
在一些实施例中，安全保护机构1被配置为在满足预设触发条件的情况下通过机械动作从第一状态到达第二状态。
其中，机械动作可以为安全保护机构1中的部件发生运动，例如直线运动、摆动等。
该实施例能够在满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构1通过机械动作实现状态变化，动作可靠，以实现电池单体100安全保护的可靠性，而且利于实现第一状态和第二状态的双向切换。
在一些实施例中，如图5至图9所示，安全保护机构1包括多个子保护部件1’，分别设置于不同的电池单体100，每个子保护部件1’均具有第一状态和第二状态，电池单体100包括外壳100’，子保护部件1’设在外壳100’上，子保护部件1’被配置为在满足预设触发条件的情况下，通过外壳100’的膨胀力产生机械动作从第一状态变化至第二状态。
其中，子保护部件1’设在电池单体100的外壳100’上，可利用外壳100’受到的膨胀力使其变形，以驱动子保护部件1’产生机械动作，以从第一状态变化至第二状态。
可选地，该膨胀力可使外壳100’向外凸出，例如，使壳体10或端盖50向外凸出；或者该膨胀力可使泄压部件52开启向外打开，例如，泄压部件52为防爆阀，防爆阀在开启后部分仍可连接于端盖50，其余部分向外运动打开，以使子保护部件1’产生机械动作从第一状态变化至第二状态。
可选地，该膨胀力可来自电极组件30工作过程中产生的膨胀，或者来自电池单体100发生热失控时产生的膨胀。电池单体100的最大表面具有最大的膨胀量，因此为了使子保护部件1’动作可靠，可将子保护部件1’设在电池单体100的最大表面上，或者设置于电池单体100除了最大表面的其它表面也在保护范围之内。例如，对于多个电池单体100在箱体组件201内平放的实施例，即电池单体100的电极组件30的厚度方向与电池包200的厚度方向一致，电池单体100与箱体组件201的顶壁或底壁相对的表面为最大表面，因此，子保护部件1’可设在电池单体100朝向箱体组件201的顶壁或底壁的表面上。
该实施例将安全保护机构1设置为多个独立的子保护部件1’，可灵活地为特定数量和位于特定位置的电池单体100设置子保护部件1’，并简化子保护部件1’的结构，减小子保护部件1’的体积，易于在电池包200紧凑的内部空间中设置。而且，若电池包200在长期工作后出现了失效的子保护部件1’后，仍能依靠其它的子保护部件1’降额实现安全保护功能，可进一步提高电池包200工作的安全性。
而且，通过将子保护部件1’设在外壳100’上，能够利用电池单体100发生异常时内部产生的膨胀力作用于外壳100’，以通过外壳100’的变形使子保护部件1’产生机械动作，以从第一状态变化至第二状态，此种触发子保护部件1’动作的方式可省去设置状态监测部件203，直接利用电池单体100发生异常时自身的结构变化使子保护部件1’启动，可简化电池包200安全保护系统的结构和控制方式，并减少由于电子元器件故障导致 的子保护部件1’误动作，可提高子保护部件1’动作的可靠性，从而提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，如图5至图9所示，外壳100’上设有泄压部件52，子保护部件1’设在泄压部件52上，被配置为通过泄压部件52受到膨胀力开启产生机械动作，以从第一状态变化至第二状态。
其中，泄压部件52的具体结构已在前面进行详细描述。泄压部件52可设在壳体10或端盖50上。为了便于对更多电池单体100设置子保护部件1’，子保护部件1’可设在电池单体100朝向箱体组件201底壁或顶壁的表面，相应地，泄压部件52设在壳体100’朝向箱体组件201底壁或顶壁的表面。
该实施例将子保护部件1’设在泄压部件52上，由于电池单体100在发生热失控时，若内部压力超过预设压力泄压部件52会开启，泄压部件52开启后部分结构向外运动打开，由于泄压部件52打开过程中的运动幅度较大，能够可靠地驱动子保护部件1’产生机械动作从第一状态变化至第二状态，使子保护部件1’及时开启，以提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，如图9所示，子保护部件1’包括弹性元件11和搭接件12，弹性元件11连接在外壳100’与搭接件12之间，子保护部件1’处于第二状态的情况下，搭接件12与箱体组件201电连接。
其中，弹性元件11可以为弹簧，弹性元件11可以设置一个、两个或更多个，能够稳定支撑搭接件12即可，搭接件12可采用金属材料制成，可呈矩形、圆形或其它形状的搭接板，如图7所示，在第一状态下，搭接板可平行于外壳100’的表面设置，所有的弹性元件11长度一致。
例如，弹性元件11的一端连接于泄压部件52，弹性元件11的另一端连接于搭接件12。泄压部件52可设在电池单体100朝向箱体组件201底壁或顶壁的表面，泄压部件52于外壳100’的主体部分的连接处可设置薄弱部，泄压部件52可呈长圆形或矩形，泄压部件52上沿自身的长度方向间隔设置两个弹性元件11，两个弹性元件11共同支撑搭接件12。
图9所示子保护部件1’的工作原理如下：当电池单体100内部发生热失控时，气压会使薄弱部裂开，使泄压部件52的一侧向外打开，由此会作用于弹性元件11使搭接件12朝着靠近箱体组件201的方向运动，直至使搭接件12与箱体组件201电连接。由于搭接件12、弹性元件11和泄压部件52均采用导电材料制成，相当于使电池单体100与箱体组件201电连接。由于泄压部件52打开后没有外力使其回复到原位，因此可保持搭接件 12与箱体组件201电连接。例如，搭接件12可通过与箱体组件201接触实现电连接。可选地，弹性元件11也可设置于外壳100’除泄压部件52以外的部分。
该实施例可利用电池单体100外壳100’的膨胀通过弹性元件11作用于搭接件12，通过弹性元件11施加于搭接件12的弹性作用，更易于使搭接件12与箱体组件201电连接，即使是瞬间保持电连接也能快速地将电池单体100的高压释放，防止出现高压打火现象，提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，如图12和图13A所示，安全保护机构1包括多个子保护部件1’，分别设置于不同的电池单体100，每个子保护部件1’均具有第一状态和第二状态；其中，子保护部件1’包括导电部13、绝缘部14和加热部15，导电部13连接于电池单体100，绝缘部14包覆导电部13，且导电部13与绝缘部14之间形成间隙，加热部15设在间隙内，子保护部件1’被配置为通过加热部15释放热量破坏绝缘部14，以从第一状态变化至第二状态。
其中，导电部13可连接于电池单体100的外壳100’上，例如连接于壳体10或端盖50，图12和图13A将导电部13连接于泄压部件52；或者导电部13也可连接于电极端子51。导电部13可采用金属材料制成，可设计为柱状结构并凸出于电池单体100，例如圆柱状结构。绝缘部14也可设计为筒状结构并套设在导电部13外，绝缘部14在导电部13远离电池单体100的端部完全包覆绝缘部14，绝缘部14与导电部13的侧面可接触或保留间隙。例如，绝缘部14的侧面与导电部13的侧面之间具有间隙，绝缘部14的端面与导电部13的端面接触。绝缘部14可采用任意绝缘材料制成。
在电池单体100正常工作的情况下，绝缘部14远离电池单体100的端面与箱体组件201接触，加热部15未释放热量；在满足预设触发条件的情况下，加热部15释放热量破坏绝缘部14，并利用热量使绝缘部14熔化或裂开，以实现导电部13远离电池单体100的端面直接与箱体组件201接触，从而实现导电部13与箱体组件201电连接。为了实现该目的，绝缘部14的厚度很薄。
该实施例通过在满足预设触发条件的情况下，利用加热部15释放热量将绝缘部14破坏，以实现导电部13与箱体组件201电连接，加热部15产生的热量大于绝缘部14的熔点，此种利用热量释放使子保护部件1’从第一状态变化为第二状态的结构，无需在箱体组件201内设置复杂的运动机构，可降低结构复杂程度，既能保证子保护部件1’处于第一状态的绝缘性能，又能提高子保护部件1’切换到第二状态的可靠度，从而提高电池包200的工作安全性。
在一些实施例中，如图13A所示，加热部15包括线圈15A，线圈15A被配置为 在满足预设触发条件的情况下通电，以产生磁场进行加热破坏绝缘部14。
其中，线圈15A可套设在加热部15外，可通过控制器204通入交变电流产生磁场释放热量破坏绝缘部14。另一方面，电池单体100发生热失控等异常事件时，产生的热量也会通过导电部13传递至绝缘部14，以促使绝缘部14破坏。
该实施例能够在满足预设触发条件的情况下，主动向多个子保护部件1’中的线圈15A通电，以利用线圈15A中的电流产生磁场释放热量，并利用该热量破坏绝缘部14，此种方式能够灵活地控制释放热量的大小，以可靠地将绝缘部14去除，从而在在电池包200工作出现异常工作的情况下可靠地开启子保护部件1’；而且，该实施例能够通过控制器204更加准确地判断出安全保护机构1的开启时机，并主动控制多个子保护部件1’开启，利于实现多个子保护部件1’的同步开启。
在一些实施例中，如图13B所示，绝缘部14将导电部13与绝缘部14之间的间隙分隔为第一腔16和第二腔17，多个子保护部件1’各自的第一腔16相互连通且容纳有氧化剂15B，多个述子保护部件1’各自的第二腔17相互连通且容纳有还原剂15C；加热部15包括氧化剂15B和还原剂15C，被配置为在满足预设触发条件的情况下，通过导电部13的加热使氧化剂15B和还原剂15C发生反应，以通过反应释放的热量破坏绝缘部14。
其中，图13B中虽然只能看到单个子保护部件1’的结构，但是在该示意图的前后方向上，有多个并排设置的子保护部件1’，第一腔16和第二腔17延伸至与电池单体100的侧面平齐，以实现多个子保护部件1’各自的第一腔16相互连通，且多个述子保护部件1’各自的第二腔17相互连通。
该实施例能够在满足预设触发条件的情况下，特定电池单体100发生异常产生的热量可传递至对应的导电部13，并通过导电部13将绝缘部14位于第一腔16和第二腔17之间部分熔化，由此氧化剂15B和还原剂15C发生化学反应释放热量，并利用释放的热量破坏绝缘部14，与此同时，该热量使其它电池单体100对应子保护部件1’中位于第一腔16和第二腔17之间的绝缘部14也熔化，并促使氧化剂15B和还原剂15C顺着多个电池单体100的排布路径依次发生反应，使多个子保护部件中1’的绝缘部14均被破坏，从而在在电池包200工作出现异常工作的情况下可靠地开启多个子保护部件1’。而且，该实施例能够利用电池单体100发生异常时的热量被动开启子保护部件1’，能够更及时迅速地使安全保护机构1开启。
在一些实施例中，电池包200还包括控制器204，被配置为在接收到满足预设触发条件的信号的情况下，向安全保护机构1发出启动信号，以使安全保护机构1从第一状态变化至第二状态。
其中，控制器204可以接收状态监测部件203的监测信号，并在判断出检测信号超出预设阈值的情况下判定满足预设触发条件，或者也可接收电池管理系统205发出的电池单体100异常的信号，并在此情况下判定满足预设触发条件。在满足预设触发条件的情况下，控制器204主动向安全保护机构1发出启动信号，以使安全保护机构1从第一状态变化至第二状态。具体地，控制器204可向多个子保护部件1’同时或分别发出启动信号，以使多个子保护部件1’均变化至第二状态。
该实施例在电池包200工作出现异常的情况下，通过控制器204主动控制安全保护机构1的开启，可通过控制器204对接收到的信号进行综合判断，例如检测信号超出预设阈值持续预设时间，才会最终判定满足预设触发条件，以免状态监测部件203的采集信号偶然发生偏离，能够更加准确地判断出安全保护机构1的开启时机，防止安全保护机构1误启动造成电池包200报废。而且，主动控制方式还能在安全保护机构1开启后，使控制器204采取其它安全保护措施，例如对电池包200进行断电、冷却或主动开启箱体组件201上的泄压部件等。
在一些实施例中，安全保护机构1被配置为直接在预设触发条件的作用下从第一状态变化至第二状态。
其中，安全保护机构1可直接在箱体组件201内环境的作用下发生状态变化，例如受到箱体组件201内压力、温度或烟雾的作用发生状态变化。
该实施例在电池包200工作出现异常的情况下，直接借助于箱体组件201的环境变化被动开启安全保护机构1，无需通过控制器204对环境变化情况进行判断并进一步对安全保护机构1发出开启信号，能够更及时迅速地使安全保护机构1开启，在电池包200进入失控的情况下，可快速使电池单体100与箱体组件201形成等势体，并在电池包200内形成多个绝缘失效点，降低整个高压负载在两个绝缘失效点的分压，可防止出现瞬间的高压打火，及时将电池包200从异常状态调节至稳定可控的状态，避免发生进一步的恶化时间。
在一些实施例中，电池单体100包括外壳100’，安全保护机构1被配置为在处于第二状态的情况下使外壳100’与箱体组件201电连接。
其中，在电池包200发生异常的情况下，箱体组件201内的温度升高，由于电池单体100外壳100’上包覆的绝缘层20熔点较低，绝缘层20被熔化，可通过安全保护机构1的动作使外壳100’与箱体组件201电连接。或者也可通过安全保护机构1的动作破坏绝缘层20，并使外壳100’与箱体组件201电连接。
该实施例在电池包200工作出现异常的情况下，使外壳100’与箱体组件201电连 接，由于外壳100’具有较大的表面积，便于安装安全保护机构1，并实现安全保护机构1可靠动作，而且可使安全保护机构1远离电池单体100的电连接部分，避免安全保护机构1的动作对电连接部分产生影响。此外，由于电池包200在正常工作状态下，电池单体100被绝缘层20包覆，在设置安全保护机构1的情况下，也能可靠地保证电池单体100与箱体组件201之间的绝缘性能。
在一些实施例中，如图14至图16，电池单体100包括外壳100’，外壳100’上设有电极端子51，电池包200还包括汇流件202，汇流件202被配置为电连接其中两个电池单体100各自的电极端子51；其中，安全保护机构1被配置为在处于第二状态的情况下使电极端子51和汇流件202中的至少一个与箱体组件201电连接。
其中，电极端子51可朝向箱体组件201的顶壁安装，汇流件202可将相邻两个电池单体100各自的电极端子51连接，以实现多个电池单体100的串联、并联或混联。安全保护机构1可设在箱体组件201、电极端子51或汇流件202，以在满足预设触发条件的基础上，使电极端子51和汇流件202中的至少一个与箱体组件201电连接。在电池包200正常工作的情况下，汇流件202上也可包覆绝缘层，在电池包200发生异常使箱体组件201内的温度升高时，可使汇流件202上的绝缘层熔化，可实现汇流件202与箱体组件201电连接。
该实施例在电池包200发生异常的情况下，通过安全保护机构1动作使电极端子51和汇流件202中的至少一个与箱体组件201电连接，由于电池包200中的多个电池单体100会通过汇流件202电连接，因此只需要为存在电连接关系的多个电池单体100设置至少一个子保护部件1’，就能实现电连接的多个电池单体100的安全保护，可减少子保护部件1’的数量，并简化安全保护机构1的结构，还可减少安全保护机构1在箱体组件201内占用的空间，提高电池包200的能量密度。
在一些实施例中，如图14至图16所示，多个电池单体100分为多个电池模块200’，每个电池模块200’中的多个电池单体100均通过汇流件202实现串联、并联或混联；安全保护机构1包括多个导电件18，每个电池模块200’设置至少一个导电件18，导电件18的一端与未连接汇流件202的电极端子51连接，导电件18与未连接汇流件202的电极端子51连接，导电件18外覆盖绝缘层且被配置为在绝缘层破坏后与箱体组件201电连接，以从第一状态变化至第二状态。
其中，箱体组件201的箱体201A内设有多个梁201C，多个梁201C将箱体201A的内部区域分隔为多个容纳腔201D，例如，多个梁201C可平行或垂直设置，每个容纳腔201D内设有多个电池单体100，且进行串联或并联或混联形成电池模块200’。
导电件18相当于子保护部件1’，可呈薄板或片状结构，形状可设计为矩形或其它长条状，导电件18可采用与汇流件202相同的结构，以减少零件种类。对于同一个电池模块200’，多个电池单体100的电极端子51通过汇流件202电连接，一般地，在电连接路径上位于最外侧的电池单体100的电极端子51未连接汇流件202，导电件18可连接在未连接汇流件202且靠近箱体组件201的电极端子51上，可在满足预设触发条件的情况下，便于汇流件202与箱体组件201电连接。
可选地，在第一状态下，导电件18外覆盖绝缘层，导电件18与箱体组件201抵接但是保持绝缘；在电池包200发生热失控或其它异常时，在满足预设触发条件的情况下，箱体组件201内温度较高，超过绝缘层熔点时可将绝缘层熔化或破坏，导电件18与箱体组件201直接接触而电连接。例如，导电件18可与箱体组件201的顶壁或底壁抵接，或者导电件18可通过端部与箱体组件201的侧壁抵接。
可选地，箱体组件210包括箱体201A和两个盖体201B，箱体201A具有两个相对的开口，两个盖体201B分别将两个开口封闭。
该实施例将安全保护机构1设置为多个导电件18，用于在满足预设触发条件的情况下与箱体组件201电连接，由此可实现电池模块200’中多个电池单体100与箱体组件201电连接，可减少导电件18的数量，并简化安全保护机构1的结构，还可减少安全保护机构1在箱体组件201内占用的空间，提高电池包200的能量密度。
其次，本申请提供了一种电池包200的安全控制方法，在一些实施例中，如图17所示，该安全控制方法包括：
S110、使电池包200的箱体组件201内的安全保护机构1处于第一状态，以使箱体组件201内的多个电池单体100与箱体组件201绝缘；
S120、在满足预设触发条件的情况下，使安全保护机构1从第一状态变化至第二状态，以使至少部分电池单体100与箱体组件201电连接。
该实施例的电池包200在出现异常的电池单体100且满足预设触发条件的情况下，能够使安全保护机构1从第一状态变化至第二状态，从而主动可控地使至少部分电池单体100与箱体组件201电连接，使至少部分电池单体100与箱体组件201形成等势体，避免电池包200内出现高压打火现象，将电池包200从异常状态及时调节为稳定可控的状态。
而且，在电池包200内部可通过至少部分电池单体100与箱体组件201电连接出现绝缘失效点，将电池包200内的高压系统切换为多个等势部件，从而保护电池包200，提高电池包200工作的安全性。
在一些实施例中，在满足预设触发条件的情况下，S120中使安全保护机构1从第 一状态变化至第二状态包括：
在控制器204接收到满足预设触发条件的信号的情况下，通过控制器204向安全保护机构1发出启动信号，以使安全保护机构1从第一状态变化至第二状态。
该实施例在电池包200工作出现异常的情况下，通过控制器204主动控制安全保护机构1的开启，可通过控制器204对接收到的信号进行综合判断，例如检测信号超出预设阈值持续预设时间，才会最终判定满足预设触发条件，以免状态监测部件203的采集信号偶然发生偏离，能够更加准确地判断出安全保护机构1的开启时机，防止安全保护机构1误启动造成电池包200报废。而且，主动控制方式还能在安全保护机构1开启后，使控制器204采取其它安全保护措施，例如对电池包200进行断电、冷却或主动开启箱体组件201上的泄压部件等。
本公开中所描述的控制器204可以为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
另外，本申请还提供了一种电池包200的安全控制装置，包括：存储器，用于存储指令；和处理器，用于执行所述指令，使得所述安全控装置执行实现上述实施例所述的电池包200的安全控制方法。
图18为本申请电池包200的安全控制装置的一些实施例的结构示意图。计算机装置包括存储器401和处理器402。
存储器401用于存储指令，处理器402耦合到存储器401，处理器402被配置为基于存储器存储的指令执行实现上述实施例涉及的方法。
如图18所示，该计算机装置还包括通信接口403，用于与其它设备进行信息交互。同时，该计算机装置还包括总线404，处理器402、通信接口403、以及存储器401通过总线404完成相互间的通信。
存储器401可以包含高速RAM存储器，也可还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器401也可以是存储器阵列。存储器401还可能被分块，并且块可按一定的规则组合成虚拟卷。
此外，处理器402可以是一个中央处理器CPU，或者可以是专用集成电路ASIC，或是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
此外，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的电池包200的安全控制方法。
在另一些实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例中安全控制方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (21)

  1. 一种电池包(200)，包括：
    箱体组件(201)；
    多个电池单体(100)，设在所述箱体组件(201)内；和
    安全保护机构(1)，设在所述箱体组件(201)内，且具有第一状态和第二状态，在所述安全保护机构(1)处于所述第一状态的情况下，所述多个电池单体(100)与所述箱体组件(201)绝缘；在满足预设触发条件的情况下所述安全保护机构(1)处于所述第二状态，在所述安全保护机构(1)处于所述第二状态的情况下，至少部分所述电池单体(100)与所述箱体组件(201)电连接。
  2. 根据权利要求1所述的电池包(200)，其中，在所述安全保护机构(1)处于所述第二状态的情况下，与所述箱体组件(201)电连接的所述电池单体(100)的数量至少为三个。
  3. 根据权利要求1或2所述的电池包(200)，其中，在所述安全保护机构(1)处于所述第二状态的情况下，所有的电池单体(100)均与所述箱体组件(201)电连接。
  4. 根据权利要求1～3任一项所述的电池包(200)，其中，所述安全保护机构(1)包括多个子保护部件(1’)，多个所述子保护部件(1’)与多个所述电池单体(100)一一对应地设置，每个所述子保护部件(1’)均具有所述第一状态和所述第二状态，所述子保护部件(1’)被配置为在所述第一状态下使相应的所述电池单体(100)与所述箱体组件(201)绝缘，并在所述第二状态下使相应的所述电池单体(100)与所述箱体组件(201)电连接。
  5. 根据权利要求1～4任一项所述的电池包(200)，其中，所述安全保护机构(1)设在所述电池单体(100)与所述箱体组件(201)的底壁或顶壁之间。
  6. 根据权利要求1～5任一项所述的电池包(200)，其中，所述预设触发条件包括以下至少一个：所述箱体组件(201)内部的温度达到预设温度，所述箱体组件(201)内的气压达到预设压力，所述箱体组件(201)内的烟雾浓度达到预设浓度和所述电池包(200)的电池管理系统(205)发出电池单体(100)异常的电信号。
  7. 根据权利要求1～6任一项所述的电池包(200)，其中，所述安全保护机构(1)被配置为在满足所述预设触发条件的情况下通过机械动作从所述第一状态到达所述第二状态。
  8. 根据权利要求1～7任一项所述的电池包(200)，其中，所述安全保护机构(1)包 括多个子保护部件(1’)，分别设置于不同的电池单体(100)，每个所述子保护部件(1’)均具有所述第一状态和所述第二状态；
    其中，所述电池单体(100)包括外壳(100’)，所述子保护部件(1’)设在所述外壳(100’)上，所述子保护部件(1’)被配置为在满足所述预设触发条件的情况下，通过所述外壳(100’)的膨胀力产生机械动作从所述第一状态变化至所述第二状态。
  9. 根据权利要求8所述的电池包(200)，其中，所述外壳(100’)上设有泄压部件(52)，所述子保护部件(1’)设在所述泄压部件(52)上，被配置为通过所述泄压部件(52)受到膨胀力开启产生机械动作，以从所述第一状态变化至所述第二状态。
  10. 根据权利要求8或9所述的电池包(200)，其中，所述子保护部件(1’)包括弹性元件(11)和搭接件(12)，所述弹性元件(11)连接在所述外壳(100’)与所述搭接件(12)之间，所述子保护部件(1’)处于所述第二状态的情况下，所述搭接件(12)与所述箱体组件(201)电连接。
  11. 根据权利要求1～6任一项所述的电池包(200)，其中，所述安全保护机构(1)包括多个子保护部件(1’)，分别设置于不同的电池单体(100)，每个所述子保护部件(1’)均具有所述第一状态和所述第二状态；
    其中，所述子保护部件(1’)包括导电部(13)、绝缘部(14)和加热部(15)，所述导电部(13)连接于所述电池单体(100)，所述绝缘部(14)包覆所述导电部(13)，且所述导电部(13)与所述绝缘部(14)之间形成间隙，所述加热部(15)设在所述间隙内，所述子保护部件(1’)被配置为通过所述加热部(15)释放热量破坏所述绝缘部(14)，以从所述第一状态变化至所述第二状态。
  12. 根据权利要求11所述的电池包(200)，其中，所述加热部(15)包括线圈(15A)，所述线圈(15A)被配置为在满足预设触发条件的情况下通电，以产生磁场进行加热破坏所述绝缘部(14)。
  13. 根据权利要求11所述的电池包(200)，其中，所述绝缘部(14)将所述导电部(13)与所述绝缘部(14)之间的所述间隙分隔为第一腔(16)和第二腔(17)，多个所述子保护部件(1’)各自的第一腔(16)相互连通且容纳有氧化剂(15B)，多个述子保护部件(1’)各自的第二腔(17)相互连通且容纳有还原剂(15C)；
    所述加热部(15)包括所述氧化剂(15B)和所述还原剂(15C)，被配置为在满足预设触发条件的情况下，通过所述导电部(13)的加热使所述氧化剂(15B)和所述还原剂(15C)发生反应，以通过反应释放的热量破坏所述绝缘部(14)。
  14. 根据权利要求1～13任一项所述的电池包(200)，还包括控制器(204)，被配置 为在接收到满足预设触发条件的信号的情况下，向所述安全保护机构(1)发出启动信号，以使所述安全保护机构(1)从所述第一状态变化至所述第二状态。
  15. 根据权利要求1～13任一项所述的电池包(200)，其中，所述安全保护机构(1)被配置为直接在所述预设触发条件的作用下从所述第一状态变化至所述第二状态。
  16. 根据权利要求1～15任一项所述的电池包(200)，其中，所述电池单体(100)包括外壳(100’)，所述安全保护机构(1)被配置为在处于所述第二状态的情况下使所述外壳(100’)与所述箱体组件(201)电连接。
  17. 根据权利要求1～15任一项所述的电池包(200)，其中，所述电池单体(100)包括外壳(100’)，所述外壳(100’)上设有电极端子(51)，所述电池包(200)还包括汇流件(202)，所述汇流件(202)被配置为电连接其中两个所述电池单体(100)各自的所述电极端子(51)；
    其中，所述安全保护机构(1)被配置为在处于所述第二状态的情况下使所述电极端子(51)和所述汇流件(202)中的至少一个与所述箱体组件(201)电连接。
  18. 根据权利要求17所述的电池包(200)，其中，多个所述电池单体(100)分为多个电池模块(200’)，每个所述电池模块(200’)中的多个电池单体(100)均通过所述汇流件(202)实现串联、并联或混联，所述安全保护机构(1)包括多个导电件(18)，每个所述电池模块(200’)设置至少一个所述导电件(18)，所述导电件(18)与未连接所述汇流件(202)的所述电极端子(51)连接，所述导电件(18)外覆盖绝缘层且被配置为在所述绝缘层破坏后与所述箱体组件(201)电连接，以从所述第一状态变化至所述第二状态。
  19. 一种用电装置，包括权利要求1～18任一项所述的电池包(200)，所述电池包(200)用于为所述用电装置提供电能。
  20. 一种电池包(200)的安全控制方法，包括：
    使所述电池包(200)的箱体组件(201)内的所述安全保护机构(1)处于第一状态，以使所述箱体组件(201)内的多个电池单体(100)与所述箱体组件(201)绝缘；
    在满足所述预设触发条件的情况下，使所述安全保护机构(1)从所述第一状态变化至第二状态，以使至少部分所述电池单体(100)与所述箱体组件(201)电连接。
  21. 根据权利要求20所述的电池包(200)的安全控制方法，其中，在满足预设触发条件的情况下，使所述安全保护机构(1)从所述第一状态变化至第二状态包括：
    在控制器(204)接收到满足预设触发条件的信号的情况下，通过所述控制器(204)向所述安全保护机构(1)发出启动信号，以使所述安全保护机构(1)从所述第一状态 变化至所述第二状态。
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