CN211404606U - 一种电池模组的安全结构及电池包 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及电池封装领域，公开一种电池模组的安全结构及电池包。电池模组的安全结构，包括：导流通道，所述导流通道的一端抵接电芯安全阀，所述导流通道的另一端抵接电池模组的封装壳体；所述封装壳体上与所述导流通道对应处设有用于排出高压流体的泄压机构；其中，所述导流通道与所述电芯安全阀对应设置。利用该安全结构能够解决目前的电池包因缺乏电池模组级导流通道，导致单个电芯出现热失控时能量向四周流散发生热失控连锁反应的问题，达到提高电池安全性的目的。

Description

一种电池模组的安全结构及电池包
技术领域
本实用新型涉及电池封装技术领域，特别涉及一种电池模组的安全结构及电池包。
背景技术
目前，动力锂离子电池热失控时，内部将产生大量高温高压气体，为了避免气体在电池内部累积造成泄露或爆炸等事故，一般会通过安全阀将之排出。同时，测试表明，模组级别的排气导流结构设计会对热失控扩散抑制结果产生关键影响。
然而，目前大部分电池模组缺乏模组级的热失控排气导流设计，以市场上批量应用的方形铝壳电池模组为例，其主要缺陷为：
电池模组的外部箱体上虽然有安全阀，但是在电池模组部分，电芯安全阀至箱体安全阀之间并没有与单个电芯单独设定的排气通道。电芯安全阀上方的上盖板、FPC、线束板等零部件，阻碍了单体电池(即电芯)热失控能量向模组外的释放，能量被阻碍后在电池模组内部逸散，过多的热失控能量将流向相邻电芯，加剧了电池模组内部相邻及其它电芯的损坏，导致热失控扩散连锁反应的发生。
实用新型内容
本实用新型公开了一种电池模组的安全结构及电池包，用于解决目前的电池包因缺乏电池模组级导流通道，导致单个电芯出现热失控时能量向四周流散发生热失控连锁反应的问题。
为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
一种电池模组的安全结构，包括：
导流通道，所述导流通道的一端抵接电芯安全阀，所述导流通道的另一端抵接电池模组的封装壳体；
所述封装壳体上与所述导流通道对应处设有用于排出高压流体的泄压机构；
其中，所述导流通道与所述电芯安全阀对应设置。
本实用新型提供的电池模组的安全结构，通过在电芯安全阀和封装壳体之间设置独立的导流通道，并且在封装壳体上相应的位置设置泄压机构，当单个电芯出现热失控问题时，可以将热失控热流从单个电芯的电芯安全阀直接排出于封装壳体外部，避免从其中某一电芯排出的热流损耗其他电芯，从而避免热失控连锁反应的发生。
本实用新型提供的安全结构，可以有效解决模组级别的电芯热失控导流问题，提高排气导流通道的定向性和稳定性，从而保护线束板不受损坏，避免其他电芯和模组发生短路或打火，有利于提高电芯模组的热失控扩散抑制能力，提高动力电池应用的安全性。
一种电池包，包括多个电芯和用于封装所述电芯的封装壳体，所述电芯与所述封装之间设有上述安全结构。
本实用新型提供的电池包，通过设置上述安全结构，可以有效解决模组级别的电芯热失控导流问题，提高排气导流通道的定向性和稳定性，从而保护线束板不受损坏，避免其他电芯和模组发生短路或打火，有利于提高电芯模组的热失控扩散抑制能力，提高动力电池应用的安全性。
附图说明
图1为本实用新型一种实施方式的电池模组安全结构的结构示意图；
图2为图1所示结构的剖面结构示意图；
图3为图2中A处所示结构的放大结构示意图；
图4为图1所示结构中线束板的结构示意图；
图5为本实用新型一种实施方式的泄压槽的结构示意图；
图6为实用新型一种实施方式的电池模组的爆炸结构示意图。
附图标记：
10a、导流通道；101、盖板；102、泄压槽；103、薄弱槽；20、线束板；201、避让孔；201a、避让孔的内壁；202、采集电路板；203、环形凸台；30、电芯；301、电芯安全阀；40、导流件。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
现有的电池包，为了防止电池的热失控，通常是在封装壳体上设置一个安全阀，当电池包发生热失控时，热流(通常指高温高压的气液固流体)可以从电池包的安全阀流出，从而避免发生爆炸的危险。但是当其中一个电芯发生故障导致热失控时，从该电芯流出的热流会流经其他电芯从而增加其他电芯发生热失控的风险。
当其中一个电芯发生热失控时，为了避免其他电芯发生热失控连锁反应，本实用新型实施例提供了一种电池模组的安全结构，如图1至图5所示，包括：
导流通道10a，所述导流通道10a的一端抵接电芯安全阀301，所述导流通道10a的另一端抵接电池模组的封装壳体；
所述封装壳体上与所述导流通道10a对应处设有用于排出高压流体的泄压机构；
其中，所述导流通道10a与所述电芯安全阀301对应设置。
该实施方式电池模组的安全结构中，在任一电芯30的电芯安全阀301和封装壳体之间设置导流通道10a，不同电芯30的电芯安全阀301与封装壳体之间的导流通道10a相互独立，互不连通，并且在封装壳体上相应的位置设置泄压机构，泄压机构与导流通道10a也一一对应。当单个电芯30出现热失控问题时，可以将热失控热流从单个电芯30的电芯安全阀301直接排出于封装壳体外部，避免从其中某一电芯30排出的热流损耗其他电芯，从而避免热失控连锁反应的发生。
本实用新型提供的安全结构，可以有效解决模组级别的电芯30热失控导流问题，提高排气导流通道10a的定向性和稳定性，从而保护线束板20不受损坏，避免其他电芯30和模组发生短路或打火，有利于提高电池模组的热失控扩散抑制能力，提高动力电池应用的安全性。
可以理解的是，本实用新型中的导流通道10a，其直径应大于电芯安全阀301，以防止热流流散。该结构中，从电芯30流出的热流经导流通道10a后排向封装壳体上相应的泄压机构，经泄压机构后排出封装壳体外部。其中，泄压机构可以设置为多种形式，可以直接设为开孔形式，也可以设为封闭形式，但是当导流通道10a内的热流压力达到一定的压力强度后，泄压机构能够打开，使热流从该泄压机构处流出。为了使封装壳体起到封装作用，该泄压机构在非工作状态，即不导流情况下处于封闭状态，以达到防尘密封的效果；当发生热失控时，泄压机构处于工作状态，此时，泄压机构与外部连通，以达到导流效果。
另外，该实施方式中，封装壳体可以为电池模组中用于封装线束板20的盖板101，可以为用于封装电池模组的箱体。当封装壳体为封装电池模组的箱体时，可以直接在箱体上与电芯安全阀301的对应位置处设置泄压机构，并在电芯安全阀301与泄压机构间形成导流通道10a，使从电芯安全阀301排出的热流直接排送到箱体上对应的泄压机构处，由泄压机构向外排出。当封装壳体为用于封装线束板20的盖板101时，可以将电芯安全阀301中的热流通过导流通道10a引流至盖板101处，并由盖板101上的泄压机构引出。
在该实施方式中，所述导流通道10a为多个，所述导流通道10a与所述电芯安全阀301一一对应设置，且多个导流通道10a之间间隔设置。
具体的，该实施方式中的电池模组安全结构包括：
多个导流通道10a，任一所述导流通道10a的一端抵接电芯安全阀301，所述导流通道10a的另一端抵接电池模组的封装壳体；
所述封装壳体上与任一所述导流通道10a对应处设有用于排出高压流体的泄压机构；
其中，所述导流通道10a与所述电芯安全阀301一一对应设置，且多个导流通道10a之间间隔设置。
其中，导流通道10a的形成可以有多种形式，例如可以利用电池模组本身的结构，通过不同部件之间的连接和开槽开孔等形式实现，也可以单独设置导流件，从而形成导流通道10a。为了便于设计，该实施方式电池模组的安全结构中，任一所述电芯安全阀301与所述封装壳体之间设有导流件，所述导流件设有导流孔，所述导流孔形成连接所述电芯安全阀301与所述封装壳体的导流通道10a。其中，该导流孔的内径要大于电芯安全阀301的外径，从而可以将电芯安全阀301中导出的热流全部纳入导流孔的范围内，避免泄露。在设计导流件时，可以适当的增加导流孔的壁厚，以增加耐压强度和防烧性能。
参照图1至图4，该实施方式中，所述封装壳体为用于封装线束板20的盖板101，所述电池模组的电芯30与所述盖板101之间设有线束板20，所述线束板20上与所述电芯安全阀301相对应的位置设有避让孔201，所述避让孔的内壁201a向所述电芯安全阀301的方向和/或向所述盖板101的方向延伸，形成所述导流孔。
其中，图1-图3所示结构中，封装壳体为盖板101，盖板101与电芯30之间设有线束板20，线束板20上集成有测量温度和电压的采集电路板202，其中温度电压采集线采用玻纤耐高温采集线，实时监控电芯30和模组的电压和温度数据。从图1中可以看出，线束板20设置于电芯30表面，在对应电芯安全阀301处线束板20上设有避让孔201，该避让孔的内壁201a同时向电芯安全阀301和向盖板101方向延伸，在该处形成截面为“T”字形的结构，在避让孔201的上表面和下表面分别形成环形凸台203，上部的环形凸台203与盖板101的表面接触，下部的环形凸台203与电芯安全阀301周围的电芯30表面接触，下部的环形凸台203的内径要大于电芯安全阀301的外径，且在电芯30上的围设区域包括电芯安全阀301的区域，从而该避让孔的内壁201a围设形成了导流通道10a。其中，可以适当的增加环形凸台的壁厚，以增加耐压强度和防烧性能。
在本实用新型另一种实施方式中，所述封装壳体为用于封装线束板20的盖板101，所述电池模组的电芯30与所述盖板101之间设有线束板20，所述线束板20上与所述电芯安全阀301相对应的位置设有避让孔201，所述避让孔201对应的所述盖板101上设有自所述盖板101向所述电芯安全阀301延伸的环形凸缘，所述环形凸缘穿过所述避让孔201并与所述电芯30抵接，所述环形凸缘的内壁形成所述导流孔。
上述实施方式中，导流件为形成于盖板101上的环形凸缘，环形凸缘自由端抵接于电芯安全阀301附近的电芯30表面，环形凸缘的中间为导流孔。环形凸缘的内径大于电芯安全阀301的外径，从而使环形凸缘在电芯30上的围设区域大于电芯安全阀301的区域，实现导流。其中，可以适当的增加环形凸缘的壁厚，以增加耐压强度和防烧性能。
为了提高导流流通的耐高温性能，本实用新型的一种实施方式中，所述导流孔的内壁涂覆有或镀有金属涂层。电芯热失控时产生的高温高压热流通常温度较高，能熔化导流孔的内壁，造成导流件的损坏。为了克服该问题，该实施方式中通过在导流孔的内壁上设置耐高温的金属涂层，例如铝层，可以有效防止避免高温高压气体(或流体)排出时造成通道熔融或燃烧，保证持续定向排气导流。
同时，为了保证从泄压机构喷出的热流不会烧损封装壳体，在本实用新型的一种实施方式中，所述封装壳体的朝向和/或背向所述电芯安全阀的表面涂覆有或镀有金属涂层。通过在封装壳体的表面设置耐高温的金属涂层，例如铝层，可以有效防止避免高温高压气体(或流体)排出时造成封装壳体熔融或燃烧。
为了进一步提高电池模组整体的安全性能，在本实用新型的一种实施方式中，线束板20、盖板101和导流件采用不然材料制备而成，例如采用云母片一次模压成型，从而保证电池模组整体的耐高温性和不燃性。其中，盖板101为云母片盖板101。
在设置泄压机构时，可以使所述泄压机构处封装壳体的厚度小于非泄压区的封装壳体的厚度。其中，非泄压区指封装壳体上不与导流通道对应的部分。该实施方式中，相当于对泄压机构处的封装壳体做了减薄处理，以使该处的封装壳体易于被冲破。泄压机构例如还可以为泄压孔。除此之外，泄压机构还可以为安装于封装壳体上的安全阀。
另外，为了降低泄压机构的抗压强度，在发生热失控时便于排出热流，本实用新型一种实施方式中，在泄压机构处的封装壳体上设有薄弱槽。
在本实用新型的一种实施方式中，为了保证封装壳体在正常使用情况下的密封性，所述泄压机构为在所述封装壳体上开设的泄压槽。泄压槽可以设置在于导流通道接触的一侧，也可以设置在与导流通道相背离的一侧。
图5为本实用新型一种实施方式的泄压机构的结构示意图。从图5中可以看出，泄压机构为在所述封装壳体上开设的泄压槽102，其为凹槽结构。该泄压槽102的结构形状可以与电芯安全阀301的结构相类似，但其结构尺寸大于电芯安全阀301的结构尺寸，以便于热流及火焰的排出，在泄压槽的设置位置可以粘贴阻燃胶带以防止凝露。设置凹槽，实际上相当于对面板的泄压区域的厚度做了减薄处理，从而形成泄压槽102，利于泄压。
另外，在图5所示结构中，所述泄压槽的底部设有薄弱槽103。薄弱槽103例如为通过刻蚀或机铣加工出来的一字形槽、十字形槽、回形槽、口字形槽或圆环形槽等等。该薄弱槽103的设置可以减少泄压槽102的抗压能力，易于冲破，在发生热失控时，可以保证泄压机构的正常打开。
图6为本实用新型一种实施方式的电池模组的爆炸结构示意图，该实施方式中，导流件40为单独设置的导流筒。其中，该电池模组包括多个并排设置的电芯30，每个电芯30上设有电芯安全阀301，电芯30上方设有线束板20，线束板20上方设有盖板101。其中，线束板20上在每个电芯安全阀301对应处设有避让孔201，该避让孔201用于装配导流筒，导流筒的两端分别抵接盖板101和电芯30，并且导流筒中间的导流孔在电芯30上的围设区域大于电芯安全阀301的尺寸。盖板101上与每个导流筒相对应的区域设有泄压槽102，且该泄压槽102的底板设有薄弱槽103。
另一方面，本实用新型提供一种实施方式的电池包，包括多个电芯和用于封装所述电芯的封装壳体，所述电芯与所述封装之间设有上述安全结构。
该电池包具有相对于每个电芯而言，具有相互独立的导流通道，有效控制高温热流及燃烧火焰通过导流通道排出，避免模组单个电芯热失控后通过燃烧火焰热辐射或引燃线束板及盖板持续燃烧引起热蔓延。另外，该电池包中的线束板上可以设置采集电路板，并采用玻纤不可燃采集电路，确保热失控时电压和采集功能仍然正常，可实现热失控及热扩散温度电压数据的持续监控，有效进行热失控的判断和预警，为司乘人员提供充足的逃生时间。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种电池模组的安全结构，其特征在于，包括：
导流通道，所述导流通道的一端抵接电芯安全阀，所述导流通道的另一端抵接电池模组的封装壳体；
所述封装壳体上与所述导流通道对应处设有用于排出高压流体的泄压机构；
其中，所述导流通道与所述电芯安全阀对应设置。
2.根据权利要求1所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述导流通道为多个，所述导流通道与所述电芯安全阀一一对应设置，且多个导流通道之间间隔设置。
3.根据权利要求1所述的电池模组的安全结构，其特征在于，任一所述电芯安全阀与所述封装壳体之间设有导流件，所述导流件设有导流孔，所述导流孔形成连接所述电芯安全阀与所述封装壳体的导流通道。
4.根据权利要求3所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述封装壳体为用于封装线束板的盖板，所述电池模组的电芯与所述盖板之间设有线束板，所述线束板上与所述电芯安全阀相对应的位置设有避让孔，所述避让孔的内壁向所述电芯安全阀的方向和/或向所述盖板的方向延伸，形成所述导流孔。
5.根据权利要求3所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述封装壳体为用于封装线束板的盖板，所述电池模组的电芯与所述盖板之间设有线束板，所述线束板上与所述电芯安全阀相对应的位置设有避让孔，所述避让孔对应的所述盖板上设有自所述盖板向所述电芯安全阀延伸的环形凸缘，所述环形凸缘穿过所述避让孔并与所述电芯抵接，所述环形凸缘的内壁形成所述导流孔。
6.根据权利要求4或5所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述盖板为云母片盖板。
7.根据权利要求1-5任一项所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述封装壳体的朝向和/或背向所述电芯安全阀的表面涂有或镀有金属涂层。
8.根据权利要求3-5任一项所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述导流孔的内壁涂有或镀有金属涂层。
9.根据权利要求1-5任一项所述的电池模组的安全结构，其特征在于，在所述封装壳体上，所述泄压机构处封装壳体的厚度小于非泄压区的封装壳体的厚度；或，所述泄压机构为泄压孔。
10.根据权利要求9所述的电池模组的安全结构，其特征在于，所述泄压机构处的封装壳体上设有薄弱槽。
11.一种电池包，其特征在于，包括多个电芯和用于封装所述电芯的封装壳体，所述电芯与所述封装之间设有权利要求1-10任一项所述的安全结构。
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