CN216597895U - 电池包、电池模组以及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池包、电池模组以及用电设备。其中，电池包包括在第一方向上依次连接多个电芯组；每一电芯组均包括至少一个三元电芯与至少一个锰酸锂电芯，一个电芯组中的三元电芯与锰酸锂电芯，在第二方向上依次排布；其中，电池包中的任两个锰酸锂电芯在第一方向上与第二方向上均不相邻，且一个三元电芯至少与一个锰酸锂电芯串联，第一方向与第二方向之间存在夹角。本申请实施例可以有效避免热失控事故的发生，并且在电池包发生热失控等事故的情况下，通过锰酸锂电芯提供可靠的安全缓冲，延缓热扩散的时间，进而有效提高电池包的安全性。

Description

电池包、电池模组以及用电设备

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种电池包、电池模组以及用电设备。

背景技术

目前，锂离子动力电池由于具有能量密度高等优势，已经逐渐应用到各个领域中。根据正极所使用的材料，锂离子动力电池中的电芯可以分为三元电芯、锰酸锂电芯以及磷酸铁锂电芯等类型。

相关技术中，锂离子动力电池中通常设置单一类型的电芯。比如，锂离子动力电池中的电芯可能均为三元电芯，然而，由于三元电芯氧化性能较高，这种锂离子动力电池容易发生热失控，安全性较差。

实用新型内容

本申请实施例提供一种电池包、电池模组以及用电设备，以解决相关技术中由单一的三元电芯构造的锂离子动力电池安全性较差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种电池包，包括在第一方向上依次连接多个电芯组；

每一电芯组均包括至少一个三元电芯与至少一个锰酸锂电芯，一个电芯组中的三元电芯与锰酸锂电芯，在第二方向上依次排布；

其中，电池包中的任两个锰酸锂电芯在第一方向上与第二方向上均不相邻，且一个三元电芯至少与一个锰酸锂电芯串联，第一方向与第二方向之间存在夹角。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池模组，包括电池管理模块电池管理模块与如第一方面所示的电池包；

BMS与电池包电连接。

第三方面，本申请实施例提供了一种用电设备，包括如第一方面所示的电池包。

本申请实施例提供的电池包，包括在第一方向依次连接的多个电芯组，每一电芯组包括至少一个三元电芯与至少一个锰酸锂电芯，一个电芯组中的三元电芯与锰酸锂电芯，在第二方向上依次排布，电池包中的任两个锰酸锂电芯在第一方向上与第二方向上均不相邻，且一个三元电芯至少与一个锰酸锂电芯串联，第一方向与第二方向之间存在夹角。本申请实施例可以通过锰酸锂电芯与三元电芯的排布关系与电连接关系的设置，可以有效避免热失控事故的发生，并且在电池包发生热失控等事故的情况下，通过锰酸锂电芯提供可靠的安全缓冲，延缓热扩散的时间，进而有效提高电池包的安全性。

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的介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的电池包的一个结构示意图；

图2是本申请实施例提供的电池包的另一个结构示意图；

图3是本申请实施例提供的电池包的又一个结构示意图；

图4是本申请实施例提供的电池模组的结构示意图。

图中示出：100-电池包、101-电芯组、110-三元电芯、120-锰酸锂电芯、200-电池管理系统。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

通常来说，根据正极所使用的材料，电芯可以分为三元电芯、锰酸锂电芯以及磷酸铁锂电芯。三种类型的电芯的性能比较可如下表所示。

正极材料	磷酸铁锂	三元	锰酸锂
				电压平台V	较高，3.2	高，3.6	高，3.7
能量密度Wh/kg	110-160	160-200	140-180
				安全性	高	中	较高
循环性能	2500	2000	2000
				耐低温性	低	中	高

基于上表可见，三元电芯的能量密度较其他两种电芯的能量密度更高，然而，由于三元材料的氧化性能较高，当出现短路时，可能因为电芯析出金属锂引发燃烧甚至保证，也就是说，三元电芯的安全性相对较低。

而锰酸锂电芯的安全性要比三元电芯高，且工作电压与循环性能与三元电芯相当。

基于以上发现，本申请实施例提供了一种电池包、电池模组以及用电设备，利用锰酸锂电芯与三元电芯混合布置，来解决由单一的三元电芯构成的电池包安全性较低的问题。

下面结合附图对本申请实施例的电池包、电池模组以及用电设备进行详细描述。

如图1至图3所示，本申请实施例提供的电池包，包括在第一方向上依次连接多个电芯组101；每一电芯组101均包括至少一个三元电芯110与至少一个锰酸锂电芯120，一个电芯组101中的三元电芯110与锰酸锂电芯120，在第二方向上依次排布；

其中，电池包中的任两个锰酸锂电芯120在第一方向上与第二方向上均不相邻，且一个三元电芯110至少与一个锰酸锂电芯120串联，第一方向与第二方向之间存在夹角。

本实施例中，电池包中可以存在三元电芯110与锰酸锂电芯120这两种类型的电芯。实际应用中，电芯可以是圆柱形电芯或者方形电芯等等，此处不做具体限定。

电池包中的多个电芯可以在排布方位和电连接上相互关系。以下分别就这两方面的关系进行举例说明。

在排布方位上，电池包中的电芯可以呈矩阵或近似矩阵排列，其中，如图1至图3所示，一个电芯组101中的各个电芯可以是沿第二方向(对应图中D2所示方向)依次排列的，而多个电芯组101可以是沿第一方向(对应图中D1所示方向)依次连接的。

至于电芯组101之间的连接方式，可以是电连接，也可以是机械连接，或者两者兼而有之，此处不做具体限定。至于机械连接的方式，可以是卡扣连接、焊接、粘结或者紧固件连接等，此处亦不做具体限定。

第一方向与第二方向之间存在夹角，比如，当第一方向与第二方向垂直时，电池包中的电芯是呈矩阵排布的。再比如，第一方向与第二方向之间的夹角可以等于60°，则电池包中的电芯可以是呈等边三角形阵列排布的。当然，根据需要，第一方向也第二方向之间的夹角还可以取其他值，此处不做一一举例说明。

为简化描述，以下将主要以第一方向与第二方向垂直，即电池包中的电芯呈矩阵排布为例进行说明。

电池包包括了多个电芯组101，每一个电芯组101中包括至少一个锰酸锂电芯120，也就是说，电池包中存在多个锰酸锂电芯120。本实施例中，任两个锰酸锂电芯120在第一方向和第二方向上均不相邻。

具体来说，如果一个电芯组101中仅存在一个锰酸锂电芯120，则在第二方向上，锰酸锂电芯120不会存在相邻布置的情况。而如果一个电芯组101中存在多个锰酸锂电芯120，则距离最近的两个锰酸锂电芯120之间可以通过至少一个三元电芯110隔开。

至于在第一方向上，相邻两个电芯组101中的锰酸锂电芯120可以相互错开，以使得在第一方向上，任两个锰酸锂电芯120均不相邻。

基于以上对锰酸锂电芯120的布置方式，可以使得锰酸锂电芯120尽可能均匀地分布在电池包中，一方面，可以保证电池包散热的均匀性，另一方面，也可以在电池包发生热失控等事故的情况下，通过锰酸锂电芯120提供可靠的安全缓冲，延缓热扩散的时间。

在电连接关系上，一个三元电芯110至少与一个锰酸锂电芯120串联。

举例来说，一个电芯组101中所有的电芯可以相互串联，使得电芯组101中各个三元电芯110均可以串联至少一个锰酸锂电芯120。

再例如，一个电芯组101中可以存在多个相互并联的锰酸锂电芯120，该电芯组101中的各个三元电芯110可以串联到各个锰酸锂电芯120所在的支路上。

又例如，通过集流结构，可以将不同电芯组101中的三元电芯110与锰酸锂电芯120进行串联。

为简化描述，此处不针对三元电芯110与锰酸锂电芯120之间可能存在的串联方式进行一一举例说明。通过将每一个三元电芯110串联到至少一个锰酸锂电芯120上，可以使得锰酸锂电芯120能够起到安全电芯的用途，当电池包发生短路等事故时，由于锰酸锂电芯120的氧化性能较低，可以有效避免析出金属锂引发的燃烧和爆炸，进而有效避免热失控事故的发生。

本申请实施例提供的电池包，包括在第一方向依次连接的多个电芯组101，每一电芯组101包括至少一个三元电芯110与至少一个锰酸锂电芯120，一个电芯组101中的三元电芯110与锰酸锂电芯120，在第二方向上依次排布，电池包中的任两个锰酸锂电芯120在第一方向上与第二方向上均不相邻，且一个三元电芯110至少与一个锰酸锂电芯120串联，第一方向与第二方向之间存在夹角。本申请实施例可以通过锰酸锂电芯120与三元电芯110的排布关系与电连接关系的设置，可以有效避免热失控事故的发生，并且在电池包发生热失控等事故的情况下，通过锰酸锂电芯120提供可靠的安全缓冲，延缓热扩散的时间，进而有效提高电池包的安全性。

此外，本实施例中，锰酸锂电芯120尽可能均匀地分布在电池包中，可以保证电池包散热的均匀性。结合三种类型的电芯的性能的比较可见，锰酸锂电芯120的电压范围与三元电芯110的电压范围基本相同，锰酸锂电芯120的循环性能与三元电芯110的循环性能也基本相同，因此，将锰酸锂电芯120与三元电芯110混合使用，也可以方便对电池包进行管理，并保证电池包的整体使用寿命。

当然，锰酸锂电芯120本身也具有工作电压高、倍率性能好以及低温工作性能好的优势，与三元电芯110配搭使用后能够更好的增强电池包低温充放电能力。锰酸锂电芯120的成本相对较低，相较于单纯使用三元电芯110，使用锰酸锂电芯120顶替以减少三元电芯110的使用量，也有助于降低电池包成本。

可选地，在一个电芯组101包括多个三元电芯110与多个锰酸锂电芯120的情况下，一个电芯组101中任两个距离最近的锰酸锂电芯120之间，均设置有P个三元电芯110，P为正整数。

如图1所示，在P等于1的情况下，每一个电芯组101中，三元电芯110与锰酸锂电芯120可以是按照ABAB的方式循环排列的，其中，A代表三元电芯110，B代表锰酸锂电芯120。

也就是说，将一个三元电芯110与一个锰酸锂电芯120作为一个排布单元，并依次布置这些排布单元。如此，在每一个电芯组101中，三元电芯110与锰酸锂电芯120的数量比例为1:1。当然，一个电芯组101中电芯的数量为奇数时，三元电芯110与锰酸锂电芯120的数量比例也可以是近似为1:1。

如图2所示，在P等于2的情况下，每一个电芯组101中，三元电芯110与锰酸锂电芯120可以是按照AABAAB的方式循环排列的。此时，在每一个电芯组101中，三元电芯110与锰酸锂电芯120的数量比例为或者近似为2:1。

当然，以上是对P值的一些举例，实际应用中，P也可以取大于2的整数值，相应地，电芯组101中三元电芯110与锰酸锂电芯120的数量比例也可以相应调整。

容易理解的是，当P值取较小值时，可以电池包的安全性较高，且成本较低。当P值取较大值时，则可以有效提高电池包的能量密度。而本实施例中，三元电芯110与锰酸锂电芯120的数量比例可以根据实际需求进行灵活调整，进而有助于使得电池包能够适应不同的应用场景，提高电池包的应用灵活性。

可选地，一个电芯组101中，三元电芯110的数量大于锰酸锂电芯120的数量。

本实施例中，可以认为是以三元电芯110为主，以锰酸锂电芯120为辅，通过两种电芯混合得到电池包。

比如，以图2所示的电池包为例，电池包中三元电芯110与锰酸锂电芯120为2:1；而以图3所示的电池包为例，电池包中三元电芯110与锰酸锂电芯120为8:1。当然，在实际应用中，三元电芯110与锰酸锂电芯120的比例可以根据实际需要进行调整，而将三元电芯110的数量设置为大于锰酸锂电芯120的数量，有助于在通过使用锰酸锂电芯120提高电池包的整体安全性的同时，保证电池包整体的能量密度。

可选地，一个电芯组101中的锰酸锂电芯120位于第二方向上的其中一侧。

如图3所示，每一个电芯组101中可以存在一个锰酸锂电芯120，该锰酸锂电芯120可以是位于电芯组101的首位或者尾部，即位于第二方向的其中一侧。

一般来说，锰酸锂电芯120的耐高温性能相对较差，每一个电芯组101中，锰酸锂电芯120设置在第二方向的其中一侧，也就是将锰酸锂电芯120设置在边缘位置。通常情况下，边缘位置的导热速率较快，因此有助于锰酸锂电芯120的快速散热，提高锰酸锂电芯120的工作性能。

当然，为保证任两个锰酸锂电芯120在第一方向上不相邻，每一个电芯组101中，仅在第二方向的其中一侧设置锰酸锂电芯120。比如，在一个电芯组101中，锰酸锂电芯120设置在首位，则与该电芯组101相邻的另一个电芯组101中，锰酸锂电芯120可以设置在尾部。如此，在保证对锰酸锂电芯120的散热能力的同时，避免锰酸锂电芯120在第一方向上相邻。

结合一些应用场景，在图3所示的电池包中，通过将锰酸锂电芯120设置在边缘位置，来规避锰酸锂电芯120不耐高温的特性。与此同时，可以使得整个电池包的温差降在3℃以内，常用温和的工况可以将温差控制在1～2℃。

可选地，一个电芯组101中的各三元电芯110与各锰酸锂电芯120相互串联。

本实施例中，一个电芯组101中的各个电芯之间可以是相互串联的。

实际应用中，可以根据电池包需要输出的电压来选择一个电芯组101中串联的电芯的数量，至于三元电芯110与锰酸锂电芯120在位置上的排布关系，可以参见上文实施例，此处不做赘述。

本实施例中，一个电芯组101中的各个电芯是沿第二方向依次排布的，将一个电芯组101中的电芯串联，相关的连接结构可以设计得较为一致，从而有助于简化电池包的整体设计与装配难度。

可选地，多个电芯组101相互并联。

本实施例中，通过将多个电芯组101并联，可以提高整个电池包的能量总量，各个电芯组101在第一方向上依次排布，也有助于降低用于并联的连接结构的设置难度。

可选地，各个电芯组101中的锰酸锂电芯120的数量相等，各个电芯组101中的三元电芯110的数量相等。

本实施例中，如图1至图3所示，各电芯组101中锰酸锂电芯120数量相同，且电芯组101中三元电芯110数量相同，有助于使得各个电芯组101的输出电压等充放电特性比较一致，提高电池包的工作可靠性。

可选地，第一方向与第二方向之间的夹角为90°。

本实施例中，第一方向与第二方向之间相互垂直，有助于使得电池包整体的外围合轮廓呈矩形等形状，便于电池包后续在用电设备中的装配。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种电池模组，包括电池管理模块200(Battery Management System，BMS)与上述的电池包100；

BMS与电池包100电连接。

容易理解的是，上文电池包的实施例，同样使用在本申请实施例提供的电池模组中，并能取得相同的技术效果，此处不再赘述。

一般来说，锰酸锂电芯电压范围为2.5-4.2V基本上等同于三元电芯电压范围，电芯的开路电压-荷电状态(Open Circuit Voltage-State of Charge，OCV-SOC)曲线走势也基本相同，SOC估算精准，BMS控制差异较小。

结合一些应用场景，电池模组的SOC使用窗口为10％～90％，不建议进行深度充放电，会对电池的正负极结构造成不可逆的损伤。若是以浅充浅放来计算的话，本申请实施例提供的电池模组循环寿命至少有1000次以上，和单纯的三元电芯构成的电池模组的循环寿命次数基本相同。也就是说，混搭使用三元电芯和锰酸锂电芯的电池模组，整体循环寿命影响较小。

在一个示例中，上述的电池模组还可以包括液冷系统，液冷系统与电池包连接。结合一个实际应用场景，液冷系统可以将电池包的温度控制在35～45℃，电池包中的温差控制在1～2℃，保证电池包中电芯能够在合适的温度上工作，提高电芯的工作性能。

本申请实施例还提供了一种用电设备，包括上述的电池包。

本实施例中，用电设备可以是电动汽车、油电混合动力汽车、不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)、移动激光、移动照明设备、移动通讯设备、军事设备或者航空航天设备等。

容易理解的是，上文电池包的实施例，同样使用在本申请实施例提供的用电设备中，并能取得相同的技术效果，此处不再赘述。

依照本申请如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电池包，其特征在于，包括在第一方向上依次连接多个电芯组；

每一所述电芯组均包括至少一个三元电芯与至少一个锰酸锂电芯，一个所述电芯组中的所述三元电芯与所述锰酸锂电芯，在第二方向上依次排布；

其中，所述电池包中的任两个所述锰酸锂电芯在所述第一方向上与所述第二方向上均不相邻，且一个所述三元电芯至少与一个所述锰酸锂电芯串联，所述第一方向与所述第二方向之间存在夹角。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，在一个电芯组包括多个所述三元电芯与多个所述锰酸锂电芯的情况下，所述一个电芯组中任两个距离最近的所述锰酸锂电芯之间，均设置有P个所述三元电芯，P为正整数。

3.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，一个所述电芯组中，所述三元电芯的数量大于所述锰酸锂电芯的数量。

4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，一个所述电芯组中的所述锰酸锂电芯位于所述第二方向上的其中一侧。

5.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，一个所述电芯组中的各三元电芯与各锰酸锂电芯相互串联。

6.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述多个电芯组相互并联。

7.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，各个所述电芯组中的锰酸锂电芯的数量相等，各个所述电芯组中的三元电芯的数量相等。

8.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角为90°。

9.一种电池模组，其特征在于，包括电池管理模块BMS与如权利要求1至8中任一项所述的电池包；

所述电池管理模块BMS与所述电池包电连接。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的电池包。

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