CN217507465U - 具有热防护机制的电池设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布一种具有热防护机制的电池设备，包括有多个电池芯及至少一散热容器。散热容器包括有框架及两个薄膜。框架包括有至少一穿孔部。薄膜连接框架，并覆盖框架上的穿孔部，使得穿孔部成为密闭空间。液体设置在密闭空间内，其中液体可以是水或水溶液。电池芯的底部与散热容器的薄膜相邻，当电池芯的温度过高时，会造成散热容器的薄膜破损。液体会喷出散热容器并接触电池芯，以降低电池芯的温度。本实用新型的电池设备可在减少电池装置的设置成本的同时，达到防止电池装置热失控的目的。

Description

具有热防护机制的电池设备

技术领域

本实用新型涉及一种具有热防护机制的电池设备，可快速降低热失控的电池芯的温度，并可有效避免热失控的电池芯造成其他电池芯发生热失控。

背景技术

可充电电池(Rechargeable battery)广泛地指涉可以再次充电及反复使用的电池的总称，主要包括有镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等，并被大量的应用在电子产品、家电产品及交通工具上。

可充电电池是发展电动车产业的重点技术之一，如何提高可充电电池的充电量、缩短可充电电池的充电时间及提高可充电电池的安全性，都是推广及发展电动车产业的重点。锂离子电池具有高能量密度、输出功率大、无记忆效应、低自放电、工作温度范围广及充放电速度快等优点，已成为电动车主要使用的可充电电池。

一般而言会将多个电池芯(Cell)连接，以形成电池组，同时调整各个电池芯的串联及/或并联，使得电池组可输出产品需要的电压与电流。然而当电池组中的其中一个电池芯故障而导致短路时，将会造成其他正常的电池芯对短路的电池芯以大电流充电，进而导致短路的电池芯的温度不正常的上升。当温度超过电池芯内部的隔离层所能承受的温度时，将会造成隔离层溶解，使得电池芯的正负极材料短路，进而引发电池芯烧熔或爆炸的情形。

故障的电池芯产生的高温或喷出的电解液会传递到其他的电池芯或导电片，进而导致导电片及连接的电池芯的温度不正常的上升，并可能会造成其他正常的电池芯损坏，而造成电池组发生热失控。

实用新型内容

为了解决上述技术课题，本实用新型提出一种具有热防护机制的电池设备，主要包括有多个电池芯及至少一散热容器。散热容器包括有框架及至少一薄膜，其中框架包括有穿孔部或凹陷部。薄膜连接框架，并覆盖穿孔部或凹陷部，以在框架及薄膜之间形成密闭的容置空间。

电池芯的底部或正极朝向散热容器的薄膜，当电池芯的温度过高或发生热失控时，例如电池芯的温度超过摄氏160度至200度，将会导致散热容器的薄膜破损。容置空间内设置液体，例如液体可以是水或水溶液，其中液体会经由破损的薄膜流出，并喷洒撒在温度过高或热失控的电池芯上，以降低电池芯的温度，并防止其他正常的电池芯发生热失控的连锁反应。

本实用新型设置在散热容器的密闭空间内的液体主要成分是水，水具有相当高的热稳定性及比热，使得喷出散热容器的水或水溶液可有效降低热失控的电池芯的温度。另外水的汽化热为40.8千焦/摩尔，相当于2266千焦/千克，大约为水自0℃加热至100℃所需能量的5.4倍。因此水被热失控的电池芯加热置沸点并由液态蒸发为气态时，更可大量的吸收热失控的电池芯产生的热量，并大幅降低热失控的电池芯的温度。

此外，当散热容器的薄膜破裂时，有部分的水会喷出容器，而有部分的水则会残留在散热容器内。喷出散热容器的液体或气化的水会直接且快速地降低热失控的电池芯温度，而留在散热容器内的水则会持续吸收热失控的电池芯的温度。当留在散热容器内的水温大于沸点时会气化成水蒸气，并由热失控的电池芯吸收大量的热量，以持续降低热失控的电池芯的温度，直到残留在散热容器内的水消耗殆尽。

本实用新型的一目的，在于提供一种具有热防护机制的电池设备，不需要额外设置侦测器及复杂的控制电路来量测电池芯的温度，并判断电池芯是否发生热失控。具体而言，本实用新型可透过黏胶或焊接，例如硬焊(welding)或软焊(soldering)，将薄膜设置在框架上，以在薄膜及框架之间形成密闭空间，并将水设置在密闭空间内。因此本实用新型可提供一种低廉且安全稳定的具有热防护机制的电池设备，可在减少电池装置的设置成本的同时，达到防止电池装置热失控的目的。

此外，多个导电层可串联或并联多个电池芯，以形成电池模块。在使用过程中，例如充电及放电，电池模块两侧的温度会产生差异，其中一侧为高温侧(hot side)，而另一侧为低温侧(cool side)。高温侧及低温侧的电池模块会经由热传导的方式将热量传递给散热容器，使得散热容器的两侧产生温度差。散热容器的密闭空间内的液体会因为温差而产生对流，并可用以平衡电池模块的高温侧及低温侧的温度。

为了达到上述的目的，本实用新型提出一种具有热防护机制的电池设备，包括有：多个电池芯，其中电池芯包括有两个底面及一个侧面，侧面位于两个底面之间；至少一散热容器，与多个电池芯相邻，并包括有：框架，包括有至少穿孔部或凹陷部；至少一薄膜，连接框架并覆盖穿孔部或凹槽，并在薄膜与框架之间形成密闭空间，其中薄膜与多个电池芯的至少一底面相邻；及液体，放置在散热容器的密闭空间内，其中液体为水或水溶液。

本实用新型提出另一种具有热防护机制的电池设备，包括有：多个电池芯，其中电池芯包括有两个底面及一个侧面，侧面位于两个底面之间；至少一散热容器，与多个电池芯相邻，并包括有：框架，包括有至少穿孔部；两个薄膜，连接框架并覆盖穿孔部，并在两个薄膜与框架之间形成密闭空间，其中薄膜接触多个电池芯的侧面；及液体，放置在散热容器的密闭空间内，其中液体为水或水溶液。

在至少一实施例中，所述框架包括有第一表面、第二表面及侧表面，侧表面连接第一表面及第二表面，而薄膜为两个，分别连接第一表面及第二表面。

在至少一实施例中，所述的具有热防护机制的电池设备还包括有至少一连接支架，连接支架用于连接框架，并将框架及薄膜之间的密闭空间区分成多个容置空间。

在至少一实施例中，所述连接支架上设置凹部或连接孔，并经由凹部或连接孔连接位于连接支架两侧的容置空间。

在至少一实施例中，所述的具有热防护机制的电池设备还包括有至少一导热单元位于相邻的电池芯的侧面之间，导热单元朝向连接支架，而电池芯则朝向容置空间。

在至少一实施例中，所述的具有热防护机制的电池设备还包括有多个导电片串联或并联多个电池芯，并位于电池芯的底面与散热容器的薄膜之间。

在至少一实施例中，所述薄膜包括有至少一金属层及至少一塑料层。

在至少一实施例中，所述的具有热防护机制的电池设备还包括有多个凸起部，多个凸起部设置在框架的第一表面及第二表面上，并于相邻的凸起部之间存在凹陷部，其中一薄膜连接第一表面及位于第一表面的凸起部，而另一薄膜则连接第二表面及位于第二表面的凸起部。

在至少一实施例中，所述电池芯位于散热容器的凹陷部内，散热容器的凸起部位于相邻的电池芯之间。

附图说明

图1是本实用新型具有热防护机制的电池设备实施例的立体分解示意图。

图2是本实用新型具有热防护机制的电池设备实施例的侧面分解示意图。

图3是本实用新型具有热防护机制的电池设备的散热容器实施例的立体分解图。

图4是本实用新型具有热防护机制的电池设备的散热容器实施例的立体透视图。

图5是本实用新型具有热防护机制的电池设备又一实施例的立体分解示意图。

图6是本实用新型具有热防护机制的电池设备的散热容器实施例的立体分解示意图。

图7是本实用新型具有热防护机制的电池设备的散热容器又一实施例的立体分解示意图。

图8是本实用新型具有热防护机制的电池设备的散热容器又一实施例的立体分解示意图。

图9是本实用新型具有热防护机制的电池设备的又一实施例的立体分解示意图。

附图标记说明：10-具有热防护机制的电池设备；11-散热容器；111-框架； 1111-第一表面；1113-第二表面；1115-侧表面；1117-连接支架；1119-凹部；112- 穿孔部；113-薄膜；114-密闭空间；115-凸起部；116-凹陷部；118-容置空间； 12-导电片；13-电池芯；130-电池模块；131-底面；133-侧面；15-液体；17-导热单元。

具体实施方式

请参阅图1及图2，分别是本实用新型具有热防护机制的电池设备实施例的立体分解示意图及侧面分解示意图。图3及图4分别是本实用新型具有热防护机制的电池设备的散热容器实施例的立体分解图及立体透视图。如图所示，具有热防护机制的电池设备10主要包括有至少一散热容器11及多个电池芯13，其中散热容器11与电池芯13相邻，例如位于电池芯13的两端。

如图3及图4所示，散热容器11包括有框架111及两个薄膜113，框架111 包括有穿孔部112，而两个薄膜113分别设置在框架111的两个表面，并且两个薄膜113覆盖框架111上的穿孔部112，以在框架111及薄膜113之间形成密闭空间114。

密闭空间114内设置液体15，其中液体15可以是水或水溶液。在本实用新型一实施例中，液体15仅占据部分的密闭空间114，而其他的密闭空间114则没有放置液体15。液体15可以在密闭空间114内流动，并受到重力的作用位于密闭空间114的底部，而放置液体15的密闭空间114则可能会存在气体或水蒸气。在不同实施例中，也可以于密闭空间114内填满液体15。

具体而言，框架111可包括有第一表面1111、第二表面1113及侧表面1115。侧表面1115连接第一表面1111及第二表面1113。两个薄膜113分别连接框架 111的第一表面1111及第二表面1113，例如可透过黏胶、硬焊(welding)或软焊 (soldering)将薄膜113设置在方形的框架111的第一表面1111及第二表面1113 上，并形成长方体的散热容器11。在不同实施例中，薄膜113也可以是胶带，并贴附在框架111的第一表面1111、第二表面1113及侧表面1115上。

在本实用新型另一实施例中，框架111上的穿孔部112也可以是凹陷部，而薄膜113的数量则为一个，并用以覆盖框架111上的凹陷部，使得凹陷部形成密闭空间114。框架111可以是具有高导热系数的金属材质所制成，例如铝或铜等，其中框架111可经由薄膜113连接电池芯13，以利于电池芯13将热量传递至框架111及溶液15，并降低电池芯13的温度。

如图2所示，电池芯13包括有两个底面131及一侧面133，其中侧面133 位于两个底面131之间，使得电池芯13的外观近似柱状体，例如圆柱体。电池芯13的其中一个底面131可为正极，而另一底面131及/或侧面133则为负极。

多个导电片12用以串联及/或并联多个电池芯13，以形成电池模块130。在本实用新型一实施例中，散热容器11的数量可以是两个，并分别与电池芯13 的两个底面131相邻。在本实用新型另一实施例中，散热容器11的数量可以是一个，并与电池芯13的其中一个底面131相邻。

具体而言，散热容器11的薄膜113与电池芯13的至少一底面131相邻，或是在电池芯13的底面131与散热容器11的薄膜113之间具有导电片12，例如电池芯13的正极及/或负极可直接接触散热容器11的薄膜113，或是经由导电片12接触散热容器11的薄膜113。当电池芯13发生热失控(Thermal runaway) 时，高温气体通常会由底面131(例如正极)的阀门喷出电池芯13，并接触散热容器11的薄膜113。

薄膜113在接触高温气体时会产生破损，使得位于散热容器11的密闭空间 114内的液体15，经由薄膜113上的破孔喷出或流出散热容器11。喷出散热容器11的液体15会接触热失控的电池芯13，并降低热失控的电池芯13的温度。

在本实用新型一实施例中，密闭空间114内可设置吸水层，例如多孔金属或多孔陶瓷等，并透过吸水层吸附液体15。当薄膜113破损时，使得部分的液体15会经由薄膜113上的破孔喷出或流出散热容器11，并直接接触热失控的电池芯13，而部分的液体15则会被吸水层吸附。

被吸水层吸附的液体15会持续由热失控的电池芯13吸收热量，并从液态转变为气态，以由热失控的电池芯13吸收大量的热量。水的汽化热为40.8千焦 /摩尔，相当于2266千焦/千克，当水转变为水蒸气时可由热失控的电池芯13吸收大量的热量，因此本实用新型装设在散热容器11内的液体15以水或水溶液为较佳。

一般而言，热失控的电池芯13发生的温度通常介于摄氏160度至240度之间，在本实用新型一实施例中可调整薄膜113的厚度、材质等变因，使得薄膜 113在摄氏160度至240度之间破裂。在本实用新型一实施例中，薄膜113可以是金属薄膜或塑料薄膜，其中金属薄膜包括有至少一金属层及至少一塑料层的层迭，例如铝箔及聚乙烯的层迭，并可透过热压的方式连接薄膜113及框架111。

此外，当电池模块130包括有多个电池芯13的串联时，在充电及放电的过程中，电池模块130两侧的电池芯13会产生温差。如图2所示，位于左侧的电池芯13温度会低于位于右侧的电池芯13温度，在经过多次的充放电后，右侧的电池芯13的老化速度会比左侧的电池芯13快。

在本实用新型实施例中，高温的电池芯13除了可以经由框架111将热量传递至低温的电池芯13之外，还可以经由框架111及/或薄膜113将热量传递至密闭空间114内的液体15。具体而言，密闭空间114右侧的液体15温度会高于左侧的液体15温度，使得密闭空间114内的液体15产生对流，进而平衡各个电池芯13的温度，以延长电池模块130的使用寿命。

如图5所示，散热容器11的框架111可包括有至少一连接支架1117，其中连接支架1117位于框架111的穿孔部112或凹陷部内，并将框架111与薄膜113 之间的密闭空间114区隔为多个容置空间118，而薄膜113则连接框架111及连接支架1117。

在本实用新型一实施例中，多个电池芯13以矩阵的方式排列，并可于相邻的电池芯13的侧面133之间设置导热单元17，其中导热单元17朝向连接支架 1117，而电池芯13则朝向容置空间118。例如导热单元17可以是金属制的圆形、四边形或多边形柱状体，导热单元17的一端或两端可经由薄膜113连接框架111 的连接支架1117。电池芯13产生的热量可经由侧面133传递至导热单元17，并经由导热单元17的一端或两端传递至框架111的连接支架1117。

如图6所示，框架111的连接支架1117上可设置至少凹部1119或连接孔，并透过凹部1119或连接孔连接位于连接支架1117两侧的容置空间118。

如图7所示，框架111可包括有多个凸起部115，并于相邻的凸起部115之间形成凹陷部116。在本实用新型一实施例中，框架111的第一表面1111及第二表面1113上可分别凸起部115，其中设置在第一表面1111的凸起部115与设置在第二表面1113的凸起部115可彼此交错。如图8所示，设置在框架111两侧的凸起部115，也可以横跨框架111内的穿孔部112，并在穿孔部112的两侧形成柱状的凸起部115。

两个薄膜113分别连接框架111的第一表面1111及第二表面1113并覆盖穿孔部112，以在两个薄膜113与框架111之间形成密闭空间114。在实际应用时，其中一个薄膜113会连接第一表面1111及位于第一表面1111的凸起部115，而另一个薄膜113则连接第二表面1113及位于第二表面1113的凸起部115。

在本实用新型上述实施例中，主要将散热容器11设置在电池芯13的底面 131，使得散热容器11的薄膜113与电池芯13的底面131相邻。在本实用新型另一实施例中，如图9所示，散热容器11可设置在两个相邻的电池芯13之间，其中散热容器11的薄膜113可接触多个电池芯13的侧面133。可将电池芯13 放置在散热容器11的凹陷部116，使得电池芯13的侧面133位于凹陷部116内，而散热容器11的凸起部115则位于相邻的两个电池芯13之间。如此一来，将可以增加电池芯13的侧面133与散热容器11的接触面积，并有利于提高电池芯13将热量传递至散热容器11的效率。

在实际应用时，电池模块130可包括有多个电池芯13及多个散热容器11，其中散热容器11可尽可能的填满相邻的电池芯13之间的间隙，并使得各个电池芯13的侧面133都接触至少一个散热容器11，以提高散热的效果。

以上所述者，仅为本实用新型之一较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型权利要求所记载的形状、构造、特征及精神所为的等同变化与修饰，均应包括有于本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种具有热防护机制的电池设备，其特征在于，包括有：

多个电池芯，其中所述电池芯包括有两个底面及一侧面，所述侧面位于两个底面之间；

至少一散热容器，与所述多个电池芯相邻，并包括有：

框架，包括有至少穿孔部或凹陷部；以及

至少一薄膜，连接所述框架并覆盖所述穿孔部或所述凹槽，并在所述薄膜与所述框架之间形成密闭空间，其中所述薄膜与所述多个电池芯的至少一所述底面相邻；及

液体，放置在所述散热容器的所述密闭空间内，其中所述液体为水或水溶液。

2.根据权利要求1所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，所述框架包括有第一表面、第二表面及侧表面，所述侧表面连接所述第一表面及所述第二表面，而所述薄膜为两个，分别连接所述第一表面及所述第二表面。

3.根据权利要求1所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，包括有至少一连接支架连接所述框架，并将所述框架及所述薄膜之间的所述密闭空间区分成多个容置空间。

4.根据权利要求3所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，所述连接支架上设置凹部或连接孔，并经由所述凹部或所述连接孔连接位于所述连接支架两侧的所述容置空间。

5.根据权利要求4所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，还包括有至少一导热单元位于相邻的所述电池芯的所述侧面之间，所述导热单元朝向所述连接支架，而所述电池芯则朝向所述容置空间。

6.根据权利要求1所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，还包括有多个导电片串联或并联所述多个电池芯，并位于所述电池芯的所述底面与所述散热容器的所述薄膜之间。

7.根据权利要求1所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，所述薄膜包括有至少一金属层及至少一塑料层。

8.一种具有热防护机制的电池设备，其特征在于，包括有：

多个电池芯，其中所述电池芯包括有两个底面及一侧面，所述侧面位于两个底面之间；

至少一散热容器，与所述多个电池芯相邻，并包括有：

框架，包括有至少穿孔部；以及

两个薄膜，连接所述框架并覆盖所述穿孔部，并在所述两个薄膜与所述框架之间形成密闭空间，其中所述薄膜接触所述多个电池芯的所述侧面；及

液体，放置在所述散热容器的所述密闭空间内，其中所述液体为水或水溶液。

9.根据权利要求8所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，所述框架包括有第一表面、第二表面及侧表面，所述侧表面连接所述第一表面及所述第二表面，而所述两个薄膜分别连接所述第一表面及所述第二表面。

10.根据权利要求9所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，包括有多个凸起部设置在所述框架的所述第一表面及所述第二表面上，并于相邻的所述凸起部之间存在凹陷部，其中一个所述薄膜连接所述第一表面及位于所述第一表面的所述凸起部，而另一个所述薄膜则连接所述第二表面及位于所述第二表面的所述凸起部。

11.根据权利要求10所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，所述电池芯位于所述散热容器的凹陷部内，所述散热容器的所述凸起部则位于相邻的所述电池芯之间。

12.根据权利要求8所述的具有热防护机制的电池设备，其特征在于，所述薄膜包括有至少一金属层及至少一塑料层。

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