CN219321527U - 电池模组、电池包及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电池模组、电池包及用电设备。电池模组包括：安装框架，具有收容空间；多个单体电池，收容于收容空间，并沿单体电池的厚度方向依次排列设置；多个隔热垫，收容于收容空间，用于设置于每相邻的两个单体电池之间以及设置于单体电池和安装框架之间；其中，隔热垫为纳米复合板，初始厚度为W₁，在预设压力P的作用下的压缩厚度为W₂，(W₁‑W₂)/W₁≤40％。本实用新型中的电池模组中的隔热垫具有更好的压缩性能，能够有效地抑制单体电池的膨胀。

Description

电池模组、电池包及用电设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池模组、电池包及用电设备。

背景技术

随着经济的发展，对于环境问题的重视程度在不断提升，采用电池包作为能源供给的电动汽车的普及化也越来越高，电池模组作为电池包中的核心零部件，其安全特性至关重要。

在电池包结构中，包括安装壳体和设于安装壳体内的多个单体电池，由于单体电池在使用的过程中会发热和膨胀，因此在单体电池之间以及单体电池与安装壳体之间还需要设置隔热垫，以避免单体电池之间的热传递以及抑制单体电池的过度膨胀。

现在的隔热垫多采用气凝胶材料，在压力作用下较容易被压薄，从而导致厚度容易减小，热阻降低，影响隔热性能。

实用新型内容

为解决上述现有技术中所存在的至少一个问题，根据本实用新型的第一个方面，提供了一种电池模组，包括：安装框架，具有收容空间；多个单体电池，收容于所述收容空间，并沿所述单体电池的厚度方向依次排列设置；多个隔热垫，收容于所述收容空间，用于设置于每相邻的两个所述单体电池之间和/或设置于所述单体电池和所述安装框架之间；其中，所述隔热垫为纳米复合板，初始厚度为W₁，在预设压力P的作用下的压缩厚度为W₂，(W₁-W₂)/W₁≤40％。

这样，通过在每相邻的两个单体电池之间设置隔热垫和/或在单体电池和安装框架之间设置隔热垫，由于隔热垫具有可压缩性，当单体电池发生膨胀时能够对隔热垫进行压缩，从而利用隔热垫的缓冲作用，能够有效地释放电池内部因电极极片的膨胀产生的应力，尤其是本实施例中隔热垫采用纳米复合板，在预设压力作用下其压缩厚度W₂和初始厚度为W₁的关系满足(W₁-W₂)/W₁≤40％。由此，纳米复合板不容易被压缩，从而能够有效地抑制单体电池的膨胀，避免单体电池发生过度膨胀的风险，保证了单体电池的使用安全性和电学性能。

本实用新型的第二个方面，提供了一种电池包，包括上述所述的电池模组。

这样，由于构成电池包中的电池模组中的每相邻的两个单体电池之间设置隔热垫和/或在单体电池和安装框架之间设置隔热垫，隔热垫采用纳米复合板结构，不易被压缩，从而保证了单体电池的使用安全性和电学性能，从而保证了电池包的使用安全性。

本实用新型的第三个方面，提供了一种用电设备，包括上述所述的电池包。

这样，由于电池包具有稳定的使用性能，保证了用电设备的使用安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电池模组的结构示意图；

图2为本实施例中的隔热垫和现有技术中的隔热垫的隔热性能对比图。

其中，附图标记含义如下：

100-电池模组，10-安装框架，11-收容空间，20-单体电池，30-隔热垫。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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实用新型的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

现有技术中，隔热垫的材料主要包括陶瓷纤维气凝胶、预氧化纤维气凝胶、玻璃纤维气凝胶，由于气凝胶属于纳米多孔材料，布满空隙，因此在外力作用下较容易被压薄，例如在3MPa压力作用下，材料压缩率达到了约50％～60％。

根据本领域技术人员所周知的热阻公式：Rth＝σ/(A*λ)，其中，Rth：热阻，单位为K/W；σ：隔热垫厚度，单位为mm，A：隔热垫面积，单位为mm²，λ：导热系数，单位为W/(m.K)。随着隔热垫厚度的减小，隔热垫的热阻在降低，从而严重影响隔热垫的隔热性能。同时由于气凝胶材质较软，BOL(Begin of life)状态下隔热材料可以实现热抑制，EOL(End of life)状态下隔热材料被严重压缩，EOL(End of life)状态下隔热材料的热阻降低。因此有必要提供一种新结构的隔热垫，以提升隔热垫的热阻性能，从而提升电池模组以及电池包安全性能。

请参阅图1，为本实用新型实施例提供的电池模组100结构，该电池模组结构包括安装框架10、多个单体电池20以及多个隔热垫30。

其中，安装框架10具有收容空间11；多个单体电池20收容于该收容空间11，并沿单体电池20的厚度方向依次排列设置；多个隔热垫30收容于收容空间11，且相互分隔设置，用于设置于每相邻的两个单体电池20之间；其中，隔热垫30为纳米复合板，初始厚度为W₁，在预设压力P的作用下的压缩厚度为W₂，(W₁-W₂)/W₁≤40％，其中P的范围可在2MPa-6MPa之间。

上述电池模组100，通过在每相邻的两个单体电池20之间设置隔热垫30，当单体电池20发生膨胀时，由于隔热垫30具有可压缩性，能够受电池膨胀力挤压从而起到缓冲作用，可有效释放电池内部因膨胀产生的应力，且本实施例中隔热垫30采用纳米复合板的方式，在前述提及的预设压力P的作用下的压缩厚度W₂和初始厚度为W₁的关系满足(W₁-W₂)/W₁≤40％，不会很容易被压缩，从而能够有效地抑制单体电池20的膨胀，避免单体电池20发生过度膨胀的风险，保证了单体电池20的使用安全性和电学性能。

在实施例1的基础上，还可在单体电池20和安装框架10之间设置具有前述结构和性能的隔热垫30。亦或者，可仅在相邻电池之间或者电池与安装框架之间设置前述隔热垫30。

作为一种更为优选的实施方式，压缩厚度W₂和初始厚度为W₁的关系满足(W₁-W₂)/W₁≤30％，如此，能够更显著地抑制单体电池20的膨胀，降低其发生过度膨胀的风险，保证单体电池20的使用安全性和电学性能。

具体地，本实施例中的隔热垫30的初始厚度W₁被配置为0.5-10mm，更进一步地，通常W₁的数值被配置为小于5mm。

其中，在本实施例中的隔热垫30为纳米复合板，采用纳米材料制备，纳米材料为SiO₂、Ti₂Si₂O₅、Al₂O₃的一种及以上；其中，SiO₂、Ti₂Si₂O₅、Al₂O₃由于具有良好的化学稳定性、热稳定性、耐高温性和低导热系数的优点，因此在隔热领域具有良好的应用。上述提及的纳米材料与遮光材剂以及耐高温短纤维混合后层压，便可得所述隔热垫30。

遮光剂包括SiO₂、SiC中的至少一种，从而通过添加遮光剂，可抑制高温辐射性能，减小热量的相互传递。

耐高温短纤维包括玻璃纤维、陶瓷纤维的至少一种，从而通过增加耐高温短纤维以增加所制得的隔热垫30的整体强度，以保证隔热垫30在人工拿取、转运、封装过程中的强度，避免出现破碎。

具体地，本实施例中的隔热垫30在温度小于等于900℃时的导热系数λ≤0.06W/(m.K)，从而确保隔热垫具备优异的隔热性能。导热系数λ的测试依据为GB/T 10294-2008。

此外，由上述本领域技术人员所周知的包括导热系数λ和隔热垫厚度σ的热阻公式：Rth＝σ/(A*λ)，其中，Rth：热阻，σ：隔热垫30的厚度，A：隔热垫面积，λ：导热系数。具体到实际结构中，σ可以对应于隔热垫的初始厚度W₁，也可以对应于隔热垫的压缩厚度W₂。

隔热垫30在初始厚度W₁下的导热系数为λ₁，隔热垫30在压缩厚度为W₂下导热系数为λ₂，其中，(λ₂-λ₁)/λ₁≤1，通过如此设置，保证了在相同的压缩情况下，导热系数变化较小，保证了隔热垫30的隔热性能，更进一步的，(λ₂-λ₁)/λ₁≥0.01，以使得隔热垫30的材料成本低，结构更紧实，利于批量生产。

在本实用新型的一个实施例中，隔热垫30还经过疏水处理，使用的疏水剂有三甲基氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷等，从而经疏水处理后隔热垫30内的亲水基团含量大大减少，具备优异的疏水性能，在双85或高低温等老化前后隔热性能基本不发生变化。

从而，本实施例中的隔热垫30的材料与气凝胶不同，隔热垫30采用纳米耐高温粉料与耐高温纤维以及与遮光剂和疏水剂混合后层压而得，隔热垫30的材料偏硬，较难压缩，施加压力为2-6MPa时，压缩率≤40％，BOL和EOL状态隔热材料厚度差异小，从而以较薄的厚度即可实现较厚的气凝胶隔热垫30的隔热效果，从而满足单体电池20的膨胀和抑制需求。

根据本实施例所提供的电池模组中的隔热垫30结构，隔热垫30其导热系数λ≤0.06W/(m.K)，对隔热垫30在不同疲劳压缩比例下的导热系数测试，具体数据请参阅表1。

其中，实施例1-4采用的纳米材料为纳米SiO₂，其与疏水剂三甲基氯硅烷层、玻璃纤维和SiC混合并层压而得到如实施例1-4所描述的隔热垫30，其中测试温度为700℃，具体测试步骤为：将加热面面积为5㎝*5㎝的加热块加热至具体测试温度，将隔热垫的第一表面层移动至加热块，隔热垫的第二表面层贴近固定在具有压力传感器的压块上，隔热垫的第一表面层移动至加热块，控制压力传感器的压力至设定压力值，并维持该既定压力值于既定测试时间段(即定距)，再测试第一表面层(即热面)中间的温度，第二表面层(即冷面)中间的温度。

表1纳米SiO₂的隔热垫与陶瓷纤维气凝胶隔热垫的隔热性能测试对比表

从表1的数据对比可知，具有本实用新型所描述的隔热垫结构，其相较于现有技术的气凝胶类结构而言，具有更优异的抗压缩性能和隔热性能。具体地，使用电加热测试工装测试本实施例中的纳米复合板制备而成的隔热垫30和现有技术中的纤维气凝胶制备的隔热垫30的隔热性能，采用纳米复合板的隔热垫其隔热性能较现有技术中的纤维气凝胶的隔热垫的温度低40％～60％。

进一步的，如图2所示，其中a线代表本实施例提供的隔热垫30，b线代表现有技术中的陶瓷气凝胶隔热垫，随着使用时间的增加，本实施例中的隔热垫30的冷面温度(也即背面温度)均比现有技术中的陶瓷气凝胶隔热垫的冷面温度低。

本实用新型在第二实施例中还提供一种电池包，包括上述的电池模组100，从而本实施例由于构成电池包中的电池模组100中的每相邻的两个单体电池20之间设置隔热垫30以及在单体电池20和安装框架10之间设置隔热垫30，当单体电池20发生膨胀时，由于隔热垫30具有可压缩性，在受到电池膨胀力挤压时，起到缓冲作用，能够有效地释放电池内部因膨胀产生的应力，且隔热垫30采用纳米复合板结构，在预设压力P作用下的压缩厚度W₂和初始厚度为W₁的关系满足(W₁-W₂)/W₁≤40％，从而能够有效地抑制单体电池20的膨胀，避免单体电池20发生过度膨胀的风险，保证了单体电池20的使用安全性和电学性能，从而保证了电池包的使用安全性。

本实用新型在第三实施例中还提供一种用电设备，包括上述的电池包，从而由于电池包具有稳定的使用性能，保证了用电设备的使用安全性。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.电池模组，其特征在于，包括：

安装框架，具有收容空间；

多个单体电池，收容于所述收容空间，并沿所述单体电池的厚度方向依次排列设置；

多个隔热垫，收容于所述收容空间，用于设置于每相邻的两个所述单体电池之间和/或设置于所述单体电池和所述安装框架之间；

其中，所述隔热垫为纳米复合板，初始厚度为W₁，在预设压力P的作用下的压缩厚度为W₂，(W₁-W₂)/W₁≤40％。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述(W₁-W₂)/W₁≤30％。

3.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述预设压力P的范围为2MPa≤P≤6MPa。

4.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述隔热垫的导热系数λ≤0.06W/(m.K)。

5.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述隔热垫的初始厚度W₁被配置为0.5-10mm。

6.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述隔热垫的初始厚度W₁被配置为小于5mm。

7.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于，所述隔热垫在所述初始厚度W₁时的导热系数为λ₁，所述隔热垫在所述压缩厚度W₂时的导热系数为λ₂，其中，(λ₂-λ₁)/λ₁的范围为≤1。

8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述(λ₂-λ₁)/λ₁＞0.01。

9.电池包，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的电池模组。

10.用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池包。

Images