CN219498021U - 动力电池包及用电设备 - Google Patents

Abstract

一种动力电池包及用电设备，动力电池包包括外壳、电芯和吸热件；外壳开设有排气通道；电芯容纳于外壳内；吸热件容纳于外壳内且与电芯相邻，吸热件包括相变材料，相变材料用于在固相、液相和气相的至少两相之间进行切换，并在相变过程中吸收电芯传递至吸热件的热量。本实用新型提供的动力电池包及用电设备，能够通过相变材料的相变吸收相邻电芯在运行过程中产生的热量，将电芯的温度控制在正常范围内，避免动力电池包发生热失控、影响动力电池包性能；通过设置排气孔和排气通道相连通，能够将气相的相变材料从吸热件排出至外壳外部，防止吸热件的气压和温度过高，有利于降低动力电池包产生热扩散的风险，并提高动力电池包的安全性与可靠性。

Description

动力电池包及用电设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种动力电池包及用电设备。

背景技术

当前市场上，随着新能源车辆的逐渐普及，动力电池包得到了广泛的应用。

在动力电池包的使用过程中，引发动力电池包热失控的因素包括但不限于温度过高、过充、过放、短路、刺穿、挤压等，由于动力电池包的使用环境非常复杂，往往无法完全避免热失控的发生，因此，如何对动力电池包进行热安全防护设计，使动力电池包具备避免或延缓发生热失控、将热量传播到邻近元件的能力，将热扩散的风险和危害降到最低，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种动力电池包及用电设备，用于解决现有技术中动力电池包容易发生热失控的技术问题。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了如下的技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种动力电池包，包括：

外壳，开设有排气通道；

电芯，容纳于所述外壳内；

吸热件，容纳于所述外壳内且与所述电芯相邻，所述吸热件包括相变材料，所述相变材料用于在固相、液相和气相的至少两相之间进行切换，并在相变过程中吸收所述电芯传递至所述吸热件的热量，所述吸热件开设有排气孔，所述排气孔与所述排气通道相连通。

一种可能实现的实施例中，所述电芯和所述吸热件均为多个，多个所述电芯间隔设置，每一所述吸热件位于相邻的两个所述电芯之间。

一种可能实现的实施例中，所述外壳包括托盘，所述排气通道设置于所述托盘内，所述电芯和所述吸热件放置于所述托盘上，以通过所述托盘散热。

一种可能实现的实施例中，所述排气通道包括多个连接孔和至少一条导流管道，所述连接孔沿所述托盘的厚度方向延伸，所述导流管道垂直于所述连接孔，且用于连通至少两个所述连接孔，所述连接孔与所述排气孔连通。

一种可能实现的实施例中，所述动力电池包还包括冷却件，所述冷却件设置于所述吸热件和所述电芯远离所述托盘的一侧，所述冷却件用于对所述吸热件和所述电芯进行散热。

一种可能实现的实施例中，所述动力电池还包括配电箱，所述配电箱设置于所述托盘与所述冷却件之间，以通过所述托盘和所述冷却件进行散热。

一种可能实现的实施例中，所述冷却件用于连接用电设备的空调系统，以形成制冷循环。

一种可能实现的实施例中，所述排气孔处设置有透气膜，所述透气膜用于阻隔液相的所述相变材料，以及在所述相变材料相变为气相且所述吸热件内部的气压值达到第一气压值的情况下导通，所述透气膜的导通方向为从所述吸热件内部至所述吸热件外部。

一种可能实现的实施例中，所述排气通道的出口处安装有排气阀，所述排气阀用于在所述排气通道内的气压值达到第二气压值的情况下，导通大气与所述排气通道。

一种可能实现的实施例中，所述排气通道的出口位于所述外壳朝向地面的一侧。

一种可能实现的实施例中，所述相变材料包括石蜡、水凝胶、金属、脂肪酸、结晶水合物中的一种或多种。

第二方面，本实用新型提供一种用电设备，包括第一方面任一实施例提供的动力电池包，动力电池包用于为用电设备供电。

本实用新型提供的动力电池包及交通工具，通过设置吸热件包括相变材料，能够通过相变材料的相变吸收相邻电芯在运行过程中产生的热量，将电芯的温度控制在正常范围内，避免动力电池包发生热失控、影响动力电池包性能；通过设置排气孔和排气通道相连通，能够将气相的相变材料从吸热件排出至外壳外部，防止吸热件的气压和温度过高，有利于降低动力电池包产生热扩散的风险，并提高动力电池包的安全性与可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，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是一种实施例的动力电池包的爆炸图；

图2是一种实施例的动力电池包的立体图；

图3是一种实施例的动力电池包中的吸热件的结构示意图；

图4是一种实施例的动力电池包中的托盘的结构示意图；

图5是一种实施例的导流管道在托盘中的分布示意图。

附图标记说明：

10-电芯；20-吸热件；21-排气孔；30-托盘；31-排气通道；311-连接孔；312-导流管道；40-冷却件；41-制冷剂入口；42-制冷剂出口；50-配电箱；60-密封盖。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本实用新型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。本实用新型中在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，不是旨在于限制本实用新型。本实用新型所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指标的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，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原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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型提供的动力电池包，用于为用电设备提供动力来源，用电设备可以为电动汽车、电动列车、高尔夫球车等交通工具。

如图1所示，动力电池包包括外壳、电芯10和吸热件20，外壳开设有排气通道31，电芯10和吸热件20容纳于外壳内。吸热件20包括相变材料，吸热件20与电芯10相邻，相变材料用于在固相、液相和气相的至少两相之间进行切换，并在相变过程中吸收电芯10传递至吸热件20的热量。吸热件20开设有排气孔21，排气孔21与排气通道31相连通，排气通道31用于连通外壳内部和外壳外部。

其中，吸热件20包括壳体，相变材料收容于壳体内，排气孔21开设于壳体。可以理解的是，相变材料相变后会产生体积膨胀，壳体内的容积大于相变材料在固相时的总体积，从而承载相变后体积膨胀的相变材料。

相变材料通常为固相，相变材料能够产生固相至液相、液相至气相或固相至气相的相变，通过自身的相变潜热吸收并带走电芯10放出的热量，控制电芯10的温度处于正常温度范围。

相变材料为高气化潜热、高导热系数的具有较强吸热能力的材料，例如，相变材料包括石蜡、水凝胶、金属、脂肪酸、结晶水合物中的一种或多种，高导热系数的相变材料能够降低电芯10与自身的传热热阻，提高对电芯10的吸热效率，高气化潜热的相变材料具有很高的二次潜热，在相变材料吸收电芯10产生的热量后，可以先后至少发生固相至液相、液相至气相的相变，在此过程中通过两次潜热的释放，在温升很小的情况下充分吸收相邻电芯10放出的热量，有助于电芯10快速散热，保证电芯10的性能，避免电芯10的热量累积并发生热扩散。可选地，相变材料还具有较高的阻燃性和热容，能够有效隔断电芯10的热量和火焰传递，提高动力电池包的安全性和可靠性。

示例性地，在电芯10的温度低于第一温度的情况下，电芯10处于正常使用状态，相变材料为固相，处于不饱和吸热状态，固相的相变材料持续吸收电芯10在充放电时产生的热量，让电芯10保持健康的工作温度；在电芯10的温度大于第一温度时，电芯10的状态发生异常，可能产生热失控和热扩散现象，此时相变材料至少发生固相到液相的相变，利用液化潜热吸收电芯10产生的热量；若电芯10的温度继续升高至大于第二温度，电芯10放出的热量增大，产生热失控现象，此时相变材料至少发生液相到气相的相变，利用气化潜热吸收电芯10放出的热量。其中，第一温度为保证电芯10正常工作的最高温度，第二温度大于第一温度。在此过程中，相变材料通过固相变为液相的液化潜热、液相变为气相的气化潜热，充分吸收了电芯10热量，达到了延缓热失控传播、遏制热扩散的目的。

可以理解的是，相变材料发生相变的临界温度与壳体内相变材料的质量大小相关，壳体内相变材料的质量大小可以根据电池发生热失控时的极限产热量计算而来，以在保证电芯10正常充放电的状态下，相变材料不易产生相变，而在电芯10的温度超过正常工作温度范围时相变材料开始产生相变。

吸热件20的壳体开设有至少一个排气孔21，用于将气相的相变材料排出吸热件20内部，防止吸热件20内部的气压过大。气相的相变材料经由排气孔21从壳体内部排出后，通过排气通道31流动至动力电池包的外部区域，避免吸热件的气压和温度过高。

本实用新型提供的动力电池包，通过设置吸热件20包括相变材料，能够通过相变材料的相变吸收相邻电芯10在运行过程中产生的热量，将电芯10的温度控制在正常范围内，避免动力电池包发生热失控、影响动力电池包性能；通过设置排气孔21和排气通道31相连通，能够将气相的相变材料从吸热件20排出至外壳外部，防止吸热件20的气压和温度过高，有利于降低动力电池包产生热扩散的风险，并提高动力电池包的安全性与可靠性。

在一个进一步的实施例中，电芯10和吸热件20均为多个，多个电芯10间隔设置，每一吸热件20位于相邻的两个电芯10之间。

如图2所示，电芯10相互平行且间隔设置，任意两个相邻的电芯10之间都设置有一吸热件20，多个吸热件20相互平行。通过将吸热件20设置在相邻的两个电芯10之间，有助于对每一单体电芯10进行吸热，防止或延缓电芯10的热量累积并扩散到相邻的电芯10，有助于避免或遏制热扩散的发生，保证电芯10处于正常的工作温度区间，提高动力电池包的安全性。

其中，电芯10与相邻的吸热件20之间可以间隔分布，电芯10与吸热件20通过热辐射进行热量传递；电芯10与相邻的吸热件20之间还可以相互接触，以实现电芯10、壳体与相变材料之间的热传递。

进一步地，外壳包括托盘30，排气通道31设置于托盘30内，电芯10和吸热件20放置于托盘30上，以通过托盘30散热。其中，电芯10和吸热件20可以与托盘30间接接触，通过热辐射进行热量传递；电芯10和吸热件20也可以与托盘30直接接触，通过热传导进行热量传递。

在一个具体的实施例中，吸热件20部分与托盘30相接触，且吸热件20的表面和/或托盘30的表面涂覆有导热胶等高导热系数材料层，通过托盘30吸收并带走吸热件20的一部分热量，有助于吸热件20的冷却。可选地，电芯10的表面也涂覆有导热胶等高导热系数材料层，通过托盘30吸收并带走电芯10的一部分热量。

在一个具体的实施例中，如图4及图5所示，排气通道31包括多个连接孔311和至少一条导流管道312，连接孔311沿托盘30的厚度方向延伸，导流管道312垂直于连接孔311，且用于连通至少两个连接孔311，连接孔311与排气孔21连通。

具体地，连接孔311的位置与吸热件20的排气孔21的位置相适配，连接孔311与排气孔21相连通。例如图3和图4所示，每一吸热件20包括两个排气孔21，两个排气孔21分别位于吸热件20长度方向上的两端，位于托盘30内的排气通道31设置有两排相对的排气孔21，每一对相对的排气孔21对应一个吸热件20的一对排气孔21。

更进一步地，多个连接孔311间隔分布，连接孔311的长度方向平行于托盘30的厚度方向，且连接孔311的长度小于托盘30的厚度，导流管道312设置于托盘30的内部，导流管道312连通至少两个连接孔311，用于对气相的相变材料进行导流。例如图5所示，导流管道312为多个，每两个相对设置的连接孔311之间连接有一条导流管道312，在吸热件20的排列方向上还设置有两条导流管道312，用于实现多条导流管道312的相互连通。

导流管道312具有排气口，从壳体内部流出的气相相变材料流经连接孔311和导流管道312，从导流管道312的排气口排出。在该实施例中，通过设置排气通道31具有连接孔311和导流管道312，不仅能够容纳和释放大量气相的相变材料，对气相的相变材料进行导流和泄压，还能够增加气相的相变材料在托盘30中的停留时长，增加相变材料的吸热时长。

可选地，排气通道31中设置有绝缘层和/或阻燃层，提高排气通道31的安全性与可靠性。

动力电池包还包括冷却件40，冷却件40设置于吸热件20和电芯10远离托盘30的一侧，冷却件40用于对吸热件20和电芯10进行散热。

冷却件40为液冷装置、风冷装置等具有制冷功能的装置，冷却件40可以与电芯10和吸热件20间接接触或不接触，通过热辐射进行热量传递；冷却件40也可以与电芯10和吸热件20直接接触，通过热传导进行热量传递。

在一个具体的实施例中，吸热件20远离托盘30的一端与冷却件40直接接触，且吸热件20和/或冷却件40的表面涂覆有导热胶等高导热系数材料层，通过托盘30吸收并带走吸热件20的一部分热量，有助于吸热件20的冷却。

在一个具体的实施例中，冷却件40呈板状，例如冷却件40为液冷板或直冷板。通过设置冷却件40为板状，保证了冷却件40具有较强的热性能和机械性能，使冷却件40在传热过程中不会受热变形翘曲，确保冷却件40在热失控过程中的热管理性能。

示例性地，如图2所示，冷却件40为直冷板，冷却件40用于连接用电设备的空调系统，以形成制冷循环。冷却件40与用电设备的空调系统集成，冷却件40具有制冷剂入口41和制冷剂出口42，冷却件40的制冷剂入口41和制冷剂出口42与空调系统相连通，用电设备的制冷剂在空调系统和冷却件40之间流通循环。在该实施例中，冷却件40的对流换热系数较高，且制冷剂的循环仅需依靠空调系统的压缩机，无需另外安装其他驱动装置或换热装置，不仅降低了生产成本，还提高了用电设备整体的集成度，使动力电池包的重量减轻，提升了动力电池包的热管理效率。

动力电池还包括配电箱50，配电箱50设置于托盘30与冷却件40之间，以通过托盘30和冷却件40进行散热。如图2所示，配电箱50位于托盘30上，冷却件40位于配电箱50的上方。配电箱50可以与冷却件40和/或托盘30间接接触，通过热辐射进行热量传递；配电箱50也可以与冷却件40和/或托盘30直接接触，通过热传导进行热量传递。

示例性地，配电箱50分别与冷却件40和托盘30直接接触，且配电箱50与冷却件40之间，和/或配电箱50与托盘30之间具有导热胶等高导热系数材料层，以增强换热效果，通过冷却件40和托盘30吸收并带走配电箱50的部分热量，有助于对配电箱50进行冷却，使配电箱50处于正常的工作温度区间。

在一个进一步的实施例中，如图3所示，排气孔21处设置有透气膜，透气膜用于阻隔液相的相变材料，以及在相变材料相变为气相且壳体内部的气压值达到第一气压值的情况下导通，透气膜的导通方向为从吸热件20内部至吸热件20外部。通过设置透气膜在壳体内部的气压值达到第一气压值的情况下导通，不仅能够实现高效有序的泄压，稳定吸热件20内部的气压，还能使增加气相相变材料在吸热件20内部的吸热时长，提高相变材料的吸热效果。

透气膜为弹性件，具有弹性形变能力及一定的承压能力，透气膜还包括瓣膜等单向导通结构，起到单向导通作用，仅允许气相的相变材料从壳体内部流动至吸热件20外部，以在相变材料气化后吸热件20内部气压增大时，将气相的相变材料排出到吸热件20外部，实现吸热件20内部的泄压。

并且，在固相的相变材料吸热融化为液相后，透气膜能够阻隔液相相变材料向外流出，将液相相变材料封堵在吸热件20内部，使其持续吸收电芯10在充放电时产生的热量，提高吸热件20的吸热能力与吸热效果，有效保证电池处于健康的工作温度下。

在一个进一步的实施例中，排气通道31的出口处安装有排气阀，排气阀用于在排气通道31的气压值达到第二气压值的情况下，导通大气与排气通道31。其中，第二气压值可以为绝对气压或相对气压，在排气通道31包括连接孔311和导流管道312的情况下，排气阀设置于导流管道312的排气口。

通过在排气通道31的出口处安装排气阀，能够在排气通道31内气压较大的情况下导通大气和排气通道31，将气相相变材料及时地从动力电池包中排出。并且，在排气阀和透气膜的配合作用下，相变材料相变为气相后，不会瞬间泄压，而是依次通过透气膜和排气阀进行高效有序的阶段性泄压，确保在热扩散发生前为交通工具中的乘客留出充足的逃生时间。

示例性地，排气阀为智能排气阀，可以根据排气通道31的气压智能地调节开度，控制排气通道31的排气量。

进一步地，排气通道31的出口位于外壳朝向地面的一侧。例如，在动力电池包的正常使用状态下，排气通道31的出口位于托盘30的下方并朝向地面，使从排气通道31的出口处排出的高温气体不会对周围环境和人体造成危害，进一步提高动力电池包的安全性和可靠性。

本实用新型提供的动力电池包，外壳还包括密封盖60，密封盖60盖设于托盘30之上，电芯10、冷却件40和吸热件20位于密封盖60和托盘30围成的空间内。密封盖60具有较强的抗冲击性、耐腐蚀性、阻燃性和机械性能，能够对内部器件进行充分的保护。

本实用新型还提供一种用电设备，包括上述任一实施例提供的动力电池包，动力电池包用于为用电设备供电。用电设备可以为电动汽车、电动列车、高尔夫球车等交通工具。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种动力电池包，其特征在于，包括：

外壳，开设有排气通道；

电芯，容纳于所述外壳内；

吸热件，容纳于所述外壳内且与所述电芯相邻，所述吸热件包括相变材料，所述相变材料用于在固相、液相和气相的至少两相之间进行切换，并在相变过程中吸收所述电芯传递至所述吸热件的热量，所述吸热件开设有排气孔，所述排气孔与所述排气通道相连通。

2.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述电芯和所述吸热件均为多个，多个所述电芯间隔设置，每一所述吸热件位于相邻的两个所述电芯之间。

3.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述外壳包括托盘，所述排气通道设置于所述托盘内，所述电芯和所述吸热件放置于所述托盘上，以通过所述托盘散热。

4.根据权利要求3所述的动力电池包，其特征在于，所述排气通道包括多个连接孔和至少一条导流管道，所述连接孔沿所述托盘的厚度方向延伸，所述导流管道垂直于所述连接孔，且用于连通至少两个所述连接孔，所述连接孔与所述排气孔连通。

5.根据权利要求3所述的动力电池包，其特征在于，所述动力电池包还包括冷却件，所述冷却件设置于所述吸热件和所述电芯远离所述托盘的一侧，所述冷却件用于对所述吸热件和所述电芯进行散热。

6.根据权利要求5所述的动力电池包，其特征在于，所述动力电池还包括配电箱，所述配电箱设置于所述托盘与所述冷却件之间，以通过所述托盘和所述冷却件进行散热。

7.根据权利要求5所述的动力电池包，其特征在于，所述冷却件用于连接用电设备的空调系统，以形成制冷循环。

8.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述排气孔处设置有透气膜，所述透气膜用于阻隔液相的所述相变材料，以及在所述相变材料相变为气相且所述吸热件内部的气压值达到第一气压值的情况下导通，所述透气膜的导通方向为从所述吸热件内部至所述吸热件外部。

9.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述排气通道的出口处安装有排气阀，所述排气阀用于在所述排气通道内的气压值达到第二气压值的情况下，导通大气与所述排气通道。

10.根据权利要求9所述的动力电池包，其特征在于，所述排气通道的出口位于所述外壳朝向地面的一侧。

11.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述相变材料包括石蜡、水凝胶、金属、脂肪酸、结晶水合物中的一种或多种。

12.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的动力电池包，所述动力电池包用于为所述用电设备供电。