CN219498046U - 电池模组及电池包 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池模组，包括框架以及收容于所述框架内的电芯堆叠体。电芯堆叠体包括至少两个沿厚度方向排列的电芯组、膨胀件和缓冲件。相邻的电芯组串联连接，每个电芯组包括至少两个沿厚度方向排列且并联连接的电芯。膨胀件与缓冲件彼此层叠设置并夹设于相邻的电芯组间。本实用新型中膨胀件受热膨胀，增大失控电芯与未失控电芯之间的距离，能够起到增强隔热作用，缓冲件可以吸收电芯膨胀所产生的应力，隔热件阻断能量传递，以此延长热蔓延时间以达到阻断热蔓延的目的。

Description

电池模组及电池包

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车电池领域，特别是涉及一种电池模组及电池包。

背景技术

锂电池因其能量密度高，自放电率低，无记忆性等优点而广泛应用于电动汽车以及储能领域。为了满足使用中对电压及容量的需求，一般将锂电芯以串联，并联以及混联的方式成组。然而当模组内某一节电池在机械滥用，电滥用以及热滥用单独或组合作用下导致电芯发生热失控后，失控电芯内积聚的能量会以热传导，热对流以及热辐射的方式传给临近电芯，致使临近电芯发生热失控，从而造成电池模组，甚至电池包的起火爆炸。

目前常用的电芯间隔热材料在高温下均会存在导热系数增高，厚度保持率明显下降的现象。而隔热性能与导热系数，厚度保持率密切相关。以隔热性能较好的气凝胶材料为例，气凝胶的有效工作温度一般在650℃左右，当温度超过650℃之后气凝胶的导热系数以及厚度保持率将会明显下降。因此，考虑如何防止当电池模组内某个电芯发生热失控后，因失控电芯内积聚的能量以热传导、热对流以及热辐射的方式传给临近电芯而致使临近电芯发生热失控的问题是十分必要的。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电池模组及电池包，用于解决现有技术中某个电芯发生热失控后，因失控电芯内积聚的能量以热传导、热对流以及热辐射的方式传给临近电芯而致使临近电芯发生热失控的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电池模组，所述电池模组包括框架以及收容于所述框架内的电芯堆叠体，所述电芯堆叠体包括：

至少两个沿厚度方向排列的电芯组，相邻的所述电芯组串联连接，所述电芯组包括至少两个沿所述厚度方向排列且并联连接的电芯；

膨胀件；以及

缓冲件；

其中，所述膨胀件与所述缓冲件彼此层叠设置并夹设于相邻的所述电芯组间。

于本实用新型的一实施例中，所述膨胀件包括相变材料。

于本实用新型的一实施例中，所述相变材料的相变温度阈值为130℃。

于本实用新型的一实施例中，所述缓冲件包括泡棉。

于本实用新型的一实施例中，所述电芯堆叠体还包括隔热件，所述隔热件夹设于相邻的所述电芯组之间。

于本实用新型的一实施例中，所述隔热件夹设于所述膨胀件与所述缓冲件之间。

于本实用新型的一实施例中，所述膨胀件夹设于所述隔热件与所述缓冲件之间。

于本实用新型的一实施例中，所述隔热件包括气凝胶。

本实用新型还提供一种电池包，包括上述任一实施例中的电池模组。

如上所述，本实用新型的电池模组及电池包具有以下有益效果：采用膨胀件、隔热件以及缓冲件组合布置，既能起到吸收电芯充放电过程中的“呼吸效应”，也能保证电芯热失控后模组或电池包内电芯的隔热能力；同时，当电芯热失控造成内部结构塌陷，使得电芯模组间间隙增大，此时膨胀件开始膨胀，增大失控电芯与未失控电芯间的距离，能够显著延长热蔓延时间甚至阻断热蔓延。

附图说明

图1为本实用新型的电池模组的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中电池模组的结构示意图。

图3为本实用新型另一实施例中电池模组的结构示意图。

图4为本实用新型的电池模组的立体分解图。

图5为图2所示的电池模组处于正常状态下的示意图。

图6为图2所示的电池模组处于热诱发状态下的示意图。

图7为图2所示的电池模组处于热蔓延状态下的示意图。

元件标号说明

电芯1；失控电芯1’，膨胀件2；缓冲件3，隔热件4、框架5。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本实用新型实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本实用新型的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

图1显示本实用新型提供一种电池模组，包括框架5、收容于所述框架5内的电芯堆叠体、膨胀件2以及缓冲件3。其中，电芯堆叠体包括至少两个沿电芯厚度方向排列的电芯组，相邻的电芯组之间串联连接，每个电芯组包括至少两个沿厚度方向排列且并联连接的电芯1。膨胀件2与缓冲件3彼此堆叠设置并夹设于相邻的电芯组间。

在一个实施例中，电池模组还包括一个布置在单个电芯组的远离设置有膨胀件2和缓冲件3的一侧的隔热件4，如图1所示。

框架5至少包括相互固定连接的两个侧板和两个端板，当电芯堆叠体被固定在框架5内时能够对电芯堆叠体产生一定的预紧力，预紧力即框架5对电池堆叠体的紧固作用。当发生热失控情况时，热失控电芯的结构塌陷，会造成电池模组内预紧力降低，导致后续电芯由于受压较小，并且电芯热失控之后质量由于损失将会减小，大量热量堆积在电池模组内更易造成后续其它电芯的热失控。本实用新型增设受热膨胀材料之后，能够补偿电池模组内预紧力的减小。

电芯堆叠体可以包括堆叠一体的串联、或并联设置的电芯。以两并多串的软包电池模组为例，两并多串即首先把两个电芯并联成为1个电芯组，然后再串联若干个这样电芯组布置。电芯组也可以是其他电芯组合方式，具体可根据实际需要组合。

膨胀件2受热后会膨胀，且在0.9～1.5Mpa压力下就能够发生膨胀，膨胀后使得材料间隙增加，能够起到降低导热系数增强隔热能力的作用。当热失控电芯结构塌陷造成电池模组内预紧力降低，添加膨胀件之后能够补偿电池模组内预紧力的减小。此外，膨胀件2使用加入了相变材料的膨胀隔热材料。相变材料在相变的时候会吸热，使得相变材料可以延长膨胀隔热材料处于其相变温度阈值130℃的时间，即使其维持在130℃作用一段时间。相当于在130℃的温度平台，给膨胀隔热材料一段时间进行膨胀(而没有相变材料的隔热材料可能还没来得及膨胀，温度就快速的上升了)。一般的，电芯在80℃左右就开始自产热了，然后会有一个热失控触发温度。膨胀隔热材料开始膨胀的温度(即相变温度阈值，例如为130℃)是处于电芯自开始产热的起始温度和触发热失控的温度之间的，故而电芯在正常运行中，其温度不会超过130℃。当膨胀隔热材料的迎热面的温度达到130℃左右时膨胀件2才发生膨胀。因此，在该温度值才发生膨胀可以避免膨胀件2在电芯正常运行过程中发生膨胀。

缓冲件3的材料例如可以是泡棉，泡棉能够吸收电芯模组热失控过程中的膨胀力。缓冲件3也可以是其他具有缓冲功能的材料。

接下来分别描述图2和图3所示意的实施例。电芯堆叠体不仅包括夹设于相邻电芯组之间、且相邻设置的膨胀件2和缓冲件3，还可以包括与膨胀件2和缓冲件3相邻紧贴布置的隔热件4。其排布方案至少可有以下几种组合方式：

实施例一，如图2所示，将隔热件4夹设于膨胀件2与缓冲件3之间，三者层叠夹设于相邻电芯组之间。

实施例二，如图3所示，将膨胀件2夹设于隔热件4与缓冲件3之间，三者层叠夹设于相邻电芯组之间。

此外还可以根据实际需要增加或取消隔热件4、膨胀件2或缓冲件3。

图4所示为本实用新型的电池模组的整体结构。图中可见，电芯1、膨胀件2、缓冲件3和隔热件4都固定在框架5内并处于正常状态。具体的，首先把相邻两个电芯并联作为1个电芯组，然后把若干个该电芯组串联形成电芯堆叠体。在电芯1正常情况下，在并联的电芯组之间布置膨胀件2和缓冲件3。在图4所示的实施例中，隔热件4设置在每个电芯组的远离膨胀件2和缓冲件3的另一侧。隔热件4可以有效隔绝电芯间的热量传递，隔热件4的材料例如可以是气凝胶，也可以是其他具有隔热功能的材料。膨胀件2、隔热件4和缓冲件3的设置能够有效抑制电池热失控的扩散，应对电芯的膨胀挤压，吸收掉电芯膨胀所引起的应力而起到缓冲作用。

图5-7所示为本实用新型在正常状态、热诱发状态和热蔓延状态的情况。具体地，图5所示为电池模组的电芯1、膨胀件2、缓冲件3和隔热件4都处于正常状态。图6所示为电池模组的电芯处于热诱发阶段，图中可见左侧的失控电芯1’会出现一定程度的结构塌陷而导致的电芯变形。当电芯1’失控后，内部能量向临近的电芯1(同一电芯组的另一个电芯)以及膨胀件2传递。由于失控电芯会向外喷出大量电解液蒸汽及颗粒物，在失控后，失控电芯1’会出现一定程度的结构塌陷。当临近的电芯也开始失控时，膨胀件2在相邻电芯之间热失控释放能量共同的作用下开始发生膨胀。图7所示为电池模组的电芯处于热蔓延阶段，图中可见，电芯组之间的膨胀件2发生了膨胀。在膨胀件2的膨胀隔热材料的作用下，失控电芯1’与未失控电芯1之间间距增大，并且由于膨胀隔热材料膨胀后其导热系数变小，失控电芯1’与临近的未失控电芯1间的热阻显著增大，以实现对电池模组内的电芯组之间热蔓延的抑制。同时，失控电芯1’受到的压力会增大，从而增加电芯失控后的质量损失，达到降低产热的目的。

对于一个模组来说，虽然具有框架5、且在框架5内的每个电芯内放置膨胀材料和隔热材料是效果最好的，但是由于框架5的大小是固定的，考虑到空间利用率，因此本实用新型先把相邻电芯并联成一个电芯组，然后在串联布置的电芯组之间夹设膨胀件2和缓冲件3形成一个电池模组。因为电芯在充放电过程中，以及工作中存在一定程度的膨胀或收缩，即电芯呼吸效应。由于框架5有预紧力，当电芯由于呼吸膨胀变厚，夹设在电芯组之间的缓冲件3会被挤压，缓冲件3可以把电芯膨胀引起的应力吸收掉而起到缓冲和吸收冲击作用。另外因为设置了膨胀件2，可以在电芯因热失控结构塌陷损失质量而变薄后，补偿消失的部分空间。再加上隔热件4就能够很好的应对电芯温度异常(温度失控)的情形。当电芯出现诸如热失控等异常导致内部产生化学反应后会喷出内部物质造成电芯坍塌，电芯就变薄了。膨胀件2在受热之后膨胀以对失控电芯施压，能够带出更多电芯内部的物质，使失控电芯与未失控电芯之间的间距增大，间距增大之后热阻也是增大的。电芯异常变薄后因为设置了膨胀件2，可以补偿消失的部分空间，再加上缓冲件3可以吸收电芯模组热失控过程中的膨胀力，隔热件4阻断了能量传递，这样就可以防止热蔓延。

综上所述，本实用新型的电池模组通过在电芯组之间布置膨胀件、缓冲件和隔热件，通过在电芯间使用膨胀件，第一方面能够增大失控电芯受到的压力，增大电芯失控后的质量损失，即电芯收到挤压，会喷出更多内部的化学物质，使得电芯质量降低，达到使电芯坍塌后降低产热的目的。第二方面膨胀隔热材料受热膨胀，增大失控电芯与未失控电芯之间的距离，起到增强隔热，延长热蔓延时间甚至阻断热蔓延的目的。缓冲件可以把电芯膨胀所引起的应力吸收掉，隔热件阻断了能量传递。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种电池模组，所述电池模组包括框架以及收容于所述框架内的电芯堆叠体，其特征在于，所述电芯堆叠体包括：

至少两个沿厚度方向排列的电芯组，相邻的所述电芯组串联连接，所述电芯组包括至少两个沿所述厚度方向排列且并联连接的电芯；

膨胀件；以及

缓冲件；

其中，所述膨胀件与所述缓冲件彼此层叠设置并夹设于相邻的所述电芯组间。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述膨胀件包括相变材料。

3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述相变材料的相变温度阈值为130℃。

4.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述缓冲件包括泡棉。

5.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述电芯堆叠体还包括隔热件，所述隔热件夹设于相邻的所述电芯组之间。

6.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述隔热件夹设于所述膨胀件与所述缓冲件之间。

7.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述膨胀件夹设于所述隔热件与所述缓冲件之间。

8.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述隔热件包括气凝胶。

9.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的电池模组。