CN220324561U - 电芯隔热结构、电池包及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电芯隔热结构、电池包及用电设备，所述电芯隔热结构用于设置在相邻两个电芯之间，所述电芯隔热结构包括隔热件和压电传感件；压电传感件设在隔热件的内部，且用于检测电芯隔热结构所受相邻两个电芯之间膨胀力对应的电荷数据。本实用新型中压电传感件无需另外设置固定结构，提高了空间利用率，同时提高了安全预警时效性和电池包的安全性。

Description

电芯隔热结构、电池包及用电设备

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，特别是涉及一种电芯隔热结构、电池包及用电设备。

背景技术

目前，新能源汽车由于其环保性和经济性受到大众的普遍关注，而随着市场上起火事件的屡屡出现，电池包的安全性也成为了人们日益关注的焦点。因此，如何从根本上消除电池包安全隐患、有效提升电池包的安全性能成为了人们日益关注的焦点。现有技术的电池包防护设计中，针对热安全隐患，除了电池管理系统中软件策略上的预警设计外，也采取了增加CID(charge injection device)电芯、防爆阀或气凝胶隔热棉等设计。在通过动力电池管理系统进行电池性能管理时，主要是基于对电池包内单节电芯电压和部分温度点的监控，或对电池包内气压或不完全燃烧物质浓度(如CO、电解液蒸气等)的传感器/探测器监控。但现有技术的不足之处在于：在实际测试或使用中发现，基于单节电压、温度的监控精度较低，时常会出现预警信号发出时刻无法满足客户或国标要求，进而出现热失控故障误报的情况，而气压传感器或气体探测器的预警则需要在电池包内电芯已经出现明显开阀或失控异常的情况下才会发生，如此也同样会导致报警响应过于滞后。因此，如何精准定位电池包中内部压力异常的电芯，提前识别有防爆阀开阀风险的电池包以提高安全预警时效性显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的电芯隔热结构监控精度较低和报警响应过于滞后等技术问题，提供了一种电芯隔热结构、电池包及用电设备。

鉴于以上技术问题，本实用新型实施例提供一种电芯隔热结构，用于设置在相邻两个电芯之间，所述电芯隔热结构包括隔热件和压电传感件；

所述压电传感件设在所述隔热件的内部，且用于检测所述电芯隔热结构所受相邻两个所述电芯之间膨胀力对应的电荷数据。

可选地，所述隔热件包括第一隔热棉和第二隔热棉，所述压电传感件连接在所述第一隔热棉和所述第二隔热棉之间。

可选地，所述压电传感件包括第一电极、压电材料层和第二电极，所述第一电极连接在所述第一隔热棉与所述压电材料层之间，所述第二电极连接在所述第二隔热棉与所述压电材料层之间。

可选地，所述压电材料层包括间隔设置的多个压电材料部；多个所述压电材料部均设置在所述第一电极和所述第二电极之间。

可选地，所述压电材料层包括压电橡胶层或压电树脂层。

可选地，所述电芯隔热结构还包括第一隔膜层和第二隔膜层，所述第一隔膜层设置在所述第一隔热棉背离所述压电传感件的一面，所述第二隔膜层设置在所述第二隔热棉背离所述压电传感件的一面。

可选地，所述第一隔膜层或/和所述第二隔膜层为聚酰亚胺层。

可选地，所述电芯隔热结构还包括设有容置空间的硅胶框，所述第一隔膜层、所述第一隔热棉、所述压电传感件、所述第二隔热棉和所述第二隔膜层均设置在所述容置空间内。

可选地，所述电芯隔热结构还包括第三隔膜层和第四隔膜层，所述第三隔膜层与所述硅胶框的第一端面以及所述第一隔膜层背离所述第一隔热棉的端面贴合，所述第四隔膜层与所述硅胶框的第二端面以及所述第二隔膜层背离所述第二隔热棉的端面贴合。

可选地，所述第三隔膜层或/和所述第四隔膜层为PET膜层。

本实用新型一实施例还提供了一种电池包，包括多个电芯以及所述电芯隔热结构；所述电芯隔热结构设置在相邻的任意两个电芯之间。

本实用新型一实施例还提供了一种用电设备，包括所述电池包。

本实用新型的电芯隔热结构中，在隔热件内部设置压电传感件，可以用于检测与隔热件所受外部压力对应的电荷数据，从而可以通过上述电荷数据的变化，实时检测电池包内的电芯的膨胀力状态，进而精准定位内部压力异常的电芯，提前识别出具有防爆阀开阀风险的电池包，提高了安全预警时效性和电池包的安全性。同时，在隔热件内部设置压电传感件，无需另外设置固定结构，提高了电池包的空间利用率，进一步提升了电池包的能量密度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一实施例提供的电芯隔热结构的部分结构示意图。

图2是本实用新型一实施例提供的电芯隔热结构的结构示意图。

图3是本实用新型又一实施例提供的电芯隔热结构的结构示意图。

图4是本实用新型一实施例提供的电池包的结构示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、隔热件；10、第一隔热棉；20、压电传感件；21、第一电极；22、压电材料层；221、压电材料部；222、隔热棉部；23、第二电极；30、第二隔热棉；40、第一隔膜层；50、第二隔膜层；60、硅胶框；61、第一端面；62、第二端面；70、第三隔膜层；80、第四隔膜层；90、电芯。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”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，因此不能理解为本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一实施例提供了一种电芯隔热结构，用于设置在相邻两个电芯之间，所述电芯隔热结构包括隔热件1和压电传感件20；所述压电传感件20设在所述隔热件1的内部，且用于检测所述电芯隔热结构所受相邻两个所述电芯之间膨胀力对应的电荷数据。

可以理解地，所述隔热件1设置在相邻两个电芯之间，用于降低相邻两个电芯之间的热失控传递风险。所述压电传感件20可嵌入在所述隔热件1中，用以检测所述隔热件1所受外部压力(也即相邻两个所述电芯之间的膨胀力)对应的电荷数据。所述压电传感件20与低压采样回路连接，在受到上述相邻两个所述电芯之间的膨胀力作用而发生形变从而产生电荷时，压电传感件20将测得电荷数据通过所述低压采样回路传输至控制器，从而，通过上述电荷数据的变化监控所述隔热件1所受的外部压力(也即相邻两个所述电芯之间的膨胀力)的变化情况，进而及时精准定位到内部压力异常的电芯。例如：与所述隔热件1相邻的电芯由于内部压力异常而膨胀时，此时，由于所述隔热件1设置在相邻两个电芯之间，电芯膨胀所产生的膨胀力变化，将会导致隔热件1所受外部压力增大，进而使得压电传感件20测得的电荷数据发生对应变化，如此，通过电荷数据监测到隔热件1所受外部压力，可以及时精准定位到内部压力异常的电芯，进而提前识别出具有防爆阀开阀风险的电池包。

可理解地，所述隔热件1设置在相邻两个电芯之间，其结构可以根据需需求设置，只要其可以降低相邻两个电芯之间的热失控传递风险即可。在一实施例中，所述隔热件1为与电芯贴合设置的层状结构，所述隔热件1设置在相邻的两个大致平行设置的电芯之间，且与所述电芯贴合。所述压电传感件20可以根据需要设置在所述隔热件1的厚度方向上不同的位置处，只要所述压电传感件20可以检测到与所述隔热件1相邻的两个电芯的之间的膨胀力变化情况即可。可理解地，在隔热件1内部设置压电传感件20，无需另外设置用于固定压电传感件20的固定结构，提高了电池包的空间利用率(同样大小的电池包中可以容纳更多的电芯)，进一步提升了电池包的能量密度。进一步地，在所述压电传感件20设置在所述隔热件1的厚度方向上中间的位置时，可以使得所述压电传感件20更准确均匀地检测与所述隔热件1相邻的两个电芯的膨胀力变化情况。进一步地，所述压电传感件20为层状结构，从而可以通过压电传感件20均匀地检测到其覆盖范围内的所述隔热件1所受的外部压力的变化情况。

本实用新型实施例中，通过在隔热件1内部设置压电传感件20，可以用于检测与隔热件1所受外部压力对应的电荷数据，从而可以通过上述电荷数据的变化，实时检测电池包内的电芯的膨胀力状态，进而精准定位内部压力异常的电芯，提前识别出具有防爆阀开阀风险的电池包，提高了安全预警时效性和电池包的安全性。同时，在隔热件1内部设置压电传感件20，无需另外设置固定结构，提高了电池包的空间利用率，进一步提升了电池包的能量密度。

在一实施例中，如图1所示，所述隔热件1包括第一隔热棉10和第二隔热棉30，所述压电传感件20连接在所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30之间。可以理解地，所述隔热件1包括包覆在所述压电传感件20相对两侧的所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30。所述第一隔热棉10与所述第二隔热棉30厚度可以相等或不相等，只要通过所述压电传感件20可以检测到与所述隔热件1相邻的两个电芯的膨胀力变化情况即可。但在第一隔热棉10与所述第二隔热棉30厚度相等时，可以使得所述压电传感件20可以更准确均匀地检测与所述隔热件1相邻的两个电芯的膨胀力变化情况。

在一实施例中，所述压电传感件20最大厚度值为1mm。可以理解地，所述电芯隔热结构厚度值一般为3mm左右，从而在保证所述电芯隔热结构的隔热性能的前提下，不会由于厚度的原因而降低电池包的体积能量密度。因此，在本实施例中，设定所述压电传感件20的最大厚度值为1mm，上述厚度范围内的所述压电传感件20设置在所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30之间，可以保证所述电芯隔热结构整体厚度变化较小，从而使电池包组装时，不会影响电池包中的多个电芯之间的原有的间隔距离，进而不会改变电池包原有的组装工序，提高了电池包组装便捷性，还可以正常的检测与电芯隔热结构相邻的两个电芯之间的膨胀力变化情况。

在一实施例中，如图2所示，所述压电传感件20包括第一电极21、压电材料层22和第二电极23，所述第一电极21连接在所述第一隔热棉10与所述压电材料层22之间，所述第二电极23连接在所述第二隔热棉30与所述压电材料层22之间。可以理解地，所述第一电极21或/和所述第二电极23由导电银浆或导电炭黑等具有导电性能的材料构成。所述压电材料层22与所述第一电极21连接的一端在外部压力作用下产生的电荷的极性，与所述压电材料层22与所述第二电极23连接的一端在外部压力作用下产生的电荷的极性相反，也即所述第一电极21的极性与所述第二电极23相反。具体地，若所述第一电极21传输正电荷，则所述第二电极23传输负电荷；若所述第一电极21传输负电荷，则所述第二电极23传输正电荷。所述第一电极21和所述第二电极23均与所述低压采样回路连接，从而将所述压电材料层22产生的电荷传导至所述低压采样回路中。

可理解地，在一实施例中，如图2所示，所述压电材料层22可以为由同一材料构成的整体结构，所述第一电极21、所述压电材料层22和所述第二电极23均为整体结构，所述第一电极21、所述压电材料层22和所述第二电极23均为独立的一层，且三者依次层叠连接在所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30之间。

在一实施例中，如图3所示，所述压电材料层22包括间隔设置的多个压电材料部221；多个所述压电材料部221均设置在所述第一电极21和所述第二电极23之间。可理解地，所述压电材料层22也可以为分体结构，此时，所述压电材料层22包括间隔设置的多个压电材料部221(作为优选，所有压电材料部221均位于同一平面上)，每一个压电材料部221均设置在电芯易出现膨胀点位置，而第一电极21和第二电极23均为独立的一层，且所有压电材料部221均设置在第一电极21和第二电极23之间，且整个压电传感件20连接在所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30之间，如此，可以提高所述压电材料层22的利用率。可理解地，所述压电材料层22还包括设置在所述压电材料部221连接的多个隔热棉部222，多个所述压电材料部221与多个所述隔热棉部222共同构成所述压电材料层22，也即，不同的压电材料部之间可以填充有压电材料层22，且压电材料层22与第一隔热棉10和第二隔热棉30的制备材料相同。

在一实施例中，所述压电材料层22包括压电橡胶层或压电树脂层。可以理解地，在监控电芯膨胀力时，电芯隔热结构会受到较大程度的压缩变形，此外，电芯在充放电过程中会产热量(在冷却系统作用下，电池包内最高温度要求≤60℃)，因此，所述压电材料层22包括压电橡胶层或压电树脂层等具备较大抗拉强度以及耐热能力的材料层。具体地，所述压电材料层22包括由橡胶(所述橡胶包括压电硅橡胶或压电氟橡胶等)与压电陶瓷颗粒(例如钛酸钡系陶瓷颗粒或锆钛酸铅系陶瓷颗粒等)组成的压电橡胶层。

在一实施例中，如图2所示，所述电芯隔热结构还包括第一隔膜层40和第二隔膜层50，所述第一隔膜层40设置在所述第一隔热棉10背离所述压电传感件20的一面，所述第二隔膜层50设置在所述第二隔热棉30背离所述压电传感件20的一面。可以理解的，所述第一隔膜层40和所述第二隔膜层50，用于对所述第一电极21、所述压电材料层22和所述第二电极23进行封装，也即保持所述第一电极21、所述压电材料层22和所述第二电极23之间的结构稳定性。

在一实施例中，所述第一隔膜层40或/和所述第二隔膜层50为聚酰亚胺层。可以理解的，在监控电芯膨胀力时，电芯隔热结构会受到较大程度的压缩变形，此外，电芯在充放电或热失控情况中会产热量，因此，所述第一隔膜层40或/和所述第二隔膜层50设置为聚酰亚胺层等具备较大抗拉强度以及耐热能力的材料层。

在一实施例中，如图2所示，所述电芯隔热结构还包括设有容置空间的硅胶框60，所述第一隔膜层40、所述第一隔热棉10、所述压电传感件20、所述第二隔热棉30和所述第二隔膜层50均设置在所述容置空间内。可以理解地，所述硅胶框60用于对所述第一隔膜层40、所述第一隔热棉10、所述压电传感件20、所述第二隔热棉30和所述第二隔膜层50进行定位和保护。在一实施例中，所述硅胶框60与所述压电传感件20平行设置，此时，所述硅胶框60与所述压电传感件20位于同一平面上，以使得压电传感件20位于容置空间内的中心位置，进而使得所述压电传感件20可以更为均衡地检测到的与电芯隔热结构相邻的两个电芯之间的膨胀力变化情况。

在一实施例中，如图2所示，所述电芯隔热结构还包括第三隔膜层70和第四隔膜层80，所述第三隔膜层70与所述硅胶框60的第一端面61以及所述第一隔膜层40背离所述第一隔热棉10的端面贴合，所述第四隔膜层80与所述硅胶框60的第二端面62以及所述第二隔膜层50背离所述第二隔热棉30的端面贴合。可以理解的，所述第三隔膜层70和所述第四隔膜层80，用于对所述电芯隔热结构进行外部封装，进而保持所述电芯隔热结构的结构稳定性。

在一实施例中，所述第三隔膜层70或/和所述第四隔膜层80为PET(PolyethyleneTerephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜层。可以理解的，所述第三隔膜层70和所述第四隔膜层80可以对所述电芯隔热结构进行外部封装，并为所述电芯隔热结构提供充足的机械强度。

在一实施例中，所述电芯隔热结构还包括设置在所述第一隔热棉10和所述压电传感件20之间的第五隔膜层(图未示)，以及设置在所述第二隔热棉30和所述压电传感件20之间的第六隔膜层(图未示)。进一步地，所述第五隔膜层或/和所述第六隔膜层为PET膜层或PI(Polyimide，聚酰亚胺)膜层等性质较为稳定的膜层。可以理解的，所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30一般为玻璃纤维丝、二氧化硅和氧化铝等材料，为了避免所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30中的二氧化硅和氧化铝颗粒与所述压电传感件20之间的相互影响，可以通过所述第五隔膜层和所述第六隔膜层对所述压电传感件20进行封装，从而将所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30与所述压电传感件20进行隔离，进而通过所述第五隔膜层和所述第六隔膜层避免所述第一隔热棉10和所述第二隔热棉30中的二氧化硅和氧化铝颗粒与所述压电传感件20之间的相互影响，保持所述压电传感件20的材料稳定性。

如图4所示，本实用新型一实施例还提供了一种电池包，包括多个电芯90以及所述电芯隔热结构；所述电芯隔热结构设置在相邻的任意两个电芯90之间。本实用新型实施例中，通过在所述电池包中设置所述电芯隔热结构，从而可以实时检测电池包内的电芯90的膨胀力状态，进而精准定位内部压力异常的电芯90，提前识别出具有防爆阀开阀风险的电池包，提高了安全预警时效性和电池包的安全性。

本实用新型一实施例还提供了一种用电设备，包括所述电池包。

以上仅为本实用新型的电芯隔热结构、电池包及用电设备的实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯隔热结构，其特征在于，用于设置在相邻两个电芯之间，所述电芯隔热结构包括隔热件和压电传感件；

所述压电传感件设在所述隔热件的内部，且用于检测所述电芯隔热结构所受相邻两个所述电芯之间膨胀力对应的电荷数据；

所述隔热件包括第一隔热棉和第二隔热棉，所述压电传感件连接在所述第一隔热棉和所述第二隔热棉之间；

所述压电传感件包括第一电极、压电材料层和第二电极，所述第一电极连接在所述第一隔热棉与所述压电材料层之间，所述第二电极连接在所述第二隔热棉与所述压电材料层之间。

2.根据权利要求1所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述压电材料层包括间隔设置的多个压电材料部；多个所述压电材料部均设置在所述第一电极和所述第二电极之间。

3.根据权利要求1所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述压电材料层包括压电橡胶层或压电树脂层。

4.根据权利要求1所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述电芯隔热结构还包括第一隔膜层和第二隔膜层，所述第一隔膜层设置在所述第一隔热棉背离所述压电传感件的一面，所述第二隔膜层设置在所述第二隔热棉背离所述压电传感件的一面。

5.根据权利要求4所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述第一隔膜层或/和所述第二隔膜层为聚酰亚胺层。

6.根据权利要求4所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述电芯隔热结构还包括设有容置空间的硅胶框，所述第一隔膜层、所述第一隔热棉、所述压电传感件、所述第二隔热棉和所述第二隔膜层均设置在所述容置空间内。

7.根据权利要求6所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述电芯隔热结构还包括第三隔膜层和第四隔膜层，所述第三隔膜层与所述硅胶框的第一端面以及所述第一隔膜层背离所述第一隔热棉的端面贴合，所述第四隔膜层与所述硅胶框的第二端面以及所述第二隔膜层背离所述第二隔热棉的端面贴合。

8.根据权利要求7所述的电芯隔热结构，其特征在于，所述第三隔膜层或/和所述第四隔膜层为PET膜层。

9.一种电池包，其特征在于，包括多个电芯以及如权利要求1至8任一项所述的电芯隔热结构；所述电芯隔热结构设置在相邻的任意两个电芯之间。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的电池包。