TW202133479A - 電池包及電動車 - Google Patents

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孫華軍
王高武
劉國熊
朱燕
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大陸商比亞迪股份有限公司
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Abstract

一種電池包及電動車，電池包包括至少一個電池單元，電池單元包括至少一個電池串，該電池串中含有一個或至少兩個單體電池，電池串兩端的電壓差小於或等於60V，其中當電池串中含有至少兩個單體電池時，電池串中的單體電池沿第一方向依次排列，第一方向與車輛車尾到的車頭的方向平行，由此，通過本方案，可以相對地降低電池串發生短路時電池包所產生的電壓，減小電池包發生著火爆炸的幾率，同時也可以減少拉弧現象的產生，有利於提高電池包的安全性。

Description

電池包及電動車
本發明涉及車輛製造技術領域，尤其涉及一種電池包及電動車。
在電動車中，受電動車的空間限制，電池包通常固定在車輛底部，也即車輛底盤上。然而，由於車輛底部距離地面較近，因此在車輛行駛過程中安裝在車輛底部的電池包極容易受到撞擊，從而導致電池包中的單體電池容易產生短路，尤其是在車輛行駛過程中，車輛底部受到的撞擊動作通常會從車頭持續到車尾，因而會導致電池包中的一串單體電池發生短路。
作為電動汽車的動力來源，電池包具有很高的能量密度，高電壓和高能量密度同時也意味著高危險性，當電池包中的一串單體電池發生短路時，如果這串電池間存在高電壓，會導致電池包瞬間產生高壓擊穿或高壓短路，使得電池包容易著火爆炸，也容易產生拉弧現象，對駕乘人員的生命安全造成威脅。
本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本申請提出一種電池包及電動車，能夠相對地降低電池串短路時電池包所產生的電壓，有利於防止電池包產生高壓擊穿或高壓短路，提高電池包的安全性。
為了實現上述目的，本申請提供一種電池包，用於為車輛提供電能，包括至少一個電池單元，該電池單元包括至少一個電池串，該電池串含有一個或至少兩個單體電池，該電池串兩端的電壓差小於或等於60V；當該電池串中含有至少兩個單體電池時，該電池串中的單體電池沿第一方向依次排列，該第一方向與車輛車尾到車頭的方向平行。
進一步地，該電池串兩端的電壓差小於或等於45V。
本申請還提供一種電動車，包括上述的電池包。
與現有技術相比，本申請具有的有益效果為：本申請的電池包中，包括至少一個電池單元，電池單元包括至少一個電池串，電池串中含有一個或至少兩個單體電池，電池串兩端的電壓差小於或等於60V，當電池串中含有至少兩個單體電池時，電池串中的單體電池沿第一方向依次排列，第一方向與車輛車尾到的車頭的方向平行，由此，通過本方案，可以使得在車尾到車頭的方向上排列的單體電池所形成的電池串兩端的電壓差比較小，從而在車輛行駛過程中，即使在該方向上的一串單體電池均受撞擊而發生短路，由於該串單體電池的電壓本身比較小，因此其短路時對電池包的影響也相對比較小，從而可以相對地降低電池串發生短路時電池包所產生的電壓，從而可以防止電池包產生高壓擊穿或高壓短路，減小電池包發生著火爆炸的幾率，同時也可以減少拉弧現象的產生，有利於提高電池包的安全性。
本申請的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下麵的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐瞭解到。
下麵詳細描述本申請的實施例，該實施例的示例在圖示中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下麵通過參考圖示描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本申請，而不能理解為對本申請的限制。
在本申請的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關係為基於圖示所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。
請參閱圖1，本申請實施例的電池包200，其可以應用於電動車，為電動車提供動力，電動車如可以是小轎車或客運車等。其中，電池包200包括至少一個電池單元21，電池單元21包括至少一個電池串1006，電池串1006含有一個或至少兩個單體電池100，其中電池串1006兩端的電壓差V小於或等於60V。
當電池串1006中含有至少兩個單體電池100時，電池串1006中的單體電池100沿第一方向AB依次排列，其中第一方向AB與車輛車頭到車尾的方向平行。
可以理解的是，車輛通常具有長度、寬度和高度三個尺寸，車輛的長度也即車尾到車頭的距離，車輛的寬度指左右兩側車門的距離，車輛的高度指車輛底部到頂部的距離，對於大部分車輛而言，車輛長度通常為車輛的最大尺寸，因此，第一方向AB也可以是指車輛的長度延伸方向，也即車輛的最大尺寸方向。
在一些實施例中，電池單元21中可以是只有一個電池串1006，電池串1006含有的單體電池100為多個，多個單體電池100沿第一方向AB依次排列，即電池單元21中的所有單體電池100沿第一方向依次排列。其中，電池串1006中的單體電池100之間可以為串聯，例如可以是相鄰單體電池100之間串聯，從而實現多個單體電池的串聯。此時，電池串1006兩端的電壓差是指串聯的一串單體電池兩端的電壓差。
在其他一些實施例中，電池串1006中也可以是僅含有一個單體電池100，此時電池串1006兩端的電壓差指的是該一個單體電池100的正負極兩端的電壓差。
傳統電池包中，如圖2所示，為了盡可能提高電池容量，電池包中會排布較多的單體電池，當較多的單體電池沿車輛車尾到車頭的方向（第一方向AB）排列時，在車輛行進過程中一旦車輛底部受到硬物G撞擊，車輛底部受到的撞擊動作通常會從車頭持續到車尾，因此電池包內沿車頭到車尾排列的所有單體電池（圖中陰影部分的單體電池）都有可能會受到撞擊而一起變形、破裂，從而造成較多單體電池之間短路，導致電池包產生更高的電壓，引發電池著火爆炸。
本申請實施例通過使電池串1006兩端的電壓差V不超過60V，即在車尾到車頭的方向上排列的單體電池所形成的電池串兩端的電壓差比較小，從而在車輛行駛過程中，即使電池串1006中沿車頭到車尾方向排列的所有單體電池100都受撞擊而發生短路，由於該電池串1006的電壓本身比較低，因此其短路為低壓短路，即電池串1006發生短路時導致電池包所產生的電壓也會相對比較低，從而可以防止電池包產生高壓擊穿或高壓短路，減小電池包發生著火爆炸的幾率，同時也可以減少拉弧現象的產生，從而有效防止單體電池之間的熱失控和熱蔓延等現象，有利於提高電池包的安全性。
另外，通過使電池串1006兩端的電壓差不超過60V，在可以減少拉弧現象產生的同時，還能夠盡可能地提高電池包的儲能容量。
進一步地，電池串1006兩端的電壓差V小於或等於45V，通過使電池串1006兩端的電壓差V較小，從而可以進一步在電池串1006發生短路相對地降低對電池包的影響，避免電池串1006短路時電池包產生高電壓而引起電池包發生擊穿等問題，防止拉弧現象的產生。其中，電池串1006兩端的電壓差V可以是20~40V，例如可以是40V。
本申請發明人通過大量拉弧測試實驗發現，在盡可能提高電池容量的情況下，通過使沿車輛行駛方向（也可以理解為車輛車頭到車尾的方向）排列的所有單體電池所形成的電池串1006兩端的電壓差不超過60V，可以有效地防止電池包起火，如下表所示的實驗數據：
電壓差 10V 45V 60V 80V
實驗結果 無拉弧，滿足安全要求 輕微拉弧，不起火，不冒煙，滿足安全要求 有拉弧，不起火，不冒煙，滿足安全要求 有明顯拉弧，有起火，有冒煙，不滿足安全要求
上述實驗數據表明，當電池串1006兩端的電壓差不超過60V時，電池包不會產生起火冒煙等現象，不僅能夠滿足動力要求，也能夠提高電池包的安全性能。
其中拉弧測試實驗可以採用現有的拉弧測試方式進行，在實驗過程中主要是通過改變電池串兩端的電壓差，然後驅使試驗車在有障礙物的測試路面上行駛，以觀察電池包的起火或冒煙情況。
參閱圖3，在本申請實施例中，電池單元21中包括多個電池串1006，多個電池串1006沿第二方向CD依次排列，第二方向CD為車輛的寬度方向，每個電池串1006兩端的電壓差V小於或等於60V，例如可以使每個電池串1006兩端的電壓差為45V或50V等。
其中，電池串1006中的單體電池100的數量不做具體限定，例如可以是4個或6個等，只要滿足電池串1006兩端的電壓差不超過60V即可。
其中，同一電池串1006中的單體電池100為串聯關係。而電池串1006之間可以是並聯或者串聯，還可以是串並聯結合的連接方式，例如，相鄰電池串1006之間為串聯；或者可以是將兩個電池串1006先並聯然後再與另外的電池串1006串聯，對此不做具體限定。
如圖4所示，本申請實施例中，電池單元21的數量為多個，多個電池單元21之間為串聯。具體而言，電池單元21含有引出電流的第一電極引出端211和第二電極引出端212，相鄰兩電池單元21中的一個電池單元21的第一電極引出端211和另一電池單元21的第二電極引出端212電連接，從而實現串聯。
其中，多個電池單元21呈陣列排列以形成電池單元陣列，該電池單元陣列包括多排電池單元組201，多排電池單元組201沿第一方向AB依次排列，也可以理解為每列單體電池組202上含有沿第一方向AB依次排列的多個電池單元。如圖4所示，電池單元陣列中可以是僅包括一列電池單元組202；或者，如圖5所示，電池單元陣列中也可以是包括多列電池單元組202，多列電池單元組202沿第二方向CD依次排列，其中，同一排電池單元組201中的相鄰兩個電池單元21之間為串聯，且相鄰兩排電池單元組201也是串聯，相鄰兩排電池單元組之間通過主動安全裝置22電連接。
其中，分別位於相鄰兩排電池單元組201且相互電連接的兩個電池單元21之間，連接有主動安全裝置22。
如圖4所示，每排電池單元組中有1個電池單元21，因此分別在相鄰兩排電池單元組的兩電池單元21中，一個電池單元21的第一電極引出端211和另一個電池單元21的第二電極引出端212之間通過主動安全裝置22電連接。該主動安全裝置22包括但不限於繼電器、保險絲或其他控制開關等。主動安全裝置22用於在相鄰兩排電池單元組之間的電流過大時自動切斷相鄰兩排電池單元組之間的連接，如圖1的實施例，用於在相鄰兩電池單元21之間的電流較大時切斷相鄰兩個電池單元21之間的電連接。
當同一列的多個電池單元21均存在短路單體電池時，在電池單元21之間勢必會形成高壓回路，電路中的電流會增大，通過在相鄰兩排電池單元組之間設置主動安全裝置22，以在發生短路時切斷兩排電池單元之間的連接，從而可以進一步提高電池包的安全性。
參閱圖6，並結合圖1，本申請實施例中，單體電池100大致為長方體，其中單體電池100的長度沿第一方向AB延伸。單體電池100包括第一極柱1001和第二極柱1002，第一極柱1001和第二極柱1002的極性相反，用於引出電流，例如第一極柱1001為正極極柱，第二極柱1002為負極極柱。
單體電池100在第一方向AB具有相對的兩個第一表面1003，第一極柱1001和第二極柱1002位於單體電池100的同一個第一表面1003上，也可以分別位於兩個第一表面1003上。
對於一個電池單元21而言，當電池單元21中有多個單體電池100，多個單體電池100排列形成多列單體電池組時，多列單體電池組沿第二方向CD依次排列。本申請實施例中，通過使單體電池100的長度沿第一方向AB延伸，且多個單體電池沿第二方向CD排列，由此可以在車輛底部發生撞擊時減少受損的單體電池數量，如圖8所示，多個單體電池沿第二方向CD排布，在車輛行進過程中一旦車輛底部受到硬物G撞擊，可以減少受異物撞擊影響的單體電池（圖中陰影部分表示的單體電池）數量，避免整個電池包中的單體電池都遭受損壞，因此，通過本實施例可以進一步提高電池包的安全性。
在其他實施例中，如圖7所示，並結合圖6，單體電池100的第一極柱1001和第二極柱1002還可以設置在單體電池的其他表面上，具體而言，單體電池100具有面對車輛頂部的第二表面1004，第一極柱1001和第二極柱1002位於第二表面1004上。
其中，單體電池100在第三方向EF具有相對的兩個第二表面1004，第三方向EF為車輛底部到頂部的方向，第一極柱1001和第二極柱1002可以位於單體電池100的面對車輛頂部的第二表面1004上。
需要說明的是，電池串1006一端的單體電池100的第一極柱通過導線引出以對應為電池單元21的第一電極引出端211，該電池串另一端的單體電池100的第二極柱通過導線引出以對應為電池單元21的第二電極引出端212。
本申請實施例中，單體電池100的長度與車輛的長度的比值範圍為0.2-0.8。具體地，本申請實施例中，單體電池100的長度L的範圍為600mm-2500mm（毫米），例如，可以是600mm、1200mm或者2000mm等，單體電池100的長度尺寸在該範圍內時，單體電池100的整體結構更符合標準化的設計，可通用於不同的電池包200中，適用範圍廣；單體電池100的厚度沿第二方向CD（即車輛的寬度方向）延伸，單體電池100的厚度H可以是大於10mm，例如可以在13mm-75mm的範圍。
更具體地，請一並參閱圖6至圖12，單體電池100包括金屬殼體11和封裝於金屬殼體11內且沿第一方向AB依次排列的多個極芯組12。多個極芯組12之間可以是串聯形成一極芯串，且每個極芯組12至少含有一個極芯。
其中，極芯組12含有引出電流的第一電極121和第二電極122，進一步而言，極芯組12包括極芯組主體123以及與極芯組主體123電連接的第一電極121和第二電極122，第一電極121和第二電極122沿第一方向AB分別位於極芯組主體123的兩側。相鄰的兩個極芯組12中，其中一個極芯組12的第一電極121和另外一個極芯組12的第二電極122電連接以實現串聯，通過使多個極芯組12串聯，由此可以通過單個單體電池100即可實現容量和電壓的提高，減小製造工藝和成本。
需要說明的是，本實施例的串聯方式可以為相鄰的兩個極芯組12之間的串聯連接，實現的具體方式可以為相鄰的兩個極芯組12上的第一電極121和第二電極122直接連接，也可以是通過額外的導電部件實現電連接。如果極芯組12僅含有一個極芯的情況下，第一電極121和第二電極122可以分別為極芯的正極耳和負極耳或者分別為負極耳和正極耳。如果含有多個極芯的情況下，第一電極121和第二電極122的引出部件可以為電極引線。其中，第一電極121和第二電極122中的“第一”和“第二”僅用於名稱區分，並不用於限定其數量，例如第一電極121和第二電極122均可以含有一個或者多個。
進一步地，金屬殼體11包括具有開口的殼本體111和蓋板112。蓋板112與殼本體11的開口密封連接，以共同圍成密封的容納腔室，多個極芯組12串聯形成的極芯串容置於該容納腔室內。極芯串的兩端分別含有第一電極和第二電極，該極芯串的第一電極也即位於該極芯串一端的極芯組12的第一電極121，該極芯串的第二電極也即位於該極芯串另一端的極芯組12的第二電極122。
其中，在一些實施例中，位於極芯串兩端的第一電極和第二電極分別從蓋板112引出，以分別形成單體電池100的第一極柱1001和第二極柱1002。
具體地，在一些實施方式中，殼本體111可以是兩端開口，蓋板112的數量可以為兩個，從而兩個蓋板112分別與殼本體111的兩端開口密封連接，以形成密封的容納腔室。此種方式中，位於極芯串兩端的第一電極和第二電極可以是分別從兩個蓋板112引出，以分別形成單體電池100的第一極柱1001和第二極柱1002，此時該第一極柱1001和第二極柱1002分別位於單體電池100在第一方向AB兩端的第一表面1003上。當然，在其他實施例中，位於極芯串兩端的第一電極和第二電極也可以是從同一個蓋板112引出，以分別形成單體電池100的第一極柱1001和第二極柱1002，此時該第一極柱1001和第二極柱1002分別位於單體電池100在第一方向AB同一端的第一表面1003上。
在另一些實施方式中，殼本體111上可以是僅在一端設置有開口，蓋板112的數量為一個，從而一個蓋板112與殼本體111的一端開口密封連接。此種方式中，位於極芯串兩端的第一電極和第二電極從同一個蓋板112引出，以分別形成單體電池100的第一極柱1001和第二極柱1002，此時該第一極柱1001和第二極柱1002分別位於單體電池100的同一端。
可以理解的是，在另一些實施例中，位於極芯串兩端的第一電極和第二電極可以不引出蓋板112，蓋板112上設置有第一極柱1001和第二極柱1002，進一步而言，第一、第二電極端子可以是均設置在同一個蓋板112上，也可以分別設置在兩個蓋板112上，此時位於極芯串兩端的第一電極和第二電極分別與蓋板112上的第一電極端子和第二電極端子電連接，此處不做贅述。
需要說明的是，多個極芯組12也可以是串聯+並聯的方式連接在一起，例如，多個極芯組12可以形成兩個極芯串，具體可以將多個極芯組12分為兩部分，每一部分中的極芯組12串聯形成一極芯串，兩個極芯串之間並聯。當然，多個極芯組12也可以合理劃分為三部分或者更多的部分，每一部分中的極芯組12串聯形成一極芯串，多個極芯串之間並聯。可以理解的是，單體電池100中的多個極芯組12分為多個部分，每一部分中的多個極芯組12串聯形成一極芯串，使得每一極芯串能夠具有一定大小的電壓以滿足工作需要，而多個極芯串有通過並聯的方式進行連接，可以使多個極芯串的電容量進行疊加，從而使單體電池100具有較大的電容量，有利於延長單體電池100的供電時間。
進一步地，本申請實施例中，在金屬殼體11和極芯組12之間還設有封裝膜13，即極芯組12封裝於封裝膜13內。由此，通過封裝膜13和金屬殼體11可以實現對極芯組12的二次封裝，有利於提高單體電池100的密封效果。可以理解的是，封裝膜13內還注入有電解液。因此，通過上述方式，還可以避免電解液與金屬殼體11的接觸，避免金屬殼體11的腐蝕或者電解液的分解。
其中，金屬殼體11和封裝膜13之間的氣壓低於金屬殼體11外的氣壓，封裝膜13內的氣壓低於金屬殼體11與封裝膜13之間的氣壓。
在本申請中，“氣壓”是大氣壓強的簡稱。是作用在單位面積上的大氣壓力，即等於單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。
金屬殼體11和封裝膜13之間的氣壓也即位於金屬殼體11和封裝膜13之間的空間內的氣壓，該氣壓低於金屬殼體11外的氣壓，因此，本申請實施例中，金屬殼體11和封裝膜13之間為負壓狀態，由此金屬殼體11在大氣壓的作用下發生凹陷或變形，則金屬殼體11和極芯組12之間的間隙隨之減小，極芯組12發生竄動或者相互之間發生位移的空間減小，進而可以減少極芯組12的竄動以及極芯組12之間的相對位移，提高單體電池100的穩定性，以及單體電池100的強度以及單體電池100安全性能。
例如，可以通過對金屬殼體11和封裝膜13之間的空間進行抽氣處理，以使金屬殼體11和封裝膜13之間為負壓狀態，由此可以使得金屬殼體11和內部的極芯組12儘量貼近，減少內部空隙，防止極芯在金屬殼體內發生竄動，同時防止極芯之間發生相對位移，減少集流體破損、隔膜打皺、和活性材料脫落等情況的發生，提高整個單體電池100的機械強度，延長單體電池100的使用壽命，提高單體電池100的安全性能。
在一種實施方式中，金屬殼體11和封裝膜13之間的氣壓值為P1，P1的取值範圍可以為-100Kpa至-5Kpa，進一步優選地，P1的取值可以是-75Kpa至-20Kpa。當然，所屬技術領域中具有通常知識者可以根據實際需要設定P1的值。需要說明的是，金屬殼體11和封裝膜13之間也可以為真空狀態。
進一步地，封裝膜13內的氣壓值為P2，P2的取值範圍可以為-100Kpa至-20Kpa。
其中，P1和P2的關係滿足：P1＞P2，且P1/P2的範圍為0.05-0.85。
將P1、P2以及P1/P2限定在上述範圍內，本技術中的極芯組12採用二次密封的模式，先將電池極芯組12封裝在封裝膜13內，為避免封裝膜13發生由於內部氣壓過大使封裝膜13外鼓造成的破損，我們選擇金屬殼體11與封裝膜13之間的氣壓大於封裝膜13內的氣壓。同時，我們通過大量實驗驗證，當P1/P2在上述範圍時，較好的保證了單體電池100二次密封的可靠性，同時，保證了單體電池100極片之間的接觸，避免了極片間間隙，使鋰離子能更好的傳導。
本申請的一實施例中，封裝膜13包括一個，串聯的多個極芯組12封裝在同一個封裝膜13內，串聯連接的兩個極芯組12中的其中一個極芯組12的第一電極121和另一個極芯組12的第二電極122的連接處位於封裝膜13內。也就是說，封裝膜13一體設置，多個極芯組12封裝在同一封裝膜13內。
在實際應用中，例如，如圖10所示，可以先將多個極芯組12進行串聯，然後利用一整張封裝膜13將串聯的極芯組12包裹起來，比如可以將串聯的極芯組12放置於封裝膜13的一部分區域上（或者可以預先在封裝膜13的一部分區域上開凹槽，然後將串聯的多個極芯組12置於該凹槽內），然後將封裝膜13的另一部分區域朝向極芯組12的方向對折，之後通過熱熔處理將兩部分區域的封裝膜13進行熱熔密封，由此將串聯的極芯組12封裝在同一封裝膜13內。
其中，封裝膜13中與第一電極121和/或第二電極122相對的位置形成有封裝部131以將相鄰兩極芯組主體123隔離，並且相鄰兩極芯組12中的其中一個極芯組12的第一電極121和另一個極芯組122的第二電極122中的至少之一位於封裝部131內。通過封裝部131將多個極芯組主體123之間隔離，避免多個極芯組12的電解液互相流通，多個極芯組12之間不會相互影響，且多個極芯組12中的電解液不會因電位差過大而分解，保證單體電池100的安全性和使用壽命。
封裝部131可以有多種實施方式，例如可以採用紮帶將封裝膜13紮緊形成封裝部131，也可以直接將封裝膜13熱熔融連接形成封裝部131。或者是直接在兩個極芯組12之間設置隔板以構成封裝部131，封裝部131的具體方式不作特殊限定。
本申請的另一實施例中，如圖11所示，封裝膜13含有多個，其中至少一個極芯組12封裝於一個封裝膜13內以形成極芯組件，多個極芯組件之間串聯。
換句話說，封裝膜13的數量與極芯組12的數量一一對應，每個極芯組12單獨封裝在一個封裝膜13，該種實施方式，在多個極芯組12製備完成後，可在每個極芯組12外單獨套一個封裝膜13，然後多個極芯組件再串聯。
其中，極芯組12的第一電極121和第二電極122中的至少一個延伸出封裝膜13，例如可以是第一電極121延伸出封裝膜13，或者也可以是第二電極122延伸出封裝膜13，或者也可以是第一電極121和第二電極122都延伸出封裝膜13。通過將至少一個第一電極121和/或第二電極122延伸出封裝膜13，可以利用延伸出的電極與其他極芯組件進行串聯。
在本申請實施例中，多個極芯組12的排列方向為第一方向AB，極芯組12的長度方向沿第一方向AB延伸，單體電池100的長度也沿第一方向AB延伸，即多個極芯組12沿著單體電池100的長度方向依次排列，且極芯組12的第一電極121和第二電極122沿第一方向AB分別位於極芯組12的兩側，即多個極芯組12採用“頭對頭”的排布方式，此排布方式可以較為方便地實現極芯組12之間的兩兩串聯，連接結構簡單。另外該種排布方式可以較為方便地製造長度較長的單體電池100，由此在將單體電池100安裝進電池包外殼內時，可以不需要設置橫樑和縱梁等支撐結構，而是利用單體電池100本身的金屬殼體11作支撐而將單體電池100直接安裝在電池包外殼上，由此可以節省電池包內部空間，提高電池包的體積利用率，且有利於降低電池包的重量。
通過在單體電池100內設置多個極芯組12，與現有只設置一個極芯的方式相比，可以更方便地製造出長度較長的單體電池100，傳統的電池中，一旦電池較長，內部用作集流體的銅鋁箔的長度即會相應增加，大大提高了電池內部的電阻，無法滿足當前越來越高的功率及快充的要求。在電池長度相同的情況下，本申請實施例可以極大的減小電池內部的電阻，避免高功率輸出、快充等情況下電池過熱等帶來的問題。
如圖12所示，金屬殼體11沿第二方向CD具有相對的兩個第三表面1005，該第三表面1005也即單體電池100的最大表面，也即單體電池100的“大面”。其中，至少一個第三表面1005向金屬殼體11內部凹陷，由此可以使得金屬殼體11與極芯組12儘量貼合。
由於金屬殼體11的厚度較小，其為較薄的薄片，因此金屬殼體11的第三表面1005上的凹陷114例如可以是通過對金屬殼體11內進行抽氣時所形成的凹陷。即在對金屬殼體11和封裝膜13之間的空間進行抽氣處理以使得金屬殼體11和封裝膜13之間的氣壓低於金屬殼體11外的氣壓時，隨著抽氣的進行，金屬殼體11的第三表面1005容易向金屬殼體11內形成凹陷114。
單體電池100在正常使用的過程中，由於材料本身的膨脹，電解液產氣等原因電池通常會發生膨脹，而往往膨脹形變最大的區域在於電池的大面。採用本技術，將電池初始狀態時大面通過抽真空限制在略微內陷的情況，可有效緩解電池膨脹後電池之間的擠壓，提高電池及整個系統的壽命、安全等性能。
在其他一些實施例中，如圖12所示，也可以是預先在金屬殼體11的第三表面1005上形成凹陷後，再對金屬殼體11內進行抽氣處理。其中，金屬殼體11的第三表面1005上的凹陷114可以有多個，例如，預先在第三表面1005上形成多個凹陷114，每個凹陷114的位置與一個極芯組12所在的位置對應。
其中，在一些實施方式中，金屬殼體11相對的兩個第三表面1005上均向內部凹陷，以通過凹陷的區域夾持極芯組12。
其中，可以在金屬殼體11上設置排氣孔，通過該排氣孔對金屬殼體11和封裝膜13之間的空間進行抽氣操作。其中，需要對該排氣孔進行密封處理，因此在排氣孔內還設置有密封件，以密封排氣孔。該密封件例如可以是堵頭、橡膠件等，對此不做限定。
在一些實施方式中，金屬殼體11在抽氣之前，極芯組12與金屬殼體11的內表面之間設有間隙；該間隙便於極芯組12比較方便的裝入到金屬殼體11內部；在對金屬殼體11抽氣之後，金屬殼體11沿第二方向按壓在極芯組12的外表面以夾持該極芯組12，從而減小極芯組12在金屬殼體11內部竄動的空間，提高單體電池100的安全性能。
本申請實施例中，金屬殼體11的強度高，散熱效果好，金屬殼體11可以包括但不限於鋁殼、或鋼殼。在一些實施例中，金屬殼體11的厚度為0.05mm-1mm。
金屬殼體11的厚度較厚不僅會增加單體電池100的重量，降低單體電池100的容量，而且金屬殼體11厚度過厚，在大氣壓的作用下，金屬殼體11不容易向極芯組12一側凹陷或變形，無法減少金屬殼體11和極芯組12之間的間距，進而無法有效的對極芯組12實現定位的作用。不僅如此，金屬殼體11過厚，會增加抽氣的成本，從而增加製造成本。
本申請將金屬殼體11厚度限定為上述範圍內，不僅能保證金屬殼體11強度，而且也不會降低單體電池100的容量，還可以在負壓的狀態下，金屬殼體11更加容易的發生變形，減少金屬殼體11和極芯組12之間的間距，從而減少極芯組12在金屬殼體11內部的竄動以及極芯組12之間的相對位移。
本申請的實施例中，封裝膜13包括層疊的非金屬外層膜和非金屬內層膜，內層膜位於外層膜和極芯組12之間。
內層膜具有較好的化學穩定性，例如可以採用具有抗電解液腐蝕特性的材料，比如可以是聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚乙烯（Polyethylene，PE）或者聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET），或者可以是上述材料中的多種組合。
外層膜為防護層，利用外層膜可以阻止空氣尤其是水汽、氧等滲透，其材料例如可以採用聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯胺（Polyamide，PA）或聚丙烯，或者可以是上述材料的多種組合。
本實施例的封裝膜13中，外層膜的熔點大於內層膜的熔點，從而可以在熱熔密封時，外層膜不會被熔融，而內層膜能夠及時熔融以保證密封性能的優良。進一步地，外層膜和內層膜的熔點差的範圍為30℃-80℃，如兩者熔點差可以是50℃或70℃等，具體的材料選擇可以根據實際需要而定。
其中，非金屬外層膜和非金屬內層膜之間採用膠黏劑粘結複合。例如，外層膜的材料可以是PP，內層膜的材料可以是PET，兩者粘結的粘結劑例如可以是聚烯烴類粘結劑，以粘結形成複合膜。
本實施例通過採用雙層非金屬膜形成封裝膜13對極芯組12進行封裝，由於採用非金屬的封裝膜13，具有更高的拉伸強度和斷裂伸長率，可以減少對單體電池100厚度的限制，使得生產得到的單體電池100具有更大的厚度。其中，本實施例的單體電池100的厚度可擴展範圍大，如可以大於10mm，例如可以在13-75mm的範圍。
在本申請的一些實施方式中，封裝膜13可以為鋁塑膜。
本申請的一個實施例中，單體電池100為鋰離子電池。
本申請實施例中，同一電池單元21中，沿第二方向CD依次排列的單體電池中，兩個相鄰的單體電池100之間具有間隙，該間隙與單體電池100的厚度的比例範圍為0.001-0.15。
需要說明的是，兩個相鄰電池的間隙會隨著電池的工作時間的增加而有所變化，但無論是處於工作中還是工作後或者是電池出廠前，只要滿足電池之間的間隙與厚度的比例範圍在本申請限定的範圍內，均落在本申請的保護範圍內。
本申請通過在單體電池100之間預留的一定的間隙，可以給單體電池100的膨脹預留緩衝空間。
單體電池100的膨脹與單體電池100的厚度相關，電池的厚度越大，單體電池100越容易發生膨脹，本申請將單體電池100之間的間隙與單體電池100的厚度的比值限定在0.001-0.15，既可以充分利用電池包200的空間，提高電池包200的利用率，同時也可以給單體電池100的膨脹起到較好的緩衝效果。
另外，單體電池100膨脹時會產生熱量，單體電池100之間預留一定的間隙，該間隙還可以充當散熱通道，例如風道，單體電池100面積較大的面散熱效果更好，因而還可以提高電池包200的散熱效率，提供電池包200的安全性能。
在上述方案中，單體電池100之間的間隙可以理解為單體電池100之間不設置任何結構件，單純預留一定的空間，也可以理解單體電池100設置其他結構件使單體電池100與單體電池100之間通過該結構件隔開。
需要說明的是，當單體電池100之間設置結構件，單體電池100之間的間隙應該理解為該結構件兩側的單體電池100之間的距離，而不能理解該結構件與單體電池100之間的間距。
應當說明的是，結構件可以與該結構件兩側的單體電池100之間可以預留一定的間隙也可以直接接觸，當結構件與位於兩側的單體電池100直接接觸時，結構件應當具有一定的柔性，可以為單體電池100的膨脹起到緩衝作用。作為結構件包括但不限於氣凝膠，導熱結構膠或者是隔熱棉。
本申請還提供一種包括上述電池包200的電動車，電動車與上述的電池包200相對於先前技術所具有的優勢相同，此處不再贅述。
在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，可以具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。
在本說明書的描述中，參考術語“實施例”、“具體實施例”、“示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本申請的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管已經示出和描述了本申請的實施例，所屬技術領域中具有通常知識者可以理解：在不脫離本申請的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本申請的範圍由申請專利範圍及其等同物限定。
200 :電池包 1006:電池串 21:電池單元 100:單體電池 1001:第一極柱 1002:第二極柱 AB:第一方向（與車輛車尾到車頭的方向平行） V:電池串1006兩端的電壓差 G:硬物 201:電池單元組 202:單體電池組 22:主動安全裝置 211:第一電極引出端 212:第二電極引出端 CD:第二方向（車輛的寬度方向） 1003:第一表面 1004:第二表面 EF:第三方向（車輛底部到頂部的方向） H:單體電池100的厚度 L:單體電池100的長度 11:金屬殼體 111:殼本體 112:蓋板 12:極芯組 121:第一電極 122:第二電極 123:極芯組主體 13:封裝膜 131:封裝部 1005:第三表面 114:凹陷
圖1是本申請實施例提供的電池包的一結構示意圖。
圖2是現有技術中車輛底部受到硬物撞擊後對電池包內的單體電池的影響示意圖。
圖3是本申請實施例提供的電池包的另一結構示意圖。
圖4是本申請實施例提供的電池包的又一結構示意圖。
圖5是本申請實施例提供的電池包的又一結構示意圖。
圖6是本申請實施例提供的單體電池的結構示意圖。
圖7是本申請實施例提供的電池包的又一結構示意圖。
圖8是本申請實施例中車輛底部受到硬物撞擊後對電池包內的單體電池的影響示意圖。
圖9是本申請實施例提供的單體電池的截面示意圖。
圖10是本申請實施例提供的極芯組封裝在封裝膜內的一示意圖。
圖11是本申請實施例提供的極芯組封裝在封裝膜內的另一示意圖。
圖12是本申請實施例提供的金屬殼體第三表面形成有凹陷的示意圖。
200:電池包
1006:電池串
21:電池單元
100:單體電池
1001:第一極柱
1002:第二極柱
AB:第一方向(與車輛車尾到車頭的方向平行)
V:電池串1006兩端的電壓差

Claims (15)

  1. 一種電池包，用於為車輛提供電能，其中，包括至少一個電池單元，該電池單元包括至少一個電池串，該電池串含有一個或至少兩個單體電池，該電池串兩端的電壓差小於或等於60V；以及 當該電池串中含有至少兩個該單體電池時，該電池串中的該單體電池沿第一方向依次排列，該第一方向與車輛車尾到車頭的方向平行。
  2. 如請求項1的電池包，其中，該電池串兩端的電壓差小於或等於45V。
  3. 根據請求項2的電池包，其中，該電池串兩端的電壓差為20~40V。
  4. 如請求項1的電池包，其中，該電池單元包括多個該電池串，多個該電池串沿第二方向依次排列，該第二方向為車輛的寬度方向。
  5. 如請求項4的電池包，其中，該電池串之間為串聯和/或並聯。
  6. 如請求項1的電池包，其中，當該電池串中含有至少兩個該單體電池時，該電池串中的該單體電池之間為串聯。
  7. 如請求項1的電池包，其中，該單體電池的長度沿該第一方向延伸。
  8. 如請求項7的電池包，其中，該單體電池包括第一極柱和第二極柱，且該單體電池沿該第一方向具有相對的兩個第一表面；以及 該第一極柱和該第二極柱位於該單體電池的同一個該第一表面上，或分別位於該單體電池的兩個該第一表面上。
  9. 如請求項1的電池包，其中，該單體電池包括第一極柱和第二極柱，該單體電池具有面對車輛頂部的第二表面，該第一極柱和該第二極柱位於該第二表面上。
  10. 如請求項1的電池包，其中，該電池單元有多個，該電池單元之間為串聯。
  11. 如請求項10的電池包，其中，多個該電池單元呈陣列排列以形成電池單元陣列，該電池單元陣列包括多排電池單元組，該多排電池單元組沿該第一方向依次排列，分別位於相鄰兩排電池單元組且相互電連接的兩個該電池單元之間，連接有主動安全裝置。
  12. 如請求項11的電池包，其中，該主動安全裝置為繼電器或保險絲。
  13. 如請求項1的電池包，其中，至少一個該單體電池的長度與該車輛的長度的比值範圍為0.2-0.8。
  14. 如請求項1的電池包，其中，該單體電池的長度範圍為600mm-2500mm。
  15. 一種電動車，其中，包括請求項1至14中任一項的電池包。
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