一种安全的电池组的制作方法

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种安全的电池组。

背景技术：

电池成组的要求中，一个十分重要设计目标是保证电池组的安全，尤其在车辆电池组，我们的要求是当任何意外发生的情况下，不至于发生电池组、车辆的燃烧。现有的方案或采取的对电池进行分组隔离的措施，让电池的燃烧失控即使发生也局限于本组内，或采取安全的电池结构，让电池自身不燃烧爆炸。但是已有案例显示，前种的方式仍然不够理想，最终往往导致了整车燃烧的后果，没有能够达到设计的目的。后者目前仍然没有找到经济合理的材料结构。

电池组尤其是汽车动力电池的容量在近百KWH之巨大，相应的电池单元的数量巨大，加之电动车的不断增加的巨量数量，电池单元的数量更将是海量，从概率看，巨量数量的电池单元由于各种原因引起的热失控事件不可避免。从这个角度看，现有的技术仍然需要进一步提高系统的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种安全的电池组，能够有效阻止电池单体发生热失控后的失控燃烧状态传播。

本发明的是通过如下技术方案来完成的，包括若干个电池单体、母排、电池外壳，所述的若干个电池单体串并联而成电池组，并且电池单体的安全阀一致朝向安全方向且位于电池外壳内；所述的母排位于电池组的内侧，电池单体通过导线与电池单体的电极端相连接，导线上设有预制开裂口，该预制开裂口在导线上或者在母排或者在连接的焊点上，预制开裂口在电池单体发生严重溃缩位移时由切断刃断开导线，从而切断电池单体与母排的电连接；在电池组的安全方向具有可控打开的电池防护盖，与电池外壳相连接固定。

作为优选，该电池单体的安全阀上增设有蜂窝热隔层，该蜂窝热隔热层位于电池单体的外侧；所述的蜂窝热隔热层的下方安装有电池防护盖，所述的蜂窝热隔热层的蜂窝孔构成电池单体对应的预留排放结构，该预留排放结构内设有疏松隔热材料，蜂窝热隔热层与电池单体电绝缘并相固定，所述的蜂窝热隔热层内的蜂窝结构在正常使用时为电池单体提供结构支持，在电池防护盖受到严重挤压变形时提供溃缩变形空间，为电池单体提供缓冲空间。蜂窝热隔热层同时为电池组提供电池内部安全热隔离，热管理隔热。

作为优选，且电池防护盖与蜂窝热隔热层之间安装有阻拦网兜，阻拦网兜在电池盖打开时展开并阻拦电池单体喷出的燃烧物。

作为优选，所述的母排上设有与电池单体对应的单体溃缩孔，每个单体溃缩孔对应一个电池单体。

作为优选，所述的蜂窝热隔热层内的预留排放结构在正常使用时为电池单体提供结构支持，在电池防护盖受到严重挤压变形时提供溃缩变形空间，为电池单体提供缓冲空间。

作为优选，所述的电池防护盖与电池外壳相连接处设有释放装置。

本发明的有益效果为：通过改进结构，使得电池组对外界的损伤抵御能力增强，减少由外部损伤导致的电池组内单体的热失控现象，在外部损害情况下降低整体短路的情况发生，避免在电池单体热失控时造成电池组内部的失控蔓延而导致的整体失控，提高电池组的安全性。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是图1的I处放大结构示意图。

图4是图1的II处放大结构示意图。

附图中的标号分别为：1、电池单体；2、导线；3、母排；4、电池外壳；5、切断刃；6、蜂窝热隔热层；7、电池防护盖；8、阻拦网兜；9、预制开裂口；10、释放装置；11、安全阀；12、上盖；31、单体溃缩孔；61、疏松隔热材料；62、预留排放结构；63、蜂窝孔；101、电池A；102、电池B。

具体实施方式

下面将结合附图1至4对本发明做详细的介绍：本发明包括若干个电池单体1、母排3、电池外壳4，所述的若干个电池单体1并排串联而成电池组，并且电池单体1的安全阀11一致朝向安全方向且位于电池外壳4内，即当安全阀11释放时，电池单体1释放的火焰及喷射物的方向是短时间内不至于造成损失的；图1中左右两边分别为两种不同安全阀结构的电池单体，左侧为通常的电容结构的电池A101，泄放口与电池电极口相远离，右侧为通常的电池B102结构，泄放口为电池的电极一侧。

右侧结构中，为了保证电池溃缩导线能被切断，导线2与电池外壳4有辅助的固定点。

所述的电池组的母排3位于电池组的内侧，受到最多层的缓冲防护，减少母排短路导致的成批单体短路的几率。所述的母排3通过导线2与电池单体1的上端相连接，母排3上设有与电池单体1相对应的单体溃缩孔31，当电池单体1受严重挤压时，电池单体1被溃缩进入单体溃缩孔31，孔绝缘保证电池壳体溃缩时不与母排3发生电动短路，从而使单体溃缩孔31来缩短电池组的厚度；母排具有高强度的绝缘材料，并且在单体溃缩孔31内有预留的绝缘材料，每个电池单体1具有安全阀11，该安全阀11上增设有蜂窝热隔热层6，该蜂窝热隔热层6位于电池单体1的下端；所述的蜂窝热隔热层6的下方安装有电池防护盖7，该电池防护盖7与电池外壳4相连接固定，在正常使用时为电池提供基本的防护，且电池防护盖7与蜂窝热隔热层6之间安装有阻拦网兜8。

所述的电池的安全阀11的安装方向为一致向外，即当安全阀11释放时火焰释放是朝向阻拦网兜8，这里的外部是指一个安全的方向，释放的火焰不会导致对周边的电池单体1有损害的影响，可以为电池组安装的一个安全的外侧方向，比如车辆的底部。在固定的应用中也可以为一个内部的具有吸收和稀释燃烧热量的一个空间，比如具有喷射灭火剂或预填充灭火剂的一个空间。

单纯的蜂窝热隔离层6在电池结构不需要增强时采用，平整预开口的疏松隔热材料61封堵于电池的泄放口一侧，一旦电池泄放，火焰或内容物可以从预制口释放，而产生的高温对周边的电池单体1影响由隔热材料所隔离。当疏松隔热材料61能够在电池燃烧阶段将电池端部保持在安全的温度下时，显然电池燃烧的蔓延可以阻止。

蜂窝结构的隔离层可以提供更加强化的防护效果，同时蜂窝结构刚度好而且质轻，在车辆应中可以为电池组提供支持。同时在受到机械侵入时可以提供辅助的支持及缓冲的变形空间。

所述的电池防护盖7平常时为电池组提供外部的防护，当电池组内发生燃烧时，热量的积蓄到疏松隔热材料61也难以对周边的电芯的影响时，释放装置10可以打开电池防护盖7的锁定机构，释放电池防护盖7。释放电池防护盖7后的电池组，燃烧的高温将大部分释放到外部空间，进而进一步减少电池的受热风险。

释放装置10可以利用适量的放气剂，产生的一定的瞬间的压力受控的爆炸，打开电池组的外盖，类似安全气囊的释放。

外盖释放可以是电池组的整体外盖，当可靠性满足要求时，可以简化结构，减轻重量。释放外盖后其余的电池仍然有一定的内部防护能力。

外盖释放也可以是以电池分组形式释放，但会增加一定的结构复杂性。

与车身相连的导电的阻拦网兜8同时构成一个法拉第笼，当电池组燃烧需要外部喷水消防时，可提供电的屏蔽隔离，阻止电池组的内部高压对外部的影响。阻拦网兜8由耐高温导电的材料构成，如细钢丝编织而成，网格密度满足阻拦内容物和屏蔽的需要，从密封到到50*50，可以各种合适的编织形式。展开后具有漏斗型状，引导燃烧物远离电池体。

母排3表面具有绝缘层，耐摩擦、耐温和耐电压。装配后的母排3被上盖支架、胶或绝缘漆固定于外壳4的上盖12。

母排3在中间的大面积部位开单体溃缩孔31，为电池单体的溃缩提供预留空间，从而缩小电池组的厚度占用，同时通过均分导电母排3的电流负荷，减轻导电母排的材料，进而减轻重量。

所述的电池单体1与母排3相连接的导线2上设有预制开裂口9，该预制开裂口9在导线2上或者在母排3或者在连接的焊点上。当电池组受外力挤压，迫使电池单体1向母排3位移时时，正负两个回路与母排3的连接被切断，绝缘层保持电池和连接线、母排之间的绝缘。高强度的绝缘层具有适应的柔性，在电池挤压时能够变形而不止于破损。如高强度的聚芳纤维布，薄膜等材料。

本发明的工作原理为：安装于车辆底部的电池组，受电池外部机械冲击，最容易受外部的异物侵入，底层的外部防护板提供了第一层次的防护；当第一层的防护仍然不足够时，底层的变形和异物的侵入将进入蜂窝热隔热层6，提供一个较大的变形和吸能空间，这里作为第二层的防护；但第二层的防护仍然不足以抵抗时，侵入将作用到电池单体1上，受到侵害的电池单体1在被挤压变形前，被挤压向上移动，电池的移动将切断电池两极和主回路之间的连接线，使得电池单体1从主回路上分离开，避免主回路通过受损电池短路，这是第三层的防护；当外力的损害还增加时，受挤压的电池将被破坏，发生燃烧，燃烧的火焰喷出方向面向外侧，同时火焰受到蜂窝热隔热层6的引导，周边电池的蜂窝热隔热层6孔内的疏松隔热材料61阻断火焰热量的传播，同时一旦电池的失控已经形成时，电池组将打开电池底层的电池防护盖7，让火焰向外部空间散发热量，从而阻断对周边电池的加热。蜂窝层的厚度和内部的疏松隔热材料使得蜂窝状溃缩时不至于堵塞排放通道。这是第四层的防护。因无法控制的因素，燃烧的电池将喷出火焰和内部的电芯材料，喷出的燃烧材料将被阻止在阻拦网兜8内，并被引导到远离电池体的位置，减少喷出物引燃周边物料可能，这是第五层防护。当事件进一步的恶化时，外部的消防需要进行喷水救援时，外部的隔离网提供了第一层的电的隔离，同时内部的蜂窝和也提供电的屏蔽隔离，为消防提供安全。

在车辆是设计上，通过控制外层隔离板的强度和阻拦网兜8的吸能设计，可以抵抗绝大多数的外部机械侵入。因为通常情况下车辆向下的作用能量是有限的。

当电池因内部原因导致的非机械损害时，直接通过阻拦网兜8和泄放的第四层防护开始提供保护。

通过这样的电池组设计，显然将可以避免绝大多数的电池组的损害，即使发生，可以将损害控制在电池单体的范围内。

当电池安全管理系统检测到发生异常情况时，电池的温度升高到危险点，电池单体1的燃烧不可避免时，排气释放机构将被触发，电池的对应的电池小组的电池防护盖7被抛弃，内部预制的阻拦网兜8打开，或可以同时灭火剂触发喷射，填充阻拦网兜8内空间。电池的爆炸排出物将在阻拦网兜8内燃烧后灭火，周边的电池因热量隔离而不被影响。

当电池组受到强烈的外力冲击时，电池外壳4首先吸收冲击，当吸收仍无效，并且电池单体1受到损伤时，并有可能有多个电池单体1受损，一旦电池单体1失控不可控制时，电池防护盖7将被抛弃，同样进入电池灭火程序。

这样电池组的受损被控制在电池单体1和小组的层面。受损的电池组可以通过修复恢复功能。

简而言之，动力电池系统失效模式，可以分为三种不同层级的失效模式，即电芯失效模式、电池管理系统失效模式、Pack系统集成失效模式。电芯失效难以避免，管理系统失效可以通过系统的冗余和质量控制来得到可接受的安全性能，Pack系统集成失效尤其在车辆中难以彻底避免。

这样通过安全的结构设计，消除这几种失效的状态扩展，则电池组是一个安全的系统。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。