电池系统和车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆技术领域，更具体而言，涉及一种用于车辆的电池系统和具有该电池系统的车辆。


背景技术：

2.随着车辆技术的发展，对车辆的电池系统的安全性能的要求也越来越高。电池系统内部如果某些电池单体的温度过高，该温度过高的电池单体容易发生热失控，进而引起火灾和爆炸。
3.因此，需要提供一种用于车辆的电池系统和具有该电池系统的车辆，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供一种用于车辆的电池系统。所述电池系统包括壳体、多个电池堆、多个第一热管、至少一个第二热管以及隔热件。所述壳体具有内腔。所述电池堆设置在所述内腔中，每个所述电池堆包括多个电池单体。所述第一热管设置在所述电池堆和所述壳体之间并且沿着所述电池堆的纵向方向延伸，所述第一热管与所述壳体以及所述电池堆的每一个所述电池单体热接触。所述第二热管连接多个所述第一热管，并且所述第一热管在所述第一热管和所述第二热管的连接处连接至所述壳体。所述隔热件设置在所述第一热管和所述电池堆之间，所述隔热件的宽度小于所述第一热管和所述电池单体中的任何一个的宽度，并且所述隔热件的宽度随着距所述连接处的距离的增加而减小。
5.优选地，所述电池系统包括传热垫，所述传热垫由柔性材料制成，所述传热垫设置在所述隔热件与所述电池堆之间。
6.优选地，所述电池系统包括温度检测装置，所述温度检测装置设置在所述第一热管或所述第二热管上。
7.优选地，所述电池系统还包括电池堆保持件，所述电池堆保持件设置在每个所述电池堆的纵向端部处并且连接至所述壳体，所述第二热管设置在所述电池堆保持件与所述壳体之间。
8.优选地，所述电池堆保持件包括第一支撑件、第二支撑件以及至少一个可变形组件。所述第二支撑件与所述第一支撑件沿所述电池堆的纵向方向相对设置。所述至少一个可变形组件设置在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间，其中，所述可变形组件中的每一者均包括能够朝向彼此弯曲的第一可弯曲件和第二可弯曲件。
9.优选地，所述电池系统包括排气导流装置，所述排气导流装置设置在所述电池堆上方。所述排气导流装置包括本体以及多个覆盖件。所述本体相对于所述壳体固定设置在所述电池堆上方，所述本体设置有与所述多个电池单体对应的多个孔。所述多个覆盖件对应于所述多个孔，并且在所述本体的上侧覆盖在与其对应的所述孔上，其中，所述覆盖件的
尺寸大于对应的所述孔的尺寸。
10.优选地，所述电池系统还包括压靠件，所述压靠件相对于所述壳体固定设置，所述压靠件压靠在所述本体上。
11.优选地，所述孔和所述覆盖件的尺寸被设置为当所述覆盖件覆盖在与其对应的所述孔上时，所述覆盖件的两侧与所述本体的侧部边缘间隔开预定距离，以在所述本体上形成按压部，所述压靠件压靠在所述按压部上。
12.优选地，所述压靠件连接至所述电池堆保持件。
13.根据本发明的另一个方面，提供一种车辆。所述车辆包括上述任一种电池系统。
14.根据本发明的方案，可以使得电池堆中的每一个电池单体相对于第一热管的连接处具有基本相同的热阻。无论哪一个电池单体温度较高，该温度较高的电池单体的热量均可以快速地被传递至第一热管上。一部分热量可以通过该温度较高的电池单体所对应的第一热管、连接第一热管的第二热管传递至其他第一热管的连接处，并从其他第一热管的连接处传递至其他电池堆的电池单体。由于电池堆的每一个电池单体相对于连接处具有基本相同的热阻，因此，其他电池堆中的每一个电池单体从连接处吸收大致相同的热量，降低了其他电池堆中距离连接处近的电池单体的温度过高而发生热失控的可能性。此外，对于整个电池系统来说，无论哪一个电池单体的温度较高，热量在从该温度较高的电池单体到其他电池堆中的电池单体的传递过程中，特别是初始阶段，多个相对于某一连接处具有相同热阻的电池单体同时从该连接处吸收来自于该温度较高的电池单体的热量。与没有设置隔热件或设置有宽度相同的隔热件的情况(此时相对于连接处近的电池单体热阻相对较小，距离连接处远的电池单体热阻相对较大)相比，更有利于该温度较高的电池单体的热量快速地被传递至其他电池堆中距离连接处较远的电池单体，使得更多的电池单体同时从相应的连接处吸收热量，大大降低了该温度较高的电池单体的温度。
附图说明
15.以示例的方式参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性实施例，其中：
16.图1是根据本发明的一个优选实施例的电池系统的分解立体示意图；
17.图2是图1中示出的电池系统的局部立体示意图，其中仅示出了电池堆、隔热件、第一热管和第二热管；
18.图3是图1中示出的电池系统的电池堆保持件的立体示意图；
19.图4是图3中示出的电池堆保持件的俯视示意图；以及
20.图5是图1中示出的电池系统的排气导流装置的示意图。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.在本发明的第一方面中，提供一种用于车辆的电池系统。图1是根据本发明的一个优选实施例的电池系统100的分解立体示意图。图2是图1中示出的电池系统100的局部立体示意图，其中仅示出了电池堆120、隔热件170、第一热管161和第二热管162。图3是图1中示
出的电池系统100的电池堆保持件150的立体示意图。图4是图3中示出的电池堆保持件150的俯视示意图。图5是图1中示出的电池系统100的排气导流装置130的示意图。下面将结合图1至图5详细描述本发明提供的电池系统100。
23.如图1和图2所示，电池系统100包括壳体110、设置在壳体110内的电池堆120、第一热管161、第二热管162以及隔热件170。
24.如图1所示，壳体110具有内腔111，该内腔111可以形成容纳空间，以容纳电池系统100的电池堆120等部件。具体地，在本实施例中，壳体110呈大体箱型的形状。壳体110包括底壁112以及从底壁112的周缘向上延伸的侧壁113。底壁112和侧壁113共同围成具有顶部开口的内腔111。此外，壳体110还包括覆盖内腔111的顶部开口的顶壁114。底壁112和侧壁113可以一体形成，顶壁114可以可拆卸地连接至侧壁113，以便于将电池系统100的电池堆120等部件设置在内腔111中。当然，在本发明未示出的其他实施例中，壳体110还可以为其他任何合适的形状。
25.壳体110的至少一部分可以由导热性能良好的金属材料(例如铁、铜、铝、钢等)制成，一方面可以提供良好的导热性能，另一方面，可以提供支撑壳体110内部的各个部件所需的机械强度。例如，在本实施例中，至少壳体110的底壁112可以由导热性能良好的金属材料制成。
26.如图1所示，壳体110的内腔111中设置有多个电池堆120。在本实施例中，壳体110的内腔111中设置有十二个电池堆120。但是，可以理解，壳体110的内腔111中可以设置有其他任何合适数量的电池堆120，例如少于或者多于十二个。多个电池堆120之间可以串联连接，以能够为车辆提供足够的电池能量。
27.如图1所示，每个电池堆120包括多个电池单体，多个电池单体沿纵向方向排列。该多个电池单体可以串联连接，以能够为车辆提供足够的电池能量。
28.如图1所示，电池系统100还包括多个第一热管161和至少一个第二热管162。第一热管161设置在电池堆120和壳体110之间并且沿着电池堆120的纵向方向延伸。需要说明的是，本文所说的电池堆120的“纵向方向”或者“纵向”是指电池单体的排列方向。每个电池堆120可以分别设置一个第一热管161，沿纵向方向排列的多个电池堆120也可以共用一个第一热管161。第一热管161与壳体110以及电池堆120的每一个电池单体热接触。第二热管162连接多个第一热管161。此外，第一热管161在第一热管161和第二热管162的连接处连接至壳体110。
29.第一热管161和第二热管162具有通常由金属材料制成的管壳。管壳内部被抽成负压状态并填充有液体工质。液体工质通常是低沸点、易挥发的工质。管壳的管壁上设置有吸液芯，其由毛细多孔材料制成。第一热管161和第二热管162能够结合热传导和工质的汽、液相变传热二者，热阻很小，因此具有很高的传热能力，能快速地进行传热。当电池堆120中的任何一个电池单体的温度较高(例如大于或等于65℃～120℃)时，该温度较高的电池单体的热量能够被快速地传递至第一热管161。一方面，第一热管161可以通过与壳体110之间的热接触将一部分热量传递至壳体110并进而传递至壳体110的外部，大大降低了其中某一个电池单体由于温度过高而发生热失控的可能性。另一方面，第一热管161能将另一部分热量快速地传递至该温度较高的电池单体所在的电池模组中的其他电池单体，进一步降低了其中某一个电池单体由于温度过高而发生热失控的可能性。再一方面，一部分热量可以通过
该温度较高的电池单体所对应的第一热管161、与第一热管161连接的第二热管162传递至其他第一热管161的连接处，并从其他第一热管161的连接处传递至其他电池堆120中的电池单体，更进一步地降低了其中某一个电池单体由于温度过高而发生热失控的可能性。
30.在本实施例中，如图1、图3和图4所示，每个电池堆120的纵向端部处均设置有后文将要详细描述的电池堆保持件150。电池堆保持件150连接至壳体110。具体地，电池堆保持件150连接至壳体110的侧壁113。电池堆120可以通过例如泡沫和胶水与电池堆保持件150连接在一起。第一热管161设置在电池堆120与壳体110的底壁112之间。第二热管162沿着电池堆120的宽度方向延伸。需要说明的是，本文所说的电池堆120的“宽度方向”是指在水平面内垂直于纵向方向的方向。第二热管162设置在电池堆保持件150与壳体110之间。具体地，第二热管162设置在电池堆保持件150与壳体110的底壁112之间。第二热管162在第一热管161的上方连接至第一热管161，并且与对应的电池堆保持件150热接触。这样，第一热管161与第二热管162以及壳体110的连接处位于相邻的电池堆120之间而不是在电池堆120的电池单体的底部，可以使得第一热管161与壳体110以及第二热管162的连接和第一热管161与电池堆120中的电池单体的热接触互不干扰，从而第一热管161与壳体110的连接、第一热管161与第二热管162的连接以及第一热管161与电池堆120中的电池单体的热接触均更可靠。第一热管161在连接处可以通过焊接连接或螺纹紧固件连接的方式连接至壳体110和第二热管162。焊接连接或螺纹紧固件连接的方式几乎不会影响第一热管161与壳体110之间以及第一热管161与第二热管162之间的热传递效果。
31.隔热件170可以由隔热材料制成，隔热件170也可以是真空隔热件。如图2所示，隔热件170设置在第一热管161和电池堆120之间，隔热件170的宽度(即在平行于电池堆120的宽度方向的方向上的尺寸)小于第一热管161和电池单体中的任何一个的宽度，并且隔热件170的宽度随着距第一热管161和第二热管162的连接处的距离的增加而减小。也就是说，第一热管161与电池堆120中的电池单体的热接触面积随着距连接处距离的增加而增加。
32.具体地，在本实施例中，第一热管161与第二热管162的连接处位于电池堆120的纵向端部处的电池堆保持件150下方，因此，第一热管161与电池堆120中的电池单体的热接触面积在位于电池堆120的中间位置处最大。如此，可以使得电池堆120中的每一个电池单体相对于第一热管161的连接处具有基本相同的热阻。无论哪一个电池单体温度较高，该温度较高的电池单体的热量均可以快速地被传递至第一热管161上。如上所述地，一部分热量可以通过该温度较高的电池单体所对应的第一热管161、连接第一热管161的第二热管162传递至其他第一热管161的连接处，并从其他第一热管161的连接处传递至其他电池堆120的电池单体。由于电池堆120的每一个电池单体相对于连接处具有基本相同的热阻，因此，其他电池堆120中的每一个电池单体从连接处吸收大致相同的热量，降低了其他电池堆120中距离连接处近的电池单体的温度过高而发生热失控的可能性。此外，对于整个电池系统来说，无论哪一个电池单体的温度较高，热量在从该温度较高的电池单体到其他电池堆120中的电池单体的传递过程中，特别是初始阶段，多个相对于某一连接处具有相同热阻的电池单体同时从该连接处吸收来自于该温度较高的电池单体的热量。与没有设置隔热件或设置有宽度相同的隔热件的情况(此时相对于连接处近的电池单体热阻相对较小，距离连接处远的电池单体热阻相对较大)相比，更有利于该温度较高的电池单体的热量快速地被传递至其他电池堆120中距离连接处较远的电池单体，使得更多的电池单体同时从相应的连接
处吸收热量，大大降低了该温度较高的电池单体的温度。
33.可选地，电池系统100还包括由柔性材料制成的传热垫(未示出)。柔性材料例如是导热硅橡胶、导热发泡橡胶等。传热垫设置在隔热件170与电池堆120之间。在装配状态下，电池堆120的电池单体的底部可能并不平整。此外，电池堆120与第一热管161之间还设置有宽度方向尺寸不一致的隔热件170。上述情况都有可能对电池单体与第一热管161的热接触带来不利影响。通过由柔性材料制成的传热垫可以有利于电池堆120(更具体地，电池单体)与第一热管161之间的热接触。优选地，传热垫的尺寸大于或等于第一热管161的尺寸，以使得每个电池单体均能与第一热管161形成良好的热接触。
34.可选地，在第一热管161或者第二热管162上可以设置有温度检测装置，以检测电池单体中的温度变化。该温度检测装置可以连接至电池管理系统，以通过电池管理系统输出检测信号。
35.可选地，在电池堆120中，相邻的电池单体之间设置有附加隔热件(未示出)。与上述的隔热件170类似，附加隔热件可以由隔热材料制成，附加隔热件也可以是真空隔热件。附加隔热件可以防止相邻的电池单体之间通过直接的热传导的方式传递热量，特别是在其中一个电池单体的温度较高的情况下。通常来说，相邻的电池单体之间通过直接的热传导的方式传递热量容易导致热量分布不均衡。当电池堆120中某一个电池单体温度较高而即将发生热失控或已经发生热失控时，如果相邻的电池单体之间能够发生直接的热传导，则该温度较高的电池单体的绝大部分热量会通过直接的热传导传递至紧邻该温度较高的电池单体的相邻电池单体，而远离该温度较高的电池单体的其他的电池单体所获得的热量较少，容易使得相邻电池单体的温度也较高，使得该相邻电池单体发生热失控的可能性更大。
36.可选地，电池堆120还包括设置在每个电池单体顶部的汇流排(未示出)。汇流排通常由金属材料制成。一方面，汇流排可以承载电流，以实现电池单体之间的串联连接或者并联连接；另一方面，由于汇流排与每个电池单体均热接触，从而使得每个电池单体的温度趋于一致，大大降低了其中某一个电池单体温度较高而发生热失控的可能性。
37.下面将结合图1、图3和图4详细描述电池堆保持件150。如图1、图3和图4所示，电池堆保持件150包括第一支撑件151、第二支撑件152以及至少一个可变形组件153。第一支撑件151和第二支撑件152沿电池堆120的纵向方向相对设置。可选地，第一支撑件151和第二支撑件152可以由导热性能良好的金属材料(例如铁、铜、铝、钢等)制成。至少一个可变形组件153设置在第一支撑件151与第二支撑件152之间，其中，可变形组件153中的每一者均包括能够朝向彼此弯曲的第一可弯曲件153a和第二可弯曲件153b。第一可弯曲件153a和第二可弯曲件153b可以由柔性材料制成。
38.如图3和图4所示，在本实施例中，电池堆保持件150包括多个可变形组件153。在电池系统100的充电过程中，电池单体会产生膨胀力。当膨胀力足够大时，会挤压电池堆保持件150，使电池堆保持件150中的可变形组件153朝向彼此弯曲而变形，以为电池单体提供合适的变形空间。当第一可弯曲件153a和第二可弯曲件153b变形到彼此接触时，第一可弯曲件153a和第二可弯曲件153b会对电池单体的膨胀产生较大的抵抗力，从而限制电池堆120的变形空间，避免电池单体无限变形。在电池系统100的放电过程中，电池单体产生的膨胀力将逐渐减小，因此，第一可弯曲件153a和第二可弯曲件153b的变形程度将逐渐减小，直到第一可弯曲件153a和第二可弯曲件153b恢复自然状态。优选地，在自然状态下，第一可弯曲
件153a和第二可弯曲件153b本身已经朝向彼此弯曲了。这样，在电池堆保持件150中的可变形组件153由于受到电池单体的膨胀力而变形时，更倾向于以朝向彼此弯曲的方式变形。
39.如图1和图5所示，电池系统100还包括设置在电池堆120上方的排气导流装置130。具体地，在本实施例中，排气导流装置130设置在电池堆120与顶壁114之间。排气导流装置130包括本体131和多个覆盖件132。
40.如图5所示，本体131可以形成为板状。本体131相对于壳体110固定设置在电池堆120上方，使得即使某一个电池单体热失控而产生高温高压气体，这些高温高压气体也不会使本体131移动。需要说明的是，本文中所述的“固定设置”指的是相对固定设置，也就是说只是使用时的位置固定，并不是完全不可拆卸。本体131设置有与多个电池单体对应的多个孔(未示出)。孔的数量与电池单体的数量相同，每个孔与其中一个电池单体对应。每个孔位于与其对应的电池单体的正上方。当其中某一个电池单体发生热失控时，由于热失控而产生的高温高压气体可以通过对应的孔排出。本体131可以由云母或者塑料制成。
41.如图5所示，多个覆盖件132对应于多个孔，并且每个覆盖件132在本体131的上侧覆盖在与其对应的孔上。覆盖件132的数量与孔的数量相同。其中，覆盖件132的尺寸大于与其对应的孔的尺寸。当电池堆120中的任何一个电池单体发生热失控时，该热失控的电池单体会产生大量的高温高压气体。这些高温高压气体在从热失控的电池单体中喷出的瞬间会倾向于向上经由排气导流装置130的本体131上的与该热失控的电池单体对应的孔排出。在此过程中，这些高温高压气体会对覆盖在本体131的对应的孔上的覆盖件132施加较大的向上的冲击力，从而将覆盖件132从孔处吹开，进而穿过孔排出到本体131的上方。此后，这些高温高压气体在本体131的上方由于受到壳体110的顶壁114的阻挡而扩散到该热失控的电池单体周围的其他电池单体上方的空间并且通过本体131与其他电池单体分隔开。对于该热失控的电池单体周围的其他电池单体而言，由于覆盖件132在本体131的上侧覆盖在本体131的与这些电池单体对应的孔上，并且覆盖件132的尺寸大于对应的孔的尺寸，因此位于本体131上侧的这些高温高压气体不会向下将覆盖件132从孔吹开，从而这些高温高压气体不会经由孔而排到其他未发生热失控的电池单体周围，从而避免这些高温高压气体接触其他未发生热失控的电池单体，保护其他电池单体不受高温高压气体的损害。
42.在本实施例中，每个电池堆120上均设置有一个排气导流装置130，也就是说，壳体110的内腔111中设置有十二个排气导流装置130。
43.优选地，覆盖件132连接至本体131。具体地，覆盖件132可以通过粘合、焊接、卡槽连接或者其他工艺连接至本体131。需要说明的是，此处的连接工艺的目的不是将覆盖件132与本体131牢固的连接在一起，而是通过连接工艺使覆盖件132与本体131之间形成较小的结合力，该结合力在通常情况下可以使得覆盖件132与本体131固定在一起，但是当受到高温高压气体的冲击的情况下，覆盖件132可以与本体131分开。例如，可以通过诸如耐热胶棒打胶焊接的焊接工艺使覆盖件132与本体131之间形成较小的结合力。某一个电池单体由于热失控产生的高温高压气体能够从本体131的下侧从下往上将覆盖件132从孔处吹开，从而通过与其对应的孔排出到本体131的上方。覆盖件132可以由云母制成。
44.如图1所示，电池系统100还包括压靠件140。压靠件140相对于壳体110固定设置。具体地，在本实施例中，压靠件140连接至电池堆120的纵向端部处的电池堆保持件150。压靠件140压靠在本体131上。通过压靠件140和电池堆120可以限制本体131在竖向方向上的
移动，并且通过壳体110、电池堆保持件150等限制本体131在水平面内的移动，从而使得本体131相对于壳体110固定。如此，当电池堆120中的任何一个电池单体发生热失控时，由于该电池单体热失控产生的高温高压气体不会使本体131移动。优选地，压靠件140可以由导热性能良好的金属材料(例如铁、铜、铝、钢等)制成。如此，一方面可以提供良好的导热性能，以便在电池单体发生热失控之前将温度较高的电池单体的热量及时地传递至其他电池单体，减小其中某一个电池单体由于温度过高而发生热失控的可能性；另一方面，可以提供压靠本体131所需的机械强度。
45.优选地，如图5所示，孔和覆盖件132的尺寸被设置为当覆盖件132覆盖在与其对应的孔上时，覆盖件132的两侧与本体131的侧部边缘间隔开预定距离，以在本体131上形成按压部(例如第一按压部131a和第二按压部131b)。需要说明的是，本文中所述的“侧部”是相对于本体131的宽度方向而言的。本体131的纵向方向平行于电池单体的排列方向，本体131的宽度方向垂直于纵向方向。压靠件140压靠在按压部上。也就是说，压靠件140与覆盖件132是间隔开的。以此方式设计，当压靠件140压靠在本体131上时，压靠件140仅压靠在按压部上，而不会压靠在覆盖件132上，从而避免在其中某一个电池单体发生热失控而产生高温高压气体时覆盖件132受到压靠件140的阻碍而不能被这些高温高压气体吹开。此外，多个覆盖件132之间沿本体131的纵向方向是间隔开的，以便某一个覆盖件132在受到高温高压气体的冲击而被吹开时，不受其他覆盖件132的干扰。
46.需要说明的是，当壳体110中容纳有多个电池堆120时，沿纵向方向排列的多个电池堆120可以共用一个压靠件140，也可以分别设置有单独的压靠件140。
47.在本发明的第二方面中，还提供一种车辆，该车辆设置有上述的任何一种电池系统。这里为了简洁，不再赘述。
48.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
49.尽管结合实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员应理解，上文的描述和附图仅是示例性而非限制性的，本发明不限于所公开的实施例。在不偏离本发明的精神的情况下，各种改型和变体是可能的。