Область техники
Варианты осуществления изобретения относятся к области батарей и, более конкретно, к батарее, энергопотребляющему устройству, а также способу и устройству для изготовления батареи.
Уровень техники
Экономия энергии и уменьшение выбросов являются ключевыми факторами для эффективного развития автомобильной промышленности. В этом случае электрические транспортные средства стали важной частью эффективного развития автомобильной промышленности благодаря своим преимуществам применительно к экономии энергии и экологичности. Для электрических транспортных средств технология батарей является важным фактором, связанным с их развитием.
В развитии технологии батарей, в дополнение к улучшению производительности батарей, также нельзя игнорировать вопрос безопасности. Если безопасность батарей нельзя обеспечить, батареи нельзя использовать. Следовательно, повышение безопасности батарей является технической задачей, требующей срочного решения в технологии батарей.
Раскрытие изобретения
В вариантах осуществления настоящего изобретения предоставлены батарея, энергопотребляющее устройство, способ и устройство для изготовления батареи, которые могут повысить безопасность батареи.
В первом аспекте предоставлена батарея, содержащая: батарейный элемент, содержащий механизм сброса давления, при этом по меньшей мере часть механизма сброса давления выступает наружу из первой стенки батарейного элемента, и механизм сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента достигает порогового значения; и терморегулирующий компонент для содержания текучей среды с целью регулировки температуры батарейного элемента; при этом первая поверхность терморегулирующего компонента прикреплена к первой стенке батарейного элемента, первая поверхность терморегулирующего компонента снабжена камерой обхода, и камера обхода выполнена с возможностью приема по меньшей мере части механизма сброса давления.
В техническом решении вариантов осуществления настоящего изобретения первая поверхность терморегулирующего компонента снабжена камерой обхода для вмещения по меньшей мере части механизма сброса давления. Таким образом, первая стенка батарейного элемента может быть плотно прикреплена к поверхности терморегулирующего компонента. С одной стороны, это способствует фиксации батарейного элемента и может экономить пространство и улучшать эффективность терморегулирования, с другой стороны, при приведении в действие механизма сброса давления выбросы из батарейного элемента могут быть выпущены в направлении камеры обхода и в сторону от батарейного элемента, тем самым уменьшая риск, обусловленный выбросами, и повышая безопасность батареи.
В некоторых вариантах осуществления изобретения часть первой стенки вокруг механизма сброса давления выступает наружу, и камера обхода дополнительно выполнена с возможностью приема выступающей наружу части первой стенки вокруг механизма сброса давления.
В случае приема части первой стенки вокруг механизма сброса давления камера обхода может обеспечивать возможность плотного прикрепления первой стенки батарейного элемента к поверхности терморегулирующего компонента, что способствует фиксации батарейного элемента и может экономить пространство и улучшать эффективность терморегулирования.
В некоторых вариантах осуществления изобретения камера обхода выполнена с возможностью обеспечения пространства деформации для механизма сброса давления, вследствие чего механизм сброса давления деформируется в направлении терморегулирующего компонента и растрескивается.
Обеспечение наличия камеры обхода позволяет механизму сброса давления деформироваться в направлении терморегулирующего компонента и растрескиваться, и выбросы из батарейного элемента могут быть выпущены в направлении камеры обхода и в сторону от батарейного элемента.
В некоторых вариантах осуществления изобретения глубина камеры обхода связана с размером механизма сброса давления.
В некоторых вариантах осуществления изобретения камера обхода имеет глубину более 1 мм.
В некоторых вариантах осуществления изобретения нижняя стенка камеры обхода снабжена ослабленной зоной, и ослабленная зона выполнена с возможностью повреждения выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента, при приведении в действие механизма сброса давления, вследствие чего выбросы проходят через ослабленную зону.
Поскольку нижняя стенка камеры обхода слабее, чем другие участки терморегулирующего компонента, нижняя стенка легко повреждается выбросами. При приведении в действие механизма сброса давления выбросы могут повреждать нижнюю стенку камеры обхода и проходить через терморегулирующий компонент.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ослабленная зона имеет толщину, которая меньше или равна 3 мм.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ослабленная зона имеет более низкую температуру плавления, чем остальная часть терморегулирующего компонента.
В некоторых вариантах осуществления изобретения материал ослабленной зоны имеет температуру плавления ниже 400°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения терморегулирующий компонент содержит первую теплопроводную пластину и вторую теплопроводную пластину, первая теплопроводная пластина расположена между первой стенкой и второй теплопроводной пластиной и прикреплена к первой стенке, первый участок первой теплопроводной пластины углублен в направлении второй теплопроводной пластины с образованием камеры обхода, и первый участок соединен со второй теплопроводной пластиной.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первый участок снабжен сквозным отверстием, и радиальный размер сквозного отверстия меньше, чем радиальный размер камеры обхода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения толщина второй теплопроводной пластины, которая соответствует сквозному отверстию, меньше, чем толщина второй теплопроводной пластины в других участках. Таким образом, ослабленная зона легче повреждается выбросами.
В некоторых вариантах осуществления изобретения часть терморегулирующего компонента вокруг камеры обхода может быть повреждена выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента.
При приведении в действие механизма сброса давления терморегулирующий компонент повреждается, и текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента, вследствие чего тепло из батарейного элемента может быть поглощено и температура выбросов снижена, что, в свою очередь, уменьшает риск, обусловленный выбросами.
В некоторых вариантах осуществления изобретения боковая поверхность камеры обхода может быть повреждена выбросами, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента.
При приведении в действие механизма сброса давления выбросы из батарейного элемента устремляются в камеру обхода. Поскольку нижняя стенка камеры обхода является слабой, выбросы повреждают нижнюю стенку камеры обхода и проходят через терморегулирующий компонент. Кроме того, выбросы, устремляющиеся в камеру обхода, также расплавляют боковую поверхность камеры обхода, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента, тем самым охлаждая горячие выбросы.
В некоторых вариантах осуществления изобретения радиальный размер камеры обхода постепенно уменьшается в направлении в сторону от механизма сброса давления. Это может увеличивать площадь контакта с выбросами и способствовать повреждению выбросами.
В некоторых вариантах осуществления изобретения вторая стенка батарейного элемента снабжена электродным выводом, и вторая стенка отличается от первой стенки.
Механизм сброса давления и электродные выводы предусмотрены на разных стенках батарейного элемента, вследствие чего при приведении в действие механизма сброса давления выбросы из батарейного элемента могут быть дальше от электродных выводов, тем самым уменьшая воздействие выбросов на электродные выводы и компонент в виде шины и, следовательно, повышая безопасность батареи.
В некоторых вариантах осуществления вторая стенка расположена напротив первой стенки.
В некоторых вариантах осуществления изобретения механизм сброса давления представляет собой чувствительный к температуре механизм сброса давления, выполненный с возможностью расплавления, когда внутренняя температура батарейного элемента достигает порогового значения; и/или механизм сброса давления представляет собой чувствительный к давлению механизм сброса давления, выполненный с возможностью растрескивания, когда внутреннее давление батарейного элемента достигает порогового значения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения батарея дополнительно содержит: электротехническую камеру для размещения множества батарейных элементов; и камеру сбора, выполненную с возможностью сбора выбросов, выпускаемых из батарейных элементов при приведении в действие механизма сброса давления; при этом терморегулирующий компонент выполнен с возможностью изолирования электротехнической камеры от камеры сбора.
Электротехническая камера для приема батарейного элемента отделена от камеры сбора для сбора выбросов посредством терморегулирующего компонента. При приведении в действие механизма сброса давления выбросы из батарейного элемента поступают в камеру сбора, а не в электротехническую камеру, или их небольшое количество поступает в электротехническую камеру, вследствие чего электрические соединения в электротехнической камере не будут затронуты, и, таким образом, может быть повышена безопасность батареи.
В некоторых вариантах осуществления изобретения терморегулирующий компонент имеет стенку, которая является общей для электротехнической камеры и камеры сбора.
Поскольку терморегулирующий компонент имеет стенку, которая является общей для электротехнической камеры и камеры сбора, выбросы могут быть максимально изолированы от электротехнической камеры, таким образом уменьшая риск, обусловленный выбросами, и повышая безопасность батареи.
В некоторых вариантах осуществления изобретения батарея дополнительно содержит защитный элемент, при этом защитный элемент выполнен с возможностью защиты терморегулирующего компонента, при этом защитный элемент и терморегулирующий компонент образуют камеру сбора.
Камера сбора, образованная защитным элементом и терморегулирующим компонентом, может эффективно собирать и амортизировать выбросы и уменьшать риск, обусловленный ими.
В некоторых вариантах осуществления изобретения электротехническая камера изолирована от камеры сбора терморегулирующим компонентом.
Камера сбора не находится в сообщении с электротехнической камерой, и жидкость или газ и т.д. в камере сбора не может поступать в электротехническую камеру, вследствие чего электротехническая камера может быть лучше защищена.
В некоторых вариантах осуществления изобретения терморегулирующий компонент выполнен с возможностью повреждения выбросами при приведении в действие механизма сброса давления, вследствие чего выбросы проходят через терморегулирующий компонент и поступают в камеру сбора.
Во втором аспекте предоставлено энергопотребляющее устройство, содержащее батарею согласно первому аспекту.
В некоторых вариантах осуществления изобретения энергопотребляющее устройство представляет собой транспортное средство, корабль или космический аппарат.
В третьем аспекте предоставлен способ изготовления батареи, включающий в себя: обеспечение наличия батарейного элемента, при этом батарейные элементы содержат механизм сброса давления, при этом по меньшей мере часть механизма сброса давления выступает наружу от первой стенки батарейного элемента, и механизм сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента достигает порогового значения; обеспечение наличия терморегулирующего компонента, при этом терморегулирующий компонент выполнен с возможностью содержания текучей среды, и первую поверхность терморегулирующего компонента снабжают камерой обхода; и прикрепление первой поверхности терморегулирующего компонента к первой стенке батарейного элемента и прием по меньшей мере части механизма сброса давления камерой обхода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения часть первой стенки вокруг механизма сброса давления выступает, и камера обхода выполнена с возможностью приема выступающей части первой стенки вокруг механизма сброса давления.
В некоторых вариантах осуществления изобретения камера обхода может обеспечивать пространство деформации для механизма сброса давления, вследствие чего механизм сброса давления деформируется в направлении терморегулирующего компонента и растрескивается.
В некоторых вариантах осуществления изобретения нижняя стенка камеры обхода снабжена ослабленной зоной, и ослабленная зона выполнена с возможностью повреждения выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента, при приведении в действие механизма сброса давления, вследствие чего выбросы проходят через ослабленную зону.
В некоторых вариантах осуществления изобретения часть терморегулирующего компонента вокруг камеры обхода может быть повреждена выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента.
В четвертом аспекте предоставлено устройство для изготовления батареи, содержащее модуль для осуществления способа согласно третьему аспекту, описанному выше.
Прилагаемые графические материалы, описанные в этом документе, предназначены для обеспечения дополнительного понимания настоящей заявки и составляют часть настоящей заявки. Иллюстративные варианты осуществления настоящей заявки и их описание предназначены для пояснения настоящей заявки и не представляют собой ненадлежащее ограничение настоящей заявки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано транспортное средство согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 2 схематично показано конструкция батареи согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 3 схематично показано конструкция батарейного модуля согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 4 представлен покомпонентный вид батарейного элемента согласно варианту осуществления настоящей заявки;
на фиг. 5 показан покомпонентный вид батарейного элемента согласно другому варианту осуществления изобретения;
на фиг. 6 схематично показано конструкция батареи согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 7a схематично показана на виде в плане батарея согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 7b схематично показана батарея по фиг. 7a в поперечном разрезе вдоль линии A-A;
на фиг. 7c показана часть B батареи в увеличенном масштабе, по фиг. 7b;
на фиг. 8a схематично показан на виде в перспективе терморегулирующий компонент согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 8b схематически показан терморегулирующий компонент по фиг. 8a в поперечном разрезе вдоль A-A;
на фиг. 8c показан покомпонентный вид терморегулирующего компонента согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 9-14 схематично показаны конструкции батареи согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;
на фиг. 15 показан покомпонентный вид батареи согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 16 показана блок-схема способа изготовления батареи согласно варианту осуществления изобретения; и
на фиг. 17 показана блок-схема устройства для изготовления батареи согласно варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Чтобы сделать цели, технические решения и преимущества вариантов осуществления изобретения более понятными, технические решения в вариантах осуществления изобретения будут ясно описаны ниже со ссылкой на графические материалы для вариантов осуществления изобретения. Очевидно, что описанные варианты осуществления представляют собой некоторые, а не все варианты осуществления изобретения. Все другие варианты осуществления, полученные без творческих усилий специалистом в данной области техники на основании вариантов осуществления изобретения, должны входить в объем правовой охраны изобретения.
Если не определено иное, то все технические и научные термины, используемые в заявке, имеют такое же значение, что и термины, обычно понятные специалистам в области техники, к которой относится настоящая заявка. Термины, используемые в описании, служат исключительно для цели описания конкретных вариантов осуществления и не предназначены для ограничения настоящей заявки. Предполагается, что слова «содержащий» и «имеющий» и их любые вариации в описании и формуле изобретения настоящей заявки, а также в вышеприведенном описании прилагаемых графических материалов охватывают неисключительные включения. Слова «первый», «второй» и т.п. в описании и формуле изобретения настоящей заявки, а также в указанных выше графических материалах используются для разграничения разных объектов, а не для описания конкретного порядка или отношения «основной-вспомогательный».
Выражение «варианты осуществления», используемое в настоящей заявке, означает, что описания конкретных признаков, конструкций и характеристик в сочетании с вариантами осуществления включены в по меньшей мере один вариант осуществления изобретения. Выражение в разных местах описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления или к отдельному или альтернативному варианту осуществления, исключающему другой вариант осуществления. Специалистам в данной области техники понятно, явным и неявным образом, что вариант осуществления изобретения, описанный в настоящей заявке, может быть объединен с другим вариантом осуществления изобретения.
Следует отметить, что в описании настоящей заявки, если явным образом не указано и определено иначе, слова «устанавливать», «соединять», «соединение» и «прикрепление» необходимо понимать в широком смысле, например, они могут обозначать неподвижное соединение, разъемное соединение или интегрированное соединение; могут обозначать прямое соединение, а также могут обозначать непрямое соединение через промежуточный элемент или могут обозначать связь между внутренними частями двух элементов. Специалист в данной области техники может понимать конкретные значения вышеприведенных слов в настоящей заявке согласно конкретным обстоятельствам.
В настоящей заявке термин «и/или» является лишь отношением ассоциации, описывающим связанные объекты, что означает возможное наличие трех отношений, например, A и/или B могут представлять три ситуации: существует только A; существует как A, так и B; и существует только B. Кроме того, символ «/» в настоящей заявке в целом указывает на то, что связанные объекты до и после этого символа находятся в отношении «или».
В настоящей заявке выражение «множество» означает два или больше (включая два), подобным образом, «множество групп» означает две или больше групп (включая две группы), и «множество листов» означает два или больше листов (включая два листа).
В настоящей заявке батарейный элемент может содержать литий-ионную вторичную батарею, литий-ионную первичную батарею, литий-серную батарею, натрий/литий-ионную батарею, натрий-ионную батарею или магний-ионную батарею и т.д., что не ограничено вариантами осуществления настоящей заявки. Батарейный элемент может иметь цилиндрическую, плоскую, кубовидную или другую форму, что не ограничено вариантами осуществления настоящей заявки. Батарейный элемент обычно делится на три типа согласно способу упаковки: цилиндрический батарейный элемент, призматический батарейный элемент и пакетный батарейный элемент, что не ограничивается вариантами осуществления настоящей заявки.
Батарея, упомянутая в вариантах осуществления настоящей заявки, относится к единственному физическому модулю, содержащему один или несколько батарейных элементов для обеспечения более высоких напряжения и емкости. Например, батарея, упомянутая в настоящей заявке, может содержать батарейный модуль или батарейный блок и т.д. Батарея обычно содержит кожух для заключения одного или нескольких батарейных элементов. Кожух может предотвращать воздействие жидкости или других инородных тел на зарядку или разрядку батарейного элемента.
Батарейный элемент содержит электродный узел и раствор электролита, и электродный узел состоит из положительного листового электрода, отрицательного листового электрода и изоляционной пленки. Работа батарейного элемента в целом основана на перемещении ионов металла между положительным листовым электродом и отрицательным листовым электродом. Положительный листовой электрод содержит токоприемник положительного электрода и слой активного материала положительного электрода. Слой активного материала положительного электрода образует покрытие на поверхности токоприемника положительного электрода, и токоприемник, не покрытый слоем активного материала положительного электрода, выступает от токоприемника, покрытого слоем активного материала положительного электрода, и используется в качестве контактного вывода положительного электрода. Если рассматривать в качестве примера литий-ионную батарею, материалом токоприемника положительного электрода может быть алюминий, и активным материалом положительного электрода могут быть оксиды лития-кобальта, литий-железо-фосфат, тройной литий или манганат лития и т.д. Отрицательный листовой электрод содержит токоприемник отрицательного электрода и слой активного материала отрицательного электрода. Слой активного материала отрицательного электрода образует покрытие на поверхности токоприемника отрицательного электрода, и токоприемник, не покрытый слоем активного материала отрицательного электрода, выступает от токоприемника, покрытого слоем активного материала отрицательного электрода, и используется в качестве контактного вывода отрицательного электрода. Материалом токоприемника отрицательного электрода может быть медь, и активным материалом отрицательного электрода может быть углерод или кремний и т.д. Чтобы предотвратить оплавление при прохождении тока большой силы, имеется множество контактных выводов положительного электрода, собранных вместе, и имеется множество контактных выводов отрицательного электрода, собранных вместе. Материалом изоляционной пленки может быть полипропилен или полиэтилен и т.д. Кроме этого, электродный узел может иметь спиральную структуру или многослойную структуру, и варианты осуществления изобретения не ограничены этим. С развитием технологии батарей необходимо учитывать много факторов проектирования, таких как удельная энергия, предельное количество циклов, разрядная емкость, время до полной зарядки или разрядки и другие параметры производительности. Кроме этого, также необходимо учитывать безопасность батареи.
Применительно к батарейному элементу, основные угрозы безопасности происходят из процессов зарядки и разрядки, и также необходимо подходящее проектирование с учетом окружающей температуры. Чтобы эффективно избегать ненужных потерь, по меньшей мере тройные меры защиты обычно используют для батарейного элемента. В частности, меры защиты предусматривают по меньшей мере переключающий элемент, надлежащим образом выбранный материал изоляционной пленки и механизм сброса давления. Переключающий элемент относится к элементу, который может останавливать зарядку или разрядку батареи, когда температура или сопротивление в батарейном элементе достигает определенного порогового значения. Изоляционная пленка выполнена с возможностью изолирования положительного листового электрода от отрицательного листового электрода и может автоматически устранять микропоры размером с микрон (или даже наноразмерные), прикрепленные к изоляционной пленке, когда температура повышается до определенного значения, таким образом предотвращая прохождение ионов металла через изоляционную пленку и прекращая внутреннюю реакцию батарейного элемента.
Механизм сброса давления относится к элементу или компоненту, который приводится в действие для снижения внутреннего давления или температуры, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента достигает предопределенного порогового значения. Проектировка порогового значения варьируется согласно разным требованиям к проектировке. Пороговое значение может зависеть от материала одного или нескольких из положительного листового электрода, отрицательного листового электрода, раствора электролита и изоляционной пленки в батарейном элементе. Механизм сброса давления может быть выполнен в виде противовзрывного клапана, воздушного клапана, клапана сброса давления или предохранительного клапана и т.д. и, в частности, может содержать чувствительный к давлению или чувствительный к температуре элемент или конструкцию. То есть, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента достигает предопределенного порогового значения, механизм сброса давления выполняет действие, или ослабленная конструкция, выполненная в механизме сброса давления, повреждается, тем самым образуя проем или канал для снижения внутреннего давления или температуры.
«Приведение в действие», упомянутое в настоящей заявке, означает, что механизм сброса давления действует или активируется в определенное состояние, вследствие чего внутреннее давление и температура батарейного элемента могут быть снижены. Действие, выполняемое механизмом сброса давления, может включать, но без ограничения, следующее: растрескивание, разрушение, разрыв или открытие и т.д. по меньшей мере части механизма сброса давления. При приведении в действие механизма сброса давления вещества с высокой температурой и высоким давлением внутри батарейного элемента выпускаются наружу в виде выбросов из положения приведения в действие. Таким образом, давление и температура в батарейном элементе могут быть снижены до контролируемого давления или температуры, тем самым избегая потенциально более серьезных аварийных ситуаций.
Выбросы из батарейного элемента, упомянутые в настоящей заявке, без ограничения включают в себя: раствор электролита, растворенные или расколотые положительный и отрицательный листовые электроды, фрагменты изоляционной пленки, газ с высокой температурой и под высоким давлением, выработанный посредством реакции, пламя и т.д.
Механизм сброса давления на батарейном элементе оказывает большое воздействие на безопасность батареи. Например, когда возникает короткое замыкание, избыточный заряд и другие явления, они могут привести к тепловому пробою внутри батарейного элемента, который приводит к резкому росту давления или температуры. В этом случае внутреннее давление и температура могут быть снижены путем отведения наружу посредством приведения в действие механизма сброса давления, чтобы предотвратить взрыв и возгорание батарейного элемента.
В текущих конструкторских решениях механизма сброса давления главной задачей является снижение высокого давления и высокой температуры внутри батарейного элемента, т.е. выпуск выбросов наружу от батарейного элемента. Однако для обеспечения выходного напряжения или силы тока батареи часто требуется множество батарейных элементов, электрически соединенных друг с другом посредством компонента в виде шины. Выбросы, выпущенные из внутренней части батарейного элемента, могут привести к короткому замыканию других батарейных элементов. Например, когда выпущенные металлические обломки электрически соединяют два компонента в виде шины, может произойти короткое замыкание батареи с созданием тем самым потенциальной угрозы безопасности. Кроме этого, выбросы с высокой температурой и под высоким давлением выпускаются в направлении механизма сброса давления, выполненного в батарейном элементе, и, в частности, могут быть выпущены в направлении участка, где приводится в действие механизм сброса давления. Сила и разрушительное действие таких выбросов могут быть значительными или даже могут быть достаточными для того, чтобы прорваться сквозь одну или несколько конструкций в этом направлении, вызывая дополнительные проблемы с безопасностью.
Учитывая это, варианты осуществления изобретения предоставляют техническое решение, в котором поверхность терморегулирующего компонента снабжена камерой обхода для приема по меньшей мере части механизма сброса давления. При приведении в действие механизма сброса давления выбросы из батарейного элемента могут быть выпущены в направлении камеры обхода и в сторону от батарейного элемента, тем самым уменьшая риск, обусловленный выбросами, и повышая безопасность батареи.
Терморегулирующий компонент выполнен с возможностью размещения текучей среды для регулировки температур множества батарейных элементов. В этом случае текучая среда может представлять собой жидкость или газ, и регулировка температуры означает нагревание или охлаждение множества батарейных элементов. В случае охлаждения или понижения температур батарейных элементов, терморегулирующий компонент выполнен с возможностью вмещения охлаждающей текучей среды для понижения температур множества батарейных элементов. В этом случае терморегулирующий компонент также может называться охлаждающим компонентом, охлаждающей системой или охлаждающей пластиной и т.д. Текучая среда, размещенная в терморегулирующем компоненте, также может называться охлаждающей средой или охлаждающей текучей средой и, в частности, может называться охлаждающей жидкостью или охлаждающим газом. Кроме этого, терморегулирующий компонент также может использоваться для нагревания с целью повышения температур множества батарейных элементов, что не ограничено вариантами осуществления изобретения. Необязательно текучая среда может течь циркулирующим образом для достижения лучших результатов регулировки температуры. Необязательно текучая среда может представлять собой воду, смесь воды и этиленгликоля или воздух и т.д.
Электротехническая камера, упомянутая в настоящей заявке, используется для приема нескольких батарейных элементов и компонента в виде шины. Электротехническая камера может быть герметичной или негерметичной. Электротехническая камера обеспечивает пространство установки для батарейных элементов и компонента в виде шины. В некоторых вариантах осуществления изобретения конструкция, выполненная с возможностью фиксации батарейных элементов, также может быть выполнена в электротехнической камере. Форма электротехнической камеры может быть определена в соответствии с множеством батарейных элементов и компонентом в виде шины, которые вмещены в ней. В некоторых вариантах осуществления изобретения электротехническая камера может представлять собой куб с шестью стенками. Поскольку батарейные элементы в электротехнической камере образуют более высокое выходное напряжение посредством электрического соединения, электротехническая камера также может называться «высоковольтной камерой».
Компонент в виде шины, упомянутый в настоящей заявке, используется для реализации электрического соединения между множеством батарейных элементов, такого как параллельное или последовательное соединение или параллельно-последовательное соединение. Компонент в виде шины может реализовывать электрическое соединение между батарейными элементами путем соединения электродных выводов батарейных элементов. В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент в виде шины может быть зафиксирован на электродных выводах батарейных элементов посредством сварки. Аналогично «высоковольтной камере», электрическое соединение, образованное компонентом в виде шины, также может называться «высоковольтным соединением».
Камера сбора, упомянутая в настоящей заявке, используется для сбора выбросов и может быть герметичной или негерметичной. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера сбора может содержать воздух или другой газ. В камере сбора нет электрического соединения с выходным напряжением. Аналогично «высоковольтной камере», камера сбора также может называться «низковольтной камерой». Необязательно или дополнительно камера сбора также может содержать жидкость, такую как охлаждающая среда, или компонент для размещения жидкости также может быть выполнен в камере сбора для дальнейшего охлаждения выбросов, поступающих в камеру сбора. Кроме этого, необязательно газ или жидкость в камере сбора течет циркулирующим образом.
Все технические решения, описанные в вариантах осуществления изобретения, применимы в различных устройствах, использующих батареи, таких как мобильные телефоны, портативные устройства, ноутбуки, электромобили, электронные игрушки, электрические инструменты, электрические транспортные средства, корабли и космические летательные аппараты. Например, космические летательные аппараты включая самолеты, ракеты, космические челноки, космические корабли и т.д.
Следует понимать, что технические решения, описанные в вариантах осуществления изобретения, не только применимы к вышеприведенным устройствам, но также применимы ко всем устройствам, использующим батареи. Однако в целях краткости следующие варианты осуществления используют электрические транспортные средства в качестве примера для описания.
Например, на фиг. 1 схематично показана конструкция транспортного средства 1 согласно варианту осуществления изобретения. Транспортное средство 1 может представлять собой транспортное средство, работающее на топливе, транспортное средство, работающее на газе, или транспортное средство, работающее на новых видах энергии. Транспортное средство, работающее на новых видах энергии, может представлять собой электрическое транспортное средство, работающее от батареи, гибридное транспортное средство, или транспортное средство с увеличенным запасом хода, или т.п. Двигатель 40, контроллер 30 и батарея 10 могут быть выполнены внутри транспортного средства 1, и контроллер 30 выполнен с возможностью управления батареей 10 для подачи энергии двигателю 40. Например, батарея 10 может быть выполнена в нижней части, или в передней части, или в задней части транспортного средства 1. Батарея 10 может быть выполнена с возможностью подачи энергии транспортному средству 1. Например, батарея 10 может использоваться в качестве рабочего источника энергии транспортного средства 1 и используется для электрической системы транспортного средства 1, например, для подачи требуемой рабочей энергии транспортному средству 1 во время запуска, навигации и эксплуатации. В другом варианте осуществления изобретения батарея 10 может использоваться не только в качестве рабочего источника энергии транспортного средства 1, но также в качестве источника энергии привода транспортного средства 1, заменяя или частично заменяя топливо или природный газ для обеспечения энергии привода для транспортного средства 1.
Чтобы соответствовать разным требованиям к энергии, батарея может содержать множество батарейных элементов, при этом множество батарейных элементов могут образовывать параллельное соединение, последовательное соединение или последовательно-параллельное соединение. Последовательно-параллельное соединение относится к комбинации последовательного соединения и параллельного соединения. Батарея также может называться батарейным блоком. Необязательно множество батарейных элементов могут быть сначала соединены последовательно, параллельно или последовательно и параллельно для образования батарейных модулей, а затем несколько батарейных модулей соединены последовательно, параллельно или последовательно и параллельно для образования батареи. То есть множество батарейных элементов могут непосредственно образовывать батарею или сначала могут образовывать батарейные модули, а затем батарейные модули образуют батарею.
Например, как показано на фиг. 2, которая является схематическим структурным изображением батареи 10 согласно варианту осуществления изобретения, батарея 10 может содержать множество батарейных элементов 20. Батарея 10 может дополнительно содержать кожух (или оболочку), внутренняя часть которого (которой) представляет собой полую конструкцию, и множество батарейных элементов 20 размещены в кожухе. Как показано на фиг. 2, кожух может содержать две части, которые называются первой частью 111 и второй частью 112 соответственно, и первая часть 111 и вторая часть 112 скреплены вместе. Формы первой части 111 и второй части 112 могут быть определены в соответствии с формой объединенного множества батарейных элементов 20, и каждая из первой части 111 и второй части 112 может иметь проем. Например, каждая из первой части 111 и второй части 112 может представлять собой полый кубоид, и каждая из них имеет только одну поверхность с проемом, и проем первой части 111 расположен напротив проема второй части 112. Первая часть 111 и вторая часть 112 скреплены друг с другом так, чтобы образовывать кожух с закрытой камерой. Множество батарейных элементов 20 объединены посредством параллельного соединения, или последовательного соединения, или последовательно-параллельного соединения, а затем помещены в кожух, образованный скреплением первой части 111 со второй частью 112.
Необязательно батарея 10 может также содержать другие конструкции, которые не будут подробно описаны в настоящем документе. Например, батарея 10 может также содержать компонент в виде шины. Компонент в виде шины выполнен с возможностью реализации электрического соединения между множеством батарейных элементов 20, такого как параллельное соединение, последовательное соединение или последовательно-параллельное соединение. В частности, компонент в виде шины может реализовывать электрическое соединение между батарейными элементами 20 путем соединения электродных выводов батарейных элементов 20. Кроме того, компонент в виде шины может быть зафиксирован на электродных выводах батарейных элементов 20 посредством сварки. Электрическая энергия множества батарейных элементов 20 может быть передана дальше через электропроводящий механизм, проходящий через кожух. Необязательно электропроводящий механизм также может относиться к компоненту в виде шины.
В соответствии с разными требованиями к энергии можно задать любое количество батарейных элементов 20. Множество батарейных элементов 20 могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно и параллельно для реализации более высокой емкости или мощности. Поскольку много батарейных элементов 20 могут содержаться в каждой батарее 10, батарейные элементы 20 могут быть расположены группами для удобства установки, и каждая группа батарейных элементов 20 составляет батарейный модуль. Количество батарейных элементов 20, содержащихся в батарейном модуле, не ограничено и может быть задано согласно необходимости. Например, на фиг. 3 показан пример батарейного модуля. Батарея может содержать множество батарейных модулей, и эти батарейные модули могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно и параллельно.
На фиг. 4 схематично показана конструкция батарейного элемента 20 согласно варианту осуществления изобретения. Батарейный элемент 20 содержит один или несколько электродных узлов 22, корпус 211 и закрывающую пластину 212. Система координат, показанная на фиг. 4, является такой же, как и на фиг. 3. Корпус 211 и закрывающая пластина 212 образуют оболочку или батарейный ящик 21. Каждое из стенки корпуса 211 и покровной пластины 212 считается стенкой батарейного элемента 20. Форма корпуса 211 соответствует форме одного или нескольких электродных узлов 22 после объединения. Например, корпус 211 может представлять собой полый кубоид, или куб, или цилиндр, и одна поверхность корпуса 211 имеет проем, вследствие чего один или несколько электродных узлов 22 могут быть помещены в корпус 211. Например, когда корпус 211 представляет собой полый кубоид или куб, одна плоскость корпуса 211 представляет собой поверхность с проемом, т.е. плоскость не имеет стенки, вследствие чего пространства внутри и снаружи корпуса 211 находятся в сообщении друг с другом. Когда корпус 211 представляет собой полый цилиндр, торцевая поверхность корпуса 211 представляет собой поверхность с проемом, т.е. торцевая поверхность не имеет стенки, вследствие чего пространства внутри и снаружи корпуса 211 находятся в сообщении друг с другом. Закрывающая пластина 212 закрывает проем и соединена с корпусом 211 для образования закрытой полости, в которую помещен электродный узел 22. Корпус 211 заполнен электролитом, таким как раствор электролита.
Батарейный элемент 20 может дополнительно содержать два электродных вывода 214, и два электродных вывода 214 могут быть выполнены на закрывающей пластине 212. Закрывающая пластина 212 в общем имеет форму плоской пластины, и два электродных вывода 214 зафиксированы на поверхности плоской пластины, представляющей собой покровную пластину 212. Два электродных вывода 214 представляют собой положительный электродный вывод 214a и отрицательный электродный вывод 214b соответственно. Каждый электродный вывод 214 соответствующим образом оснащен соединительным элементом 23, также называемым токоприемным элементом 23, который находится между покровной пластиной 212 и электродным узлом 22 и выполнен с возможностью электрического соединения электродного узла 22 с электродным зажимом 214.
Как показано на фиг. 4, каждый электродный узел 22 имеет первый контактный вывод 221a электрода и второй контактный вывод 222a электрода. Первый контактный вывод 221a электрода и второй контактный вывод 222a электрода имеют противоположные полярности. Например, когда первый контактный вывод 221a электрода является положительным контактным выводом электрода, второй контактный вывод 222a электрода является отрицательным контактным выводом электрода. Первый контактный вывод 221a электрода одного или нескольких электродных узлов 22 соединен с одним электродным выводом посредством одного соединительного элемента 23, и второй контактный вывод 222a электрода одного или нескольких электродных узлов 22 соединен с другим электродным выводом посредством другого соединительного элемента 23. Например, положительный электродный вывод 214a соединен с положительным контактным выводом электрода посредством одного соединительного элемента 23, и отрицательный электродный вывод 214b соединен с отрицательным контактным выводом электрода посредством другого соединительного элемента 23.
В этом батарейном элементе 20 согласно фактическим эксплуатационным требованиям может находиться один или множество электродных узлов 22. Как показано на фиг. 4, четыре отдельных электродных узла 22 находятся в батарейном элементе 20.
Схематичная конструкция батарейного элемента 20, содержащего механизм 213 сброса давления, согласно другому варианту осуществления изобретения показана, на фиг. 5.
Корпус 211, закрывающая пластина 212, электродный узел 22 и соединительный элемент 23 на фиг. 5 сопоставимы с корпусом 211, закрывающей пластиной 212, электродным узлом 22 и соединительным элементом 23 на фиг. 4 и не будут повторно описаны в настоящем документе для краткости.
Одна стенка батарейного элемента 20, такая как первая стенка 21a, показанная на фиг. 5, может быть дополнительно оснащена механизмом 213 сброса давления. Для удобства отображения первая стенка 21a отделена от корпуса 211 на фиг. 5, но это не означает, что нижняя сторона корпуса 211 имеет проем. Механизм 213 сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления или температуры, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента 20 достигает порогового значения.
Механизм 213 сброса давления может представлять собой часть первой стенки 21a или отделен от первой стенки 21a и зафиксирован на первой стенке 21a посредством, например, сварки. Когда механизм 213 сброса давления представляет собой часть первой стенки 21a, например, механизм 213 сброса давления может быть образован путем выполнения выемки на первой стенке 21a, и толщина первой стенки 21a, которая соответствует выемке, меньше, чем толщина других участков механизма 213 сброса давления, за исключением выемки. Выемка представляет собой самое слабое место механизма 213 сброса давления. Когда лишний газ, выработанный батарейным элементом 20, приводит к тому, что внутреннее давление корпуса 211 повышается и достигает порогового значения, или внутренняя температура батарейного элемента 20 повышается и достигает порогового значения из-за тепла, вырабатываемого внутренней реакцией батарейного элемента 20, механизм 213 сброса давления может растрескиваться в месте выемки, что приводит к сообщению между пространствами внутри и снаружи корпуса 211. Давление и температура газа снижаются путем отведения наружу через трещину в механизме 213 сброса давления с предотвращением тем самым взрыва батарейного элемента 20.
Необязательно в варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 5, в случае, когда механизм 213 сброса давления выполнен на первой стенке 21a батарейного элемента 20, вторая стенка батарейного элемента 20 оснащена электродными зажимами 214 и отличается от первой стенки 21a.
Необязательно вторая стенка расположена напротив первой стенки 21a. Например, первая стенка 21a может быть нижней стенкой батарейного элемента 20, и вторая стенка может быть верхней стенкой батарейного элемента 20, т.е. закрывающей пластиной 212.
Необязательно, как показано на фиг. 5, батарейный элемент 20 также может содержать опорную пластину 24. Опорная пластина 24 находится между электродным узлом 22 и нижней стенкой корпуса 211, может поддерживать электродный узел 22, а также может эффективно предотвращать столкновение электродного узла 22 с закругленными углами вокруг нижней стенки корпуса 211. Кроме этого, опорная пластина 24 может быть снабжена одним или несколькими сквозными отверстиями, например, опорная пластина может быть снабжена множеством равномерно расположенных сквозных отверстий, или, когда механизм 213 сброса давления выполнен на нижней стенке корпуса 211, сквозные отверстия образованы в местах, соответствующих механизму 213 сброса давления, для способствования направлению жидкости и газа. В частности, они могут сообщать пространства верхней поверхности и нижней поверхности опорной пластины 24, и газ, вырабатываемый внутри батарейного элемента 20, и раствор электролита могут свободно проходить через опорную пластину 24.
Механизм 213 сброса давления и электродные выводы 214 выполнены на разных стенках батарейного элемента 20, вследствие чего при приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы из батарейного элемента 20 могут быть больше отдалены от электродных выводов 214, тем самым уменьшая воздействие выбросов на электродные выводы 214 и компонент в виде шины и, следовательно, повышая безопасность батареи.
Кроме того, когда электродные выводы 214 выполнены на закрывающей пластине 212 батарейного элемента 20, механизм 213 сброса давления выполнен на нижней стенке батарейного элемента 20, вследствие чего при приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы из батарейного элемента 20 могут быть выпущены в нижнюю часть батареи 10. Таким образом, риск, обусловленный выбросами, может быть уменьшен путем использования терморегулирующего компонента в нижней части батареи 10, и может быть уменьшен вред пользователям, поскольку нижняя часть батареи 10 обычно находится далеко от пользователей.
Механизм 213 сброса давления может иметь различные возможные конструкции для сброса давления, что не ограничено вариантами осуществления изобретения. Например, механизм 213 сброса давления может представлять собой чувствительный к температуре механизм сброса давления, выполненный с возможностью расплавления, когда внутренняя температура батарейного элемента 20, снабженного механизмом 213 сброса давления, достигает порогового значения; и/или механизм 213 сброса давления может представлять собой чувствительный к давлению механизм сброса давления, выполненный с возможностью растрескивания, когда внутреннее давление газа батарейного элемента 20, снабженного механизмом 213 сброса давления, достигает порогового значения.
На фиг. 6 представлено схематическое изображение батареи 10 согласно варианту осуществления настоящей заявки. Как показано на фиг. 6, батарея 10 может содержать батарейный элемент 20 и терморегулирующий компонент 13.
Батарейный элемент 20 содержит механизм 213 сброса давления, по меньшей мере часть механизма 213 сброса давления выступает наружу от первой стенки 21a батарейного элемента 20, и механизм 213 сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления или температуры, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента 20 достигает порогового значения. Например, батарейный элемент 20 может представлять собой батарейный элемент 20 на фиг. 5.
Терморегулирующий компонент 13 выполнен с возможностью хранения текучей среды для регулировки температур множества батарейных элементов 20. В случае снижения температуры батарейных элементов 20 терморегулирующий компонент 13 может хранить охлаждающую среду для регулировки температур множества батарейных элементов 20. В этом случае терморегулирующий компонент 13 также может называться охлаждающим компонентом, охлаждающей системой или охлаждающей пластиной и т.д. Кроме этого, терморегулирующий компонент 13 также может использоваться для нагревания, что не ограничено вариантами осуществления изобретения. Необязательно текучая среда может течь циркулирующим образом для достижения лучших результатов регулировки температуры.
Первая поверхность терморегулирующего компонента 13 (верхняя поверхность, показанная на фиг. 6) прикреплена к первой стенке 21a. То есть стенка батарейного элемента 20, снабженного механизмом 213 сброса давления, прикреплена к терморегулирующему компоненту 13. Первая поверхность терморегулирующего компонента 13 снабжена камерой 134a обхода, и камера 134a обхода выполнена с возможностью приема по меньшей мере части механизма 213 сброса давления.
Когда механизм 213 сброса давления выполнен на первой стенке 21a батарейного элемента 20, по меньшей мере часть механизма 213 сброса давления может выступать наружу от первой стенки 21a. Это может способствовать установке механизма 213 сброса давления и обеспечивать внутреннее пространство батарейного элемента 20. В варианте осуществления изобретения первая поверхность терморегулирующего компонента 13 снабжена камерой 134a обхода, выполненной с возможностью приема по меньшей мере части механизма 213 сброса давления. Таким образом, первая стенка 21a батарейного элемента 20 может быть плотно прикреплена к поверхности терморегулирующего компонента 13. С одной стороны, это способствует фиксации батарейного элемента 20 и может экономить пространство и улучшать эффективность терморегулирования, с другой стороны, при приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы из батарейного элемента 20 могут быть выпущены в направлении камеры 134a обхода и в сторону от батарейного элемента 20, тем самым уменьшая риск, обусловленный выбросами, и повышая безопасность батареи.
Необязательно в варианте осуществления изобретения камера 134a обхода может представлять собой углубление, но это не ограничивается в вариантах осуществления изобретения.
Необязательно в варианте осуществления изобретения часть первой стенки 21a вокруг механизма 213 сброса давления выступает наружу, и камера 134a обхода выполнена с возможностью приема выступающей наружу части первой стенки 21a вокруг механизма 213 сброса давления.
Подобным образом, в случае выступания наружу части первой стенки 21a вокруг механизма 213 сброса давления камера 134a обхода может обеспечивать возможность плотного прикрепления первой стенки 21a батарейного элемента 20 к поверхности терморегулирующего компонента 13, что способствует фиксации батарейного элемента 20 и может экономить пространство и улучшать эффективность терморегулирования.
При приведении в действие механизм 213 сброса давления деформируется для сообщения пространств внутри и снаружи батарейного элемента 20. Например, применительно к механизму 213 сброса давления, использующему выемку, при приведении в действие механизм 213 сброса давления растрескивается в месте выемки и открывается в направлении двух сторон. Соответственно, механизму 213 сброса давления необходимо определенное пространство деформации. Необязательно в варианте осуществления изобретения камера 134a обхода выполнена с возможностью обеспечения пространства деформации для механизма 213 сброса давления, вследствие чего механизм 213 сброса давления деформируется в направлении терморегулирующего компонента 13 и растрескивается. Соответственно, камера 134a обхода выполнена с возможностью выполнения условия того, что механизм 213 сброса давления может быть открыт при приведении в действие. В частности, глубина камеры 134a обхода связана с размером механизма 213 сброса давления. В качестве варианта осуществления изобретения камера 134a обхода имеет глубину более 1 мм. Например, камера 134a обхода может иметь глубину 3 мм или более 3 мм для дополнительного способствования открытию механизма 213 сброса давления.
Выполнение камеры 134a обхода позволяет механизму 213 сброса давления деформироваться в направлении терморегулирующего компонента 13 и растрескиваться, и выбросы из батарейного элемента 20 могут быть выпущены в направлении камеры 134a обхода и в сторону от батарейного элемента 20. Кроме того, камера 134a обхода может быть выполнена с возможностью обеспечения прохождения выбросов через нее при приведении в действие механизма 213 сброса давления. Таким образом, выбросы могут проходить через терморегулирующий компонент 13 и быстро отводиться из батарейного элемента 20 с уменьшением тем самым риска, вызванного ими, и повышением безопасности батареи.
Необязательно, как показано на фиг. 6, в варианте осуществления изобретения нижняя стенка камеры 134a обхода снабжена ослабленной зоной 135, и ослабленная зона 135 выполнена с возможностью повреждения выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента 20, при приведении в действие механизма 213 сброса давления, вследствие чего выбросы проходят через ослабленную зону 135. Поскольку нижняя стенка камеры 134a обхода слабее, чем другие участки терморегулирующего компонента 13, нижняя стенка легко повреждается выбросами. При приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы могут повреждать нижнюю стенку камеры 134a обхода и проходить через терморегулирующий компонент 13.
Терморегулирующий компонент 13 может образовывать канал для потока текучей среды из теплопроводного материала. Текучая среда течет в канале для потока и проводит тепло через теплопроводный материал для регулировки температуры батарейного элемента 20. Необязательно ослабленная зона может иметь только теплопроводный материал и не содержать текучей среды для образования относительно тонкого слоя теплопроводного материала, который легко повреждается выбросами. Например, нижняя стенка камеры 134a обхода может представлять собой тонкий слой теплопроводного материала для образования ослабленной зоны 135.
Необязательно, как показано на фиг. 7a-7c, в варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 может содержать первую теплопроводную пластину 131 и вторую теплопроводную пластину 132. Первая теплопроводная пластина 131 и вторая теплопроводная пластина 132 образуют канал 133 для потока для размещения текучей среды. Первая теплопроводная пластина 131 находится между первой стенкой 21a и второй теплопроводной пластиной 132 и прикреплена к первой стенке 21a. Первый участок 131a первой теплопроводной пластины 131 углублен в направлении второй теплопроводной пластины 132 для образования камеры 134a обхода, и первый участок 131a соединен со второй теплопроводной пластиной 132. Таким образом, канал 133 для потока образован вокруг камеры 134a обхода, и канал для потока не образован в нижней стенке камеры 134a обхода, вследствие чего образована ослабленная зона.
Необязательно первая теплопроводная пластина 131 и вторая теплопроводная пластина 132 на нижней стенке камеры 134a обхода может также быть удалена для образования более тонкой ослабленной зоны. Например, как показано на фиг. 7c, в варианте осуществления изобретения первый участок 131a снабжен сквозным отверстием 136, и радиальный размер сквозного отверстия 136 меньше, чем радиальный размер камеры 134a обхода. То есть первая теплопроводная пластина 131 на нижней стенке камеры 134a обхода удалена, и соединение между первой теплопроводной пластиной 131 и второй теплопроводной пластиной 132 на нижнем крае камеры 134a обхода сохраняется для образования канала 133 для потока вокруг камеры 134a обхода.
Необязательно вторая теплопроводная пластина 132, которая соответствует сквозному отверстию 136, может также быть утонченной, то есть толщина второй теплопроводной пластины 132, которая соответствует сквозному отверстию 136, меньше, чем толщина второй теплопроводной пластины 132 в других участках, вследствие чего ослабленная зона легче повреждается выбросами. Необязательно ослабленное углубление может также быть выполнено во второй теплопроводной пластине 132, которая соответствует сквозному отверстию 136.
На фиг. 8a-8c схематично показан терморегулирующий компонент 13. Как показано на фиг. 8a-8c, первая теплопроводная пластина 131 углублена для образования камеры 134a обхода, и участок второй теплопроводной пластины 132, который соответствует камере 134a обхода, не имеет канала для потока и снабжен ослабленным углублением 132a. Таким образом, после соединения первой теплопроводной пластины 131 со второй теплопроводной пластиной 132 ослабленная зона образована на нижней стенке камеры 134a обхода.
Следует понимать, что другие способы утончения могут также использоваться для утончения нижней стенки камеры 134a обхода. Например, несквозные отверстия или ступенчатые отверстия могут быть выполнены в первом участке 131a первой теплопроводной пластины 131; и/или несквозное отверстие образовано во второй теплопроводной пластине 132.
Необязательно в варианте осуществления изобретения ослабленная зона 135 имеет толщину, которая меньше или равна 3 мм. Например, ослабленная зона 135 может иметь толщину 1 мм или меньше.
В дополнение к ослабленной зоне 135 с меньшей толщиной, ослабленная зона 135, выполненная из материала с низкой температурой плавления, также может использоваться для способствования ее расплавлению выбросами. То есть ослабленная зона 135 может иметь более низкую температуру плавления, чем остальная часть терморегулирующего компонента 13. Например, материал ослабленной зоны 135 имеет температуру плавления ниже 400 °C.
Следует понимать, что ослабленная зона 135 может быть выполнена с возможностью изготовления из материала с низкой температурой плавления и может иметь меньшую толщину. То есть вышеприведенные две реализации могут быть выполнены по отдельности или совместно.
Необязательно в варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 выполнен с возможностью повреждения при приведении в действие механизма 213 сброса давления, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента 13.
В частности, при приведении в действие механизма 213 сброса давления терморегулирующий компонент 13 повреждается, и текучая среда выпускается из внутренней части терморегулирующего компонента 13. Это может поглощать тепло из батарейного элемента 20 и понижать температуру выбросов, таким образом уменьшая риск, обусловленный выбросами. Из-за охлаждения текучей средой температура выбросов из батарейного элемента 20 может быть быстро уменьшена, и выбросы не оказывают значительного воздействия на другие части батареи, такие как другие батарейные элементы 20, вследствие чего разрушительное действие, вызванное неисправностью одного батарейного элемента 20, может быть подавлено в первое время, и вероятность взрыва батареи может быть уменьшена.
Необязательно в варианте осуществления изобретения часть терморегулирующего компонента 13 вокруг камеры 134a обхода может быть повреждена выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента 20, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента 13.
В частности, при приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы из батарейного элемента 20 сначала повреждают (путем прорыва или расплавления) ослабленную зону 135, и затем проходят через ослабленную зону 135 и выпускаются. Дополнительно выбросы также повреждают части вокруг камеры 134a обхода. Например, горячие выбросы расплавляют окружающий терморегулирующий компонент 13, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента 13, тем самым охлаждая горячие выбросы. Поскольку температура выбросов очень высока, независимо от того, используется текучая среда для нагрева или охлаждения батарейных элементов 20, температура текучей среды ниже температуры выбросов, вследствие чего выбросы могут быть охлаждены.
Необязательно в варианте осуществления изобретения боковая поверхность камеры 134a обхода может быть повреждена выбросами, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента 13.
При приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы из батарейного элемента 20 устремляются в камеру 134a обхода. Поскольку нижняя стенка камеры 134a обхода является слабой, выбросы повреждают нижнюю стенку камеры 134a обхода и проходят через терморегулирующий компонент 13. Кроме того, выбросы, устремляющиеся в камеру 134a обхода, также расплавляют боковую поверхность камеры 134a обхода, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента 13, тем самым охлаждая горячие выбросы.
Необязательно радиальный размер камеры 134a обхода постепенно уменьшается в направлении в сторону от механизма 213 сброса давления. То есть боковая поверхность камеры 134a обхода представляет собой наклонную поверхность, которая может увеличивать площадь контакта с выбросами и способствовать повреждению выбросами. Например, угол наклона боковой поверхности камеры 134a обхода (внутренний угол между боковой поверхностью и плоскостью, где находится нижняя стенка) может находиться в диапазоне от 15° до 85°.
Необязательно, чтобы способствовать повреждению боковой поверхности камеры 134a обхода выбросами, соотношение площади проема камеры 134a обхода к площади механизма 213 сброса давления также должно быть меньше определенного значения. Например, соотношение площади проема камеры 134a обхода к площади механизма 213 сброса давления может составлять от 0,5 до 2.
Следует понимать, что, в дополнение к оснащению терморегулирующего компонента 13 такой конструкцией, благодаря которой терморегулирующий компонент 13 может быть поврежден при приведении в действие механизма 213 сброса давления, механизм 213 сброса давления также может быть оснащен конструкцией, обеспечивающей повреждение терморегулирующего компонента 13 при приведении в действие механизма 213 сброса давления.
Необязательно в варианте осуществления изобретения механизм 213 сброса давления оснащен ломающим устройством. Ломающее устройство выполнено с возможностью повреждения терморегулирующего компонента 13 при приведении в действие механизма 213 сброса давления, вследствие чего текучая среда выпускается из внутренней части терморегулирующего компонента 13. Например, ломающее устройство может представлять собой шип, но это не ограничено вариантом осуществления изобретения.
Необязательно в варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 9, батарея 10 может дополнительно содержать электротехническую камеру 11a и камеру 11b сбора. Терморегулирующий компонент 13 выполнен с возможностью изолирования электротехнической камеры 11a от камеры 11b сбора. Так называемое «изолирование» в настоящем документе обозначает разделение, которое может быть или не быть герметичным.
Электротехническая камера 11a используется для размещения множества батарейных элементов 20. Электротехническая камера 11a может также использоваться для размещения компонента 12 в виде шины. Электротехническая камера 11a обеспечивает пространство размещения для батарейных элементов 20 и компонента 12 в виде шины, и форма электротехнической камеры 11a может соответствовать множеству батарейных элементов 20 и компоненту 12 в виде шины. Компонент 12 в виде шины выполнен с возможностью электрического соединения множества батарейных элементов 20. Компонент 12 в виде шины может реализовывать электрическое соединение между батарейными элементами 20 путем соединения электродных выводов 214 батарейных элементов 20.
Камера 11b сбора выполнена с возможностью сбора выбросов, выпускаемых из батарейных элементов 20, при приведении в действие механизма 213 сброса давления.
В варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 используется для изолирования электротехнической камеры 11a от камеры 11b сбора. Другими словами, электротехническая камера 11a для размещения множества батарейных элементов 20 и компонента 12 в виде шины отделена от камеры 11b сбора для сбора выбросов. Таким образом, при приведении в действие механизма 213 сброса давления выбросы из батарейного элемента 20 поступают в камеру 11b сбора, а не в электротехническую камеру, или небольшое количество выбросов поступает в электротехническую камеру 11a, вследствие чего электрическое соединение в электротехнической камере 11a не затрагивается, и, следовательно, может быть повышена безопасность батареи.
Необязательно в варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 выполнен с возможностью повреждения выбросами при приведении в действие механизма 213 сброса давления, вследствие чего выбросы проходят через терморегулирующий компонент 13 и поступают в камеру 11b сбора.
Необязательно в варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 имеет стенку, которая является общей для электротехнической камеры 11a и камеры 11b сбора. Как показано на фиг. 9, терморегулирующий компонент 13 может быть как стенкой электротехнической камеры 11a, так и стенкой камеры 11b сбора. То есть терморегулирующий компонент 13 (или его часть) может быть непосредственно использован в качестве стенки, которая является общей для электротехнической камеры 11a и камеры 11b сбора. Таким образом, выбросы из батарейных элементов 20 могут поступать в камеру 11b сбора через терморегулирующий компонент 13. Кроме этого, благодаря наличию терморегулирующего компонента 13, выбросы могут быть максимально изолированы от электротехнической камеры 11a, таким образом, уменьшая риск, обусловленный выбросами, и повышая безопасность батареи.
Необязательно в варианте осуществления изобретения электротехническая камера 11a может состоять из оболочки, имеющей проем, и терморегулирующего компонента 13. Например, как показано на фиг. 10, оболочка 110 имеет проем (нижний боковой проем на фиг. 10). Оболочка 110 с проемом представляет собой полузакрытую камеру с проемом в сообщении с наружным пространством, и терморегулирующий компонент 13 закрывает проем для образования камеры, т.е. электротехнической камеры 11a.
Необязательно оболочка 110 может состоять из нескольких частей. Например, как показано на фиг. 11, оболочка 110 может содержать первую часть 111 и вторую часть 112. Две стороны второй части 112 имеют проемы соответственно. Первая часть 111 закрывает проем на одной стороне второй части 112, и терморегулирующий компонент 13 закрывает проем на другой стороне второй части 112, таким образом, образуя электротехническую камеру 11a.
Вариант осуществления по фиг. 11 может быть получен путем усовершенствований на основе фиг. 2. В частности, нижняя стенка второй части 112 на фиг. 2 может быть заменена терморегулирующим компонентом 13, и терморегулирующий компонент 13 выполняет роль стенки электротехнической камеры 11a, тем самым образуя электротехническую камеру 11a на фиг. 11. Другими словами, нижняя стенка второй части 112 на фиг. 2 может быть удалена. То есть образуется кольцевая стенка с двумя сторонами, содержащими проемы, и первая часть 111 и терморегулирующий компонент 13 покрывают проемы на двух сторонах второй части 112 соответственно для образования камеры, а именно электротехнической камеры 11a.
Необязательно в варианте осуществления изобретения камера 11b сбора может состоять из терморегулирующего компонента 13 и защитного элемента. Например, как показано на фиг. 12, батарея 10 дополнительно содержит защитный элемент 115. Защитный элемент 115 выполнен с возможностью защиты терморегулирующего компонента 13, и защитный элемент 115 и терморегулирующий компонент 13 образуют камеру 11b сбора.
Камера 11b сбора, образованная защитным элементом 115 и терморегулирующим компонентом 13, не занимает пространство, которое может принимать батарейный элемент 20. Следовательно, может быть выполнена камера 11b сбора с большим пространством внутри, которая может эффективно собирать и амортизировать выбросы и уменьшать риск, обусловленный ими.
Необязательно в варианте осуществления изобретения текучая среда, такая как охлаждающая среда, или компонент для приема текучей среды могут быть дополнительно выполнены в камере 11b сбора для дополнительного охлаждения выбросов, поступающих в камеру 11b сбора.
Необязательно в варианте осуществления изобретения камера 11b сбора может представлять собой герметичную камеру. Например, соединение между защитным элементом 115 и терморегулирующим компонентом 13 может быть герметизировано уплотнительным элементом.
Необязательно в варианте осуществления изобретения камера 11b сбора может быть негерметичной камерой. Например, камера 11b сбора может сообщаться с воздухом, и, таким образом, часть выбросов может быть далее выпущена наружу камеры 11b сбора.
В вышеприведенном варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 закрывает проем оболочки 110 для образования электротехнической камеры 11a, и терморегулирующий компонент 13 и защитный элемент 115 образуют камеру 11b сбора. Необязательно терморегулирующий компонент 13 также может непосредственно делить закрытую оболочку на электротехническую камеру 11a и камеру 11b сбора.
Например, как показано на фиг. 13, в варианте осуществления изобретения терморегулирующий компонент 13 расположен внутри оболочки 110 и разделяет внутреннюю часть оболочки 110 на электротехническую камеру 11a и камеру 11b сбора. То есть закрытая оболочка 110 внутри образует камеру, и терморегулирующий компонент 13 делит камеру внутри оболочки 110 на две камеры, а именно электротехническую камеру 11a и камеру 11b сбора.
Поскольку электротехнической камере 11a необходимо сравнительно большое пространство для размещения множества батарейных элементов 20 и т.д., терморегулирующий компонент 13 может быть выполнен возле определенной стенки оболочки 110, чтобы изолировать электротехническую камеру 11a с относительно большим пространством от камеры 11b сбора с относительно малым пространством.
Необязательно, как показано на фиг. 14, в варианте осуществления изобретения оболочка 110 может содержать первую часть 111 и вторую часть 112. Сторона второй части 112 имеет проем для образования полузакрытой конструкции. Полузакрытая конструкция представляет собой камеру с проемом. Терморегулирующий компонент 13 выполнен внутри второй части 112, и первая часть 111 закрывает проем второй части 112. Другими словами, терморегулирующий компонент 13 сначала может быть размещен в полузакрытую вторую часть 112 для изолирования камеры 11b сбора, а затем первая часть 111 закрывает проем второй части 112 для образования электротехнической камеры 11a.
Необязательно в варианте осуществления изобретения электротехническая камера 11a изолирована от камеры 11b сбора терморегулирующим компонентом 13. То есть камера 11b сбора не сообщается с электротехнической камерой 11a, и жидкость или газ и т.д. в камере 11b сбора не может поступать в электротехническую камеру 11a, вследствие чего электротехническая камера 11a может быть лучше защищена.
На фиг. 15 представлен покомпонентный вид батареи 10 согласно варианту осуществления изобретения. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 15, терморегулирующий компонент 13 снабжен камерой 134a обхода и образует камеру сбора вместе с защитным элементом 115.
Для описания каждого компонента в батарее 10 может быть приведена ссылка на вышеприведенные варианты осуществления изобретения, которые не будут повторно описаны в настоящем документе для краткости.
В варианте осуществления изобретения дополнительно выполнено энергопотребляющее устройство, которое может содержать батарею 10 в каждом из вышеприведенных вариантов осуществления изобретения. Необязательно энергопотребляющее устройство может представлять собой транспортное средство 1, корабль или космический летательный аппарат.
Выше описаны батарея и энергопотребляющее устройство согласно вариантам осуществления изобретения, и ниже будут описаны способ и устройство для изготовления батареи согласно вариантам осуществления изобретения. Для частей, которые не описаны подробно, делается ссылка на вышеприведенные варианты осуществления изобретения.
На фиг. 16 показана блок-схема способа 300 изготовления батареи согласно варианту осуществления изобретения. Как показано на фиг. 16, способ 300 может включать в себя:
обеспечение 310 наличия батарейного элемента 20, при этом батарейные элементы 20 содержат механизм 213 сброса давления, при этом по меньшей мере часть механизма 213 сброса давления выступает наружу от первой стенки 21a батарейного элемента 20, и механизм 213 сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления или температуры, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента 20 достигает порогового значения;
обеспечение 320 наличия терморегулирующего компонента 13, при этом терморегулирующий компонент 13 выполнен с возможностью хранения текучей среды, и первая поверхность терморегулирующего компонента 13 снабжена камерой 134a обхода; и
прикрепление 330 первой поверхности терморегулирующего компонента 13 к первой стенке 21a батарейного элемента 20 и прием по меньшей мере части механизма 213 сброса давления камерой 134a обхода.
На фиг. 17 показана блок-схема устройства 400 для изготовления батареи согласно варианту осуществления изобретения.
Как показано на фиг. 17, устройство 400 для изготовления батареи может содержать: модуль 410 обеспечения и модуль 420 установки.
Модуль 410 обеспечения выполнен с возможностью: обеспечения наличия батарейного элемента 20, при этом батарейные элементы 20 содержат механизм 213 сброса давления, при этом по меньшей мере часть механизма 213 сброса давления выступает наружу от первой стенки 21a батарейного элемента 20, и механизм 213 сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления или температуры, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента 20 достигает порогового значения; и обеспечения терморегулирующего компонента 13, при этом терморегулирующий компонент 13 выполнен с возможностью хранения текучей среды, и первая поверхность терморегулирующего компонента 13 снабжена камерой 134a обхода; и
модуль 420 установки выполнен с возможностью прикрепления первой поверхности терморегулирующего компонента 13 к первой стенке 21a батарейного элемента 20 и прием по меньшей мере части механизма 213 сброса давления камерой 134a обхода.
Наконец, следует отметить, что вышеуказанные варианты осуществления изобретения используются лишь для иллюстрации, но не ограничения технических решений настоящей заявки. Хотя настоящая заявка подробно проиллюстрирована со ссылкой на вышеприведенные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что они по-прежнему могут изменять технические решения, описанные в вышеприведенных вариантах осуществления, или выполнять эквивалентные замены некоторых технических признаков, описанных в настоящем документе, но эти изменения или замены могут быть внесены в соответствующие технические решения без отступления от сущности и объема технических решений вариантов осуществления настоящей заявки.
Группа изобретений относится к батарее (10), энергопотребляющему устройству, способу (300) и устройству (400) для изготовления батареи. Батарея (10) содержит: батарейный элемент (20), содержащий механизм (213) сброса давления, при этом по меньшей мере часть механизма (213) сброса давления выступает наружу из первой стенки (21a) батарейного элемента (20), и механизм (213) сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента (20) достигает порогового значения; и терморегулирующий компонент (13) для содержания текучей среды для регулировки температуры батарейного элемента (20); при этом первая поверхность терморегулирующего компонента (13) прикреплена к первой стенке (21a) батарейного элемента (20), первая поверхность терморегулирующего компонента (13) снабжена камерой (134a) обхода, и камера (134a) обхода выполнена с возможностью приема по меньшей мере части механизма (213) сброса давления. Техническим результатом является повышение безопасности батареи. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 21 ил. 
1. Батарея (10), содержащая:
батарейный элемент (20), содержащий механизм (213) сброса давления, при этом по меньшей мере часть механизма (213) сброса давления выступает наружу от первой стенки (21a) батарейного элемента (20), и механизм (213) сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для снижения внутреннего давления, когда внутреннее давление или температура батарейного элемента (20) достигает порогового значения; и
терморегулирующий компонент (13) для содержания текучей среды для регулировки температуры батарейного элемента (20);
при этом первая поверхность терморегулирующего компонента (13) непосредственно прикреплена к первой стенке (21a) батарейного элемента (20), первая поверхность терморегулирующего компонента (13) снабжена камерой (134a) обхода, и камера (134a) обхода выполнена с возможностью приема по меньшей мере части механизма (213) сброса давления.
2. Батарея по п. 1, в которой часть первой стенки (21a) вокруг механизма (213) сброса давления выступает наружу, и камера (134a) обхода дополнительно выполнена с возможностью размещения выступающей наружу части первой стенки (21a) вокруг механизма (213) сброса давления.
3. Батарея по п. 1, в которой камера (134a) обхода выполнена с возможностью обеспечения пространства деформации для механизма (213) сброса давления, вследствие чего механизм (213) сброса давления деформируется в направлении терморегулирующего компонента (13) и растрескивается;
глубина камеры (134a) обхода связана с размером механизма (213) сброса давления; и
камера (134a) обхода имеет глубину более 1 мм.
4. Батарея по любому из пп. 1-3, в которой нижняя стенка камеры (134a) обхода снабжена ослабленной зоной (135), и ослабленная зона (135) выполнена с возможностью повреждения выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента (20), при приведении в действие механизма (213) сброса давления, вследствие чего выбросы проходят через ослабленную зону (135); и
ослабленная зона (135) имеет толщину, которая меньше или равна 3 мм.
5. Батарея по п. 4, в которой ослабленная зона (135) имеет более низкую температуру плавления, чем остальная часть терморегулирующего компонента (13);
материал ослабленной зоны (135) имеет температуру плавления ниже 400°С.
6. Батарея по любому из пп. 1-3, в которой терморегулирующий компонент (13) содержит первую теплопроводную пластину (131) и вторую теплопроводную пластину (132), первая теплопроводная пластина (131) расположена между первой стенкой (21a) и второй теплопроводной пластиной (132) и прикреплена к первой стенке (21a), первый участок (131a) первой теплопроводной пластины (131) углублен в направлении второй теплопроводной пластины (132) с образованием камеры (134a) обхода, и первый участок (131a) соединен со второй теплопроводной пластиной (132).
7. Батарея по п. 6, в которой первый участок (131a) снабжен сквозным отверстием (136), и радиальный размер сквозного отверстия (136) меньше, чем радиальный размер камеры (134a) обхода.
8. Батарея по п. 7, в которой толщина второй теплопроводной пластины (132), которая соответствует сквозному отверстию (136), меньше, чем толщина второй теплопроводной пластины (132) в других участках.
9. Батарея по любому из пп. 1-3, в которой часть терморегулирующего компонента (13) вокруг камеры (134a) обхода может быть повреждена выбросами, выпускаемыми из батарейного элемента (20), вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента (13).
10. Батарея по п. 9, в которой боковая поверхность камеры (134a) обхода может быть повреждена выбросами, вследствие чего текучая среда выпускается изнутри терморегулирующего компонента (13).
11. Батарея по п. 10, в которой радиальный размер камеры (134a) обхода постепенно уменьшается в направлении в сторону от механизма (213) сброса давления.
12. Батарея по любому из пп. 1-3, в которой вторая стенка батарейного элемента (20) снабжена электродным выводом, и вторая стенка отличается от первой стенки (21a); и
вторая стенка расположена напротив первой стенки (21a).
13. Батарея по любому из пп. 1-3, в которой механизм (213) сброса давления представляет собой чувствительный к температуре механизм (213) сброса давления, и чувствительный к температуре механизм (213) сброса давления выполнен с возможностью расплавления, когда внутренняя температура батарейного элемента (20) достигает порогового значения; и/или
механизм (213) сброса давления представляет собой чувствительный к давлению механизм (213) сброса давления, и чувствительный к давлению механизм (213) сброса давления выполнен с возможностью растрескивания, когда внутреннее давление батарейного элемента (20) достигает порогового значения.
14. Батарея по любому из пп. 1-3, в которой батарея дополнительно содержит:
электротехническую камеру (11a) для размещения множества батарейных элементов (20); и
камеру (11b) сбора, выполненную с возможностью сбора выбросов, выпускаемых из батарейных элементов (20), при приведении в действие механизма (213) сброса давления;
при этом терморегулирующий компонент (13) выполнен с возможностью изолирования электротехнической камеры (11a) от камеры (11b) сбора.
15. Батарея по п. 14, в которой терморегулирующий компонент (13) имеет стенку, которая является общей для электротехнической камеры (11a) и камеры (11b) сбора; и/или
батарея дополнительно содержит защитный элемент (115), при этом защитный элемент (115) выполнен с возможностью защиты терморегулирующего компонента (13), при этом защитный элемент (115) и терморегулирующий компонент (13) образуют камеру (11b) сбора.
16. Энергопотребляющее устройство, содержащее батарею (10) по любому из пп. 1-15.
| US 2009220850 A1, 03.09.2009 | |||
| CN 209401662 U, 17.09.2019 | |||
| WO 2013034225 A1, 14.03.2013 | |||
| CN 110707260 A, 17.01.2020 | |||
| Триер | 1940 |
|
SU60792A1 |
