CN118572296B - 一种锂离子电池储能模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂离子电池储能模组，其包括：外壳、透气阀及多个电池包。外壳内设有采集器、电极接头及多个限位条，电池包设于外壳内，且相邻的两个电池包之间设有一个限位条，各电池包均与采集器电连接；透气阀设于外壳的侧壁上，透气阀包括阀体、透气膜及阀芯，其中，透气膜位于阀体的侧面。限位条将电池包隔开，降低异常电池包引发相邻电池包故障的概率；通过采集器监控各电池包的充放电数据，降低电池包过度充电，降低电池包的故障概率；通过透气阀进行换气，平衡外壳内压强，且在电池包故障时快速泄压。

Description

一种锂离子电池储能模组

技术领域

本发明涉及锂离子电池储能模组，特别是涉及一种锂离子电池储能模组。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长的特点，因此被广泛应用于新能源汽车的储能系统中。将电池并联组成电池包后再串联组成具有大容量的电池模组为新能源汽车提供电能。

充放电过程会导致电池模组内压强发生变化，为保证电池使用寿命，需要平衡电池内外压强，让电池长时间在高压环境运行容易引起故障，且电池模组内具有多个电池，当其中的单个或多个电池充放电异常时会导致电池模组内气温上升，并使与之相邻的其他电池故障，甚至起火。

现有电池模组通过设置透气阀让其内部气压异常时进行泄压，然而在泄压过程中，高温气体是沿透气阀的轴向方向喷出的，而电池模组周边往往会设置其他电子元件（例如：与之相邻的其他电池模组、电路板、控制器等），让高温气体直接喷射到这些电子元件上会引起其他故障。

因此，如何有效的平衡电池模组内外压强，在发生异常时快速泄压的同时不引起电池模组外部其他电子元件故障，是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种故障率低、可在充放电异常时快速泄压，且泄压时不会引起周边电子元件故障的锂离子电池储能模组。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种锂离子电池储能模组，其包括：外壳、透气阀及多个电池包；

所述外壳内设有采集器、电极接头及多个限位条，所述电池包设于所述外壳内，且相邻的两个所述电池包之间设有一个所述限位条，各所述电池包均与所述采集器电连接；

所述透气阀设于所述外壳的侧壁上，所述透气阀包括阀体、透气膜及阀芯，其中，所述透气膜位于所述阀体的侧面。

在其中一个实施例中，所述透气阀还包括复位弹簧、引导轴，所述引导轴设于所述阀体的内腔中，所述阀芯可活动的设于所述引导轴上；所述阀体为单侧开口的筒状结构，所述阀体设有螺纹部、封堵部及变形部，所述变形部位于所述螺纹部及所述封堵部之间，所述变形部上开设有多个分割缝，所述阀体的内壁上设有多个凸起，所述凸起的厚度由所述阀体的端部朝所述阀体的开口侧递减。

在其中一个实施例中，所述透气膜封堵所述分割缝。

在其中一个实施例中，所述变形部上开设有换气窗，所述透气膜封堵所述换气窗。

在其中一个实施例中，所述透气阀还包括螺母，所述螺纹部与所述变形部的交界处设有阻挡台。

在其中一个实施例中，所述阀体的开口侧设有限位环，所述限位环的内径小于所述阀芯的外径。

在其中一个实施例中，所述外壳内设有保险丝，所述保险丝与所述电极接头电连接。

在其中一个实施例中，所述外壳内设有隔板，所述采集器设于所述隔板上。

上述锂离子电池储能模组具有以下优点：

1、限位条将电池包隔开，降低异常电池包引发相邻电池包故障的概率；

2、通过采集器监控各电池包的充放电数据，降低电池包过度充电，降低电池包的故障概率；

3、通过透气阀进行换气，平衡外壳内压强，且在电池包故障时快速泄压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为锂离子电池储能模组的拆分示意图；

图2为透气膜与换气窗的配合示意图；

图3为透气膜与分割缝的配合示意图；

图4为透气阀的拆分示意图；

图5为多个锂离子电池储能模组配合使用时的分布示意图；

图6为阀芯与阀体的配合状态图（一）；

图7为阀芯与阀体的配合状态图（二）；

图8为紧急排气时透气阀的外部结构示意图。

附图标记：

10、锂离子电池储能模组；100、外壳；110、采集器；120、电极接头；130、限位条；140、隔板；200、透气阀；210、阀体；211、螺纹部；212、封堵部；213、变形部；214、凸起；215、阻挡台；21、分割缝；22、换气窗；220、透气膜；230、阀芯；240、复位弹簧；250、引导轴；260、螺母；270、限位环；300、电池包。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明公开一种锂离子电池储能模组10，其包括：外壳100、透气阀200及多个电池包300。

请参阅图1，外壳100内设有采集器110、电极接头120及多个限位条130，电池包300设于外壳100内，且相邻的两个电池包300之间设有一个限位条130，各电池包300均与采集器110电连接。优选的，外壳100内设有隔板140，采集器110设于隔板140上。限位条130可为电池包300提供定位，以便于安装；同时，相邻的电池包300之间通过限位条130隔开，可避免电池包300起火（或其他故障）时，影响到与其相邻的其他电池包300，起到故障阻隔作用。

其中，采集器110指BMS（Battery Management System）电池管理系统，用于提高电池的利用率，防止出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，即将电池包300与采集器110电连接后，通过采集器110监控电池包300的充、放电数据，让维护人员可识别故障的电池包300。

请参阅图1，透气阀200设于外壳100的侧壁上。

请参阅图3及图4，透气阀200包括阀体210、透气膜220及阀芯230，其中，透气膜220位于阀体210的侧面。

锂离子电池在充放电过程会产生气体，使外壳100内的压强上升，通过透气膜220可排出这些气体，达到平衡内外压强的目的，同时，可阻止外部的尘土、雨水渗入电池模组内部，起到阻隔作用。电池充放电异常时会导致外壳100内压强、温度急剧上升，急剧升高的气压触发阀体210，将外壳100内的热气快速排出。

需要说明的是，电池充放电异常时，从透气阀200处排出的为高温高压的气体，现有透气阀泄压时，气体沿透气阀200的轴向喷出，会直接喷射至锂离子电池储能模组10周边的其他配件上。例如，与之相邻的其他锂离子电池储能模组10（如图5所示），或者设置在锂离子电池储能模组10周边的电路板、控制器等电子元件，由于其为高温高压气体，容易导致这些电子元件故障、损坏，因此如何避免电池故障时排出的高温气体导致锂离子电池储能模组10周边的其他电子元件故障，是需要解决的问题。

请参阅图2及图3，本实施例中，透气膜220位于阀体210的侧面，透气阀200为侧面排气的方式，即透气阀200的泄压方向为径向排气，可防止高温气体直接喷射到分布在锂离子电池储能模组10周边的其他电子元件上。

请参阅图4及图6，进一步的，透气阀200还包括复位弹簧240、引导轴250。引导轴250设于阀体210的内腔中，阀芯230可活动的设于引导轴250上。

阀体210为单侧开口的筒状结构。优选的，阀体210选用弹性好的合金材料（如铜锡合金、铝合金等）制作。

阀体210设有螺纹部211、封堵部212及变形部213，变形部213位于螺纹部211及封堵部212之间，变形部213上开设有多个分割缝21，分割缝21以阀体210的轴心线为中心呈圆周阵列分布，多个分割缝21配合将变形部213分割成多片，这样，当变形部213收到径向外力作用时会发生弯曲，并使得分割缝21的口径变大。优选的，变形部213的厚度薄于螺纹部211的厚度，使变形部213易于发生变形，且撤除外力后，变形部213可在自身弹性作用下复原，让分割缝21重新闭合。

阀体210的内壁上设有多个凸起214，凸起214的厚度由阀体210的端部朝阀体210的开口侧递减（如图6所示）。

复位弹簧240的两端分别与封堵部212和阀芯230抵持，由复位弹簧240提供弹性力用于推动阀芯230沿引导轴250朝阀体210的开口位置移动（如图6所示）。

上述透气阀200在电池充放电异常时快速泄压的原理如下：

请参阅图6，透气阀200正常换气时，阀芯230位于引导轴250上靠近透气阀200开口的一侧，充放电过程产生的气体通过透气膜220朝外排出。

请参阅图7，当发生故障导致外壳100内压强急剧上升时，外壳100内的气压驱使阀芯230沿引导轴250滑动，阀芯230进入变形部213中，且此时阀芯230的外壁与凸起214抵持，而凸起214的厚度是朝阀体210的开口侧递减的，此时阀芯230朝着凸起214变厚的方向位移，阀芯230会挤压凸起214产生径向分力。

并且多个分割缝21位于变形部213上，将变形部213分割成多片，因此阀芯230推顶挤压凸起214时会使变形部213弯曲，进而将变形部213“撑开”，此时变形部213的外形由图3所示状态变为图8所示状态。与此同时，由于变形部213被“撑开”，分割缝21开口变大（如图8所示），从而让外壳100内的气体快速排出，进行泄压。需要说明的是，分割缝21分布在变形部213上，气体的排出方向与引导轴250垂直，为径向排气，高温气体不会直接喷射到与故障锂离子电池储能模组10相邻的其他电子元件上。

外壳100内气压下降后，复位弹簧240伸展并将阀芯230推顶回初始位置，此过程中，阀芯230朝凸起214厚度变薄的方向位移，故随着阀芯230移动，弯曲的变形部213开始收缩直至恢复初始状态，分割缝21重新闭合，可避免外部异物通过分割缝21进入外壳100内。

需要强调的是，紧急泄压时是通过阀芯230推顶凸起214驱使变形部213发生弯曲，进而使分割缝21张开，以扩大分割缝21开口的方式排出高压气体的，而凸起214上与阀芯230接触的面为倾斜面，且封堵部212与阀芯230之间设有复位弹簧240，在外壳100内气压下降后，阀芯230在复位弹簧240和凸起214的配合下返回原位，让分割缝21重新闭合，即泄压后透气阀200自动复原，避免外界异物进入外壳100引起二次故障。

进一步的，紧急泄压时，气体从张开的分割缝21处排出，而分割缝21是位于阀体210侧面上的，即气体的排出方向为阀体210的侧面（径向），可防止气体直接喷射到设置在锂离子电池储能模组10周边的其他电子元件上，以此保证锂离子电池储能模组10的外部安全。并且分割缝21设有多个，其在紧急泄压时张开，开口增大，有利于降低气体排出时的冲力，缩短了气体喷射的距离，进一步降低泄压时对锂离子电池储能模组10周边其他电子的伤害，从而提供锂离子电池储能模组10及其周边电子元件的使用寿命。

关于透气膜220位于阀体210的侧面的设置，具有以下两种实施方式：

实施例一：

请参阅图2，变形部213上开设有换气窗22，透气膜220封堵换气窗22。透气阀200正常换气时，气体从换气窗22处排出；充放电异常时，变形部213被“撑开”，不会影响换气窗22，可使透气膜220保持完好状态，透气阀200复原后，透气膜220可继续使用。适用于电池模组周边配件紧凑，不利于拆卸进行检修的场景。

实施例二：

请参阅图3，与实施例一不同的地方在于，变形部213上不需开设换气窗22，将透气膜220设于分割缝21处，用于封堵分割缝21，采用此组装方式需要增加分割缝21的宽度，透气阀200正常换气时，气体从分割缝21处排出；充放电异常时，变形部213被“撑开”，由于分割缝21的开口变大，此时透气膜220会被撕开，即本实施例中，透气阀200紧急排气后不可复原，即透气膜220失效不可继续使用，维护人员必须替换新的透气阀200，采用此结构不需在阀体210上另外开设换气窗22，有利于简化阀体210结构，提高阀体210的制作效率，且在充放电异常后必须替透气阀200，确保透气阀200的工作精度，适用于对透气阀200灵敏度要求高，需要经常检修电池模组的场景。

上述锂离子电池储能模组10具有以下优点：

1、限位条130将电池包300隔开，降低异常电池包300引发相邻电池包300故障的概率；

2、通过采集器110监控各电池包300的充放电数据，降低电池包300过度充电，降低电池包300的故障概率；

3、通过透气阀200进行换气，平衡外壳100内压强，且在电池包300故障时快速泄压。透气阀200通过分割缝21进行径向排气泄压，可避免泄压时高温气体直接喷射到锂离子电池储能模组10周边的其他电子元件上，以此保证锂离子电池储能模组10的外部安全。

请参阅图6，一实施例中，透气阀200还包括螺母260，螺纹部211与变形部213的交界处设有阻挡台215。固定透气阀200时，先将阀体210穿入外壳100，使阻挡台215与外壳100的外壁抵持，此时螺纹部211位于外壳100内侧，将螺母260与螺纹部211连接，螺母260与阻挡台215配合共同夹持外壳100。

请参阅图6，一实施例中，阀体210的开口侧设有限位环270，限位环270的内径小于阀芯230的外径。通过限位环270阻挡阀芯230，阻止阀芯230从阀体210的开口侧脱出。

一实施例中，外壳100内设有保险丝（图未示），保险丝与电极接头120电连接。电池包300冲放点异常时保险丝会断开，降低锂离子电池储能模组10过载、起火的概率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种锂离子电池储能模组，其特征在于，包括：外壳、透气阀及多个电池包；

所述外壳内设有采集器、电极接头及多个限位条，所述电池包设于所述外壳内，且相邻的两个所述电池包之间设有一个所述限位条，各所述电池包均与所述采集器电连接；

所述透气阀设于所述外壳的侧壁上，所述透气阀包括阀体、透气膜及阀芯，其中，所述透气膜位于所述阀体的侧面；

所述透气阀还包括复位弹簧、引导轴，所述引导轴设于所述阀体的内腔中，所述阀芯可活动的设于所述引导轴上；

所述阀体为单侧开口的筒状结构，所述阀体设有螺纹部、封堵部及变形部，所述变形部位于所述螺纹部及所述封堵部之间，所述变形部上开设有多个分割缝，所述阀体的内壁上设有多个凸起，所述凸起的厚度由所述阀体的端部朝所述阀体的开口侧递减。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池储能模组，其特征在于，所述透气膜封堵所述分割缝。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池储能模组，其特征在于，所述变形部上开设有换气窗，所述透气膜封堵所述换气窗。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池储能模组，其特征在于，所述透气阀还包括螺母，所述螺纹部与所述变形部的交界处设有阻挡台。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池储能模组，其特征在于，所述阀体的开口侧设有限位环，所述限位环的内径小于所述阀芯的外径。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池储能模组，其特征在于，所述外壳内设有保险丝，所述保险丝与所述电极接头电连接。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池储能模组，其特征在于，所述外壳内设有隔板，所述采集器设于所述隔板上。