CN219393609U - 电池电芯模组以及用其制成的电池模组和电池包 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电池电芯模组以及用其制成的电池模组和电池包。电池电芯模组包括互锁隔板，该互锁隔板彼此互锁并协作以限定电芯隔室，每个电芯隔室包含至少一个电池电芯。电池电芯模组可以彼此堆叠以形成电芯堆，该电芯堆可以形成电池模组的基础。在一些实施例中，电池模组包括可以提供电池模组的外表面的包装物，例如带或收缩包装物。电芯隔室可以包括用于将来自其中的电池电芯的排放物引导出用电池电芯制成的电芯堆的一个或更多个排放通道。还公开了可以使用本公开的电池电芯模组和电池模组制造的电池包。在一些实施例中，本公开的电池包可以包括用于低压电连接的集成线束和/或用于高压电连接的集成母线***。

Description

电池电芯模组以及用其制成的电池模组和电池包
技术领域
本实用新型总体上涉及电池构造的领域。具体地，本实用新型涉及电池电芯子模组(battery-cell submodules)以及用其制成的电池模组和电池包。
背景技术
电池包通常用于需要高能量需求的应用，例如电动汽车和可再生能源存储等。用于这些应用的电池包通常具有分层构造，其中电池包包括多个电池模组，并且每个模组包含多个电化学电芯(electrochemical cells)。每个电池模组内的多个电芯彼此串联和/或并联电连接在一起，以提供该模组所需的电压-电流输出曲线，并且多个电池模组同样彼此串联和/或并联电连接，以提供整个电池包所需的电压-电流输出曲线。在用于锂金属电芯的软包类电池构造中，每个电池模组中的电芯堆通常安装到坚固的铝壳体中，该壳体包括管状中心主体部分和用于封闭中心主体部分的端部的一对端部封闭件。壳体非常坚固，以在热失控的情况下防止***。一些电池模组包括内部传感器(例如，温度、压力、电流、电压)和内部电气线束，并且模组壳体通过将端部封闭件焊接到中心主体部分来形成，这使得修理或检修模组具有挑战性，例如，在任何传感器需要或相关部件需要被修理或更换时。电池包通常还包括与模组壳体分开的坚固壳体。这些壳体的总重量和体积对整个电池包的重量密度和体积密度都有不利影响。此外，组装电池包所需的零件数量和组装步骤数量增加了组装时间和成本。
实用新型内容
在一个实施方式中，本公开涉及一种电池电芯模组，该电池电芯模组包括：互锁隔板，该互锁隔板被配置成与该电池电芯模组的第二实例的类似或相同的第二互锁隔板互锁，其中，该互锁隔板包括：壁，该壁具有彼此相对的第一面侧和第二面侧以及电芯接合区域，该电芯接合区域具有周边；以及多个互锁结构，该多个互锁结构固定到该壁并且侧向地位于该电芯接合区域的周边之外，并且在该第一面侧和该第二面侧中的至少一个上突出于该壁；以及多个互锁特征，该多个互锁特征被设计和构造成与存在于该电池电芯模组的类似或相同的第二实例上的该多个互锁结构互锁；电池电芯，该电池电芯在该电芯接合区域中与该壁接合，使得当该电池电芯模组与该类似或相同的第二电池电芯模组互锁时，该电池电芯被捕获在该电池电芯模组的壁和该类似或相同的第二电池电芯模组的壁之间。
在另一实施方式中，本公开涉及一种电池包，该电池包包括多个电池模组和包含该多个电池模组的壳体。
本实用新型还涉及以下项目：
1.一种电池电芯模组，包括：
互锁隔板，所述互锁隔板被配置成与所述电池电芯模组的第二实例的类似或相同的第二互锁隔板互锁，其中，所述互锁隔板包括：
壁，所述壁具有彼此相对的第一面侧和第二面侧以及电芯接合区域，所述电芯接合区域具有周边；以及
多个互锁结构，所述多个互锁结构固定到所述壁并且侧向地位于所述电芯接合区域的周边之外，并且在所述第一面侧和所述第二面侧中的至少一个上突出于所述壁；以及
多个互锁特征，所述多个互锁特征被设计和构造成与存在于所述电池电芯模组的类似或相同的第二实例上的所述多个互锁结构互锁；
电池电芯，所述电池电芯在所述电芯接合区域中与所述壁接合，使得当所述电池电芯模组与类似或相同的第二电池电芯模组互锁时，所述电池电芯被捕获在所述电池电芯模组的壁和所述类似或相同的第二电池电芯模组的壁之间。
2.根据项目1所述的电池电芯模组，其中，所述电池电芯在所述电池电芯的相对应的相对的第一侧和第二侧上具有第一面壁和第二面壁，并且所述第一面壁面对所述电芯接合区域，所述电池电芯模组还包括位于所述电池电芯的所述第二侧上的防火隔绝层。
3.根据项目2所述的电池电芯模组，还包括位于所述电池电芯的所述第二侧上的电芯膨胀补偿层。
4.根据项目1至3中任一项所述的电池电芯模组，其中，所述互锁隔板的所述壁包括导热材料，并且被设置成从所述电池电芯导出热量。
5.根据项目1至4中任一项所述的电池电芯模组，其中：
所述电池电芯具有彼此间隔开的第一端和第二端；并且
当所述电池电芯模组与其中捕获有所述电池电芯的类似或相同的第二电池电芯模组接合时，所述电池电芯模组和所述类似或相同的第二电池电芯模组协作以限定包含所述电池电芯的安全隔室。
6.根据项目5所述的电池电芯模组，其中，所述安全隔室具有分别对应于所述电池电芯的第一端和第二端的第一端和第二端，并且所述安全隔室包括排放通道，所述排放通道被设置成将来自所述电池电芯的任何排放物引导至所述安全隔室的所述第一端和所述第二端中的至少一个。
7.根据项目1至6中任一项所述的电池电芯模组，其中，所述多个互锁结构包括突出于所述第一面侧的多个凸缘，其中，所述多个凸缘被设计和构造成接合所述多个互锁特征中的相对应的相应的互锁特征。
8.根据项目7所述的电池电芯模组，其中，所述多个互锁特征包括突出于所述壁的所述第二面侧的多个凸缘，并且所述多个互锁特征被设计和构造成与所述电池电芯模组的所述第二实例的互锁结构的多个凸缘滑动互锁。
9.根据项目7所述的电池电芯模组，其中，所述多个互锁特征包括多个凹槽，所述多个凹槽在所述壁的所述第二面侧上形成在所述互锁隔板中，并且所述多个互锁特征被设计和构造成滑动地接收所述电池电芯模组的所述第二实例的互锁结构的多个凸缘。
10.一种电池模组，所述电池模组包括相互互锁以形成电芯堆的多个根据项目1至9中任一项所述的电池电芯模组。
11.根据项目10所述的电池模组，还包括缠绕在所述电芯堆上以形成单一电芯束的带。
12.根据项目11所述的电池模组，还包括与所述电芯堆内的所述电池电芯电连通的采样柔性印刷电路，其中，所述采样柔性印刷电路与所述电芯堆一起被缠绕在所述带内。
13.根据项目10所述的电池模组，还包括与所述电芯堆内的所述电池电芯电连通的采样柔性印刷电路。
14.一种电池包，包括：
多个根据项目10至13中任一项所述的电池模组；以及
壳体，所述壳体包含多个电池模组。
15.根据项目14所述的电池包，其中，所述壳体包括至少一个压力口。
16.根据项目15所述的电池包，其中，所述至少一个压力口与所述电池电芯模组中的每一个的项目6中的排放通道流体连通。
17.根据项目15所述的电池包，还包括至少一个电池监测控制器，所述至少一个电池监测控制器联接到所述壳体，以便在所述壳体的一部分从所述电池包移除时能够被移除。
18.根据项目17所述的电池包，其中，所述至少一个电池监测控制器电联接到所述电池模组中的每一个的采样柔性印刷电路。
19.根据项目18所述的电池包，还包括在每个所述采样柔性印刷电路和所述至少一个电池监测控制器之间的接触型电连接件。
20.根据项目14至19中任一项所述的电池包，其中，所述壳体包括基座和盖，其中，所述基座包括电连接到所述多个电池模组的线束，并且所述盖包括电输出端子，其中，所述线束经由接触型电连接件电连接到所述电输出端子。
21.根据项目20所述的电池包，还包括联接到所述盖的电池管理***，其中，所述线束经由接触型电连接件电连接到所述电池管理***。
22.根据项目21所述的电池包，还包括联接到所述盖的电池断路单元，其中，所述线束经由接触型电连接件电连接到所述电池断路单元。
附图说明
为了说明的目的，附图示出了本实用新型的一个或更多个实施例的方面。然而，应理解，本公开的创新内容不限于在附图中所示的精确布置和机制，其中：
图1A是根据本公开的方面制成的示例电池模组的透视图；
图1B是图1A电池模组的平面视图；
图1C是图1A和图1B的电池模组沿图1B的线1C-1C截取的放大横截面视图；
图2A是图1A到图1C的电池模组的一个电池电芯子模组的分解放大视图；
图2B是相互互锁的图2A的两个电池电芯子模组的放大横截面视图；
图3是类似于图2B的放大横截面视图，但显示了相互互锁的两个替代电池电芯子模组；
图4A是根据本公开制成的示例电池包的透视图；
图4B是在电池模组已经被***之前图4A的电池包的基座的透视图；
图4C是图4B的基座的透视图，显示了被安装到基座中的电池模组；
图4D是图4A的电池包的封闭件的透视图，显示了没有封闭件的电气壳体；以及
图5是适用于用作本公开的电池电芯模组的压力控制层的泡沫的压力相对于应变的曲线图。
具体实施方式
在一些方面，本公开涉及用于制造电池模组和电池包的电池电芯子模组或模组。在一些实施例中，每个电池电芯子模组包括与互锁隔板接合的电池电芯，该互锁隔板被设计和构造成与相同或类似的电池电芯子模组的其他互锁隔板互锁。电池电芯可以是任何合适的类型，其可以从本文公开的互锁隔板构造中获益，例如使用液体电解质、凝胶电解质、固体电解质、或它们任意组合的软包类电芯。电池电芯的基础化学可以是任何合适的化学组成，例如基于锂的化学组成(例如，锂金属或锂离子)或其他碱金属化学组成，等等。基本上，对电池电芯的类型和/或化学组成没有限制，只要用其制成的电池模组和/或电池包可以通过实施所公开的构造技术中的任何一种或更多种来以一种或更多种方式获益。
通过将多个电池电芯子模组彼此堆叠并将它们的互锁隔板彼此接合，可以创建电池模组的电芯堆。互锁隔板的构造允许互锁隔板中紧邻的互锁隔板彼此协作以限定包含至少一个电池电芯的电芯隔室。在这方面，应注意，附图中所示的所有实施例都具有1:1的电池电芯与电芯隔室的比率。然而，其他实施例可以具有不同的电池电芯与电池隔室的比率，例如2:1，其中两个电池电芯存在于电芯堆中的每个电芯隔室或一些电池隔室内。
在一些实施例中，每个互锁隔板可以具有壁(例如电芯隔室内壁)，壁与相对应的电池电芯热连通，使得该壁提供用于使由电池电芯生成的热量散热的热路径。在一些实施例中，紧邻且互锁的互锁隔板的壁可以被设计成使得电池隔室在它们之间用作安全隔室，以帮助限制例如在热失控或其他灾难性事件期间可能从被包含在其中的电池电芯发出的任何排放，例如膨胀的气体和/或火焰。在一些实施例中，每对互锁的电池电芯子模组可以限定一个或更多个排放通道(emission channel)，以用于引导来自其中被包含的电池电芯的任何气体和/或其他排放物。在一些实施例中，每个排放通道可以将排放物引导向电池电芯的一个或更多个电输出端。在一些实施例中，每个排放通道可以限定在安全隔室内，其方式是通过将安全隔室的尺寸设定为小于侧向周边并以沿着电池电芯的至少一个后边缘限定每个排放通道的方式将电池电芯定位在安全隔室内。如下所述，互锁隔板可以使用各种互锁特征和/或结构中的任何一种来进行相互互锁。
在一些实施例中，每个电池电芯子模组可以包括位于电芯隔室内的防火隔热层，以帮助抑制影响一个电池电芯的过热或热失控事件扩散到相邻电芯隔室/安全隔室中的电池电芯。
根据所讨论的电池电芯的类型，每个电池电芯子模组可以包括压力控制层，该压力控制层被设计和构造成沿着电芯的内部部件的堆叠方向控制电池电芯内的压力，例如，控制相对应的电池电芯内枝晶的生长。如本领域技术人员将容易理解的，一些电芯化学组成，例如基于锂金属的电池化学组成，当工作离子被析出(plate)回到阳极上时，在循环期间易于经历金属枝晶的生长。然而，枝晶生长可以通过沿着电池电芯的内部部件(例如阳极、隔板、和阴极)的堆叠方向控制电池电芯内的压力来控制。在一些实施例中，每个压力控制层包括具有弹性特性的泡沫，该弹性特性允许在向电池电芯提供期望的压力分布时泡沫压缩和解压缩。图5示出了可用于压力控制层的示例聚氨酯泡沫的压力相对于应变的曲线图。这种泡沫可从例如美国马萨诸塞州Somerville的Roger Foam公司获得。
在一些方面，本公开涉及电池模组。在一些实施例中，本公开的电池模组包括由例如如上所述彼此堆叠和互锁的多个电池电芯子模组组成的电芯堆。在一些实施例中，电池电芯可以包括彼此以串联或并联或既串联又并联的方式电连接的正极耳(pole tabs)和负极耳，以便为电池模组提供电池模组所需的电压-电流曲线。在一些实施例中，本公开的电池模组可以包括围绕电芯堆的包装物。该包装物可包括例如带或收缩包装物。如果带用于该包装物，该带可以是任何合适的带，例如纤维增强带等。当存在包装物时，该包装物可为电池模组提供一个或更多个功能，例如保持电池电芯子模组彼此牢固接合，以便使电芯堆有效地整体化和/或确保在电池模组内的电池电芯的循环期间电池电芯的内部压力保持在设计压力范围内。当带用于电池压力控制时，在再充电期间，即在电池电芯内的阳极析出期间，可以感应的压力量不仅可以通过带的性质来控制，还可以通过所提供的带的层数来控制。
在一些实施例中，包装物可以限定电池模组的外表面。也就是说，可以不提供单独的模组壳体。然而，一些实施例可以包括模组壳体来代替包装物，或除了包装物之外还可以包括模组壳体。如果提供了模组壳体，该模组壳体可以由任何一种或更多种合适的材料制成，例如由铝和/或一种或更多种聚合物(例如纤维增强聚合物)等制成。此外，如果提供了壳体，则壳体可以被提供有一个或更多个排放口，以用于泄出由电池模组内的一个或更多个电池电芯生成的任何排放物。当被提供时，排放口的每个位置可与由互锁电池电芯子模组限定的排放通道的位置相协调。
在一些实施例中，本公开的电池模组包括柔性印刷电路(FPC)，该柔性印刷电路电连接到电池模组的电池电芯，例如，用于在电池电芯的充电和放电期间监测电压和/或电流。在一些实施例中，FPC可以包括接触型电连接件，该接触型电连接件用于将FPC电连接到电池模组的一个或更多个电气部件，例如电芯管理控制器(CMC)和/或线束等。在其中存在包装物的实施例中，FPC可以部分地位于包装物的下方并在电池模组的端部之间延伸。
在一些方面，本公开涉及电池包。在一些实施例中，本公开的电池包包含多个电池模组，例如由本文公开的多个电池电芯子模组组成的上述电池模组。在一些实施例中，每个电池模组被放置到电池包中，该电池包仅具有提供电池模组外表面的包装物。
在一些实施例中，电池包包括壳体，壳体包括一个或更多个排放口，用于排放由电池包中包含的电池模组中的任何一个或更多个电池模组内的电池电芯中的一个或更多个电池电芯生成的任何排放物。在一些实施例中，排放口的位置可以与由被包含在电池包中的电池模组的互锁电池电芯子模组限定的排放通道的位置相协调。在一些实施例中，电池包包括壳型壳体，该壳型壳体具有基座和可固定到基座的封闭件。基座可以包括用于将被包含在电池包中的电池模组的低压部件电连接在一起的线束，并且可以包括接触型电触点，该接触型电触点允许单个电池模组容易地从电池包中移除。
在一些实施例中，封闭件包括功率输出端子，该功率输出端子经由母线***与电池模组电连通，该母线***可以包括接触型电连接件，该接触型电连接件允许封闭件在没有用于断开电连接件的工具的情况下被移除。在一些实施例中，壳体可以包括电池管理***(BMS)，电池管理***(BMS)例如通过线束电连接到电池模组上的低压部件，例如一个或更多个CMC和/或FPC。在一些实施例中，壳体还可以或可选地包括电池断路单元(BDU)，电池断路单元(BDU)例如通过母线***与电池模组的输出端子电连通。线束和/或母线***的各种电连接可以是提供快速连接/断开能力的接触型。在一些实施例中，本公开的电池包的壳体可以包括一个或更多个内置CMC，每个CMC可以以任何合适的方式(例如允许电池模组快速安装和从电池包移除的接触型电连接件)与电池包上的电池模组电连通。本公开的前述和其他方面在附图中被示出，并在下面详细描述。
现在转向附图，图1A至图1C示出了根据本公开的多个方面制成的示例电池模组100。在该示例中，电池模组100由在电芯堆108内彼此堆叠的24个电池电芯104组成(参见图1C，其中一些但不是全部电池电芯被单独标记)。虽然在示例中示出了24个电池电芯104，但是组成本公开的电池模组的电池电芯的数量可以是任何数量，两个或更多，以符合特定设计的要求。如通过阅读整个公开将容易理解的，本文公开的模组化构造不依赖于在任何特定电池模组中提供的电池电芯的数量。
在该示例中，每个电池电芯104是相对应的电池电芯子模组112的部件(参见图1C，其中一些但不是全部的电池电芯子模组被单独标记)，这将在下面结合图2A和图2B详细描述。在描述电池电芯子模组的示例构造之前，首先描述示例电池模组100的其它部件。
在该示例中，24个电池电芯104中的每一个具有位于电芯堆108的相对的两端部108E(1)和108E(2)处的第一极耳和第二极耳(未单独标记)，其中第一极耳和第二极耳具有相反的电极性。同样在该示例中，所有24个电池电芯104彼此电串联连接，以在极性相反的第一电池模组输出端子116(1)和第二电池模组输出端子116(2)之间形成经过所有24个电池电芯的电串联路径。因此，任何紧邻的一对极耳的极性彼此相反。除了该串联的电池电芯104的端部处的极耳之外，所有紧邻的极性相反的极耳对在形成电串联时彼此电气地和机械地连接。在一个示例中，这些极耳彼此焊接(例如通过激光焊接)以形成这些连接，并形成相对应的极耳对120(参见图1A；只有少数被标记以避免混乱)。可以根据需要实现进行电气和机械连接的其他方式。
如上所述，多个电池电芯(这里是电池电芯104)彼此电气地连接的方式不必是全串联连接；相反，它可以是适合特定设计所需的任何连接，例如全并联、全串联、或并联和串联的混合。就此而言，虽然单串联路径不需要使用母线，但根据本公开制成的其他电池模组可以包括一个或更多个母线，以完成电池电芯和/或电池电芯组之间所需的电气连接的任何部分。本领域技术人员将理解如何根据需要部署母线。
示例电池模组100包括包装物124(图1A和图1B)，包装物124捆扎单个电池电芯子模组112以有效地使电芯堆108成整体。当电芯化学组成是需要电池电芯104保持在压力下的类型例如以抑制枝晶的生长时，包装物124还可以在充电期间提供必要的压力和/或对电芯膨胀的阻力。包装物124可包括任何一种或更多种合适的材料，例如纤维增强带和/或收缩包装物等。
在该示例中，电池模组100还包括FPC 128，其在电芯堆108的端部108E(1)和108E(2)之间延伸，主要在包装物124的下面延伸。FPC 128通过相对应的相应电触点128C(图1A；为了避免混乱，仅标记了少数电触点)电连接到极耳对120中的各个极耳对和功率输出端子116(1)和116(2)。FPC 128还包括用于将FPC电连接到CMC(参见例如图4B的CMC432(1)至432(4))的电连接器128EC。
如上所述，电芯堆108由24个电池电芯子模组112组成，每个电池电芯子模组具有图2A和图2B所示的构造。参考图2A和图2B，每个电池电芯子模组112包括电池电芯104和互锁隔板200，如图2B所示，互锁隔板200被设计和构造成与第二类似或相同的互锁隔板200(1)互锁。通常，尽管不是必须的，特定电池模组内的所有互锁隔板彼此相同。然而，在一些实施例中，可能希望具有不同类型的互锁隔板。例如，一些实施例可以具有“单侧”端部型互锁隔板(未示出)，该“单侧”端部型互锁隔板仅在互锁隔板的一侧互锁，以向电芯堆提供限定的端部(definitive end)。
当两个互锁隔板200彼此接合时，例如，如在图2B中看到的互锁隔板200和200(1)的互锁，它们协作以形成包含相对应电池电芯104的电芯隔室204。继续参照图2B，每个互锁隔板200、200(1)包括壁200W和多个互锁特征208(图2B)，该多个互锁特征208被设计和构造成允许两个类似或相同的互锁隔板彼此互锁。在图2A和图2B的示例中，每个互锁隔板200、200(1)上的互锁特征208包括第一对凸缘208F(1)和第二对凸缘208F(2)，该第一对凸缘208F(1)在壁的第一侧上远离壁200W延伸以突出于壁的第一面200F(1)，该第二对凸缘208F(2)在壁的第二侧上远离壁200W延伸以突出于壁的第二面200F(2)。在该示例中，当互锁隔板200、200(1)彼此互锁时，互锁隔板200的第一对凸缘208F(1)位于互锁隔板200(1)的第二对凸缘208F(2)的外侧。第一对凸缘208F(1)和第二对凸缘208F(2)的位置在第一对凸缘和第二对凸缘的相对表面之间提供滑动或摩擦配合。在一些实施例中，第一对凸缘208F和第二对凸缘208F(2)可以被修改以提供机械互锁配合。在图2B所示的示例中，第一对凸缘208F(1)和第二对凸缘208F(2)沿着互锁隔板200的侧边(lateral sides)200LS连续，并且几乎延伸侧边的整个长度。然而，在其他实施例中，第一对凸缘208F(1)和第二对凸缘和208F(2)不一定连续(例如，它们可以更像凸起)，也不一定延伸侧边的整个长度。此外，互锁特征不必是壁200W两侧的凸缘，如图3所示。
参照图3，该示例示出了一对互锁隔板300(1)和300(2)，它们类似于图2A和图2B的互锁隔板200和200(1)。然而，在互锁隔板300(1)和300(2)中，一些互锁特征304不同于图2A和图2B的互锁特征208。在图3的互锁隔板300(1)和300(2)中，相应的一对凸缘304F(1)和304F(2)可以与图2A和图2B的第一对凸缘208F(1)相同。然而，代替图2A和图2B的实施例的第二对凸缘208F(2)，图3的互锁隔板300(1)和300(2)中的每一个包括一对凹槽304G(1)和304G(2)，该一对凹槽304G(1)和304G(2)被定位和构造成例如以摩擦配合滑动地接合相应凸缘304F(1)和304F(2)，以便在两个互锁隔板之间产生互锁。
如本领域技术人员将容易理解的，图2A、图2B的互锁特征208和图3的互锁特征304的两个示例是互锁特征和互锁结构的许多可能性中的两个。例如，除了诸如凸缘208F(1)、208F(2)、304F(1)和304F(2)的凸缘之外的互锁结构包括但不限于耳片和柱，以及除了凹槽304G(1)和304G(2)之外的互锁特征包括但不限于槽和孔。在一些实施例中，互锁特征和互锁结构中的一些或所有可以但不一定与壁200W整体地制造，例如通过模塑、增材制造、或铣削、以及它们的任何组合以及其他方法。
返回参照图2A以及还参照图2B，在所示的示例中，电池电芯104是锂金属电池电芯，其要求电池电芯在成品电池模组(例如图1A至图1C的电池模组100)内沿着电池模组内的电芯堆的堆叠方向212承受压力。作为加压***的一部分，该示例中的电池电芯子模组112包括压力控制层216，该压力控制层216与电池电芯104的近端面104F基本同延(coextensive)，并且还被包含在电芯隔室204(图2B)中。在一些实施例中，压力控制层216的厚度和可压缩性被选择和/或设计成具有适合于电池电芯104的压力诱导轮廓。用作压力控制层216的材料的示例包括但不限于聚氨酯、硅橡胶、和有机硅胶等。
如将理解的，在图1A至图1C的电池模组100的上下文中的加压***包括包装物124，该包装物向模组提供总压力和/或生长约束。尽管加压***及其部件(例如压力控制层216、包装物124(图1A至图1C)、和电芯室204的高度H室)的详细设计超出了本公开的范围，但本公开提供了这样的部件可以如何集成到本文公开的高度模组化的构造中的示例。在一些实施例中，不一定存在压力控制层216。在一些实施例中，压力控制层216的功能可以集成到电池电芯子模组112的一个或更多个其他部件中，例如壁200W和/或防火绝热层220(如果存在的话)。
继续参考图2A和图2B，如上所述，电池电芯104是锂金属电池电芯，并且该电芯可以在诸如热失控的灾难性事件期间产生诸如气体的排放物。为了处理这种排放物和任何伴随的热和燃烧，电池电芯子模组112还包括防火绝热层220，防火绝热层220可以由任何一种或更多种合适的防火和绝热材料，例如云母、气凝胶、和/或陶瓷硅橡胶等制成。当被提供时，防火绝热层220的用途是抑制可能存在于任何给定电芯室204中的热和火影响相邻电芯室中的电池电芯104。在一些实施例中，用于防火绝热层220的材料可以被选择，以便当通过暴露于约1200℃至约1500℃的明火进行测试时，至少保持合适完好直到约5分钟。在一些实施例中，防火隔热层220的功能可以集成到电池电芯子模组112的一个或更多个其他部件，例如壁200W和/或压力控制层216(如果存在的话)中。
在一些实施例中，电池电芯子模组212可以包括一个或更多个排放通道224(图2B)，该一个或更多个排放通道224为电池电芯104可以排出的任何排放物提供离开电芯室204和电池模组100(图1A至1C)的路径。在一些实施例中，每个排放通道224可以通过使电芯室204的宽度W室大于电池电芯104的宽度W电芯来限定，使得在电池隔室内存在沿着电池电芯的一个或两个侧向边缘104LE延伸的空的空间。该空的空间可用作排放通道224。在一些实施例中，诸如壁(未示出)的结构可以从壁200W突出以将每个排放通道224与电池电芯104分开。
参考图2A，在一些实施例中，互锁隔板200可用作导热体，以将电池电芯104生成的热量从电池电芯传导出去，并为这种热量提供到散热器的路径，散热器例如可结合到电池包(例如图4A至图4C的电池包400或其他结构(未示出))中。为了提供这种导热能力，至少壁200W以及可能整个互锁隔板200应当由一种或更多种合适的导热材料(例如铝合金(例如，0.2mm厚)，导热树脂以及石墨复合云母片，等等)制成。所选择的材料还可以提供某种程度的坚固性。在一些实施例中，壁200W是连续的，即不包括任何开口。
参照图2A和图2B，被包含在电芯室204中的电池电芯子模组112的部件(这里是电池电芯104、压力控制层216、和防火绝热层220)可以相对于彼此和相对于壁200W都是不固定的。然而，在一些实施例中，这些部件中的每一个可以以多种方式固定到这些部件中的一个或更多个其他部件上。例如，电池电芯104可以例如使用导热粘合剂粘接地固定到电池电芯子模组112的壁200W。作为另一个示例，压力控制层216可以例如使用一种或更多种粘合剂和/或热粘合等固定到电池电芯104和防火绝热层220中的一个、另一个、或两者。作为另一个示例，防火绝热层220可以在与电池电芯104相反的一侧上固定到壁200W。
图4A示出了根据本公开的多个方面制成的示例电池包400。在该示例中，电池包400包括壳体404，壳体404包括基座404B(图4B和图4C)和封闭件404C(图4D)。如下所述和上面所提到的，图4A到图4D的电池包包括许多特征，这些特征使其比传统电池包重量效率更高、体积更高效、和更模组化。壳体404的主要部分(包括基座404B和封闭件404C的总体结构)可以由任何一种或更多种合适的材料制成，例如由工程塑料和/或金属等制成。
参照图4B和图4C，基座404B包括四个模组隔室404(1)至404(4)(图4B)，每个模组隔室接收两个电池模组，这为该电池包400(图4A)提供了总共8个电池模组408(1)至408(8)(图4C)。组成本公开的任何电池包(包括电池包400)的能量存储部分的电池模组的数量取决于针对所讨论的特定应用的电池包的要求以及电池包上的电池模组的尺寸。因此，本领域技术人员将容易理解，电池包400及其八个电池模组408(1)至408(8)只是说明性的，而不是限制性的。在一些实施例中，电池模组408(1)到408(8)中的每一个可以与上面详细描述的图1A到图2B的电池模组100相同或相似。电池模组408(1)到408(8)可以使用任何合适的固定装置(例如粘合剂(未示出)或机械紧固等)来固定到基座404B。
在该示例中，基座404B包括两个外侧壁404OW(1)和404OW(2)、横向内壁(transverse inner wall)404TW、和两个纵向内壁404LW(1)和404LW(2)，它们彼此配合以限定四个模组隔室404(1)到404(4)。在其中电池模组408(1)至408(8)是需要处于压力下的类型的一些实施例中，侧壁404OW(1)和404OW(2)以及两个纵向内壁404LW(1)和404LW(2)可以被设计和构造成承受来自电池模组内发生的析出所生成的压力负荷的一部分。在这样的实施例中，这些壁404OW(1)、404OW(2)、404LW(1)、和404LW(2)的强度和刚性可以结合电池模组408(1)到408(8)上的任何包装物(参见，例如，图1A到图1C的包装物124)来设计。例如，这些壁404OW(1)、404OW(2)、404LW(1)和404LW(2)越坚固和越刚性，包装物就越不需要坚固，反之亦然。在包装物是带的情况下，与包装物有关的变量可以是所提供的带的层数。如本领域技术人员将理解的，横向内壁404TW可被设计用于任何一个或更多个用途，例如承载由于电池模组408(1)至408(8)内的析出引起的压力所导致的拉伸负荷，在模组隔室404(1)和404(4)之间以及在模组隔室404(2)和404(3)之间提供防爆屏障，和/或为基座404B的底壁404BW提供稳定性，等等。
参照图4D，该实施例中的封闭件404C包括电子壳体412，该电子壳体412包含(由硬件和软件组成的)电池管理***(BMS)416、BDU 420、低压连接器424和高压连接器428。在该实施例中，低压连接器424用于将BMS 416放置成与利用电池包400的设备(未示出)(例如，电动交通工具等)的外部控制器(未示出)连通。高压连接器428用于将电池包400(即电池模组408(1)至408(8)和BDU 420)电连接到设备(例如，电动交通工具)，以向该设备提供电能。如图4A所示，电子壳体412包括用于密封壳体的可移除封闭件412C。
如在图4B中最清楚地看到的，基座404B包括四个CMC 432(1)至432(4)和线束436，线束436用于将CMC和电池模组408(1)至408(4)电连接到电子壳体412中的BMS 416。在该示例中，基座404B还包括母线***440，母线***440用于将电池模组408(1)至408(8)的输出端子(未示出，但参见图1B的模组输出端子116(1)和116(2))电连接到BDU 420。
参照图4A和图4D，壳体404包括排放口444(这里在封闭件404C上)用于泄出来自任何电池模组408(1)至408(8)的任何排放物。排放口444可以以任何需要的合适数量定位和提供。例如，如上面相对于图2A和图2B所讨论的，这里示出的电池电芯子模组112被提供有排放通道224，该排放通道224在特定排出位置将任何排放物引向电池模组100(图1A至图1C)和从电池模组100引出。如果图4C的电池模组408(1)至408(8)中的每一个是电池模组100的实例，则排放口444可以基于那些排出位置。
可做出各种修改和添加而不偏离本公开的精神和范围。上面所述的各种实施例的每个的特征可视情况与其它所述实施例的特征组合，以便提供在相关的新实施例中的多个特征组合。此外，虽然前述内容描述了多个单独的实施例，但是在本文所述的内容仅仅说明本实用新型的原理的应用。此外，虽然在本文的特定方法可被示出和/或描述为以特定的顺序被执行，但是该顺序在普通技能内是高度可变的以实现本公开的多个方面。相应地，该描述意味着只作为示例被采取，且不以其它方式限制本实用新型的范围。
示例性实施方案在上面已经被公开并在附图中被示出。本领域中的技术人员将理解，可对本文中特别公开的内容做出各种变化、省略和添加而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (28)

1.一种电池电芯模组，其特征在于，所述电池电芯模组包括：
互锁隔板，所述互锁隔板被配置成与所述电池电芯模组的第二实例的类似或相同的第二互锁隔板互锁，其中，所述互锁隔板包括：
壁，所述壁具有彼此相对的第一面侧和第二面侧以及电芯接合区域，所述电芯接合区域具有周边；以及
多个互锁结构，所述多个互锁结构固定到所述壁并且侧向地位于所述电芯接合区域的周边之外，并且在所述第一面侧和所述第二面侧中的至少一个上突出于所述壁；以及
多个互锁特征，所述多个互锁特征被设计和构造成与存在于所述电池电芯模组的类似或相同的第二实例上的所述多个互锁结构互锁；
电池电芯，所述电池电芯在所述电芯接合区域中与所述壁接合，使得当所述电池电芯模组与类似或相同的第二电池电芯模组互锁时，所述电池电芯被捕获在所述电池电芯模组的壁和所述类似或相同的第二电池电芯模组的壁之间。
2.根据权利要求1所述的电池电芯模组，其特征在于，所述电池电芯在所述电池电芯的相对应的相对的第一侧和第二侧上具有第一面壁和第二面壁，并且所述第一面壁面对所述电芯接合区域，所述电池电芯模组还包括位于所述电池电芯的所述第二侧上的防火隔绝层。
3.根据权利要求2所述的电池电芯模组，其特征在于，所述电池电芯模组还包括位于所述电池电芯的所述第二侧上的电芯膨胀补偿层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池电芯模组，其特征在于，所述互锁隔板的所述壁包括导热材料，并且被设置成从所述电池电芯导出热量。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电池电芯模组，其特征在于：
所述电池电芯具有彼此间隔开的第一端和第二端；并且
当所述电池电芯模组与其中捕获有所述电池电芯的所述类似或相同的第二电池电芯模组接合时，所述电池电芯模组和所述类似或相同的第二电池电芯模组协作以限定包含所述电池电芯的安全隔室。
6.根据权利要求4所述的电池电芯模组，其特征在于：
所述电池电芯具有彼此间隔开的第一端和第二端；并且
当所述电池电芯模组与其中捕获有所述电池电芯的所述类似或相同的第二电池电芯模组接合时，所述电池电芯模组和所述类似或相同的第二电池电芯模组协作以限定包含所述电池电芯的安全隔室。
7.根据权利要求5所述的电池电芯模组，其特征在于，所述安全隔室具有分别对应于所述电池电芯的第一端和第二端的第一端和第二端，并且所述安全隔室包括排放通道，所述排放通道被设置成将来自所述电池电芯的任何排放物引导至所述安全隔室的所述第一端和所述第二端中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的电池电芯模组，其特征在于，所述安全隔室具有分别对应于所述电池电芯的第一端和第二端的第一端和第二端，并且所述安全隔室包括排放通道，所述排放通道被设置成将来自所述电池电芯的任何排放物引导至所述安全隔室的所述第一端和所述第二端中的至少一个。
9.根据权利要求1-3和6-8中任一项所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁结构包括突出于所述第一面侧的多个凸缘，其中，所述多个凸缘被设计和构造成接合所述多个互锁特征中的相对应的相应的互锁特征。
10.根据权利要求4所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁结构包括突出于所述第一面侧的多个凸缘，其中，所述多个凸缘被设计和构造成接合所述多个互锁特征中的相对应的相应的互锁特征。
11.根据权利要求5所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁结构包括突出于所述第一面侧的多个凸缘，其中，所述多个凸缘被设计和构造成接合所述多个互锁特征中的相对应的相应的互锁特征。
12.根据权利要求9所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁特征包括突出于所述壁的所述第二面侧的多个凸缘，并且所述多个互锁特征被设计和构造成与所述电池电芯模组的所述第二实例的互锁结构的多个凸缘滑动互锁。
13.根据权利要求10或11所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁特征包括突出于所述壁的所述第二面侧的多个凸缘，并且所述多个互锁特征被设计和构造成与所述电池电芯模组的所述第二实例的互锁结构的多个凸缘滑动互锁。
14.根据权利要求9所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁特征包括多个凹槽，所述多个凹槽在所述壁的所述第二面侧上形成在所述互锁隔板中，并且所述多个互锁特征被设计和构造成滑动地接收所述电池电芯模组的所述第二实例的互锁结构的多个凸缘。
15.根据权利要求10或11所述的电池电芯模组，其特征在于，所述多个互锁特征包括多个凹槽，所述多个凹槽在所述壁的所述第二面侧上形成在所述互锁隔板中，并且所述多个互锁特征被设计和构造成滑动地接收所述电池电芯模组的所述第二实例的互锁结构的多个凸缘。
16.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括相互互锁以形成电芯堆的多个根据权利要求1至15中任一项所述的电池电芯模组。
17.根据权利要求16所述的电池模组，其特征在于，所述电池模组还包括缠绕在所述电芯堆上以形成单一电芯束的带。
18.根据权利要求17所述的电池模组，其特征在于，所述电池模组还包括与所述电芯堆内的所述电池电芯电连通的采样柔性印刷电路，其中，所述采样柔性印刷电路与所述电芯堆一起被缠绕在所述带内。
19.根据权利要求16所述的电池模组，其特征在于，所述电池模组还包括与所述电芯堆内的所述电池电芯电连通的采样柔性印刷电路。
20.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括：
多个根据权利要求16至19中任一项所述的电池模组；以及
壳体，所述壳体包含多个电池模组。
21.根据权利要求20所述的电池包，其特征在于，所述壳体包括至少一个压力口。
22.根据权利要求21所述的电池包，其特征在于，当所述电池电芯模组与其中捕获有所述电池电芯的所述类似或相同的第二电池电芯模组接合时，所述电池电芯模组和所述类似或相同的第二电池电芯模组协作以限定包含所述电池电芯的安全隔室，所述至少一个压力口与所述安全隔室的排放通道流体连通。
23.根据权利要求21所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括至少一个电池监测控制器，所述至少一个电池监测控制器联接到所述壳体，以便在所述壳体的一部分从所述电池包移除时能够被移除。
24.根据权利要求23所述的电池包，其特征在于，所述至少一个电池监测控制器电联接到所述电池模组中的每一个的采样柔性印刷电路。
25.根据权利要求24所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括在每个所述采样柔性印刷电路和所述至少一个电池监测控制器之间的接触型电连接件。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的电池包，其特征在于，所述壳体包括基座和盖，其中，所述基座包括电连接到所述多个电池模组的线束，并且所述盖包括电输出端子，其中，所述线束经由接触型电连接件电连接到所述电输出端子。
27.根据权利要求26所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括联接到所述盖的电池管理***，其中，所述线束经由接触型电连接件电连接到所述电池管理***。
28.根据权利要求27所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括联接到所述盖的电池断路单元，其中，所述线束经由接触型电连接件电连接到所述电池断路单元。
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