一种热失控侧喷式电池以及其设计方法

摘要

本发明公开了一种热失控侧喷式电池设计方法以及热失控侧喷式电池，属于电池领域，通过设计整体结构、设计连接件的具体结构、有限元建模、热失控仿真、冲击仿真、对剩余样式的连接薄弱部仿真、分析最优解等步骤，使电芯的泄压口以及安装在泄压口的防爆阀设置在电芯的侧部，当热失控发生时，高温电解液从侧部喷出，流入壳体的泄压流道，排出高温电解液，避免高温电解液泄露撒在电芯上；并且高温电解液能够冲破泄压孔内的检测部，使连接薄弱部断开，埋设在连接薄弱部的信号线断开，产生热失控信号，对热失控的发生产生示警；通过热失控仿真、冲击仿真以及分析最优解，设计出最符合需求的连接件。

权利要求

1.一种热失控侧喷式电池设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对热失控侧喷式电池建模，对电芯、连接件以及壳体施加约束条件；

S2：对设有第一样式的连接薄弱部的电池模型进行热失控仿真分析，模拟不同型号的电芯发生热失控时产生的高温电解液流速以及烟雾的浓度，检测连接件的连接薄弱部是否断开，连接薄弱部断开的电池模型仿真合格，不合格的调整连接薄弱部的尺寸以及厚度，通过仿真得到这一样式的连接薄弱部的尺寸以及厚度的最大值；

S3：对热失控仿真合格的设有第一样式的连接薄弱部的电池模型进行冲击仿真，模拟不同方向以及力度的冲击，检测连接件的连接薄弱部是否断开，连接薄弱部未断开的电池模型仿真合格，不合格的调整连接薄弱部的尺寸以及厚度，通过仿真得到这一样式的连接薄弱部的尺寸以及厚度的最小值；

S4：对设有其他样式的连接薄弱部的电池模型依次进行热失控仿真以及冲击仿真，得到不同样式的连接薄弱部的尺寸以及厚度的范围；

S5：对不同样式的连接薄弱部的加工难度、成本、热失控灵敏性、抗冲击性设置不同的优先级权重，综合分析最优的连接薄弱部样式、尺寸以及厚度。

2.根据权利要求1所述的热失控侧喷式电池设计方法，其特征在于：还包括设计整体结构，所述设计整体结构位于步骤S1之前，具体为：将电芯的泄压口以及安装在所述泄压口的防爆阀设置在电芯的侧部，壳体的侧板内部设有泄压流道，在电芯的防爆阀与壳体的泄压流道之间设计连接件，连接件设有泄压孔，所述泄压孔两端分别与所述防爆阀以及所述泄压流道连通，泄压孔内设有检测部，所述检测部与所述泄压孔的内壁之间设有开槽，使所述检测部与所述泄压孔的内壁之间形成连接薄弱部，所述连接薄弱部内埋设有信号线。

3.根据权利要求1所述的热失控侧喷式电池设计方法，其特征在于：还包括设计连接件的具体结构，所述设计连接件的具体结构位于步骤S1之前，具体为：设计连接薄弱部的不同样式、连接薄弱部的预设尺寸以及预设厚度。

4.一种热失控侧喷式电池，采用如权利要求1‑3任意一项所述的热失控侧喷式电池设计方法设计，包括电芯以及壳体，其特征在于：所述电芯的泄压口以及安装在所述泄压口的防爆阀设置在电芯的侧部，所述壳体的侧板内部设有泄压流道，所述热失控侧喷式电池还包括连接件，所述连接件设有泄压孔，所述泄压孔两端分别与所述防爆阀以及所述泄压流道连通，泄压孔内设有检测部，所述检测部与所述泄压孔的内壁之间设有开槽，使所述检测部与所述泄压孔的内壁之间形成连接薄弱部，所述连接薄弱部内埋设有信号线，所述连接薄弱部的数量为四个，四个所述连接薄弱部对称设置，每一所述连接薄弱部呈矩形。

5.根据权利要求4所述的热失控侧喷式电池，其特征在于：所述连接件包括板体、第一凸缘以及第二凸缘，所述泄压孔设置于所述板体上并且为通孔，所述第一凸缘以及所述第二凸缘从所述板体两侧的泄压孔边缘延伸而出，所述检测部位于所述第一凸缘的端部以及所述第二凸缘的端部之间。

6.根据权利要求5所述的热失控侧喷式电池，其特征在于：所述连接件还包括密封边，所述密封边从所述第二凸缘的端部延伸而出并与所述泄压孔的轴线垂直，所述密封边与所述电芯的主体贴合，所述密封边防止所述防爆阀流出的高温电解液流速以烟雾流入所述电芯以及所述壳体之间。

7.根据权利要求5所述的热失控侧喷式电池，其特征在于：所述连接件还包括卡扣部，所述卡扣部包括多个卡爪，多个卡爪从所述板体延伸而出，相邻两卡爪之间形成间隙。

8.根据权利要求7所述的热失控侧喷式电池，其特征在于：所述卡爪呈直角锥形。

9.根据权利要求4所述的热失控侧喷式电池，其特征在于：所述连接薄弱部的数量为至少两个，至少两所述连接薄弱部对称设置。

10.根据权利要求9所述的热失控侧喷式电池，其特征在于：所述连接薄弱部的宽度为

2‑4mm，长度为3‑5mm，厚度为0.5‑1.5mm。

说明书

一种热失控侧喷式电池以及其设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电池领域，尤其是涉及热失控侧喷式电池以及其设计方法。

背景技术

[0002] 随着社会的进步和科技的发展，电池的安全性越来越被人们重视。其中，电池的热失控容易引起爆炸、起火等问题，会造成很大的安全事故。目前较为常见的解决方式如专利CN212182484U以及CN112259900A中所示，电池热失控产生的高温电解液以及气体从电芯顶端的防爆阀排出，通过在电池顶部的汇流排支架上设置电路采样板，利用电芯异常时内部产生的气体冲开防爆阀冲断采样板的弱化部来发出电芯异常的警示信号，这种设计虽然能够对热失控的发生产生示警并排出热失控产生的高温电解液以及气体，但从顶部排出的高温电解液存在泄露撒在电芯上导致电芯短路的风险。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种能够避免高温电解液泄露撒在电芯上，并且能够对热失控的发生产生示警、排出热失控产生的高温电解液的热失控侧喷式电池的设计方法。

[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种能够避免高温电解液泄露撒在电芯上，并且能够对热失控的发生产生示警、排出热失控产生的高温电解液的热失控侧喷式电池。

[0005] 本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

[0006] 一种热失控侧喷式电池设计方法，包括以下步骤：

[0007] S1：对热失控侧喷式电池建模，对电芯、连接件以及壳体施加约束条件；

[0008] S2：对设有第一样式的连接薄弱部的电池模型进行热失控仿真分析，模拟不同型号的电芯发生热失控时产生的高温电解液流速以及烟雾的浓度，检测连接件的连接薄弱部是否断开，连接薄弱部断开的电池模型仿真合格，不合格的调整连接薄弱部的尺寸以及厚度，通过仿真得到这一样式的连接薄弱部的尺寸以及厚度的最大值；

[0009] S3：对热失控仿真合格的设有第一样式的连接薄弱部的电池模型进行冲击仿真，模拟不同方向以及力度的冲击，检测连接件的连接薄弱部是否断开，连接薄弱部未断开的电池模型仿真合格，不合格的调整连接薄弱部的尺寸以及厚度，通过仿真得到这一样式的连接薄弱部的尺寸以及厚度的最小值；

[0010] S4：对设有其他样式的连接薄弱部的电池模型依次进行热失控仿真以及冲击仿真，得到不同样式的连接薄弱部的尺寸以及厚度的范围；

[0011] S5：对不同样式的连接薄弱部的加工难度、成本、热失控灵敏性、抗冲击性设置不同的优先级权重，综合分析最优的连接薄弱部样式、尺寸以及厚度。

[0012] 进一步的，还包括设计整体结构，所述设计整体结构位于步骤S1之前，具体为：将电芯的泄压口以及安装在所述泄压口的防爆阀设置在电芯的侧部，壳体的侧板内部设有泄压流道，在电芯的防爆阀与壳体的泄压流道之间设计连接件，连接件设有泄压孔，所述泄压孔两端分别与所述防爆阀以及所述泄压流道连通，泄压孔内设有检测部，所述检测部与所述泄压孔的内壁之间设有开槽，使所述检测部与所述泄压孔的内壁之间形成连接薄弱部，所述连接薄弱部内埋设有信号线。进一步的，还包括设计连接件的具体结构，所述设计连接件的具体结构位于步骤S1之前，具体为：设计连接薄弱部的不同样式、连接薄弱部的预设尺寸以及预设厚度。

[0013] 本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

[0014] 一种热失控侧喷式电池，采用上述热失控侧喷式电池的设计方法设计，包括电芯以及壳体，所述电芯的泄压口以及安装在所述泄压口的防爆阀设置在电芯的侧部，所述壳体的侧板内部设有泄压流道，所述热失控侧喷式电池还包括连接件，所述连接件设有泄压孔，所述泄压孔两端分别与所述防爆阀以及所述泄压流道连通，泄压孔内设有检测部，所述检测部与所述泄压孔的内壁之间设有开槽，使所述检测部与所述泄压孔的内壁之间形成连接薄弱部，所述连接薄弱部内埋设有信号线，所述连接薄弱部的数量为四个，四个所述连接薄弱部对称设置，每一所述连接薄弱部呈矩形。

[0015] 进一步的，所述连接件包括板体、第一凸缘以及第二凸缘，所述泄压孔设置于所述板体上并且为通孔，所述第一凸缘以及所述第二凸缘从所述板体两侧的泄压孔边缘延伸而出，所述检测部位于所述第一凸缘的端部以及所述第二凸缘的端部之间。

[0016] 进一步的，所述连接件还包括密封边，所述密封边从所述第二凸缘的端部延伸而出并与所述泄压孔的轴线垂直，所述密封边与所述电芯的主体贴合，所述密封边防止所述防爆阀流出的高温电解液流速以烟雾流入所述电芯以及所述壳体之间。

[0017] 进一步的，所述连接件还包括卡扣部，所述卡扣部包括多个卡爪，多个卡爪从所述板体延伸而出，相邻两卡爪之间形成间隙。

[0018] 进一步的，所述卡爪呈直角锥形。

[0019] 进一步的，所述连接薄弱部的数量为至少两个，至少两所述连接薄弱部对称设置。

[0020] 进一步的，所述连接薄弱部的宽度为2‑4mm，长度为3‑5mm，厚度为0.5‑1.5mm。

[0021] 相比现有技术，本发明热失控侧喷式电池的设计方法通过设计整体结构，使电芯的泄压口以及安装在泄压口的防爆阀设置在电芯的侧部，当热失控发生时，高温电解液以及烟雾从侧部喷出，并流入壳体的泄压流道，排出热失控产生的高温电解液，避免高温电解液泄露撒在电芯上；并且高温电解液能够冲破泄压孔内的检测部，使连接薄弱部断开，埋设在连接薄弱部的信号线断开，产生热失控信号，对热失控的发生产生示警；通过热失控仿真、冲击仿真以及分析最优解，设计出最符合需求的连接件。

附图说明

[0022] 图1为本发明热失控侧喷式电池的设计方法的流程图；

[0023] 图2为本发明热失控侧喷式电池的设计方法设计的热失控侧喷式电池的第一实施例的剖视图；

[0024] 图3为图2的第一实施例的热失控侧喷式电池的局部结构立体图；

[0025] 图4为图2的第一实施例的热失控侧喷式电池的连接件的一立体图；

[0026] 图5为图4的第一实施例的热失控侧喷式电池的连接件的另一立体图；

[0027] 图6为图2的第一实施例的热失控侧喷式电池的立体剖视图；

[0028] 图7为图6的第一实施例的热失控侧喷式电池的A处的放大图；

[0029] 图8为本发明热失控侧喷式电池的第二实施例的连接件的结构示意图；

[0030] 图9为本发明热失控侧喷式电池的第三实施例的连接件的结构示意图；

[0031] 图10为本发明热失控侧喷式电池的第四实施例的连接件的结构示意图；

[0032] 图11为本发明热失控侧喷式电池的第五实施例的连接件的结构示意图。

[0033] 图中：10、电芯；11、主体；12、防爆阀；20、连接件；21、板体；22、卡扣部；220、卡爪；221、间隙；23、第一凸缘；24、检测部；240、开槽；241、连接薄弱部；242、信号线；25、第二凸缘；26、密封边；27、泄压孔；30、壳体；31、泄压流道。

具体实施方式

[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。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。

[0036] 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例的目的，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。

[0037] 如图1所示，本发明热失控侧喷式电池的设计方法，包括以下步骤：

[0038] 一种热失控侧喷式电池设计方法，包括以下步骤：

[0039] 设计整体结构：将电芯10的泄压口以及安装在泄压口的防爆阀12设置在电芯10的侧部，壳体30的侧板内部设有泄压流道31，在电芯10的防爆阀12与壳体30的泄压流道31之间设计连接件20，连接件20设有泄压孔27，泄压孔27两端分别与防爆阀12以及泄压流道31连通，泄压孔27内设有检测部24，检测部24与泄压孔27的内壁之间设有开槽240，使检测部24与泄压孔27的内壁之间形成连接薄弱部241，连接薄弱部241内埋设有信号线242；

[0040] 设计连接件20的具体结构：设计连接薄弱部241的不同样式、连接薄弱部241的预设尺寸以及预设厚度；

[0041] 有限元建模：对热失控侧喷式电池建模，对电芯10、连接件20以及壳体30施加约束条件；

[0042] 热失控仿真：对设有第一样式的连接薄弱部241的电池模型进行热失控仿真分析，模拟不同型号的电芯10发生热失控时产生的高温电解液流速以及烟雾的浓度，检测连接件20的连接薄弱部241是否断开，连接薄弱部241断开的电池模型仿真合格，不合格的调整连接薄弱部241的尺寸以及厚度，通过仿真得到这一样式的连接薄弱部241的尺寸以及厚度的最大值；

[0043] 冲击仿真：对热失控仿真合格的设有第一样式的连接薄弱部241的电池模型进行冲击仿真，模拟不同方向以及力度的冲击，检测连接件20的连接薄弱部241是否断开，连接薄弱部241未断开的电池模型仿真合格，不合格的调整连接薄弱部241的尺寸以及厚度，通过仿真得到这一样式的连接薄弱部241的尺寸以及厚度的最小值；

[0044] 对剩余样式的连接薄弱部241仿真：对设有其他样式的连接薄弱部241的电池模型依次进行热失控仿真以及冲击仿真，得到不同样式的连接薄弱部241的尺寸以及厚度的范围；

[0045] 分析最优解：对不同样式的连接薄弱部241的加工难度、成本、热失控灵敏性、抗冲击性设置不同的优先级权重，综合分析最优的连接薄弱部241样式、尺寸以及厚度。

[0046] 具体的，在设计整体结构步骤中，连接件20还包括板体21、卡扣部22、第一凸缘23、第二凸缘25以及密封边26，泄压孔27设置于板体21上并且为通孔，第一凸缘23以及第二凸缘25从板体21两侧的泄压孔27边缘延伸而出，检测部24位于第一凸缘23的端部以及第二凸缘25的端部之间。密封边26从第二凸缘25的端部延伸而出并与泄压孔27的轴线垂直，密封边26与电芯10的主体11贴合，密封边26防止防爆阀12流出的高温电解液流速以烟雾流入电芯10以及壳体30之间。卡扣部22包括多个卡爪220，多个卡爪220从板体21延伸而出，相邻两卡爪220之间形成间隙221。壳体30上设有卡扣孔，卡扣部22伸入卡扣孔中，实现连接件20固定于壳体30。卡爪220呈直角锥形，便于卡扣部22伸入卡扣孔。

[0047] 具体的，在设计连接件20的具体结构步骤中，设计四种样式的检测部24。分别为：在第一实施例中，如图4至图5所示，检测部24呈椭圆形，连接薄弱部241的数量为四个，四个连接薄弱部241分别位于检测部24两端的中部以及两侧的中部。在第二实施例中，请继续参阅图8，检测部24呈椭圆形，连接薄弱部241的数量为二个，二连接薄弱部241分别位于检测部24的两对角处。在第三实施例中，请继续参阅图9，检测部24呈椭圆形，连接薄弱部241的数量为三个，三连接薄弱部241分别位于检测部24一侧的中部以及另一侧的两角。三连接薄弱部241关于中线对称设置。在第四实施例中，请继续参阅图10，检测部24呈矩形，连接薄弱部241的数量为二个，二连接薄弱部241分别位于检测部24的两端中部。在第五实施例中，请继续参阅图11，检测部24呈矩形，连接薄弱部241的数量为二个，二连接薄弱部241分别位于检测部24的两侧中部。

[0048] 具体的，在有限元建模步骤中，对热失控侧喷式电池建模，对电芯10、连接件20以及壳体30施加约束条件。对连接件20设置卡扣于壳体30，连接件20的密封边26与主体11抵触。

[0049] 具体的，在热失控仿真步骤中，不同型号的电芯10发生热失控时产生的高温电解液流速以及烟雾的浓度不同。检测部24的作用是检测热失控是否发生，原理是通过高温电解液以及烟雾冲断连接薄弱部241，使信号线242断开，产生热失控信号。当仿真时，连接薄弱部241不断开时，减小连接薄弱部241的尺寸以及厚度，从而能够得到这一样式的连接薄弱部241的尺寸以及厚度的最大值。

[0050] 具体的，在冲击仿真步骤中，当冲击仿真时，连接薄弱部241断开时，增大连接薄弱部241的尺寸以及厚度，从而能够得到这一样式的连接薄弱部241的尺寸以及厚度的最小值。

[0051] 具体的，在分析最优解步骤中，热失控灵敏性与连接薄弱部241的尺寸以及厚度相关，尺寸越大，热失控灵敏性越低；厚度越大，热失控灵敏性越低。抗冲击性与连接薄弱部241的尺寸以及厚度相关，尺寸越大，抗冲击性越强；厚度越大，抗冲击性越强。

[0052] 请继续参阅图2至图7，本发明还涉及采用上述热失控侧喷式电池设计方法制造的热失控侧喷式电池，包括电芯10、连接件20以及壳体30。

[0053] 电芯10包括主体11以及防爆阀12。

[0054] 主体11泄压口以及安装在泄压口的防爆阀12设置在电芯10的侧部。

[0055] 连接件20包括板体21、卡扣部22、第一凸缘23、第二凸缘25以及密封边26，泄压孔27设置于板体21上并且为通孔，第一凸缘23以及第二凸缘25从板体21两侧的泄压孔27边缘延伸而出，检测部24位于第一凸缘23的端部以及第二凸缘25的端部之间。密封边26从第二凸缘25的端部延伸而出并与泄压孔27的轴线垂直，密封边26与电芯10的主体11贴合，密封边26防止防爆阀12流出的高温电解液流速以烟雾流入电芯10以及壳体30之间。卡扣部22包括多个卡爪220，多个卡爪220从板体21延伸而出，相邻两卡爪220之间形成间隙221。壳体30上设有卡扣孔，卡扣部22伸入卡扣孔中，实现连接件20固定于壳体30。卡爪220呈直角锥形，便于卡扣部22伸入卡扣孔。

[0056] 壳体30的侧板内部设有泄压流道31。

[0057] 组装热失控侧喷式电池时，连接件20的卡扣部22伸入卡扣孔中，实现连接件20固定于壳体30。连接件20的密封边26与主体11抵触。

[0058] 热失控发生时，高温电解液流速以烟雾从泄压口冲破防爆阀12，进入连接件20的泄压孔27，高温电解液流速以烟雾将连接薄弱部241冲断，信号线242断开，产生热失控信号，对热失控的发生产生示警。

[0059] 本发明热失控侧喷式电池的设计方法通过设计整体结构，使电芯10的泄压口以及安装在泄压口的防爆阀12设置在电芯10的侧部，当热失控发生时，高温电解液以及烟雾从侧部喷出，并流入壳体30的泄压流道31，排出热失控产生的高温电解液，避免高温电解液泄露撒在电芯10上；并且高温电解液能够冲破泄压孔27内的检测部24，使连接薄弱部241断开，埋设在连接薄弱部241的信号线242断开，产生热失控信号，对热失控的发生产生示警；通过热失控仿真、冲击仿真以及分析最优解，设计出最符合需求的连接件20。

[0060] 以上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演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。