具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的零件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论，且下文中将基于附图中的观察方向，以X轴线、Y轴线、以及Z轴线构成的正交坐标系描述本发明中提出的电池模组的相对方位，但这并不旨在限制电池模组的配置。

还应注意到：本发明中提出的电池模组能够通过一个或多个物理或电气连接配件直接安装在作为用电设备的交通工具(例如，电动车辆)中，因此，这种电池模组已经可以独立操作，无需再被进一步封装即可应用。

参考图1，图1中的完成组装的电池模组10可以适用于电动车辆，本发明中提到的电动车辆包括纯电动车或混合动力汽车。例如，电动车辆在底盘上设有电池模组舱(未示出)，电池模组10可以通过一个或多个物理或电气连接配件安装在电池模组舱中，以相对于电池模组舱固定且电气连接至电动车辆的电动机。基于具体电动车辆的电量需求，具体电池模组舱的体积对应于电池模组10的体积的倍数，以使得电池模组10可以批量生产，以适用于不同的电动车辆。

参考图2，分解后的电池模组10示出位于电池模组内部的多个电芯100，例如，电芯100是三元锂电芯。根据电芯包装的材质和形状，电芯100可以包括但不限于硬壳、软包以及圆柱等不同类型。仅作为举例，下文中描述的电芯100的形状是六面立方体，包括沿Z轴线相反定位的上表面112和下表面114、沿Y轴线相反定位的前表面118和后表面116、以及沿X轴线相反定位的两个侧表面，其中，电芯100的上表面112和下表面114具有明显较大面积，在下文中被称为大面。

电池模组10包括配置为封装且管理所述多个电芯100的电芯约束结构。电芯约束结构封装所述多个电芯100指在物理空间上支撑、隔离且密封所述多个电芯100，而电芯约束结构管理所述多个电芯100主要指在电气连接、热传导、以及热失控防护三个方面管理所述多个电芯100。除非另有说明，否则电芯约束结构中的各个部件的形状和大小均对应于所述多个电芯100和/或由所述多个电芯100构成的电芯组110的形状和大小，以实现电池模组10的稳固结构。

可选地，电芯约束结构包括内部框架和与内部框架装配以形成行列形式的多个腔室的外部壳体，所述多个腔室一一对应地接收且固定所述多个电芯100。

参照图3，内部框架包括弹性元件120和隔热元件140，其中，弹性元件120形成每个腔室的至少一个第一表面，第一表面抵接对应电芯100的上表面112和/或下表面114；隔热元件140形成每个腔室的至少一个第二表面，第二表面抵接对应电芯100的两个侧表面中的一个或两者。因此，每个腔室的第一表面的面积大于第二表面的面积。

如图所示，提供多个隔热元件140和多个弹性元件120，所述多个隔热元件140和所述多个弹性元件120可以是薄板材料且垂直于彼此交替排列，以形成与所述多个电芯100对应的多个开放空间，从而一一对应地放置所述多个电芯100。例如，隔热元件140的数量为N+1个，且弹性元件120的数量为N个，以形成2N个开放空间，其中，N≥1且是整数。

在组装电芯100的过程中，首先将所述多个电芯100划分为多列电芯，例如参照图2或图3，每列电芯包括沿Z轴线方向上下叠放的上部电芯和下部电芯，且弹性元件120被夹设在上部电芯和下部电芯之间，弹性元件120可以为操作中的电芯100提供第一作用力A(参照图6)，这将在下文中详细描述。可选地，弹性元件120由橡胶、泡棉、或结构胶等弹性材料制成。

接下来，沿X轴线方向将所述多列电芯排成一行，且隔热元件140被夹设在相邻布置的两列电芯之间，隔热元件140可以减轻、甚至阻止所述多列电芯之间的热传导。可选地，隔热元件140由低导热系数的材料制成，包括但不限于环氧树脂和气凝胶。

根据具体应用场景，可以提供不同数量、大小、和/或形状的隔热元件和弹性元件，以形成不同行列形式的多个腔室。可选地，每列电芯可以包括一个或多于两个电芯100。例如，每列电芯包括三个电芯100，在这种情况下，隔热元件140的数量为N+1个，且弹性元件120的数量为2N个，以形成3N个开放空间。每列电芯包括沿Z轴线方向依次上下叠放的上部电芯、中部电芯和下部电芯，且两个弹性元件120分别被夹设在上部电芯和中部电芯之间、以及中部电芯和下部电芯之间。

可选地，为了减轻每列电芯中的各个电芯之间的热传导，弹性元件120可以被实施为层合制品，所述层合制品包括两个弹性层和介于两个弹性层之间的隔热层，因此，层合制品既有弹性又有隔热性。

再次参照图2，所述多个开放空间中的所述多个电芯100共同构成电芯组110，电芯组110包括沿Z轴线方向相反定位的上表面112和下表面114、沿Y轴线方向相反定位的后表面116和前表面118、以及沿Z轴线方向相反定位的两个侧表面119。相应地，电芯组110的上表面112由所述多列电芯的上部电芯的上表面构成，电芯组110的下表面114由所述多列电芯的下部电芯的下表面构成，电芯组110的后表面116由所述多个电芯100的后表面构成，电芯组110的前表面118由所述多个电芯100的前表面构成，且电芯组110的侧表面119由位于电芯组110的两个端侧的那两列电芯的侧表面构成。

可选地，内部框架还包括覆盖电芯组110的上表面112和下表面114的绝缘元件160，以使得绝缘元件160位于外部壳体和所述多个电芯100之间。绝缘元件160经由胶粘剂分别粘附至电芯组110的上表面112和下表面114。绝缘元件160可以是耐磨的薄板材料，厚度介于0.2-0.5mm之间，几乎不影响所述多个腔室的体积。绝缘元件160被配置为使电芯组110的上表面112、即大面电绝缘于外部壳体，同时还可以避免电芯组110受到损害，因为在装配外部壳体的过程中，绝缘元件160可以防止外部壳体与电芯组110的大面发生摩擦。可选地，绝缘元件160由具有高导热系数的绝缘材料制成，包括但不限于硅橡胶和玻璃纤维的复合物等，使得绝缘元件160既具有电绝缘性又具有良好的导热性，以不妨碍电芯组110的大面散热。

可以理解的是，电芯约束结构还包括用于电池模组10的电气连接和电气检测的电气系统。例如，电气系统包括高压连接装置、低压采样装置、以及电气端接装置550。

仍然参照图3，每个电芯100的前表面118均具有两个极耳(或极柱)，即，正极耳(或正极柱)和负极耳(或负极柱)。正极耳和负极耳由极耳顶盖部分地覆盖，极耳顶盖可以设有隔热片，例如，云母片等，以防止外部环境的温度影响电芯的工作性能。

高压连接装置包括多个高压连接片520，例如，高压连接片520是铝排、铜排、或其他形式的电流载体。高压连接片520电气连接沿X轴线方向相邻排列的两个电芯100中的一个电芯100的正极耳和另一个电芯100的负极耳、以及电气连接位于电芯组110的一个端侧的那对电芯100中的一个电芯100的正极耳和另一个电芯100的负极耳。

可选地，低压采样装置包括FFC(柔性扁平电缆)、FPC(柔性电路板)、线束、或其他形式的电信号载体，低压采样装置包括电气连接至各个高压连接片520的金属采样片530，以用于检测各个电芯100的电压和温度，并将与各个电芯100的电压和温度相关的电信号传输至BMS电池管理系统(未示出)。BMS电池管理系统可以与电池模组10分离或集成于电池模组10中。

可选地，电气端接装置550被(例如，通过胶粘剂)设置在位于电芯组110的一个端侧的一个隔热元件140上。电气端接装置550一体注塑、吸塑、卡接、热铆至两个高压连接片520a，所述两个高压连接片520a分别电气连接至位于电芯组110的另一端侧的那对电芯100中的一个电芯100的正极耳和另一个电芯100的负极耳，以用于最终汇集通过所述多个高压连接片520电气连接的所述多个电芯100所提供的电压和电流。电气端接装置550也卡接、螺接、热铆至低压采样装置，以传递与各个电芯100的电压和温度相关的电信号。

电气系统以合适的方式紧密装配于电芯组110的前表面118和侧表面，为了更加清楚地说明电芯约束结构的其他部件，合理地省去了对电气系统的进一步描述。

随后装配外部壳体，可选地，外部壳体由金属材料制成且包覆内部框架(即，电芯组110的大面、前表面118、以及两个侧表面119)，以给电池模组10提供封装刚度。可选地，外部壳体包括：截面类似于U形的成型主体200(参照图4)，成型主体200匹配于电芯组110的大面和前表面118；位于成型主体200两侧的第一端板220和第二端板240，其中，第一端板220设有给电气端接装置550提供电气输出的高压接口222和低压接口224(参照图1)，第二端板240设有用于过滤烟气中的可燃物的过滤元件600和被过滤元件围绕或覆盖的泄压元件620(参照图2)。

参照图3和图5，可选地，外部壳体还包括用于支撑且冷却所述多个电芯100的冷却元件300。例如，由金属材料制成的冷却元件300包括形成每个腔室的第三表面的冷却板320，第三表面抵接对应电芯100的后表面116，因此，电芯组110的后表面116通过绝缘的导热胶粘附至冷却板320。冷却板320的内部可以设有各种形状的流道，且冷却板320的沿X轴线方向的长度稍微长于电芯组110的长度，以在冷却板的伸出超过电芯组110的长度的一端开设入口301和出口302，来自冷却液源的冷却液可以经由入口301进入冷却板320、流经各种形状的流道、再从出口302离开。为了优化电池模组10的布线，冷却液的入口301和出口302与第一端板220位于同一侧。

可选地，冷却元件300还包括设置在冷却板320的两侧上且垂直于冷却板320延伸的加固肋310，加固肋310通过焊接、胶接或其他合适的方式连接至外部壳体，例如，连接至U形的成型主体200的两个自由端220(参照图4)，以完全封装所述多个电芯100。

可选地，为了提高冷却元件300的利用效率，冷却板320设有相反定位的第一冷却面312和第二冷却面314，加固肋310相对于冷却板320对称设置，以使得冷却元件300的截面形状呈“工”字形。因此，电芯组110包括被划分为相同配置的第一电芯组110a和第二电芯组110b，且相应地，所述多个腔室被划分为用于接收第一电芯组110a的第一组腔室和用于接收第二电芯组110b的第二组腔室，第一冷却面312形成第一组腔室中的每个腔室的第三表面，且第二冷却面314形成第二组腔室中的每个腔室的第三表面。由此，冷却元件300共同地支撑且冷却第一电芯组110a和第二电芯组110b。

一般而言，电芯100在操作中可以可逆地充电膨胀或放电收缩，即，充电时电芯100体积增加，放电时电芯100体积减小。然而，随着电芯100的老化，电芯100可能开始发生不可逆地膨胀，即，电芯100体积会不可逆地增加，不可逆地膨胀后的电芯100再在操作中充电膨胀或放电收缩。无论是可逆地膨胀或收缩引起的电芯100体积变化、还是不可逆地膨胀引起的电芯100体积增加，均可能导致对应电芯100的受力变化。在对应电芯100受力过大或整个电芯组110受力不均的情况下，电芯100的使用性能和寿命都会受到影响，严重时还会导致安全事故。

参照图6，在本发明中，位于每个腔室中的对应电芯100受到弹性元件120、隔热元件140、冷却元件300、以及外部壳体的成型主体200约束。当在组装电芯100的过程中，每个腔室接收且固定对应电芯100时，弹性元件120由于被对应电芯100以预设量挤压而发生弹性变形，使得弹性变形的弹性元件120向对应电芯100施加第一作用力A。响应于对应电芯100在操作中可逆地膨胀或收缩，弹性变形的弹性元件120被进一步挤压或趋于恢复，使得第一作用力A决定对应电芯100受到的约束力。由于弹性元件120的弹性性能，对应电芯100的体积变化对第一作用力A的值的影响较小。与现有技术中直接通过封装外壳向电芯100提供约束力相比，通过弹性元件120提供的第一作用力A基本恒定且对电芯100的操作更加有利。

随着电芯100的老化，响应于对应电芯100在操作中开始不可逆地膨胀，弹性变形的弹性元件120被进一步挤压到弹性变形的极限。此时，对应电芯100连同到达弹性变形的极限的弹性元件120一起挤压外部壳体的成型主体200，使外部壳体产生微量变形，从而外部壳体开始决定电芯100受到的约束力，由此，老化的电芯100受到的约束力在合理范围内，避免电芯100的使用性能和寿命的急速衰减。

最后，在电芯100的寿命末期，电芯100膨胀过大，趋于使外部壳体产生较大形变，在这种情况下，加固肋310经由与外部壳体(即，U形的成型主体200的自由端220)连接而形成的连接表面向所述多个电芯100施加第二作用力B，以避免电池模组10的封装结构失效。第二作用力B大于第一作用力A。

在组装电芯100的过程中，弹性元件120的弹性变形(即，预加载)的预设量可以基于弹性元件120的弹性模量和期望的第一作用力A设计。补充地，弹性元件120的厚度可以基于对应电芯100的厚度和对应电芯100在操作中可逆地膨胀或收缩的第一膨胀率和/或收缩率设计。例如，第一膨胀率和/或收缩率为0-2％中的任意数值。替代地，弹性元件120的厚度可以基于对应电芯100的厚度和对应电芯100在操作中开始不可逆地膨胀的第二膨胀率设计。例如，第二膨胀率为0-8％中的任意数值。

此外，如果电池模组10中的一个或多个电芯100在操作中热失控，则所述一个或多个电芯100将迅速升温并喷发烟气。一方面，烟气的热量将通过烟气的蔓延而传导至其他电芯100，影响整个电池模组10的性能和安全；另一方面，烟气中含有大量的可燃物，如果烟气中的可燃物不经处理就从电池模组10的泄压装置排出至外部环境，则这些可燃物可能借助于外部环境中的空气燃烧，再次带来安全风险。

因此，参照图3和图7，电芯约束结构还包括导烟元件580，导烟元件580被定位在外部壳体和所述多个电芯100之间，且通过胶粘剂粘附至所述外部壳体。导烟元件580被配置为限定用于整个电芯组110的公共烟气通道590。

可选地，导烟元件580包括主面板582，主面板582的面积与电芯组110的前表面118的面积相等，主面板582由具有高导热系数的绝缘材料制成，以不妨碍电芯组110的前表面118散热。图7中的导烟元件580是将图3中的导烟元件580旋转90°，以示出主面板582的面向腔室或电芯100的接合表面，接合表面上设有垂直于主面板582延伸的凸缘，例如，凸缘基本是直条形的。

可选地，凸缘包括在接合表面的两侧上设置的第一凸缘部592、从第一凸缘部592向内平行间隔设置的第二凸缘部594、以及设置在两个第二凸缘部594之间且与所述两个第二凸缘部594垂直连接的第三凸缘部596，第三凸缘部596的数量为多个，所述多个第三凸缘部596以与每列电芯的沿X轴线的宽度对应的间隔相互平行地设置。通过使凸缘抵靠电芯组110的前表面118，第一凸缘部592、第二凸缘部594与电芯组110的前表面118共同形成烟气通道590，第二凸缘部594、相邻的两个第三凸缘部596与每列电芯的前表面118共同形成腔室空隙560。由此可见，腔室空隙560的数量对应于多列电芯的数量。由于烟气通道590的存在，腔室空隙560的面积稍微小于每列电芯的前表面118的面积。同时，第二凸缘部594上设有从每个腔室空隙560通往烟气通道590的至少一个开口598，以使得烟气主要通过烟气通道590流往过滤元件。

可选地，第一凸缘部592由具有高导热系数的绝缘材料制成，以有助于电芯组110的前表面118散热，而第二凸缘部594和第三凸缘部596由具有低导热系数的绝缘材料制成，以在一个电芯100热失控的情况下在热量方面减轻所述一个电芯100对其他电芯100的影响。

参照图8和图9，在电芯组110中的其中一个电芯100由于热失控而向腔室空隙560喷发烟气的情况下，腔室空隙560中烟气经由对应开口598流向烟气通道590，流向烟气通道590的烟气被引导至位于第二端板240上的过滤元件600，使得含有可燃物的烟气被过滤掉可燃物之后再从泄压元件620排出至外部环境。可选地，泄压元件620包括泄压阀，泄压阀被水平朝向地定位，以使得烟气侧向地排出到外部环境。

可选地，可以在所述多个电芯100的面向导烟元件580的表面上(即，电芯组110的前表面118)上设置隔热贴片，仅暴露每个电芯100的正极耳和负极耳，以进一步防止对应电芯100热失控后产生的烟气倒流影响相邻电芯100。

可以理解的是，还可以设想其他配置的烟气通道590，只要这样的烟气通道590能够允许对应电芯100以相对简单且迅速的方式引导烟气。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。