CN102005603B

CN102005603B - 动力电池组

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Publication number: CN102005603B
Application number: CN2010105358749A
Authority: CN
Inventors: 马洪沛; 王震坡; 马洪敏; 陆春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-11-08
Also published as: CN102005603A; WO2012062185A1

Abstract

一种动力电池组，由多个单体蓄电池组成，每个单体蓄电池的端子外表面设置有凸起，相邻单体蓄电池的相邻端子通过各自外表面上的凸起相接，这些凸起相接后构成了立体网格结构，该立体网格结构为单体蓄电池的导热桥，能够强化换热，立体网格内的孔洞、缝隙全部或部分相通，形成纵横交错的网状流道，换热介质通过该网状流道流经端子外表面，从而实现对动力电池组有效换热，立体网格结构的每个交叉重合的点和线，构成了相邻单体蓄电池端子之间的电连接点和电连接带，预紧力使凸起的尖锐顶端变形、相互嵌合，使电连接点和电连接带形成可靠接触。本发明的动力电池组，其热流线、电流线不会聚集，增强了电气连接，又解决了换热问题，降低了热阻、电阻，一举两得。

Description

动力电池组

技术领域

本发明属于电能存储技术领域，确切的说，属于动力电池技术领域。

背景技术

动力电池一般指单体容量超过2Ah的、应用于动力牵引、大功率蓄能系统的蓄电池，动力电池组则为使用单体蓄电池(单个动力蓄电池)按规则连接的蓄电池组。

公知的动力电池组，一般是通过螺栓连接、焊接线、缆、排的方法来连通各个单体电池，与电池端子的有效接触面积小，产生较大的连接电阻，而且不容易一致。不能实现快速充放电。

中国专利201019060011.8(一种圆柱形锂离子动力电池及其制备方法)公开了一种大功率蓄电池的技术方案，同时提供了一种使用该蓄电池的成组方法。

该发明简单的提及了在极壳上冲出向外凸出的圆点用以增强相邻电池间接触；但该技术方案缺少实用性，因为在实际生产中，圆饼形电池的极壳受极板卷制偏差、裸露极片按倒后刚度(回弹)不等的影响，以及极壳加工制作的精度等影响，难以保持接触位置的平面一致，容易造成成组后接触不实或有效接触面积分布不均。

该发明没有在蓄电池组的温度控制、电气连接的方法上给出更为可靠的具有实用性的技术方案。

蓄电池为电化学体系，其性能受温度影响很大，若要使蓄电池组正常工作，必须维持适当、均匀的温度。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种动力电池组，对其中单体蓄电池之间的导电结构和传热结构进行了改进，增强了各个单体蓄电池之间的电气连接，又有效地解决了换热问题，使得热流线、电流线不会聚集，降低了热阻、电阻，一举两得。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动力电池组，由多个单体蓄电池组成，每个单体蓄电池具有电池壳，电池壳两侧设置有正、负端子，电池壳内设置有正、负极板，正、负极板分别与正、负端子连接，

其特征是：所述每个单体蓄电池的端子外表面设置有多个凸起，凸起具有尖锐的顶端，凸起的顶端位于同一平面内，相邻单体蓄电池的相邻端子通过各自外表面上的凸起相接，这些凸起相接后构成了立体网格结构，该立体网格结构为单体蓄电池的导热桥，以强化换热，立体网格内的孔洞、缝隙全部或部分相通，形成纵横交错的网状流道，换热介质通过该网状流道流经端子外表面，从而实现对动力电池组有效换热，立体网格结构的每个交叉重合的点和线，构成了相邻单体蓄电池端子之间的电连接点和电连接带，所有的单体蓄电池由动力电池组两侧的预紧力压紧，预紧力使相邻单体蓄电池的相邻端子上的凸起的尖锐顶端变形、相互嵌合，使所述电连接点和电连接带形成可靠接触。

所述端子表面设置的凸起由锥形的小块和条形的肋构成。

所述端子的边缘凸出电池壳，并向内弯折，该向内弯折部分设置有翅片。

所述端子的边缘凸出电池壳，该凸出电池壳的部分设置有齿。

所述端子经过退火处理，有较低的硬度，凸起与端子一体成型，使凸起的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。

所述端子外表面覆盖软的金属，凸起与端子一体成型，使凸起的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。

所述单体蓄电池为圆环形状，正、负极板为涡旋形卷绕结构，正极板与正端子垂直，负极板与负端子垂直。

所述相邻单体蓄电池的相邻端子通过各自外表面上的凸起间接衔接，衔接处设置有金属箔。

所述单体蓄电池为圆环形状，这些单体蓄电池沿轴向方向排列构成动力电池组，该动力电池组外侧设置有绝缘、隔热的套管，动力电池组以及套管通过支架封装在外壳中，套管通过支架固定在单体蓄电池的电池壳上，套管与外壳之间的空隙构成了外流道，套管与单体蓄电池的电池壳之间的空隙构成了中间流道，各环状单体蓄电池中部的中空处构成了内流道，外流道与中间流道连通，中间流道与网状流道连通，网状流道与内流道连通，内流道与外流道连通，换热介质在上述流道之间循环流动，使动力电池组内部温度场一致。

所述内流道、中间流道、外流道相连通，构成了动力电池组的主干流道，所述网状流道构成了动力电池组的支干流道，在主干流道中设置有泵，在外壳表面设置有散热翅片，换热介质沿泵——外流道——中间流道——网状流道——内流道——泵之间循环，并通过电池壳外表设置的散热翅片强化散热。

所述外流道中设置有阀；在温度低时，关闭阀，使换热介质不能流向外流道，只能沿着泵——中间流道——网状流道——内流道——泵循环，以保持电池组的温度均衡。

所述外流道中设置有阀；中间流道内设置有加热元件，当温度低时，关闭外流道中的阀，使换热介质通过所述加热元件循环，达到加热电池组的目的。

本发明的动力电池组温度场更为均衡，冷却和加热效率高，易于维持适当、均匀的温度，电流分布均匀，热阻、电阻低，可提高充放电速率，有利于快速充电，也使得制作大容量的快速充放电蓄电池组成为可能。

附图说明

图1是本发明的动力电池组的结构示意图。

图2是本发明的单体蓄电池实施例一的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是单体蓄电池的局部剖视图。

图5是单体蓄电池的电池壳与端子连接结构示意图。

图6是图4的正视图。

图7是图6的A-A剖视图。

图8是本发明的单体蓄电池实施例二的结构示意图。

图9是图8的俯视图。

图10是本发明的单体蓄电池实施例三的结构示意图。

图11是本发明的单体蓄电池实施例四的结构示意图。

图12是本发明的动力电池组的一种使用状态示意图。

图13是本发明的动力电池组的另一种使用状态示意图。

图14是图13的B局部放大图。

图15是本发明实施例一的单体蓄电池形成网状流道的结构示意图。

图16是单体蓄电池之间增加金属箔的结构示意图。

图17是图16所示实施例形成网状流道的结构示意图。

图18是端子外表面凸起的横截面的示意图。

图19是端子外表面凸起的横截面的示意图。

图20是端子外表面凸起的横截面的示意图。

图21是端子外表面凸起的横截面的示意图。

具体实施方式

图中标记

1电池壳 2端子 3端子 4极板

5极板 6凸起 7孔洞、缝隙 8网状流道

9电连接点和电连接带 10单体蓄电池

11翅片 12边缘 13边缘

14小块 15肋 16齿

17齿 18套管 19外壳

20中空处 21外流道 22中间流道

23内流道 24泵 25阀

26支架 27翅片 28金属箔

29加热元件 30立体网格结构

请参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，本发明是一种动力电池组，由十一个单体蓄电池10排列而成，每个单体蓄电池具有电池壳1，电池壳1两侧设置有正、负端子2、3，电池壳1内设置有正、负极板4、5，正、负极板4、5分别与正、负端子2、3连接。

每个单体蓄电池的端子2、3的外表面设置有凸起6，凸起6具有尖锐的顶端，凸起的顶端位于同一平面内，相邻单体蓄电池10的相邻端子2、3通过各自外表面上的凸起6相接，这些凸起6相接后构成了立体网格结构30如图14所示，该立体网格结构30为单体蓄电池的导热桥，以强化换热，立体网格内的孔洞、缝隙7全部或部分相通，形成纵横交错的网状流道8，换热介质通过该网状流道8流经端子2、3外表面，从而实现对动力电池组有效换热，

立体网格结构的每个交叉重合的点和线，构成了相邻单体蓄电池端子之间的电连接点和电连接带9如图14所示，所有的单体蓄电池10由动力电池组两侧的预紧力F压紧如图1所示，预紧力F使相邻单体蓄电池10的相邻端子上的凸起6的尖锐顶端变形、相互嵌合，使所述电连接点和电连接带9形成可靠接触。

凸起6可以由锥形小块或条形的肋构成。条形的肋可以沿直线、斜线、曲线分布，请参照图2、图3、图4、图5，凸起6可以由条形的肋构成，这些肋沿曲线分布，以使换热介质产生紊流，强化换热。请参照图8、图9，端子表面设置的凸起6由锥形的小块14和条形的肋15构成，以使换热介质产生紊流，强化换热，肋15沿斜线分布。

请参照图10，端子2的边缘12凸出电池壳1，并向内弯折，端子3的边缘13凸出电池壳1，并向内弯折，边缘12、13向内弯折部分都设置有翅片11，以形成较大的换热表面。

请参照图11，端子2的边缘12凸出电池壳1，该凸出电池壳1的部分设置有齿16，端子3的边缘13凸出电池壳1，该凸出电池壳1的部分设置有齿17，从而扰动换热介质，产生紊流，强化换热。

端子2、3经过退火处理，有较低的硬度，凸起6与端子一体成型，使凸起6的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。

端子2、3外表面覆盖软的金属，如铅、锡、锑等金属，凸起6与端子一体成型，使凸起6的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。

请参照图12，单体蓄电池10为圆环形状，这些单体蓄电池10沿轴向方向排列构成动力电池组，该动力电池组外侧设置有绝缘、隔热的套管18，动力电池组以及套管18都封装在外壳19中，套管18通过支架26固定在单体蓄电池10的电池壳上，套管18与外壳19之间的空隙构成了外流道21，套管18与单体蓄电池10的电池壳1之间的空隙构成了中间流道22，各环状单体蓄电池10中部的中空处20构成了内流道23，外流道21与中间流道22连通，中间流道22与网状流道8连通，网状流道8与内流道23连通，内流道23与外流道21连通，换热介质在上述流道之间循环流动，为动力电池组换热，并使动力电池组内部温度场一致。

内流道、中间流道、外流道相连通，构成了动力电池组的主干流道，所述网状流道构成了动力电池组的支干流道，在主干流道中设置有泵24，在外壳19表面设置有散热翅片27，换热介质沿泵24——外流道21——中间流道22——网状流道8——内流道23——泵24之间循环，并通过电池壳外表设置的散热翅片27强化散热。

外流道21中设置有阀25；在温度低时，关闭阀25，使换热介质不能流向外流道21，只能沿着泵24——中间流道22——网状流道8——内流道23——中间流道22——泵24之间循环，以保持电池组的温度均衡。

换热介质经过网状流道8时，换热介质的温度逐渐升高；由于端子间的网状流道截面逐渐变窄，换热介质流速逐渐加快，换热能力逐渐加强，抵消了换热介质温度升高带来的换热能力降低；使电池端子径向换热能力差异较小。

中间流道22内可以设置加热元件29，如PTC加热元件；当温度低时，关闭阀25，使换热介质通过加热元件29循环加热，达到加热整个动力电池组的目的。该换热介质可以是洁净、干燥的空气，也可以是绝缘的导热液体等。

如果动力电池组温度过高，可以向动力电池组内通入冷却介质，并使冷却介质能均匀的、并行的通过相邻端子间的网状流道8。即可高效地对电池散热。

请参照图6、图7，在优选实施方案中，单体蓄电池10为圆环形状，正、负极板4、5为涡旋形卷绕结构，相比目前多数大容量动力电池的叠层结构，可使极板更紧密的贴合在一起，有利于提高电池的能量密度，提高电池的一致性，并且生产效率更高，更易于实现自动化生产。

这种结构的另一优点在于：正、负端子2、3与正、负极板4、5垂直并紧密连接，形成有效地电连接，而且可以承受来自动力电池组两侧的预紧力，使凸起6的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。这种结构还有一优点：能够避免开始卷绕时极板半径小产生的掉粉、龟裂等问题。为更好的散发单体蓄电池中心的热量，必须控制正、负极板4、5的宽度在20～80mm之间，以控制传热路径的长度；

上述的实施例中，相邻单体蓄电池10的相邻端子通过各自外表面上的凸起6直接相接。

请参照图16、图17，相邻单体蓄电池的相邻端子通过各自外表面上的凸起间接衔接，衔接处设置有金属箔28或金属片。在压力作用下，相邻端子上的凸起6的尖锐顶端嵌入金属箔28中，形成可靠电连接。

在图15和图17中，对正、负端子2、3进行了假想处理，以便更好的理解相邻单体蓄电池10的相邻端子2、3的网状接触情况；在实际应用中，正、负端子2、3表面凸起6的尖锐顶端位于同一平面内。

单体蓄电池10也可以不是圆环形，例如可以是图17所示的实芯形状，没有中空处，其组成的动力电池组如图13所示：

其换热路径为：泵24——外流道21——中间流道22——网状流道8——中间流道22——泵24之间循环，同样可以保持电池组的温度均衡。

凸起6的截面可以为梯形如图18所示，或尖角形如图19所示，或是三角形如图20所示，也可以是片状如图21所示，还可以是其它任何具有尖锐顶端的形状。

Claims

1.一种动力电池组，由多个单体蓄电池组成，每个单体蓄电池具有电池壳，电池壳两侧设置有正、负端子，电池壳内设置有正、负极板，正、负极板分别与正、负端子连接，

2.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述端子表面设置的凸起由锥形的小块和条形的肋构成。

3.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述端子的边缘凸出电池壳，并向内弯折，该向内弯折部分设置有翅片。

4.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述端子的边缘凸出电池壳，该凸出电池壳的部分设置有齿。

5.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述端子经过退火处理，有较低的硬度，凸起与端子一体成型，使凸起的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。

6.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述端子外表面覆盖软的金属，凸起与端子一体成型，使凸起的尖锐顶端更易于变形，从而形成可靠的电连接。

7.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述单体蓄电池为圆环形状，正、负极板为涡旋形卷绕结构，正极板与正端子垂直，负极板与负端子垂直。

8.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述相邻单体蓄电池的相邻端子通过各自外表面上的凸起间接衔接，衔接处设置有金属箔。

9.如权利要求1所述的一种动力电池组，其特征是：所述单体蓄电池为圆环形状，这些单体蓄电池沿轴向方向排列构成动力电池组，该动力电池组外侧设置有绝缘、隔热的套管，动力电池组以及套管都封装在外壳中，套管通过支架固定在单体蓄电池的电池壳上，套管与外壳之间的空隙构成了外流道，套管与单体蓄电池的电池壳之间的空隙构成了中间流道，各环状单体蓄电池中部的中空处构成了内流道，外流道与中间流道连通，中间流道与网状流道连通，网状流道与内流道连通，内流道与中间流道连通，换热介质在上述流道之间循环流动，使动力电池组内部温度场一致。

10.如权利要求9所述的一种动力电池组，其特征是：所述内流道、中间流道、外流道相连通，构成了动力电池组的主干流道，所述网状流道构成了动力电池组的支干流道，在主干流道中设置有泵，在外壳表面设置有散热翅片，换热介质沿泵——外流道——中间流道——网状流道——内流道——泵之间循环，并通过电池壳外表设置的散热翅片强化散热。

11.如权利要求9所述的一种动力电池组，其特征是：所述外流道中设置有阀；在温度低时，关闭阀，使换热介质不能流向外流道，只能沿着泵——中间流道——网状流道——内流道——泵循环，以保持电池组的温度均衡。

12.如权利要求9所述的一种动力电池组，其特征是：所述外流道中设置有阀；中间流道内设置有加热元件，当温度低时，关闭外流道中的阀，使换热介质通过所述加热元件循环加热，达到加热电池组的目的。