CN111430600A - 单体电池、动力电池包及电动车 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种单体电池、动力电池包和电动车，所述单体电池包括：电池本体，所述电池本体具有长度L、宽度H和和厚度D，所述电池本体的长度L大于宽度H，所述电池本体的宽度H大于厚度D，其中，所述电池本体的厚度D与所述电池本体的体积V满足：D/V＝0.0000065mm﹣2～0.00002mm﹣2。根据本申请实施例的单体电池的散热能力强，且利于在动力电池包内的整体排布，从而提高动力电池包的空间利用率、扩大动力电池包的能量密度，进而增强动力电池包的续航能力。

Description

单体电池、动力电池包及电动车
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种单体电池、具有所述单体电池的动力电池包和具有所述动力电池包的电动车。
背景技术
相关技术中诸如应用于电动车的动力电池包，主要包括包体和安装在包体内的多个电池模组，其中，每个电池模组由多个单体电池组装而成。
在上述相关现有技术中，由于电池内阻、过流的限制，单体电池的尺寸都不会设计的太大，当将单体电池组装成电池模组，再将电池模组放置于电池托盘时，由于电池单体电池的尺寸较小，长度较短，单体电池的相对两端无法与电池包中相对设置的两个边梁相适配，因此，容纳装置中需要设置横梁500′和/或纵梁600′(如图1所示)，从而便于单体电池的装配。
如图1所示，动力电池包10′的包体200′多由横梁500′、纵梁600′分割成多个电池模组400′的安装区域；电池模组400′通过螺钉等方式，固定在横梁500′或纵梁600′上。电池模组400′包括依次排列的多个单体电池，多个单体电池排列形成电池阵列，在电池阵列外部设置有端板和/或侧板；一般同时包含端板和侧板，端板和侧板固定，围成容纳电池阵列的空间。同时，端板和侧板通过螺钉连接，或者通过拉杆等其他连接件连接，以实现对电池阵列的固定。
发明人通过试验和分析发现，电池模组400′通过螺钉等结构固定在横梁500′或纵梁600′上，浪费了空间，同时因为加入了螺钉等连接件，提高了重量；另外，电池模组400′通过端板和侧板的配合设计，端板和侧板均具有一定的厚度和高度，浪费了包体200′内部的空间，降低了包体200′的体积利用率。一般情况下，上述现有技术中的动力电池包10′，包体200′内单体电池的体积之和与包体200′体积的比值均在50％左右，甚至低至40％。
随着用户对电动车的续航能力的要求逐渐提升，而在车身底部空间有限的情况下，采用上述现有技术实施例提供的动力电池包10′，电池模组400′的端板、侧板，动力电池包10′内部的连接安装方式等，都降低了包体200′内部空间的利用率；导致动力电池包10′中，单体电池的体积之和与包体200′体积的比值过低，其能量密度无法满足上述需求的升高，逐渐成为制约电动车发展的重要因素。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种单体电池，该单体电池的散热能力强，且利于在动力电池包内的整体排布，从而提高动力电池包的空间利用率、扩大动力电池包的能量密度，进而增强动力电池包的续航能力。
本申请还提出一种具有所述单体电池的动力电池包。
本申请还提出一种具有所述动力电池包的电动车。
根据本申请的第一方面的实施例提出一种单体电池，所述单体电池包括：电池本体，所述电池本体具有长度L、宽度H和和厚度D，所述电池本体的长度L大于宽度H，所述电池本体的宽度H大于厚度D，其中，所述电池本体的厚度D与所述电池本体的体积V满足：D/V＝0.0000065mm﹣2～0.00002mm﹣2。
根据本申请实施例的单体电池的散热能力强，且利于在动力电池包内的整体排布，从而提高动力电池包的空间利用率、扩大动力电池包的能量密度，进而增强动力电池包的续航能力。
根据本申请的一些具体实施例，所述电池本体的表面积S与所述电池本体的能量E满足：S/E≤1000mm2·Wh﹣1。
根据本申请的一些具体实施例，所述电池本体的长度L与所述电池本体的能量E满足：L/E＝0.8mm·Wh﹣1～2.45mm·Wh﹣1。
根据本申请的一些具体实施例，所述电池本体的长度L与所述电池本体的能量E满足：L/E＝1.65mm·Wh﹣1～2.45mm·Wh﹣1。
根据本申请的一些具体实施例，所述电池本体的长度L为400mm～2500mm。
根据本申请的一些具体实施例，所述电池本体的长度L为400mm～1500mm。
根据本申请的一些具体示例，所述电池本体的长度方向和厚度方向沿水平方向延伸，所述电池本体的宽度方向沿竖直方向延伸。
根据本申请的一些具体示例，所述单体电池还包括：第一极耳，所述第一极耳设于所述电池本体的长度方向上的一端；第二极耳，所述第二极耳设于所述电池本体的长度方向上的另一端。
根据本申请的一些具体示例，所述单体电池为硬壳电池。根据本申请的一些具体示例，所述单体电池为铝壳方形电池且还包括：防爆阀，所述防爆阀设于所述电池本体的长度方向上的至少一端。
根据本申请的具体实施例，所述电池本体的长度方向上的两端分别设有防爆阀。
根据本申请的一些具体示例，所述单体电池为软包电池，所述电池本体的长度L与宽度H满足：L/H＝7～20。
根据本申请的第二方面的实施例提出一种动力电池包，所述动力电池包包括：包体；多个根据本申请的第一方面的实施例所述的单体电池，所述多个单体电池设于所述包体内。
根据本申请实施例的动力电池包，通过利用根据本申请的第一方面的实施例所述的单体电池，具有空间利用率高、能量密度大、续航能力强等优点。
根据本申请的第三方面的实施例提出一种电动车，所述电动车包括根据本申请的第二方面的实施例所述的动力电池包。
根据本申请实施例的电动车，通过利用根据本申请的第二方面的实施例所述的动力电池包，能够在不扩大电池占用空间的情况下提升续航能力。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术中的动力电池包的爆炸图。
图2是根据本申请实施例的动力电池包的剖视图。
图3是根据本申请实施例的动力电池包的立体图。
图4是根据本申请实施例的动力电池包的爆炸图。
图5是根据本申请实施例的单体电池的结构示意图。
图6是根据本申请实施例的动力电池包的电池模组的排布方式示意图。
图7是根据本申请另一个实施例的动力电池包的电池模组的排布方式示意图。
图8是根据本申请实施例的动力电池包的包体形成于电动车的结构示意图。
图9是根据本申请实施例的电动车的结构示意图。
图10是根据本申请实施例的电动车的爆炸图。
图11是图2中G区域的放大图。
图12是根据本申请第一可选实施例的动力电池包的立体图。
图13是根据本申请第二可选实施例的动力电池包的立体图。
图14是根据本申请第三可选实施例的动力电池包的立体图。
图15是根据本申请第四可选实施例的动力电池包的立体图。
图16是根据本申请第五可选实施例的动力电池包的立体图。
附图标记：
现有技术：
动力电池包10′、包体200′、电池模组400′、纵梁600′、横梁500′；
本申请：
电动车1、
动力电池包10、
单体电池100、电池本体110、包体200、托盘210、上盖220、第一边梁201、第二边梁202、第一端梁203、第二端梁204、排气通道222、进气口221、
电池模组400、
第一极耳101、第二极耳102、防爆阀103、
纵梁600、横梁500、
动力电池包10的长度方向A、动力电池包10的宽度方向B、电池动力包10的高度方向C、
电池本体110的长度L、电池本体110的宽度H、电池本体110的厚度D、车身宽度W、包体200的宽度F。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“竖向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
考虑到相关技术中动力电池包的现状，本申请提出一种动力电池包和具有其的电动车，该动力电池包具有空间利用率高、能量密度大、续航能力强等优点。
下面参考附图描述根据本申请实施例的动力电池包10。
如图2～图16所示，根据本申请实施例的动力电池包10包括包体200和多个单体电池100。
多个单体电池100设于包体200内，包体200可以理解为用于容纳多个单体电池100的外壳，例如可以包括托盘210和上盖220，托盘210和上盖220共同限定出多个单体电池100的容纳空间，多个单体电池100设于托盘210，并由上盖220封盖。其中，多个单体电池100的体积之和V1与动力电池包10的体积V2满足：V1/V2≥55％。
本领域的技术人员可以理解地是，V1为每个单体电池100的体积与单体电池100的数量的乘积；V2为动力电池包10的外轮廓所限定立体形状的整体体积，即包括动力电池包10内部空间的体积，即动力电池包10的外轮廓在空间上所围成的立体区域的体积。在电动车中，V1/V2可以理解为空间利用率。
根据本申请实施例的动力电池包10，通过限定单体电池100的体积之和与动力电池包10的体积的比例，即V1/V2≥55％，从而可以提高动力电池包10的空间利用率，在动力电池包10内布置更多的单体电池100，即在单位空间内布置更多的能量提供结构，由此可以提高能量密度，从而在不扩大占用空间的情况下提高续航能力。
在本申请的一些实施例中，单体电池100的体积之和与动力电池包10的体积的比例满足：V1/V2≥60％。
在本申请的一些实施例中，单体电池100的体积之和与动力电池包10的体积的比例满足：V1/V2≥62％。
在本申请的一些实施例中，单体电池100的体积之和与动力电池包10的体积的比例满足：V1/V2≥65％。
本领域的技术人员可以理解地是，由于某些因素的影响，例如外围零部件会占用包体200内部空间，包括托盘底部防球击空间、液冷系统、保温材料、绝缘防护、热安全辅件、排火排气通道、高压配电模块等，因此V1/V2的峰值通常在80％，即V1/V2≤80％。
下面参考附图描述根据本申请具体实施例的动力电池包10，其中，动力电池包10的长度方向以箭头A示意，动力电池包10的宽度方向由箭头B示意，动力电池包10的高度方向由箭头C示意。
在本申请的一些具体实施例中，如图2～图4所示，单体电池100的长度方向沿动力电池包10的宽度方向B布置，多个单体电池100沿动力电池包10的长度A方向排列，由此利于将动力电池包10的空间利用率设置成55％、60％、62％、65％或更高。
在本申请的一些具体示例中，如图3和图4所示，在动力电池包10的宽度方向B上，单体电池100与包体200的侧壁之间的间距小于单体电池100的长度，具体而言，在动力电池包10的宽度方向B上，单体电池100的一端和与其(单体电池100的所述一端)相邻的包体200边梁之间的最近距离为L1，单体电池100的另一端和与其(单体电池100的所述另一端)相邻的包体200边梁之间的最近距离为L2，单体电池100的长度L0满足：L1+L2＜L0。这样，在动力电池包10的宽度方向B上，无法再容纳额外的另一个单体电池100。
换言之，包体200在动力电池包10的宽度方向B上，仅容纳一个单体电池100。也就是说，在动力电池包10的宽度方向B上，单体电池100无法以两个或两个以上的数量布置在该方向上。
可以理解地是，在动力电池包10的宽度方向B上，包体200的两侧为边梁；在动力电池包10的长度方向A上，包体200的两端为端梁。
在本申请的一些具体示例中，如图3和图4所示，单体电池100的长度延伸在动力电池包10的整个宽度方向B上，即沿动力电池包10的宽度方向B，单体电池100由包体200一侧延伸到另一侧，单体电池100的长度填充在动力电池包10的宽度方向B，包体200在动力电池包10的宽度方向B上无法放置两个或以上的单体电池100，单体电池100的长度方向上的两端可以配合于包体200在宽度方向B上相对的两侧壁，例如固定于包体200。由此，包体200内部无需横梁和纵梁，直接通过连接的单体电池100承担加强筋的作用，极大的简化了包体200的结构，且减少了加强筋占用的空间以及单体电池100的安装结构占用的空间，从而进一步提高空间利用率，以进一步提高续航能力。
当然，本申请的实施例并不限制于不设置横梁和纵梁，在本申请的一些实施例中，如图13所述，包体200内可以设置横梁500，横梁500沿动力电池包10的宽度方向B延伸，多个单体电池100沿动力电池包10的长度方向A排列形成电池阵列，横梁500将所述电池阵列沿动力电池包10的长度方向A分割成至少两部分，所述电池阵列的每一部分包含至少一个单体电池100，其中，电池阵列的每一部分构成一个电池模组400。
当然，在本申请的其它一些实施例中，如图12所示，包体200内也可以设置纵梁600，纵梁600沿动力电池包10的长度方向A延伸，单体电池100的长度方向沿动力电池包10的宽度方向B布置，多个单体电池100沿动力电池包10的长度方向A排列形成电池阵列，所述包体200内沿动力电池包10的宽度方向B上布置有至少两排电池阵列，每排电池阵列包括多个沿动力电池包10的长度方向A排列的单体电池100，纵梁600位于相邻两排电池阵列之间。
此外，此处横梁500和纵梁600可以替换成防护隔板、隔热棉等其他结构件，本申请不作限定，也就是说本申请中，动力电池包10中的电池阵列可以是一个整体的，也可以被横梁500和/或纵梁600，或者其他间隔件分割成多个子电池阵列，根据本申请的具体实施例，动力电池包10可以被横梁500和/或纵梁600，或者其他分隔件分割成1个、2个、3个或4个子电池阵列。
在本申请的一些具体示例中，包体200包括位于动力电池包10的宽度方向B上两侧的边梁，单体电池100长度方向的两端支撑在所述边梁上；包体200包括位于动力电池包10长度方向A两端的端梁，所述端梁为邻近其的单体电池100提供向内的压紧力。
具体地，如图3和图4所示，包体200具有第一边梁201、第二边梁202、第一端梁203和第二端梁204，第一边梁201、第二边梁202、第一端梁203、第二端梁204依次首尾连接，第一边梁201和第二边梁202在动力电池包10的宽度方向B上相对，第一端梁203和第二端梁204在动力电池包10的长度方向A上相对。第一边梁201和第二边梁202为单体电池100长度方向上的两端提供支撑力，即单体电池100的一端支撑于第一边梁201且另一端支撑于第二边梁202。第一端梁203和第二端梁204为单体电池100厚度方向上的两侧提供压紧力，即第一端梁203向邻第一端梁203设置的单体电池100施加朝向第二端梁204的作用力，第二端梁204向邻近第二端梁204设置的单体电池100施加朝向第一端梁203的作用力，以使多个单体电池100能够紧密地沿动力电池包10的长度方向A排列在第一端梁203和第二端梁204之间，多个单体电池100之间能够相互贴合。此外，第一端梁203和第二端梁204可以在动力电池包10的长度方向A上对多个单体电池100进行限位，特别是当单体电池100发生少量膨胀时，可以对单体电池100起到缓冲作用和提供向内的压力，防止单体电池100的膨胀量和变形量过大。
在本申请的一些具体示例中，如图7所示，单体电池100的长度方向沿动力电池包10的宽度方向B布置，多个单体电池100沿动力电池包10的长度方向A排列形成电池阵列，包体200内沿动力电池包10的高度方向C含有至少两层电池阵列。由此，优化单体电池100的数量，从而提高空间利用率以提高能量密度，且BIC、低压采样更易实现集中合成。
在本申请的一些具体实施例中，如图15和图16所示，单体电池100的长度方向沿动力电池包10的长度方向A布置，多个单体电池100沿动力电池包10的宽度B方向排列，由此利于将动力电池包10的空间利用率设置成50％、60％、62％、65％或更高。
在本申请的一些具体示例中，如图15和图16所示，在动力电池包10的长度方向A上，单体电池100与包体200的端壁之间的间距小于单体电池100的长度。具体而言，在动力电池包10的长度方向A上，单体电池100的一端和与其(单体电池100的所述一端)相邻的包体200端梁之间的最近距离为L3，单体电池100的另一端和与其(单体电池100的所述另一端)相邻的包体200端梁之间的最近距离为L4，单体电池100的长度L0满足：L3+L4＜L0。这样，在动力电池包10的长度方向A上，无法再容纳额外的另一个单体电池100。
换言之，包体200在动力电池包10的长度方向A上，仅容纳一个单体电池100。也就是说，在动力电池包10的长度方向A上，单体电池100无法以两个或两个以上的数量布置在该方向上。
可以理解地是，在动力电池包10的宽度方向B上，包体200的两侧为边梁；在动力电池包10的长度方向A上，包体200的两端为端梁。
在本申请的一些具体示例中，如图15和图16所示，单体电池100的长度延伸在动力电池包10的整个长度方向A上，即沿动力电池包10的长度方向A，单体电池100由包体200一端延伸到另一端，单体电池100的长度填充在动力电池包10的长度方向A，包体200在动力电池包10的长度方向A上无法放置两个或以上的单体电池100，单体电池100的长度方向上的两端可以配合于包体200在长度方向A上相对的两端壁，例如固定于包体200。由此，包体200内部无需横梁和纵梁，直接通过连接的单体电池100承担加强筋的作用，极大的简化了包体200的结构，且减少了加强筋占用的空间以及单体电池100的安装结构占用的空间，从而进一步提高空间利用率，以进一步提高续航能力。
当然，本申请的实施例并不限制于不设置横向和横梁，在本申请的一些实施例中，如图15包体200内可以设置纵梁600，纵梁600沿动力电池包10的长度方向A延伸，多个单体电池100沿动力电池包10的宽度方向B排列形成电池阵列，纵梁600将所述电池阵列沿动力电池包10的宽度方向B分割成若干部分，所述电池阵列的每一部分包含至少一个单体电池100，其中，电池阵列的每一部分构成一个电池模组400。
当然，在本申请的其它一些实施例中，包体200内也可以设置横梁500，横梁500沿动力电池包10的宽度方向B延伸，单体电池100的长度方向沿动力电池包10的长度方向A布置，多个单体电池100沿动力电池包10的宽度方向B排列形成电池阵列，包体200内沿动力电池包10的长度方向A上布置有若干排电池阵列，每排电池阵列包括多个沿动力电池包10的宽度方向B排列的单体电池100，横梁500位于相邻两排电池阵列之间。
此外，此处横梁500和纵梁600可以替换成防护隔板、隔热棉等其他结构件，本申请不作限定，也就是说本申请中，动力电池包10中的电池阵列可以是一个整体的，也可以被横梁500和/或纵梁600，或者其他间隔件分割成多个子电池阵列，根据本申请的具体实施例，动力电池包10可以被横梁500和/或纵梁600，或者其他分隔件分割成1个、2个、3个或4个子电池阵列。
在本申请的一些具体示例中，包体200包括位于动力电池包10长度方向A两端的端梁，单体电池100长度方向的两端支撑在所述端梁上；包体200包括位于动力电池包10宽度方向B两侧的侧梁，所述侧梁为邻近其的单体电池100提供向内的压紧力。
具体地，如图16所示，包体200具有第一边梁201、第二边梁202、第一端梁203和第二端梁204，第一边梁201、第二边梁202、第一端梁203、第二端梁204依次首尾连接，第一边梁201和第二边梁202在动力电池包10的宽度方向B上相对，第一端梁203和第二端梁204在动力电池包10的长度方向A上相对。第一端梁203和第二端梁204为单体电池100长度方向上的两端提供支撑力，即单体电池100的一端支撑于第一端梁203且另一端支撑于第二端梁204。第一边梁201和第二边梁202为单体电池100厚度方向上的两侧提供压紧力，即第一边梁201向邻第一边梁201设置的单体电池100施加朝向第二边梁202的作用力，第二边梁202向邻近第二边梁202设置的单体电池100施加朝向第一边梁201的作用力，以使多个单体电池100能够紧密地沿动力电池包10的宽度方向B排列在第一边梁201和第二边梁202之间，多个单体电池100之间能够相互贴合。此外，第一边梁201和第二边梁202可以在动力电池包10的宽度方向B上对多个单体电池100进行限位，特别是当单体电池100发生少量膨胀时，可以对单体电池100起到缓冲作用和提供向内的压力的作用，防止单体电池10的0膨胀量和变形量过大。
在本申请的一些具体示例中，如图15所示，单体电池100的长度方向沿动力电池包10的长度方向A布置，多个单体电池100沿动力电池包10的宽度方向B排列形成电池阵列，包体200内沿动力电池包10的高度方向C含有至少一层电池阵列。由此，优化单体电池100的数量，从而提高空间利用率以提高能量密度，且BIC、低压采样更易实现集中合成。
在本申请的一些具体实施例中，多个单体电池100可以组装成多个电池模组400，多个电池模组400可以沿动力电池包10的长度方向A排列(如图6所示)，多个电池模组400也可以沿动力电池包10的宽度方向B排列(如图15所示)，多个电池模组400也可以沿动力电池包10的高度方向C排列以形成多层结构(如图7所示)，换言之，无论单体电池100沿动力电池包10的宽度方向B延伸还是长度方向A延伸，多个单体电池100均可以沿动力电池包10的高度方向C排列成多层。当然，多个电池模组400也可以沿动力电池包10的长度方向A和高度方向C同时排列，或沿动力电池包10的宽度方向A和高度方向C同时排列。由此，优化电池模组400的数量，从而提高空间利用率以提高能量密度，且BIC、低压采样更易实现集中合成。需要理解地是，本申请实施例中的电池模组400不设置端板和侧板等结构。
在相关技术中，由于单体电池的尺寸较小，长度较短，单体电池的相对两端无法与包体200′中相对设置的两个侧壁相适配，因此，包体200′中需要设置纵梁600′和/或横梁500′(如图1所示)，从而便于单体电池的装配。当单体电池通过电池模组400′安装到包体200′中后，沿动力电池包10′的宽度方向会存在多个单体电池，也就是说，单体电池并未在两个相对设置的侧壁之间延伸，而是在两个相对设置的纵梁600′或横梁500′之间延伸的，电池模组通过紧固件与相邻的纵梁600′和/或横梁500′固定。
由于相关技术中的包体200′中设置有纵梁600′和/或横梁500′，纵梁600′和/或横梁500′占据了包体200′中大量的用于容纳单体电池的安装空间，导致包体200′的空间利用率较低，通常，单体电池的体积之和与包体200′的体积的比值约为40％，甚至更低，也就是说，相关技术中的包体200′中仅有40％左右的空间可以用于安装单体电池，导致包体200′中可容纳的单体电池的数量有限，整个动力电池包10′的容量、电压受到限制，动力电池包10′的续航能力较差。
根据本申请实施例的单体电池100，如图5所示，所述单体电池100包括电池本体110，可以理解地是，电池本体110为除了极耳等小尺寸凸出结构外的主体部分。所述电池本体110具有长度L、宽度H和和厚度D，所述电池本体110的长度L大于宽度H，所述电池本体110的宽度H大于厚度D，其中，电池本体110的厚度D与电池本体110的体积V满足：D/V＝0.0000065mm﹣2～0.00002mm﹣2，当将所述单体电池100布置在动力电池包10，一方面能够减少包体200中纵梁和/或横梁的使用，甚至包体200中可以不设置纵梁和/或横梁，从而减少了纵梁和/或横梁在包体200中占据的空间，提高了包体200的空间利用率；另一方面能够减少电池模组400中端板和侧板的使用，减少端板和侧板在包体200中占据的空间，进一步提高了包体200的空间利用率。尽可能地使更多的单体电池100能够布置在包体200中，进而提高整个动力电池包的容量、电压以及续航能力。另外，通过将电池本体110的厚度D与电池本体110的体积V的比值设置成上述值，单个单体电池100的表面积得到提升，可以增大单体电池100的散热面积，提高单体电池100的散热速率，进而提高了整个动力电池包10的安散热性能。
并且，由于包体200中可以不设置纵梁和/或横梁，一方面，使得包体200的制作工艺得到了简化，单体电池100的组装复杂度降低，生产成本降低，另一方面，使得包体200和整个动力电池包10的重量减轻，实现了动力电池包10的轻量化。特别地，当动力电池包10安装在电动车上时，还可以提升电动车的续航能力，实现电动车的轻量化。
此外，单体电池100本身可用作加强包体200的结构强度，也就是说，包体200中无需再设置用于加强其结构强度的加强结构，直接通过单体电池100本身便可代替加强结构来保证包体200的结构强度，确保包体200在外力作用下不易发生形变。相比中国专利文献CN107925028A公开的电池组，包体200不仅能够起到容纳和保护单体电池100的作用，而且能够支撑单体电池100，提高动力电池包10的整体承重能力，单体电池100的长度对动力电池包10的强度起到加强作用。并且，单个单体电池100的表面积得到提升，从而可以增大单体电池100的散热面积，提高单体电池100的散热速率，进而提高了整个动力电池包10的安全性，使动力电池包10更加安全可靠。
在本申请的一些具体示例中，单体电池100包括电池本体110(可以理解为除了极耳等小尺寸凸出结构外的主体部分)，电池本体110的体积V与电池本体110的能量E满足：V/E≤2000mm3·Wh﹣1。由此，既能够保证足够的散热面积以保证散热效果，又可以降低单体电池100的体积占比，利于多个单体电池100在动力电池包10布置的紧凑化。
在本申请的一些具体实施例中，如图9和图10所示，上述包体200不同于中国专利文献CN107925028A公开的电池组壳体，尤其在于尺寸和承重方面，包体200可以包括与车身配合连接的车用托盘210，形成与车体/车身配合的容纳并承载单体电池100的结构，该车用托盘210为单独生产的用于容纳并安装单体电池100的托盘。当单体电池100安装到车用托盘210中后，该车用托盘210可以通过紧固件安装到车身上，例如，悬挂在电动车的底盘上，并起到容纳和承重作用。
其中，当动力电池包10作为车辆上使用的提供电能的动力电池包使用时，可以使单体电池100的长度方向沿车身宽度方向布置，即，车辆的左右方向，根据本申请的具体实施例，单体电池100的电池本体110的长度L满足：600mm＜L≤2500mm；根据本申请的另外一些实施例，单体电池100的电池本体110的长度L满足：600mm＜L≤1500mm，可以使单体电池100的长度能够与车辆的宽度的相适配。
在本申请的一些具体示例中，如图8所示，包体200也可以直接形成在电动车上，也就是说，包体200为形成在电动车上任意适当位置的用于安装单体电池100的装置。例如，包体200可以形成在电动车的底盘上。
在本申请的一些具体实施例中，当动力电池包10布置在电动车上时，不同于中国专利文献CN107925028A公开的电池组，动力电池包10还包括电池管理系统(BMS)、电池连接器、电池采样器和电池热管理系统中的至少之一等车用电池所需的部件，动力电池包10的宽度方向B沿车身宽度方向布置，即车辆的左右方向，动力电池包10的长度方向沿车身长度方向布置，即车辆的前后方向。当然本申请并不限于此，也可以使动力电池包10的宽度方向B沿车身长度方向布置，使动力电池包10的长度方向A沿车身宽度方向布置。
本领域的技术人员可以理解地是，单体电池100在动力电池包10内的方向布置以及动力电池包10在电动车上的方向布置，可以以不同的形式组合，例如，单体电池100的长度方向可以沿动力电池包10的宽度方向B布置，也可以沿动力电池包10的长度方向A布置；动力电池包10的宽度方向B可以沿车身宽度方向布置，也可以沿车身长度方向布置；再例如，无论动力电池包10的宽度方向B沿车身宽度方向布置还是沿车身长度方向布置，单体电池100的长度方向均沿车身宽度方向布置。单体电池100、动力电池包10和车身的相对布置方向可以根据实际应用设置，以满足不同的要求。
下面参考附图描述根据本申请实施例的单体电池100。
以下具体实施例中，长度L、宽度H和厚度D单位均为毫米(mm)，表面积S单位为平方毫米(mm 2)，体积V单位为立方毫米(mm3)，能量E单位为瓦时(Wh)。
如图5所示，根据本申请实施例的单体电池100包括电池本体110，可以理解地是，电池本体110为除了极耳等小尺寸凸出结构外的主体部分。电池本体110具有长度L、宽度H和和厚度D。
其中，电池本体110的长度L大于电池本体110的宽度H，电池本体110的宽度H大于电池本体110的厚度D，电池本体110的厚度D与电池本体110的体积V满足：D/V＝0.0000065～0.00002。
根据本申请的具体实施例，为了进一步优化单体电池100在动力电池包内的排布，并进一步提高单体电池100的散热能力，电池本体110的长度L与厚度D满足：L/D＝23～208。根据本申请的具体实施例，电池本体110的长度L与厚度D满足：L/D＝23～200。
在本申请的一些具体实施例中，所述单体电池100为硬壳电池，所述单体电池100包括壳体、盖板及位于壳体和盖板形成的空间内的极芯。在本申请的一些具体实施例中，如图5所示，电池本体110构造为外表面平滑的长方体形，以具有一定的结构强度，例如，将电池极芯放入方形电池壳内，用盖板密封电池壳的开口部分，注入电解液。相比铝塑复合膜的电池，根据本申请实施例的单体电池100，的导热性能好，配合常规的电池热管理结构，可有效避免了大尺寸结构带来的散热问题。而相比圆柱形电池，空间利用率更高，生产组装工艺更简单。
根据本申请实施例的单体电池100布置于动力电池包10的包体200内时，电池本体110的长度方向和厚度方向可以沿水平方向延伸，电池本体110的宽度方向可以沿竖直方向延伸，即单体电池100侧立放置，该水平方向和竖直方向均以动力电池包10使用时(例如应用于电动车时)的方向为准。
在本申请的一些具体示例中，为了进一步优化单体电池100在动力电池包10内的排布，以进一步提高能量密度以进一步提高续航能力，在包体200的有限空间内，使电池本体110的排布能加紧凑，能量更加集中，对单体电池100的其它参数作了进一步的设计。
根据本申请的具体实施例，电池本体110的长度L与电池本体110的体积V满足：L/V＝0.0005mm﹣2～0.002mm﹣2；根据本申请的具体实施例，电池本体110的宽度H与电池本体110的体积V满足：H/V＝0.0001mm﹣2～0.00015mm﹣2；根据本申请的具体实施例，由此对于一定体积的电池本体110，设计长度L、宽度H和厚度D中每一项与体积V的比例，从而优化单位数量的能量在空间上的分布，从而利于在包体200内的布置。
根据本申请的具体实施例，电池本体110的长度L与电池本体110的表面积S满足：L/S＝0.002mm﹣1～0.005mm﹣1；根据本申请的具体实施例，电池本体110的长度L与电池本体110的能量E满足：L/E＝0.8mm·Wh﹣1～2.45mm·Wh﹣1，根据本申请的具体实施例，电池本体110的长度L与电池本体110的能量E满足：L/E＝1.65mm·Wh﹣1～2.45mm·Wh﹣1。这样，利于单体电池100在其长度方向上横跨包体200的相对两边，从而提高动力电池包10的续航能力，且兼顾单体电池100的结构强度和散热效果。
在本申请的一些其它示例中，电池本体110的表面积S与电池本体110的体积V满足：S/V＝0.1～0.35mm﹣1。由此，既能够保证足够的散热面积以保证散热效果，又可以降低单体电池100的体积占比，利于多个单体电池100在动力电池包10布置的紧凑化。
根据本申请的具体实施例，电池本体110的表面积S与电池本体110的能量E满足：S/E≤1000mm2·Wh﹣1。这样可以保证单体电池100的表面散热充足，尤其是当动力电池采用三元或高镍三元正极材料时，电池内部热量能够及时传导，利于电池安全。此外，本申请的实施中的单体电池100为外表面平滑的方形电池，具有一定的结构强度，金属导热型良好，相比波纹增加表面积的电池，工艺和后期组装难度较小。
在本申请的一些具体实施例中，如图5所示，单体电池100还包括第一极耳101和第二极耳102。
第一极耳101设于电池本体110的长度方向上的一端，第二极耳102设于电池本体110的长度方向上的另一端。换言之，单体电池100的长度方向可以为单体电池100内部的电流方向，即，单体电池100内部的电流方向如箭头B所示。这样，由于电流方向与单体电池100的长度方向相同，单体电池100的有效散热面积更大、散热效率更好。这里，第一极耳101可以为单体电池100的正极耳，第二极耳102为单体电池100的负极耳；或者，第一极耳101为单体电池100的负极耳，第二极耳102为单体电池100的正极耳。
在本申请的一些具体示例中，如图5所示，单体电池100还包括防爆阀103。
防爆阀103设于电池本体110的长度方向上的至少一端。当单体电池100在发生故障时，单体电池100内部的气压增大，启动防爆阀103，防止单体电池100爆炸。
本领域的技术人员可以理解地是，防爆阀103的设置不仅可以应用于硬壳电池，如铝壳电池，而且可以应用于软包电池，此外，防爆阀103也可以设置在电池本体100的除端部外的其它位置。
在本申请的一些具体实施例中，电池本体110的长度方向上的两端分别设有防爆阀103。
举例而言，如图2、图5和图11所示，单体电池100朝向第一边梁201的第一端设置有防爆阀103，第一边梁201内部设置有排气通道222，第一边梁201上与每个单体电池100的防爆阀103对应的位置均设置有进气口221，进气口221与排气通道222连通，包体200上设置有与排气通道222连通的排气孔；和/或
单体电池100朝向第二边梁202的第二端设置有防爆阀103，第二边梁202内部设置有排气通道222，第二边梁202上与每个单体电池100的防爆阀103对应的位置均设置有进气口221，进气口221与排气通道222连通，包体200上设置有与排气通道222连通的排气孔。
在相关技术中，在单体电池的使用过程中，如果其内部的气压增大到一定程度，则防爆阀开启，单体电池内部的火焰、烟雾或气体会通过防爆阀排出，该火焰、烟雾或气体会聚集在动力电池包的内部，若无法及时排出，则会对单体电池造成二次伤害。在本申请的实施例中，由于第一边梁201和/或第二边梁202上设置有与单体电池100的防爆阀103对应的进气口221，且第一边梁201和/或第二边梁202内部设置有排气通道222，当单体电池100内部气压增大时，其防爆阀103开启，其内部的火焰、烟雾或气体等将直接通过进气口221进入第一边梁201和/或第二边梁202内的排气通道222，并通过排气孔排出第一边梁201和或第二边梁202，例如，通过排气孔排到大气中，这样，该火焰、烟雾或气体便不会聚集在包体200内部，从而避免火焰、烟雾或气体对单体电池100造成二次伤害。
此外，多个单体电池100中每一个单体电池100的一端通过第一边梁201内的排气通道222排气，多个单体电池100中每一个单体电池100的另一端通过第二边梁202内的排气通道222排气，由此，单体电池100的两端通过不同的通道进行排气，增加了排气距离，形成交叉排气，从而能够降低温度。
下面参考附图描述根据本申请实施例的电动车1，具体地，该电动车可以包括商用车、特种车、电动自行车、电动摩托车、电动滑板车等需要使用动力电池包为其提供电能，以驱动其行驶的电动车。
如图9和图10所示，根据本申请实施例的电动车1包括根据本申请上述实施例的动力电池包10，其中，包体200可以一体成型在电动车上，包体200也可以为单独生产的用于容纳并安装单体电池100的车用托盘。
根据本申请实施例的电动车1，通过利用根据本申请上述实施例的动力电池包10，能够在不扩大电池占用空间的情况下提升续航能力。
在本申请的一些具体实施例中，如图9和图10所示，动力电池包10设置在电动车1的底部，包体200与电动车1的底盘固定连接。由于电动车1的底盘处的安装空间较大，将动力电池包10设置在电动车1的底盘处，可以尽可能地提高单体电池100的数量，从而提高电动车1的续航能力。
在本申请的一些具体示例中，如图9和图10所示，电动车1包括设置在电动车1的底部的一个动力电池包10，包体200与电动车1的底盘固定连接，动力电池包10的宽度方向沿电动车1的车身宽度方向布置，即，电动车1的左右方向，动力电池包10的长度方向沿电动车1的车身长度方向，即，电动车1的前后方向。在其它实施例中，电动车1可以包括多个设置在电动车1的底部的动力电池包10，该多个动力电池包10的形状和尺寸可以相同，也可以不同，具体地，每个动力电池包10可以根据电动车1的底盘的形状及尺寸进行调整，多个动力电池包10沿车身的长度方向，即，前后方向排列。
在本申请的一些具体示例中，包体200的宽度F与车身宽度W的比值满足：50％≤F/W≤80％，在本实施例中，可以通过沿车身的宽度方向仅设置一个包体200实现，当包体200为多个时，多个包体200沿车身的长度方向排列。通常，对于多数车辆而言，车身宽度W为500mm～2000mm，例如，500mm、1600mm、1800mm、2000mm,车身长度为500mm～5000mm，对于乘用车而言,乘用车的宽度通常为500mm～1800mm，车身的长度为500mm～4000mm。
在本申请的一些其它实施例中，包体200的宽度F为500mm～2500mm，在本申请的另外一些实施例中，包体200的宽度F为500mm～1500mm，远大于中国专利文献CN107925028A公开的电池组壳体，以利于容纳如CN107925028A中电池组的电池模组400，保证续航能力，并匹配于车身尺寸。
在本申请的一些具体示例中，单体电池100包括电池本体110，电池本体110的长度L与车身宽度W的比值满足：46％≤L/W≤76％。在本实施例中，可以沿车身的宽度方向仅设置一个单体电池100实现。在其他可能的实施方式中，满足这样的尺寸要求的情况下，可以在长度方向上设置多个电池模组400或多个单体电池100来实现。作为一些实施例，电池本体110的长度L为400mm～2500mm；作为另一些实施例，电池本体110的长度L满足：400mm＜L≤1500mm。
根据本申请实施例的单体电池100、动力电池包10和电动车1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
下面通过对比例1和实施例1～8说明，根据本申请实施例的单体电池100，通过对尺寸参数等的设计，本申请的单体电池100和动力电池包10在散热效果方面显著提升。单体电池为磷酸铁锂电池。对比例和实施例中的单体电池均为硬壳磷酸铁锂电池。
在相同工况条件下，对对比例1以及实施例1～8中的单体电池和动力电池包，以2C的速度进行快充，测量在快充过程中，单体电池和动力电池包的温度升高量。下表中，记录了每个实施例和对比例中，单体电池的长度、宽度、厚度、体积、表面积和能量的参数选取，并对具体温升进行了记录。
由表格中的数据可以看出，本申请提供的单体电池100(即实施例1～3)中，在同等条件的快充下，其温升较之对比例均有不同程度的降低，具有优于现有技术的散热效果。
Figure BDA0002103447470000151
Figure BDA0002103447470000161
在本说明书的描述中，参考术语“具体实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种单体电池，其特征在于，包括：
电池本体，所述电池本体具有长度L、宽度H和和厚度D，所述电池本体的长度L大于宽度H，所述电池本体的宽度H大于厚度D，其中，
所述电池本体的厚度D与所述电池本体的体积V满足：D/V＝0.0000065mm﹣2～0.00002mm﹣2。
2.根据权利要求1所述单体电池，其特征在于，所述电池本体的表面积S与所述电池本体的能量E满足：S/E≤1000mm2·Wh-1。
3.根据权利要求1所述单体电池，其特征在于，所述电池本体的长度L与所述电池本体的能量E满足：L/E＝0.8mm·Wh-1～2.45mm·Wh-1。
4.根据权利要求3所述单体电池，其特征在于，所述电池本体的长度L与所述电池本体的能量E满足：L/E＝1.65mm·Wh-1～2.45mm·Wh-1。
5.根据权利要求1～4中任一项所述单体电池，其特征在于，所述电池本体的长度L为400mm～2500mm。
6.根据权利要求1～4中任一项所述单体电池，其特征在于，所述电池本体的长度L为400mm～1500mm。
7.根据权利要求1～4中任一项的所述单体电池，其特征在于，所述电池本体的长度方向和厚度方向沿水平方向延伸，所述电池本体的宽度方向沿竖直方向延伸。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的单体电池，其特征在于，还包括：
第一极耳，所述第一极耳设于所述电池本体的长度方向上的一端；
第二极耳，所述第二极耳设于所述电池本体的长度方向上的另一端。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的单体电池，其特征在于，所述单体电池为硬壳电池。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的单体电池，其特征在于，所述单体电池为铝壳方形电池且还包括：
防爆阀，所述防爆阀设于所述电池本体的长度方向上的至少一端。
11.根据权利要求10所述的单体电池，其特征在于，所述电池本体的长度方向上的两端分别设有防爆阀。
12.根据权利要求1～4中任一项所述的单体电池，其特征在于，所述单体电池为软包电池，所述电池本体的长度L与宽度H满足：L/H＝7～20。
13.一种动力电池包，其特征在于，包括：
包体；
多个根据权利要求1～12中任一项所述的单体电池，所述多个单体电池设于所述包体内。
14.一种电动车，其特征在于，所述电动车包根据括权利要求13所述的动力电池包。
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