CN113078407B - 小容量电芯双重并联的高容量电池模组及其回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组及其回收利用方法。该高容量电池模组包括一级并联电芯和由若干个一级并联电芯并联得到的二级并联电芯；其中，一级并联电芯包括若干个并联连接的小容量电芯。如此设置，当高容量电池模组退役时，将二级并联电芯进行拆分，可二次应用于相应小容量要求的动力电池供电领域；再进一步将一级并联电芯进一步拆分，可二次应用于相应更小容量要求的动力电池供电领域。通过空心结构电芯的同心圆式并联，能够降低电芯自身的内阻，提高散热效果，空间布局也更合理。本发明不仅扩大了小容量电芯的梯次利用场景，还提高了电池的容量稳定性，降低电池监控难度，充分挖掘了电池的利用价值。

Description

小容量电芯双重并联的高容量电池模组及其回收利用方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组及其回收利用方法。

背景技术

随着新能源电动汽车对于续航里程要求的逐渐提升，对于电池的能量密度要求逐渐升高，为达到更高的能量密度，电动汽车需要使用单体容量更大的电芯。由于国家规定，当车用动力电池的可充放电容量≤初始容量80％时即需要退役。对于退役动力电池自身来说，其80％的剩余可充放电容量仍然具有很大的使用价值，在如叉车、低速电动车、备用电源等对于可充放电容量要求不高的其他领域上可继续使用。然而由于电动汽车用电池的电芯单体容量、体积、重量过大，超过了叉车、低速电动车、备用电源的实际需求，因此此梯次利用场景不多。

有鉴于此，有必要设计一种改进的小容量电芯双重并联的高容量电池模组及其回收利用方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组及其回收利用方法。本发明将小容量电芯并联得到一级并联电芯，再将一级并联电芯并联得到双重并联的高容量电池模组，不仅扩大了小容量电芯的梯次利用场景，还提高了电池的容量稳定性，降低电池监控难度。通过空心结构电芯的同心圆式并联，可以在正负极集流体边缘引出更多的极耳，从而降低电芯自身的内阻，提高散热效果，空间布局也更合理。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组，包括一级并联电芯和由若干个所述一级并联电芯并联得到的二级并联电芯；所述一级并联电芯包括若干个并联连接的小容量电芯。

作为本发明的进一步改进，每个所述小容量电芯均为具有中空结构的电芯，若干个具有中空结构的电芯以同心圆的形式排列，然后并联连接。

作为本发明的进一步改进，相邻两个所述具有中空结构的电芯之间设置有中空结构。

作为本发明的进一步改进，所述具有中空结构的电芯的外径大于其高度，所述具有中空结构的电芯的正极极耳和负极极耳分别设置于所述具有中空结构的电芯高度方向的两端。

作为本发明的进一步改进，每个所述小容量电芯包括裸电芯本体、与所述裸电芯本体相连的正极极耳和负极极耳以及用于封装所述裸电芯本体的封装结构；所述正极极耳和负极极耳的一端与所述裸电芯本体相连，一端裸露在所述封装结构的外部；所述正极极耳及负极极耳与所述封装结构的连接部位设有极耳胶层。

作为本发明的进一步改进，若干个所述小容量电芯的正极极耳之间通过铝正极桥相连，负极极耳之间通过镍正极桥相连，得到一级并联电芯。

作为本发明的进一步改进，所述小容量电芯的封装结构为圆柱形封装结构、软包封装结构或方形封装结构。

作为本发明的进一步改进，每个所述一级并联电芯设有总正极极耳和总负极极耳，若干个所述一级并联电芯的总正极极耳之间通过正极转接片相连，总负极极耳之间通过负极转接片相连，得到二级并联电芯。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种以上所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组的回收利用方法，包括：将退役的高容量电池模组的二级并联电芯进行拆分，得到若干组退役的一级并联电芯，根据退役的一级并联电芯的容量，将其二次应用于相应小容量要求的动力电池供电领域。

作为本发明的进一步改进，将拆分得到的若干组退役的一级并联电芯进一步拆分，得到若干个退役的小容量电芯，根据退役的小容量电芯的容量，将其应用于相应更小容量要求的动力电池供电领域。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，通过小容量电芯的双重并联得到高容量电池模组，显著提高小容量电芯的利用率；而且通过两级并联，能够提高电池模组的稳定性。使用传统并联结构时，电池控制系统需监控每个并联电芯的充电状况，而采用本发明双重并联结构，只需监控一级并联电芯的充电状况，一级并联电芯内部的小容量电芯无需再进行监控。因此，电池监控难度降低。

2.本发明提供的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，将多个裸电芯同时封装在一个包装中，各个电芯单元之间独立封装，仅通过正、负极桥并联连接，并引出总正极极耳、总负极极耳与外部连接。拆分为小电芯单元时，沿着电芯之间封装区拆分即可，故可梯次利用在对容量要求较小的场景中，充分挖掘了电池的利用价值。

3.本发明提供的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，将多组不同直径的中空结构电芯以同心圆的形式排列，形成电池组，再通过串联或并联连接，得到不同容量的电池组，满足不同供电需求。如此设置，电芯之间的布设简单，相比传统的多个圆柱体电芯的组合排列，空间占用显著缩小；当大电芯需要拆分为小电芯时，只需将外壳和正负极桥除去，将各个子电芯拆分即可，因此便于组装、拆卸和回收利用。

4.本发明提供的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，优选外径大于高度的中空结构电芯进行同心圆式并联排布。如此设置，通过圆盘形状设计，可以在正负极集流体边缘引出更多的极耳，从而降低电芯自身的内阻；同时电芯圆盘形状外壳，上下面表面积较大，有利于电芯散热。电芯中央为空心结构，可在此空心结构内布置散热系统、灭火系统等，进一步提升电芯的冷却和安全性能。本发明通过低内阻、大散热面积的设置，能够满足更大功率下快充需求。

附图说明

图1为本发明小容量电芯的结构示意图。

图2为本发明一级并联电芯的软包封装结构的结构示意图。

图3为本发明二级并联电芯的软包封装结构的结构示意图。

图4为图2中的一级并联电芯拆分后的小容量电芯的结构示意图。

图5为本发明一级并联电芯的软包封装结构的独立封塑的结构示意图。

图6为本发明一级并联电芯的方形封装结构的结构示意图。

图7为图6中的一级并联电芯拆分后的小容量电芯的结构示意图。

图8为本发明小容量电芯的另一种结构示意图。

图9为图8中电芯的卷绕结构示意图。

图10为本发明一级并联电芯的圆柱形封装结构的结构示意图。

图11为图10中电池组的横截面示意图。

图12为图11中A-A方向的剖面图。

附图标记

10-小容量电芯；11-裸电芯本体；12-封装结构；13-正极极耳；14-负极极耳；15-极耳胶层；20-一级并联电芯；21-总正极极耳；22-总热封胶；23-铝正极桥；24-总负极极耳；25-镍负极桥；26-单电芯连接结构；27-外部总成壳；28-热封胶；29-外部封塑袋；30-二级并联电芯；31-负极转接片；32-正极转接片；

10′-电芯本体；11′-正极极片；111′-正极极耳；112′-正极集流片；113′-正极；12′-负极极片；121′-负极极耳；122′-负极集流片；123′-负极；13′-隔膜；14′-子泄压阀；15′-电芯外壳；20′-中空结构；30′-散热装置；101′-子电芯一；102′-子电芯二；103′-子电芯三；40′-总泄压阀；41′-总正极；42′-总负极；43′-正极桥；44′-负极桥；50′-电芯总外壳；60′-隔热层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

实施例1

本发明的目的在于设计一种用于电动汽车的可拆分的电池模组结构，其容量通常较大，当电池退役后，可将此电池模组结构拆解为若干块块小容量电芯，梯次利用在对容量要求较小的场景中，从而充分挖掘电池的利用价值。具体方案如下：

请参阅图1至3所示，本发明提供的一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组，包括一级并联电芯20和由若干个所述一级并联电芯20并联得到的二级并联电芯30；所述一级并联电芯20包括若干个并联连接的小容量电芯10。

如此设置，高容量电池模组的总容量为若干个并联的一级并联电芯20的容量之和，当若干个并联的一级并联电芯20的容量存在差异时，整个电池模组只能充电至容量最小的一级并联电芯20充满状态。因此，电芯并联虽然能够增大电池模组的容量，但需要严格控制并联电芯的容量一致性。本发明通过小容量电芯10的双重并联得到高容量电池模组，相当于将现有技术组装的高容量电芯中的单体电芯进行了进一步的细分，从而提高小容量电芯10的利用率，而且通过两级并联，能够提高电池模组的稳定性。使用传统并联结构时，电池控制系统需监控每个并联电芯的充电状况，而采用本发明双重并联结构，只需监控一级并联电芯20的充电状况，一级并联电芯20内部的小容量电芯10无需再进行监控。因此在实际生产中，挑选电芯容量时，仅需要挑选一级并联电芯20的容量，保证一级并联电芯20的容量接近即可，而一级并联电芯20内部的小容量电芯10的容量不需要挑选。

在一些实施方式中，所述小容量电芯的容量为10Ah，所述高容量电池模组的容量为40Ah如此设置，能够用于对电池容量要求较高的电动汽车，当电池组退役时，将大容量电芯拆分，可将小容量电芯梯次利用在对容量要求较小的场景中，充分挖掘了电池的利用价值。

所述一级并联电芯中并联的小容量电芯的个数为2～8个，所述二级并联电芯中并联的一级并联电芯的个数为2～8个。并联电芯也不宜过多，防止容量不一致的问题。

具体地，请参阅图1所示，每个所述小容量电芯10包括裸电芯本体11、与所述裸电芯本体11相连的正极极耳13和负极极耳14以及用于封装所述裸电芯本体11的封装结构12；所述正极极耳13和负极极耳14的一端与所述裸电芯本体11相连，一端裸露在所述封装结构12的外部；所述正极极耳13及负极极耳14与所述封装结构12的连接部位设有极耳胶层15。

请参阅图2所示，若干个所述小容量电芯10的正极极耳13之间通过铝正极桥23相连，负极极耳14之间通过镍正极桥25相连，得到一级并联电芯20。

其中，所述小容量电芯10的封装结构12为圆柱形封装结构、软包封装结构或方形封装结构。

每个所述一级并联电芯20设有总正极极耳21和总负极极耳24(总正极极耳21和总负极极耳24处设有总热封胶22)，若干个所述一级并联电芯20的总正极极耳21之间通过正极转接片32相连，总负极极耳24之间通过负极转接片31相连，得到二级并联电芯30。

如此设置，将多个裸电芯同时封装在一个包装中，各个电芯单元之间独立封装，仅通过正、负极桥23、25并联连接，并引出总正极极耳21、总负极极耳24与外部连接。拆分为小电芯单元时，沿着电芯之间封装区拆分即可，容量为组合状态1/n(n为一级并联电芯20数)。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组的回收利用方法，包括：将退役的高容量电池模组的二级并联电芯进行拆分，得到若干组退役的一级并联电芯，根据退役的一级并联电芯的容量，将其二次应用于相应小容量要求的动力电池供电领域。

将拆分得到的若干组退役的一级并联电芯进一步拆分，得到若干个退役的小容量电芯，根据退役的小容量电芯的容量，将其应用于相应更小容量要求的动力电池供电领域。

实施例2

请参阅图8-12所示，一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组，与实施例1相比，不同之处在于，一级并联电芯20中的每个小容量电芯均为具有中空结构的电芯，主要由电芯本体10′和电芯本体10′内的中空结构20′组成。若干个具有中空结构的电芯以同心圆的形式排列，然后并联连接。例如图10中的子电芯一101′、子电芯二102′和子电芯三103′具有相同的中心对称轴，如此设置，实现多组电芯的紧密排列，空间布局更合理，散热效果也较好。

在一些实施方式中，相邻两个所述大直径中空结构电芯之间设置有中空结构，中空结构内部可设置散热装置或隔热材料组成隔热层60′等。如此设置，能够进一步提升电池组的散热效果。

每组所述大直径中空结构电芯的外侧均设置有电芯外壳15′，同心圆电池组的最外侧设置有电芯总外壳50′；电芯外壳15′上设置有子泄压阀14′，电芯总外壳50上设置有总泄压阀40′。如此设置，能够单独泄压排气或者同步泄压排气，实用性更强。

以并联方式连接，每组大直径中空结构电芯的容量应保持基本相同。因此在卷绕时，处于外部的电芯卷绕体的直径更大，厚度相应应减小。将多组电芯的正极113′通过正极桥(铝)并联连接，负极123′通过负极桥并联连接。如此设置，多组电芯之间的布设更合理，相比传统的多个圆柱电芯之间排列组合，空间占用更小，通过电芯之间的中空结构能够设置多组散热系统，满足电池组的散热需求。中空结构之间还可设置其他辅助功能模块，为多功能电池组的布设提供更多可能。

特别地，所述具有中空结构的电芯的外径大于其高度，所述具有中空结构的电芯的正极极耳111′和负极极耳121′分别设置于所述具有中空结构的电芯高度方向的两端。所述具有中空结构的电芯的外直径、内直径和高度满足以下条件：外直径≥5cm；1/4外直径≤内直径≤1/2外直径；1/3外直径≤高度≤外直径。优选地，所述具有中空结构的电芯的外直径为10cm，内直径为4cm，高度为5cm。

具体地，请参阅图9所示，电芯本体10′主要包括正极极片11′、负极极片12′和设置于正极极片11′与负极极片12′之间的隔膜13′，所述正极极片11′、负极极片12′和隔膜13′卷绕得到所述具有中空结构的电芯。

在所述正极极片11′和负极极片12′的较长边缘(较长边缘即卷绕后构成电芯本体10′直径方向的边缘，这也使得电芯本体10′的外径大于其高度)分别设置有若干组正极极耳111′和负极极耳121′，若干组所述正极极耳111′通过正极集流片112′与正极113′相连，若干组所述负极极耳121′通过负极集流片122′与负极123′相连。所述具有中空结构的电芯还包括设置在电芯本体10′外部的电芯外壳15′，电芯外壳15′上还设有泄压阀14′，泄压阀14′与正极113′设置在电芯外壳15′的同一侧。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组的回收利用方法，包括：将退役的高容量电池模组的二级并联电芯进行拆分，得到若干组退役的一级并联电芯，根据退役的一级并联电芯的容量，将其二次应用于相应小容量要求的动力电池供电领域。

将拆分得到的若干组退役的一级并联电芯进一步拆分(只需将同心圆一级并联电芯20的电芯总外壳50′和正负极桥除去，将各个子电芯(子电芯一101′、子电芯二102′、子电芯三103′)拆分即可，因此便于组装、拆卸和回收利用)，得到若干个退役的小容量电芯，根据退役的小容量电芯的容量，将其应用于相应更小容量要求的动力电池供电领域。

综上所述，本发明提供的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，将小容量电芯并联得到一级并联电芯，再将一级并联电芯并联得到双重并联的高容量电池模组，不仅扩大了小容量电芯的梯次利用场景，还提高了电池的容量稳定性，降低电池监控难度。通过空心结构电芯的同心圆式并联，能够降低电芯自身的内阻，提高散热效果，空间布局也更合理。本发明不仅扩大了小容量电芯的梯次利用场景，还提高了电池的容量稳定性，降低电池监控难度，充分挖掘了电池的利用价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种小容量电芯双重并联的高容量电池模组，其特征在于，包括一级并联电芯和由若干个所述一级并联电芯并联得到的二级并联电芯；所述一级并联电芯包括若干个并联连接的小容量电芯，若干个所述小容量电芯的正极极耳之间通过铝正极桥相连，负极极耳之间通过镍正极桥相连，得到一级并联电芯；每个所述一级并联电芯设有总正极极耳和总负极极耳，若干个所述一级并联电芯的总正极极耳之间通过正极转接片相连，总负极极耳之间通过负极转接片相连，得到二级并联电芯；每个所述小容量电芯均为具有中空结构的电芯，若干个具有中空结构的电芯以同心圆的形式排列，然后并联连接；每个所述小容量电芯包括裸电芯本体、与所述裸电芯本体相连的正极极耳和负极极耳以及用于封装所述裸电芯本体的封装结构；所述正极极耳和负极极耳的一端与所述裸电芯本体相连，一端裸露在所述封装结构的外部；所述正极极耳及负极极耳与所述封装结构的连接部位设有极耳胶层；所述具有中空结构的电芯的外径大于其高度，所述具有中空结构的电芯的正极极耳和负极极耳分别设置于所述具有中空结构的电芯高度方向的两端。

2.根据权利要求1所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，其特征在于，相邻两个所述具有中空结构的电芯之间设置有中空结构。

3.根据权利要求1所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组，其特征在于，所述小容量电芯的封装结构为圆柱形封装结构、软包封装结构或方形封装结构。

4.一种权利要求1至3中任一项所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组的回收利用方法，其特征在于，包括：将退役的高容量电池模组的二级并联电芯进行拆分，得到若干组退役的一级并联电芯，根据退役的一级并联电芯的容量，将其二次应用于相应小容量要求的动力电池供电领域。

5.根据权利要求4所述的小容量电芯双重并联的高容量电池模组的回收利用方法，其特征在于，将拆分得到的若干组退役的一级并联电芯进一步拆分，得到若干个退役的小容量电芯，根据退役的小容量电芯的容量，将其应用于相应更小容量要求的动力电池供电领域。