CN113097619A - 大直径中空结构电芯及电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大直径中空结构电芯及电池组。该大直径中空结构电芯包括具有中空结构的电芯，其直径大于高度。通过大直径和低高度的圆盘形状电芯设计，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；通过内部中空结构设计，可以在中空结构内设置散热装置，提高电芯的散热性和安全性。本发明将若干组具有中空结构的电芯以同心圆的形式排列，然后串联或并联连接，得到大容量电池组。如此设置，结构简单，便于组装和拆卸，节约空间，相邻电芯之间也可设置散热装置，提高散热效果。

Description

大直径中空结构电芯及电池组
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种大直径中空结构电芯及电池组。
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，对于电池的容量要求逐渐升高。同等充电功率下，大容量电池需要较长时间充电，而提升充电功率，却面临着由于电芯内阻大，散热面积小导致的电池温度升高，长期在高温下会加速锂离子电池的性能衰减。
增加电芯体积是提高电池容量的一种直接有效的途径，但是电芯体积增大，容易导致电芯内阻增大和散热难的问题，电芯安全性得不到保障。
有鉴于此，有必要设计一种改进的大直径中空结构电芯及电池组，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大直径中空结构电芯及电池组。通过大直径和低高度的圆盘形状电芯设计，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；通过内部中空结构设计，可以在中空结构内设置散热装置，提高电芯的散热性和安全性。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种大直径中空结构电芯，包括具有中空结构的电芯，所述具有中空结构的电芯的外直径大于其高度。
作为本发明的进一步改进，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。
作为本发明的进一步改进，所述具有中空结构的电芯包括正极极片、负极极片和设置于正极极片与负极极片之间的隔膜，所述正极极片、负极极片和隔膜卷绕得到所述具有中空结构的电芯；所述具有中空结构的电芯的正极总极耳和负极总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，在所述正极极片和负极极片的较长边缘分别设置有若干组正极极耳和负极极耳，若干组所述正极极耳通过集流片与正极相连，若干组所述负极极耳通过集流片与负极相连。
作为本发明的进一步改进，所述具有中空结构的电芯的中空结构部位设有散热装置和/或灭火装置。
作为本发明的进一步改进，所述散热装置为液冷散热装置。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种大直径中空结构电池组，包括若干组上述技术方案所述的大直径中空结构电芯，每组所述大直径中空结构电芯以同心圆的形式排列。
作为本发明的进一步改进，每组所述大直径中空结构电芯的外侧均设置有电芯外壳，同心圆的最外侧设置有电芯总外壳；电芯外壳上设置有子泄压阀，电芯总外壳上设置有总泄压阀。
作为本发明的进一步改进，若干组所述大直径中空结构电芯之间通过串联或并联的方式连接。
作为本发明的进一步改进，相邻两个所述大直径中空结构电芯之间设置有中空结构，用于设置散热装置。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的大直径中空结构电芯，卷绕体包括中空结构，且电芯外直径大于高度。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。
2.本发明提供的大直径中空结构电池组，将多组不同直径的大直径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。
3.本发明提供的大直径中空结构电池组，在相邻的大直径中空结构电芯之间可进一步设置中空结构，中空结构内可设置散装置或隔热层等，提高电池组的散热效果。
附图说明
图1为本发明大直径中空结构电芯的立体结构示意图。
图2为本发明大直径中空结构电芯的另一种立体结构示意图。
图3为图1中电芯的卷绕结构示意图。
图4为本发明大直径中空结构电芯的又一种立体结构示意图。
图5为本发明大直径中空结构电池组的立体结构示意图。
图6为图5中电池组的横截面示意图。
图7为图6中A-A方向的剖面图。
附图标记
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。
请参阅图1至4所示，本发明提供的一种大直径中空结构电芯，包括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。
其中，所述具有中空结构的电芯的外直径大于其高度，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。
具体地，请参阅图3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的外直径大于其高度)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。
如此设置，通过圆盘形状设计，可以在正、负极集流片112、122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。通过低内阻，增大散热面积，本发明提供的具有中空结构的电芯可以满足更大功率下快充需求。
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。
本发明具有中空结构的电芯的中空结构20部位设有散热装置30和/或灭火装置等，进一步提升电芯的散热和安全性能，而且电芯结构布局简单合理，节约占用空间，能够适用于一些特殊场景。
所述散热装置30可以为液冷散热装置，例如将液冷管道设置于中空结构20内，能够很好地解决电芯内部热量不易散出的问题。
请参阅图5至7所示，本发明还提供了一种大直径中空结构电池组，包括若干组上述技术方案所述的大直径中空结构电芯，每组所述大直径中空结构电芯以同心圆的形式排列。例如图5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，各个子电芯通常需要容量和内阻相近。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。
若干组所述大直径中空结构电芯之间通过串联或并联的方式连接。当以并联方式连接时，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。
综上所述，本发明提供的大直径中空结构电芯，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。将多组不同直径的大直径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。
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 (10)

1.一种大直径中空结构电芯，其特征在于，包括具有中空结构的电芯，所述具有中空结构的电芯的外直径大于其高度。
2.根据权利要求1所述的大直径具有中空结构的电芯，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的大直径中空结构电芯，其特征在于，所述具有中空结构的电芯包括正极极片、负极极片和设置于正极极片与负极极片之间的隔膜，所述正极极片、负极极片和隔膜卷绕得到所述具有中空结构的电芯；所述具有中空结构的电芯的正极总极耳和负极总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。
4.根据权利要求3所述的大直径中空结构电芯，其特征在于，在所述正极极片和负极极片的较长边缘分别设置有若干组正极极耳和负极极耳，若干组所述正极极耳通过集流片与正极相连，若干组所述负极极耳通过集流片与负极相连。
5.根据权利要求1所述的大直径中空结构电芯，其特征在于，所述具有中空结构的电芯的中空结构部位设有散热装置和/或灭火装置。
6.根据权利要求5所述的大直径中空结构电芯，其特征在于，所述散热装置为液冷散热装置。
7.一种大直径中空结构电池组，其特征在于，包括若干组权利要求1至6中任一项所述的大直径中空结构电芯，每组所述大直径中空结构电芯以同心圆的形式排列。
8.根据权利要求7所述的大直径中空结构电池组，其特征在于，每组所述大直径中空结构电芯的外侧均设置有电芯外壳，同心圆的最外侧设置有电芯总外壳；电芯外壳上设置有子泄压阀，电芯总外壳上设置有总泄压阀。
9.根据权利要求7所述的大直径中空结构电池组，其特征在于，若干组所述大直径中空结构电芯之间通过串联或并联的方式连接。
10.根据权利要求7所述的大直径中空结构电池组，其特征在于，相邻两个所述大直径中空结构电芯之间设置有中空结构，用于设置散热装置或隔热层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113451684A (zh) * 2021-07-30 2021-09-28 湖北亿纬动力有限公司 储能箱
CN114865209A (zh) * 2022-05-26 2022-08-05 广州小鹏汽车科技有限公司 电池包

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