CN113224407A - 一种热量均衡的大容量电池 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种热量均衡的大容量电池，其中，将一定数量的热管分布于锂电池内部，所述热管与电池壳体的内壁和/或上下盖内侧接触，不伸出电池壳体。当电池电芯或者极耳及极柱连接件在充放电过程中任何部位发热时，设置于附近的热管均能将产生的热量传导至电池壳体以及电池电芯的其他部位，这样可以使电池内部任何部位均不会产生较大热量的热聚集，从而可以使整个大容量电池形成一个热量均衡的体系，以保障电池整体安全性，延长使用寿命。

Description

一种热量均衡的大容量电池

技术领域

本申请实施例涉及电池温控技术领域，具体涉及一种热管设置在电池壳体中使热量均衡的大容量电池。

背景技术

电池的性能受温度影响很大，研究表明25℃～40℃时，锂电池可以在性能和寿命之间取得最佳的平衡，而当温度在30℃～40℃时，每升高1℃，电池寿命就会缩短两个月。对锂电池而言，锂电池电芯内部的温度梯度应小于5℃，因此控制其温度梯度在这一范围内至关重要，温度过高会加速锂电池老化，甚至出现热失控，温度过低，会使内阻增大，充放电效率降低，以及容量衰减。目前很少有专利涉及如何将电池内部的热量进行均衡统一，究其原因，是目前大容量电池技术还不够成熟，真正的大容量电池还未面世，而300AH以下的小容量电池，当其单个使用时锂电池电芯内部实际温度梯度并不是大，因此也不需要专门设计一套系统对锂电池电芯内部进行热量均衡。

而现有的很多专利将重点放在了如何对电池或者电池组进行散热的问题上，特别是利用热管对锂电池或者电池组进行散热。如专利CN209993704U公开了一种基于热管冷却的圆柱形锂电池单体及电池组，此专利是向圆柱形电池的中心插入一根热管，再将热管的冷却端伸出电池上盖，再对伸出锂电池上盖的冷却端加上翅片进行散热，可以达到降低电池内部温度的目的，此专利并没有涉及如何对锂电池内部的热量如何均衡的问题，当圆柱电池的容量足够大时，仅对电芯中心进行散热是不能解决锂电池整体降温的问题。另一方面，此专利将热管的冷却端伸出上盖，这在工艺上有一个密封问题，工艺以及结构复杂，电解液容易泄露，目前大多数利用热管散热的专利均将热管冷却端伸出壳体，这是本申请实施例与现有使用热管的锂电池散热结构的最大区别之一。

发明内容

为了解决大容量电池电芯内部热量不均衡的问题，本申请实施例提供一种热管设置在电池壳体中对电池内部热量进行均衡的大容量电池。

本申请实施例提供一种热量均衡的大容量电池，其将一定数量的热管分布于电池内部，所述热管与电池壳体的内壁和/或上下盖内侧接触，不伸出电池壳体。

优选的，所述热管分布于电池电芯内部或者极耳及极柱连接件处。

进一步地，由于电池电芯中部和极耳处温度相对较高，所述热管可优先分布于温度较高部位以便于均衡热量。

优选的，所述大容量电池具有多个圆筒形卷绕式电芯，在所述卷绕式电芯之间设置有热管，所述热管呈U字形，所述U型热管的一侧接触电池外壳壳体的内侧。

优选的，所述大容量电池具有1个圆筒形卷绕式电芯，在所述圆筒形卷绕式电芯的中心设置一根圆柱形热管，圆柱形热管的两端接触圆柱形电池外壳壳体的内侧。

优选的，所述大容量电池具有2个或者2个以上的叠片式电芯，在所述叠片式电芯之间设置有2根或者以上的U型热管，所述U型热管的两端伸出叠片式电芯，并与方形外壳壳体的内侧接触。

优选的，在极耳处设置U型热管，热管的一个侧面与极耳接触，另一个侧面与电池外壳的内壁接触。

优选的，所述热管为铜材质，其中空部分填充有泡沫铜。

优选的，所述热管的中空部分添加气液相变材料，所述材料为甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种。

本申请实施例利用热管在轴向的导热率是相应铜材质热导率的100倍以上，铜仅仅在500℃以上时的热导率才能达到热管的同样水平，因此在电池使用范围温度下热管的热导率远大于铜，近似于超导体。利用热管的这一属性，将热管在电芯内部针对电池在充放电过程中的发热点进行合理布局，再将热管的一端或侧面与电池外壳或者上下盖接触。这样电池内部任何有热聚集的地方，其热量均可以通过热管传导至电池内部的其他地方或者传导至电池壳体。合理设置热管的数量以及位置，就可以使锂电池内部的温度梯度始终小于5℃，另一方面电池外壳及上盖与锂电池电芯之间的温度梯度也始终小于5℃，这样对电池外壳的温度进行监控以及管理即可以达到对电池内部温度的监控及管理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的圆柱形大容量电池的立体图。

图2为实施例1的圆柱形大容量电池的剖视图。

图3为实施例2的具有叠片电芯组的大容量电池的内部结构示意图。

图4为U型热管的结构示意图。

图5为实施例3的圆柱形大容量电池的内部结构示意图。

图中，11-壳体，12-第一电芯，13-第二电芯，14-U型热管，15-中心热管,21-外壳，22-盖体，23-叠片电芯组，24-U型热管25-极耳，26-热排，31-圆柱形电芯，32-正极极柱连接件，33-负极极柱连接件，34-U型热管

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。

热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

实施例1

如图1、2所示，一种内部热量均衡的圆柱形大容量电池结构，由两个同心的第一电芯12和第二电芯13组成，所述第一电芯12和第二电芯13之间留4mm的间隙，间隙内部放入两根U型热管14，此热管的横截面为矩形，矩形厚度为4mm。热管上下两端的外侧接触上下盖，内侧接触电池电芯的端面，热管上下两端的端头接触外壳体侧面的内壁，由于U型热管的厚度与两个圆筒形电芯之间的距离一致，可以保证电芯与U型热管紧密接触，电芯在工作过程中产生的热量可以通过U型热管上下传导出去，由于U型热管的上下两端与壳体的上下盖接触，端头与外壳体的内壁接触，就可以保证热管由电芯传导出的热量再传导至电池的上下盖以及电池的侧盖。在圆筒形电芯的中心同样插入一根中心热管15，此热管的横截面圆形，直径与第二电芯13的内径相同，可以保证热管的侧面与电芯内部紧密接触，两端伸出第二电芯13并与壳体的上下壳体接触，这样电芯内部产生的热量可以通过中心热管传导至上下壳体。在热管与电芯之间需要绝缘且导热的地方涂抹导热绝缘胶，此圆柱形电池大容量电池的容量为600AH，以1C充放电时内部各处的温度差不大于5℃。

实施例2

如图3所示，一种内部热量均衡的方形大容量电池结构，电芯为多层的叠片电芯组23组成，多层叠片电芯之间设置有热排26，该热排26的四周伸出叠片电芯2mm，并与方形外壳21的内侧接触。极耳25处放置两根U型热管24，该U型热管24的一个侧面与热排26接触，另一个侧面与方形外壳21的内壁接触，且两端均与上下盖体22接触，在热管与电芯之间涂抹导热绝缘胶。此方形电池的电芯在工作过程中产生的热量由热排传导出来，由于热排与壳体因此热量可以传导至外壳体。U形热管与极耳以及热排接触，因此极耳在工作过程中产生的热量可以通过U形热管传导至热排以及外壳体，用热排与热管组合的模式可将此方形大容量电池的电芯内部形成热量均衡的体系，本方形电池的容量为1500AH，以1C充放电时内部各处的温度差不大于5℃。

实施例3

如图4所示，一种内部热量均衡的圆柱形大容量电池结构，由一个圆柱形电芯31，八根U型热管34组成，其中八根U型热管34上下各四根，上部四根U型热管的一端由圆柱形锂电池的上部中心卷绕筒插入，且侧面与圆柱形电芯31的内侧接触，另一端的一侧与圆柱形电芯31的外部接触，U型热管34中部的侧面与电芯的极耳及正极极柱连接件32、负极极柱连接件33接触。下部四根U型热管的一端由圆柱形锂电池的下部的中心卷绕筒插入，且侧面与圆柱形电芯的内侧接触，另一端的一侧与圆柱形电芯的外部接触，热管中部的侧面与圆柱形电芯的底部接触。上述八根热管的最外侧与此圆柱形锂电池的外壳壳体内部接触，在热管与电芯，及热管与极耳，铜排/铝排需要绝缘之处涂抹导热绝缘胶。电池在使用过程中产生的热量分为电芯产生的热量以及极耳产生的热量，由于八根U型热管均与电池的极耳、电芯内外侧以及电池外壳的内侧接触，因此电池产生的热量可以通过热管分散均匀到电芯的其他部位以及电池的外壳之上，使此电池内部热量形成均衡体系。此圆柱形大容量电池的容量为400AH，以1C充放电时内部各处的温度差不大于5℃。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本申请实施例进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请实施例的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本申请实施例精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本申请实施例的权利要求保护范围之内。

由技术常识可知，本申请实施例可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本申请实施例范围内或在等同于本申请实施例的范围内的改变均被本申请实施例包含。

Claims (8)

1.一种热量均衡的大容量电池，其特征在于，将一定数量的热管分布于电池内部，所述热管与电池壳体的内壁和/或上下盖内侧接触，不伸出电池壳体。

2.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述热管与电池电芯、极耳和/或极柱连接件接触。

3.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述大容量电池具有多个圆筒形卷绕式电芯，在所述卷绕式电芯之间设置有热管，所述热管呈U字形，所述U型热管的一侧接触电池外壳壳体的内侧。

4.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述大容量电池具有一个圆筒形卷绕式电芯，在所述圆筒形卷绕式电芯的中心设置圆柱形热管，圆柱形热管的两端接触圆柱形电池外壳壳体的内侧。

5.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述大容量电池具有至少两个叠片式电芯，在所述叠片式电芯之间设置有至少两根U型热管，所述U型热管的两端伸出叠片式电芯，并与方形外壳壳体的内侧接触。

6.根据权利要求5所述的大容量电池，其特征在于，在极耳处设置U型热管，热管的一个侧面与极耳接触，另一个侧面与电池外壳的内壁接触。

7.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述热管为铜材质，其中空部分填充有泡沫铜。

8.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述热管的中空部分添加气液相变材料，所述材料为甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种。

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