CN113517505A - 电池组件和用电设备 - Google Patents

Abstract

一种电池组件，包括壳体、电芯组件和转接板。电芯组件设于壳体内，包括多个电芯单元，多个电芯单元沿第一方向堆叠设置。电芯单元包括第一电芯、第二电芯和导流件，导流件设于第一电芯和第二电芯之间，导流件内设有流道，流道的相对两端分别连通壳体的第一开口和第二开口。转接板设于壳体与电芯组件之间，转接板与壳体之间形成第一通道，第一通道连通第一开口，转接板上设有多个通孔，所述通孔连通第一通道与流道。沿第一方向，至少部分所述通孔的面积逐渐增大，有利于减少出现局部温度过高、温升不均匀的问题，提高电池组件的安全性能。本申请还提供一种具有上述电池组件的用电设备。

Description

电池组件和用电设备

技术领域

本申请涉及电化学装置领域，尤其涉及一种电池组件和用电设备。

背景技术

随着新能源产业的发展，锂电池的应用越来越广泛。然而锂电池在大倍率充放电过程中容易产生大量热量，由于现有的电池不具备散热结构，散热性能差，容易导致电池出现局部温度过高、热失控等问题，从而影响电池的使用性能和安全性能。

发明内容

鉴于上述状况，本申请提供了一种电池组件和用电设备，通过在每两个电芯之间设置一个导流件的结构，并在转接板上设置面积逐渐增大的通孔，使不同位置的导流件中冷却介质的流量不随流动距离而减少，提升电池组件的散热性能，减少出现局部温度过高、温升不均匀、热失控的问题，提高电池组件的安全性能。

本申请的实施例提供了一种电池组件，包括电芯组件和壳体，所述电芯组件包括多个电芯单元，多个所述电芯单元沿所述第一方向堆叠设置，所述壳体围设于所述电芯组件外，沿所述第一方向，所述壳体的相对两端分别设有第一开口和第二开口。所述电芯单元包括第一电芯、第二电芯和导流件，所述导流件设于所述第一电芯和所述第二电芯之间。所述电池组件还包括转接板，所述转接板设于所述壳体与所述电芯组件之间，所述转接板与所述壳体之间形成第一通道，所述第一通道连通所述第一开口。所述导流件内设有流道，所述转接板上设有多个通孔，所述通孔连通所述第一通道与所述流道；所述流道与所述第二开口连通。沿所述第一方向，至少部分所述通孔的面积逐渐增大。

所述通孔使不同位置的导流件中冷却介质的流量不随流动距离而减少，提升电池组件的散热性能，减少出现局部温度过高、温升不均匀、热失控的问题，提高电池组件的安全性能。

在一些实施例中，沿所述第一方向，所述通孔的面积逐渐增大。

在一些实施例中，所述导流件包括中空铝板，进一步提升散热。

在一些实施例中，所述第一电芯与所述导流件的一侧接触连接，所述第二电芯与所述导流件的另一侧接触连接。

在一些实施例中，所述转接板与所述电芯组件之间形成第二通道，所述第二通道连通多个所述流道，所述冷却介质从所述第一开口流入所述第二通道，再分流至多个所述导流件。

在一些实施例中，单位时间内通过所述通孔的冷却介质的量为所述通孔的通流量，沿所述第一方向，所述通孔的通流量逐渐增大。进一步的，单位时间内通过所述到导流件的冷却介质的量基本相同，有利于提升电池的均匀散热。

在一些实施例中，沿第三方向，所述壳体的内侧壁设有凹部，所述第一电芯和所述第二电芯的侧边收容于所述凹部，所述第一方向和所述第三方向相互垂直。

在一些实施例中，沿所述第二方向，所述壳体的外侧壁设有多个散热翅片。

在一些实施例中，所述电芯组件还包括多个第一缓冲件，所述第一缓冲件设于任意相邻的所述电芯单元之间。所述缓冲件在电芯膨胀时可被压缩，为电芯提供膨胀空间。

在一些实施例中，所述缓冲件包括泡棉。

在一些实施例中，相邻的所述电芯单元之间设有一个第一缓冲件，其中一个所述电芯单元与第一缓冲件的一侧接触连接，另一个所述电芯单元与第一缓冲件的另一侧接触连接。

在一些实施例中，所述壳体包括沿所述第一方向相对设置的第一封装结构和第二封装结构，所述第一开口设于所述第一封装结构，所述第二开口设于所述第二封装结构，所述第二封装结构包括驱动器，所述驱动器用于驱动冷却介质从所述第二开口流出。

在一些实施例中，所述电池组件还包括端板和第二缓冲件，沿所述第一方向，所述端板设置于所述电芯组件的相对两端；所述第二缓冲件设于所述端板与所述第一封装结构之间，和所述端板与所述第二封装结构之间。

在一些实施例中，所述第二封装结构包括第二端盖和驱动器，所述第二端盖上设有所述第二开口，所述驱动器安装于所述第二端盖内，并位于所述第二开口处，所述驱动器用于驱动所述冷却介质从所述第二开口流出。

在一些实施例中，所述驱动器包括风扇。

在一些实施例中，沿所述第一方向，所述导流件的厚度为3-5mm。

在一些实施例中，所述转接板包括电路板，所述通孔包括设于所述电路板的第一通孔，所述第一电芯的极耳和第二电芯的极耳穿过所述第一通孔后电连接。

在一些实施例中，所述转接板包括绝缘板，所述通孔包括设于所述绝缘板的第二通孔，所述第一电芯的极耳和第二电芯的极耳穿过所述第二通孔后电连接。

在一些实施例中，所述转接板包括电路板和绝缘板，所述第一电芯的极耳和第二电芯的极耳依次穿过所述第二通孔和第一通孔后电连接。

在一些实施例中，所述通孔的面积逐渐增大。

本申请的实施例还提供了一种用电设备，所述用电设备包括上述实施例所述的电池组件。

本申请实施例提供的电池组件通过在每两个电芯之间设置一个导流件的结构，并在转接板上设置面积逐渐增大的通孔，使不同位置的导流件中冷却介质的流量不随流动距离而减少，提升电池组件的散热性能，减少出现局部温度过高、温升不均匀、热失控的问题，提高电池组件的安全性能。

附图说明

图1为电池组件在一实施例中的立体结构示意图。

图2为图1所示电池组件的分解结构示意图。

图3为图2所示电池组件中部分结构的分解图。

图4为图2所示电池组件的电芯组件中，电芯单元的结构示意图和分解图。

图5为图1所示电池组件移除第一封装结构后的侧视图。

图6为图1所示电池组件移除壳体和封装结构后的俯视图虚线圆框中的内容为局部结构放大图s。

图7为图2所示电池组件中转接板的结构示意图。

图8为图1所示电池组件与对比例中电池组件的测试结果对比图。

图9为用电设备在一实施例中的结构简图。

主要元件符号说明：

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一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请提供一种电池组件，包括电芯组件和壳体，所述电芯组件包括多个电芯单元，多个所述电芯单元沿所述第一方向堆叠设置，所述壳体围设于所述电芯组件外，沿所述第一方向，所述壳体的相对两端分别设有第一开口和第二开口。所述电芯单元包括第一电芯、第二电芯和导流件，所述导流件设于所述第一电芯和所述第二电芯之间。所述电池组件还包括转接板，所述转接板设于所述壳体与所述电芯组件之间，所述转接板与所述壳体之间形成第一通道，所述第一通道连通所述第一开口。所述导流件内设有流道，所述转接板上设有多个通孔，所述通孔连通所述第一通道与所述流道；所述流道与所述第二开口连通。可选的，沿所述第一方向，至少部分所述通孔的面积逐渐增大。可选的，沿所述第一方向，所述通孔的面积逐渐增大。

上述电池组件通过在每两个电芯之间设置一个导流件的结构，并在转接板上设置面积逐渐增大的通孔，使不同位置的导流件中冷却介质的流量不随流动距离而减少，提升电池组件的散热性能，减少出现局部温度过高、温升不均匀、热失控的问题，提高电池组件的安全性能。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图2，在一实施方式中，电池组件100包括电芯组件10、壳体20。所述电芯组件10设于所述壳体20内。壳体20包括沿第一方向A相对设置的第一封装结构30和第二封装结构40。

请参阅图3和图4，所述电芯组件10包括多个电芯单元11，沿所述第一方向A，多个所述电芯单元11堆叠设置。所述电芯单元11包括第一电芯111、第二电芯112和导流件113，所述导流件113设于所述第一电芯111和所述第二电芯112之间。所述导流件113内设有流道1131，以供冷却介质通过。第一电芯111和第二电芯112直接与导流件113的相对两侧表面接触连接，以便流道1131内的冷却介质能够吸收第一电芯111和第二电芯112产生的热量，实现降温目的。在本申请的实施例中，所述导流件113包括中空铝板，在其他实施例中，所述导流件113也可以是其他导热材料制成的中空结构，本申请不限定于此。

所述导流件113沿所述第二方向B设置。所述第二方向B与所述第一方向A垂直。第一封装结构30上设有第一开口32，第二封装结构40上设有第二开口43。冷却介质从所述第一开口32进入所述壳体20，分别流入多个电芯单元11中的导流件113，在导流件113远离第一开口32的一端汇集后，从所述第二开口43流出所述壳体20。

沿所述第一方向A，所述导流件113的厚度为3-5mm，以使流入电芯单元11中的冷却介质能够更多的带走第一电芯111和第二电芯112的热量。如图4，第一电芯111和第二电芯112均包括主体部101、密封部102和极耳13，极耳13自密封部102延伸出主体部101。本实施例中，第一电芯111和第二电芯112均包括设于主体部101的相对两端两个密封部102，其他实施例中，两个密封部102可设于主体部101的同一端。沿所述第二方向B，导流件113的长度大于第一电芯111和第二电芯112的主体部101长度，以减少导流件113刮伤第一电芯111和第二电芯112。

本申请的电芯单元11采用“2+1”结构，即两个电芯夹设一个中空板的结构，相邻电芯单元11之间不设置散热板，能够在电池组件100的外观尺寸不变的情况下，增加流道1131的体积，有效提升电芯间冷却介质的流量，减少电池组件100出现局部温度过高、温升不均匀的问题，提高电池组件100的安全性能。

在一实施例中，所述电芯组件10还包括多个第一缓冲件12，所述第一缓冲件12设于任意相邻的所述电芯单元11之间，即其中一个所述电芯单元11与第一缓冲件12的一侧接触连接，另一个所述电芯单元11与第一缓冲件12的另一侧接触连接。所述第一缓冲件12用于吸收电芯单元11在使用周期内的膨胀体积，为电芯提供膨胀空间。所述第一缓冲件12包括但不限于泡棉等可压缩的材料。

所述第一封装结构30包括第一端盖31，所述第一端盖31上设有第一开口32。所述第二封装结构40包括第二端盖41和驱动器42，所述第二端盖41上设有第二开口43，所述驱动器42设于所述第二端盖41内，并位于所述第二开口43处。所述第一开口32与所述第二开口43呈对角分布。所述驱动器42用于驱动壳体20内的冷却介质从所述第二开口43流出，使壳体20内产生压差，冷却介质能持续从第一开口32流入壳体20。在本申请的实施例中，所述冷却介质为空气，所述驱动器42包括风扇，电池组件100采用风冷散热方式实现降温。在其他实施例中，所述冷却介质还可以是冷却液等流体，所述驱动器42为驱动泵等设备，本申请不限定于此。

请再次参阅图2，所述壳体20包括第一盖板21、第二盖板22、第一侧板23和第二侧板24。所述第一盖板21和第二盖板22沿第三方向C相对设置。所述第一方向A、所述第二方向B和所述第三方向C相互垂直。所述第一侧板23和第二侧板24沿所述第二方向B相对设置，且连接所述第一盖板21和第二盖板22。沿所述第一方向A，第一盖板21、第二盖板22、第一侧板23和第二侧板24的两端与所述第一封装结构30和第二封装结构40连接。在本实施例中，第一盖板21、第二盖板22、第一侧板23和第二侧板24为分体式结构，以便降低材料的运输成本和方便安装，在其他实施例中，第一盖板21、第二盖板22、第一侧板23和第二侧板24还可以是一体成型结构，本申请不限定于此。

沿所述第三方向C，所述壳体20的内侧壁设有凹部25，具体地，所述凹部25设于所述第一盖板21和第二盖板22的内侧壁。所述第一电芯111和所述第二电芯112的侧边收容于所述凹部25，以实现电芯的定位，直接利用壳体20定位电芯，有利于简化结构，降低装配难度和制造成本。

沿所述第二方向B，所述壳体20的外侧壁设有多个散热翅片26。具体地，所述散热翅片26设于所述第一侧板23和第二侧板24的外侧壁，多个散热翅片26沿第三方向C层叠间隔设置，以增大壳体20的散热面积，提升电池组件100的散热性能。

请参阅图3、图5、图6和图7，在一实施例中，所述转接板包括电路板50。沿所述第二方向B，所述电路板50设于所述壳体20与所述电芯组件10之间。具体地，所述电路板50设于电芯组件10与第一侧板23之间。所述通孔包括设于所述电路板50上的多个第一通孔51，电芯组件10中多个电芯的极耳13穿过多个第一通孔51并按照预定规则电连接，以实现多个电芯之间的串并联。电路板50与第一侧板23之间形成第一通道27，第一开口32连通所述第一通道27。所述第一通道27连通电路板50上的多个第一通孔51。冷却介质从所述第一封装结构30流入所述第一通道27，再经过电路板50上的多个第一通孔51分流至多个所述导流件113，随后在电芯组件10与第二侧板24之间汇流，并从第二开口43流出，使冷却介质带走电池组件100内的热量。

沿所述第一方向A，多个所述第一通孔51的面积逐渐增大。多个所述导流件113与多个所述第一通孔51连通，单位时间内通过所述第一通孔51的冷却介质的量为所述第一通孔51的通流量，沿第一方向A，所述第一通孔51的通流量逐渐增大。随着冷却介质沿第一方向A的传输距离逐渐增大，冷却介质的流动阻力也越来越来大，多个第一通孔51的面积与冷却介质的流动阻力匹配，第一通孔51的面积沿冷却介质的传输方向逐渐增加，即离第一开口32越远的第一通孔51面积越大，从而使进入不同电芯单元11的冷却介质流量不随流动距离延长而降低，单位时间内通过所述到导流件113的冷却介质的量基本相同，有利于提升电池的均匀散热，减少电池组件100出现局部温度升高、热失控的问题。在本申请的实施例中，第一通孔51大致为长方形，多个第一通孔51的长度相同，宽度沿第一方向逐渐从1mm增加至8mm。在其他实施例中，第一通孔51的形状和尺寸可以根据实际设计需求进行修改，本申请不限定于此。

在一实施例中，所述转接板包括绝缘板52，所述绝缘板52，包括绝缘材料。所述通孔包括设于绝缘板52上的多个第二通孔520，可选的，沿所述第一方向A，至少部分所述第二通孔520的面积逐渐增大。可选的，沿所述第一方向A，所述第二通孔520的面积逐渐增大。所述第一电芯111的极耳和第二电芯112的极耳依次穿过所述第二通孔520后电连接。多个所述导流件113与多个所述第二通孔520连通，单位时间内通过所述导流件113的冷却介质的量为所述导流件113的通流量，沿第一方向A，所述第二通孔520的通流量逐渐增大。随着冷却介质沿第一方向A的传输距离逐渐增大，冷却介质的流动阻力也越来越来大，多个第二通孔520的面积与冷却介质的流动阻力匹配，第二通孔520的面积沿冷却介质的传输方向逐渐增加，即离第一开口32越远的第二通孔520面积越大，从而使进入不同电芯单元11的冷却介质流量不随流动距离延长而降低，达到多个电芯单元11均匀散热的效果，减少电池组件100出现局部温度升高、热失控的问题。

在一实施例中，所述转接板包括电路板50和绝缘板52，可选的，所述绝缘板52用于支撑所述电路板50，另一方用于隔离所述电路板50与所述电芯组件10，减少发生短路的问题。所述第一电芯111的极耳和第二电芯112的极耳依次穿过所述第二通孔520和第一通孔51后电连接。

在本申请的其中一个实施例中，所述电路板50和绝缘板52还可以有两组，分别设于电芯组件10与第一侧板23之间，和电芯组件10与第二侧板24之间，以便连接电芯单元11两端的极耳13，提升电池组件100的散热性能。

在一实施例中，电路板50设于壳体20与电芯组件10之间，以在电路板50和壳体20之间形成第一通道27，电路板50与电芯组件10之间形成第二通道28，第一开口32连通第二通道28和第一通道27。所述第二通道28直接连通多个流道1131，冷却介质还可以从所述第一封装结构30流入所述第二通道28，再分流至多个所述导流件113的流道1131中，以进一步提升电芯单元11中冷却介质的流量，提升电池组件100的散热性能。

请再次参阅图2和图3，所述电池组件100还包括端板60和第二缓冲件70。沿所述第一方向，所述端板60设置于所述电芯组件10的相对两端。所述第二缓冲件70包括两个，其中一个所述第二缓冲件70设于所述端板60与所述第一封装结构30之间，另一个所述第二缓冲件70设于所述端板60与所述第二封装结构40之间，起压力缓冲作用。所述第二缓冲件70包括但不限于泡棉等可压缩材料。

图8是本申请实施例中的电池组件100与两个对比例中的电池组件的封装结构对比图。测试中，冷却介质均为空气，散热类别为风冷散热。

在该测试的实施例中，电池组件100的电芯单元11为“2+1”结构，每个电芯单元11中，夹设在第一电芯111和第二电芯112之间的导流件113选用厚度为4.6mm的中空铝板，电路板50上设多个第一通孔51，沿第一方向，第一通孔51的面积逐渐增大。电池组件100的其他结构如前述，此处不再重复。本实施例中，冷却介质在不同导流件113中的流量可以根据传输距离进行流量匹配，中空铝板中冷却介质的流量不随传输距离的增加而减少。

在第一对比例中，电池组件的电芯单元为“1+1”结构，即每个电芯均贴附一个2.3mm厚的中空铝板，转接板上没有设置不同面积的第一通孔，传输距离越远，中空铝板中的冷却介质越少，电芯的温度比较高，电芯之间的温度差也比较大。第一对比例的其他结构与本实施例相似。

在第二对比例中，电池组件的电芯单元为“2+1”结构，即每两个电芯间设置一个4.6mm厚的中空铝板，转接板上没有设置不同面积的第一通孔，冷却介质也无法根据传输距离进行流量匹配，传输距离越远，中空铝板中的冷却介质越少，电芯之间的温度差比较大。第二对比例的其他结构与本实施例相似。

本实施例、第一对比例、第二对比例的电池组件在相同室温和相同起始温度下进行充电，充电电压和充电时间也相同。电池组件中的散热风扇以相同功率启动，并对每个电池组件进行多位点温度监测，以监测多个电芯的温度。在相同测试时间内，记录每个电池组件中电芯最高温度，再测算电芯间最大温差。

从图8的测试结果可以看出，第一对比例中电芯最高温度是43.75℃，电芯间最大温差2.52℃。第二对比例中电芯最高温度42.80℃，电芯间最大温差2.11℃，说明每两个电芯间设置一个导流件的结构有显著的降温效果。本申请实施例中电芯最高温度42℃，电芯间最大温差1.56℃，说明利用不同面积的第一通孔将冷却介质的流量与流动组件进行匹配的技术方案有显著的均温效果。

请参阅图9，本申请的实施例还提供一种用电设备200，所述用电设备200包括上述实施例所述的电池组件100。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种电池组件，包括：

电芯组件，所述电芯组件包括多个电芯单元，多个所述电芯单元沿第一方向堆叠设置；

壳体,围设于所述电芯组件外，沿所述第一方向，所述壳体的相对两端分别设有第一开口和第二开口；

其特征在于，所述电芯单元包括第一电芯、第二电芯和导流件，所述导流件设于所述第一电芯和所述第二电芯之间；

所述电池组件还包括转接板，所述转接板设于所述壳体与所述电芯组件之间，所述转接板与所述壳体之间形成第一通道，所述第一通道连通所述第一开口；

所述导流件内设有流道，所述转接板上设有多个通孔，所述通孔连通所述第一通道与所述流道；所述流道与所述第二开口连通，沿所述第一方向，至少部分所述通孔的面积逐渐增大。

2.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述转接板与所述电芯组件之间形成第二通道，所述第二通道连通多个所述流道。

3.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，单位时间内通过所述通孔的冷却介质的量为所述通孔的通流量，沿所述第一方向，所述通孔的通流量逐渐增大。

4.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，沿第三方向，所述壳体的内侧壁设有凹部，所述第一电芯和所述第二电芯的侧边收容于所述凹部，所述第一方向和所述第三方向相互垂直。

5.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述电芯组件还包括多个第一缓冲件，所述第一缓冲件设于任意相邻的所述电芯单元之间。

6.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述壳体包括沿所述第一方向相对设置的第一封装结构和第二封装结构，所述第一开口设于所述第一封装结构，所述第二开口设于所述第二封装结构；所述第二封装结构包括驱动器，所述驱动器用于驱动冷却介质从所述第二开口流出。

7.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，沿所述第一方向，所述导流件的厚度为3mm-5mm。

8.如权利要求1-7任一项所述的电池组件，其特征在于，所述转接板包括电路板，所述通孔包括设于所述电路板的第一通孔，所述第一电芯的极耳和所述第二电芯的极耳穿过所述第一通孔后电连接。

9.如权利要求1-7任一项所述的电池组件，其特征在于，所述转接板包括绝缘板，所述通孔包括设于所述绝缘板的第二通孔，所述第一电芯的极耳和所述第二电芯的极耳穿过所述第二通孔电连接。

10.如权利要求1-7任一项所述的电池组件，其特征在于，沿所述第一方向，所述通孔的面积逐渐增大。

11.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求1-10任一项所述的电池组件。

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