CN113540613B - 基于极耳散热的软包电芯模组及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于极耳散热的软包电芯模组及电池包。基于极耳散热的软包电芯模组包括外壳、电芯和风机；外壳具有安装腔，外壳开设有进风口和出风口；沿极耳的宽度方向上安装腔包括至少一个安装层，每一安装层设置有多个电芯，所有电芯的摆放方向相同，电芯包括主体和极耳，主体沿自身长度方向的端部为连接端，连接端与极耳连接，连接端朝向的安装腔的壁面为风道壁，连接端与风道壁间隔设置以限定出散热风道，进风口和出风口均与散热风道连通；风机用于产生气流。电池包包括上述基于极耳散热的软包电芯模组。本发明提供的基于极耳散热的软包电芯模组及电池包，散热风道形成方式简单，模组内部空间的有效利用率高。

Description

基于极耳散热的软包电芯模组及电池包

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种基于极耳散热的软包电芯模组及电池包。

背景技术

目前，软包电芯模组的风冷散热方式主要有侧面散热和极耳散热两种。其中，极耳散热的大致原理为，空气与极耳之间进行换热从而带走电芯的热量。然而，现有的一些电池容量较高的软包电芯模组，其风道设计复杂，且模组内部空间的有效利用率低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于极耳散热的软包电芯模组，该模组的散热风道的结构和形成方式简单，且模组内部空间的有效利用率高。

本发明还提出一种具有上述基于极耳散热的软包电芯模组的电池包。

根据本发明的第一方面实施例的基于极耳散热的软包电芯模组，包括：外壳，内部具有安装腔，所述外壳开设有进风口和出风口；电芯，沿所述极耳的宽度方向上所述安装腔包括至少一个安装层，每一所述安装层设置有多个所述电芯，且所有所述电芯的摆放方向相同，所述电芯包括主体和极耳，所述主体沿自身长度方向的端部为连接端，所述连接端与所述极耳连接，所述连接端朝向的所述安装腔的壁面为风道壁，所述连接端与所述风道壁间隔设置以限定出散热风道，所述进风口和所述出风口均与所述散热风道连通；风机，与所述外壳连接，所述风机用于产生气流，所述气流依次通过进风口、散热风道和所述出风口。

根据本发明实施例的基于极耳散热的软包电芯模组的电池包，至少具有如下有益效果：电芯的连接端直接与安装腔的壁面间隔设置以形成散热风道，散热风道的形成方式简单。而且，对于具有多个安装层的模组，位于不同安装层的电芯的连接端共同与安装腔的壁面限定出散热风道。即，位于不同安装层的电芯的极耳共用一个用于散热的通道。这有利于减少限定形成散热风道的挡板等部件，安装腔中有更多的可以作为散热风道的空间，因此本发明的模组，其内部空间有效利用率高。

根据本发明的一些实施例，同一所述安装层中：同一所述安装层中相邻的电芯间隔设置；或者，多个所述电芯相互连接以形成电芯单元，所述电芯单元亦设置有多个，且相邻的所述电芯单元间隔设置。

根据本发明的一些实施例，所述外壳包括：同一所述安装层中，多个所述电芯沿所述极耳的宽度方向排列，所述外壳包括：顶板；底板，所述顶板和所述底板沿所述极耳的宽度方向间隔分布；第一侧板，设置有两个，两个所述第一侧板沿所述极耳的厚度方向间隔分布，所述顶板沿所述极耳的厚度方向的两端分别与不同的所述第一侧板连接，所述底板沿所述极耳的厚度方向的两端分别与不同的所述第一侧板连接；第二侧板，设置有两个，两个所述第二侧板沿所述极耳的长度方向间隔分布，所述顶板沿所述极耳的长度方向的两端分别与不同的所述第二侧板连接，所述底板沿所述极耳的长度方向的两端分别与不同的所述第二侧板连接；所述顶板、所述底板、所述第一侧板和所述第二侧板共同围设形成所述安装腔。

根据本发明的一些实施例，所述进风口开设于所述顶板上。

根据本发明的一些实施例，每一所述电芯中所述极耳和所述连接端均设置有两个，两个所述极耳分别连接于不同的所述连接端；所述进风口设置有两个，两个所述进风口分别位于所述顶板沿所述极耳的长度方向的两端。

根据本发明的一些实施例，所述出风口开设于其中一个所述第一侧板上。

根据本发明的一些实施例，所述外壳还包括挡板，所述挡板与所述顶板间隔设置，所述挡板位于所述顶板背对所述安装腔的一侧，所述第二侧板的顶端相对于所述第一侧板的顶端凹陷，所述挡板与所述第一侧板的顶端连接，所述挡板与所述第二侧板的顶端间隔设置以形成导风口，所述导风口与所述进风口连通。

根据本发明的一些实施例，所述进风口包括多个进风孔，多个所述进风孔沿所述极耳的厚度方向间隔分布。

根据本发明的一些实施例，还包括封堵件，所述封堵件与所述外壳可拆卸连接，所述封堵件封闭部分所述进风口。

根据本发明的第二方面实施例的电池包，包括上述基于极耳散热的软包电芯模组的电池包

根据本发明实施例的电池包，至少具有如下有益效果：散热风道结构简单和形成方式简单，模组内部空间的有效利用率高。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一些实施例中电芯单元的示意图；

图2为本发明另一些实施例中电芯单元的示意图；

图3为本发明一些实施例中模组的示意图；

图4为本发明另一些实施例中模组的示意图；

图5为图4中的模组的内部结构示意图(俯视角度)；

图6为图4中的模组的内部结构示意图(右视角度)；

图7为本发明一些实施例中封堵件的使用方式示意图。

附图标记：101-主体，102-极耳，103-连接端，104-电芯，105-电芯单元，301-外壳，302-第一侧板，303-第二侧板，304-顶板，305-出风口，306-进风口，401-挡板，402-导风口，501-进风孔，502-风机，503-散热风道，504-风道壁，601-安装腔，602-安装层，603-底板，701-封堵件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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发明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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明提供了一种基于极耳散热的软包电芯模组(以下简称模组)，参照图4至图6，模组包括外壳301、电芯104和风机502。外壳301的内部具有安装腔601，电芯104容置在安装腔601中。外壳301开设有进风口306和出风口305，进风口306和出风口305均与安装腔601连通。参照图1和图2，电芯104包括主体101和极耳102，主体101沿自身长度方向的端部为连接端103，连接端103与极耳102连接。即，每一电芯104中，连接端103共有两个。每一电芯104中，极耳102亦设置有两个，极耳102与连接端103连接，具体可以是两个极耳102分别与两个不同的连接端103连接(如图1所示)，也可以是两个极耳102均与其中一个连接端103连接(如图2所示)。沿极耳102的宽度方向上，安装腔601包括若干安装层602，每一安装层602设置有多个电芯104，且所有电芯104(指模组中的所有电芯104)的摆放方向相同。

极耳102的长度方向对应极耳102相对于连接端103凸出的方向，即，极耳102的长度方向可对应图1或图2中的左/右方向。极耳102的面积最大的两个表面则处于极耳102的厚度方向上的两侧，即，极耳102的厚度方向可对应图1或图2中的前/后方向。极耳102的宽度方向则可对应图2中的上/下方向。

参照图5，连接端103所朝向的安装腔601的壁面为风道壁504，连接端103与风道壁504间隔设置以形成散热风道503。散热风道503实际上亦属于安装腔601的一部分。而基于极耳102与主体101之间的相对位置关系，极耳102会位于散热风道503中。进风口306与出风口305均与散热风道503连通。风机502与外壳301连接，风机502用于产生气流，这股气流依次通过进风口306、散热风道503和出风口305。风机502可以设置为抽风式(风机502抽出安装腔601中的空气)，也可以设置为鼓风式(风机502将空气注入安装腔601中)。图1示出的风机502为抽风式，风机502设置在出风口305处；在另一些实施例中，若风机502设置为鼓风式，则风机502可以设置在进风口306处。风机502产生的气流具体可以是空气气流，也可以是其他用于吸收热量的气体的气流，为方便描述，下文均以空气为例。此外，本发明的电芯104，如无特别说明，均指代“软包电芯”。

下面简要介绍模组散热的过程。模组运行时，电芯104产生热量，极耳102的温度会上升。在风机502的作用下，空气从进风口306进入散热风道503。在散热风道503中，空气吹过极耳102的表面并与极耳102对流换热，空气吸收极耳102的热量从而使极耳102降温。吸收热量后的空气从出风口305离开散热风道503，这股高温空气的热量最终会散失在大气环境中。

电芯104的连接端103直接与安装腔601的壁面间隔设置以形成散热风道503，散热风道503的结构和形成方式简单。而且，由于所有电芯104的摆放方向相同，对于具有多个安装层602的模组，位于不同安装层602的电芯104的连接端103共同与安装腔601的壁面限定出散热风道503。即，位于不同安装层602的电芯104的极耳102共用一个用于散热的通道。这有利于减少限定形成散热风道503的挡板401等部件，安装腔601中有更多的可以作为散热风道503的空间，因此本发明的模组，其内部空间有效利用率高。

参照图5，同一安装层中，多个电芯104沿极耳102的厚度方向排列，这样主体101之间的贴合面积较大，电芯104之间的连接较稳定。在一些实施例中，同一安装层602中，相邻的电芯104间隔设置。电芯104之间的间隙主要为电芯104的膨胀提供了一定的空间，减少电芯104之间相互挤压而导致电芯104受损的风险。参照图1和5，在另一些实施例中，同一安装层602中，多个电芯104相互连接形成电芯单元105，电芯单元105亦设置有多个，相邻的电芯单元105间隔设置。例如，图1中示出的电芯单元105中，共有两个电芯104。相较于每两个相邻的电芯104之间均间隔设置的情况，将多个电芯单元105相互连接形成电芯单元105有利于减小模组的体积(在为电芯104膨胀所预留的间隙大小不变的前提下)。

此外，电芯104之间或者电芯单元105之间设置有间隙，还能够减少沿电芯104的厚度方向的热级联现象(指一个电芯104的热量用于加热另一个电芯104的现象)，从而避免散热不佳。单个电芯单元105中电芯104数量可以比图中示出的数量更多，即多于两个。但单个电芯单元105中的电芯104总数不宜过多，否则电芯单元105自身就会出现较严重的热级联现象。

参照图3和图6，在一些实施例中外壳301包括顶板304、底板603、第一侧板302和第二侧板303，其中第一侧板302和第二侧板303均设置有两个。顶板304和底板603沿极耳102的宽度方向间隔分布，两个第一侧板302沿极耳102的厚度方向间隔分布，两个第二侧板303沿极耳102的长度方向间隔分布。顶板304沿极耳102的厚度方向的两端分别与不同的第一侧板302连接，底板603沿极耳102的厚度方向的两端分别与不同的第一侧板302连接。顶板304沿极耳102的长度方向的两端分别与不同的第二侧板303连接，底板603沿极耳102的长度方向的两端分别与不同的第二侧板303连接。顶板304、底板603、第一侧板302和第二侧板303共同围设形成安装腔601。这种形式的外壳301基本为一个立方体，形状和结构简单，容易制造；且外壳301的形状较为方正，便于放置。在此设置方式下，风道壁504对应第二侧板303的内壁(即第二侧板303朝向安装腔601的那一侧壁面)。

安装层602的划分，可以是通过一些能够支撑电芯104的主体101的隔板来划分。模组还包括隔板，隔板与顶板304或底板603平行，隔板设置在安装腔601中，相邻的隔板之间、隔板与顶板304之间或者隔板与底板603之间所限定出的空间为安装层602。隔板未具体示出，但参照图5，隔板的左右两端边缘可以与主体101的左右两端平齐，以稳固地支撑主体101(因此从图5来看相邻的电芯单元105的端部之间有一根线连起来)。又或者，在一些实施例中，模组中不设置隔板，不同高度(相对于底板603的高度)的电芯104相互贴合，处于同一高度的所有电芯104所处的空间即为一个安装层602。

参照图3，在一些实施例中，进风口306开设于顶板304上，空气在散热风道503中主要沿极耳102的宽度方向流动，空气的重力也不会作为空气在散热风道503中流动的阻力，这有利于减小空气在散热风道503中的流动阻力。需要说明的是，极耳102能够对空气沿极耳102的厚度方向(即同一安装层602中的多个电芯104的排列方向)的流动有一定的阻碍作用，即极耳102对空气的流动有一定的导向作用。以图6为例，一部分空气会在上层极耳102和下层极耳102之间的空隙横向流动，另一部分会继续向下流动至下层的极耳102。当极耳102向下流过极耳102后，由于安装腔601的底壁的阻挡，空气不会继续向下流动，而会沿电芯104的排列方向流动而流向出风口305。

结合图3和图5，对于两个极耳102分别位于主体101的两端的电芯104(即图1所示的电芯104)，则模组中可设置有两个散热风道503。图5中左侧的散热风道503被遮挡而未被具体示出。在这种情况下，顶板304上开设有两个进风口306，两个进风口306分别位于顶板304沿极耳102的长度方向的两端。每一进风口306分别与一个散热风道503连通，且空气从进风口306流入散热风道503的路径较短，空气的流动阻力小。

参照图3，在顶板304设置有两个进风口306的情况下，出风口305可以设置在其中一个第一侧板302上。在这种情况下，两个散热风道503可以共用一个出风口305，对应地，也只需要设置一个风机502(抽风式)。两个散热风道503所处的位置，基于出风口305左右对称，以使从两个不同的散热风道503至出风口305的流动阻力均相等，从而保证两个极耳102的散热效果一致性。在出风口305位于第一侧板302中心的情况下，最靠近出风口305的那一个电芯104，与开设有出风口305的第一侧板302的内壁间隔设置，以提供空气从散热通道流向出风口305的空间。

参照图5，进风口306包括多个进风孔501，多个进风孔501沿极耳102的厚度方向间隔分布。这样设置可以使同一安装层602中的多个电芯104基本上同时接触到进风，减小沿电芯104的排列方向上(指同一安装层602中的多个电芯104的排列方向)模组的散热效果差异，提高模组的均温性。参照图7，在一些实施例中，模组还包括封堵件701，封堵件701与外壳301可拆卸连接，封堵件701封闭部分进风口306。利用封堵件701封闭部分进风口306同样是为了提高模组的均温性。

为说明封堵件701提高模组均温性的原理，下面先对比完全没有封闭进风口306时，其中两个电芯104的散热情况。对于最靠近出风口305的那一个电芯104(例如图6中位于最前端的电芯104)，空气从最靠近出风口305的进风孔501进入后，随后流经散热风道503并从出风口305排出，这一路径较短，流动阻力小，空气沿该路径的流动速率快，该电芯104的散热效果好。对于离出风口305最远的那一个电芯104(例如图6中位于最后端的电芯)，空气从离出风口305最远的进风孔501进入后，随后流经散热风道503并从出风口305排出，这一路径较长，流动阻力大，空气沿该路径的流动速率慢，该电芯104的散热效果相对较差。即，一般来说，靠近出风口305的电芯104，会相对于远离出风口305的电芯104的散热效果好，温度也会相对较低。因此，可以对靠近出风口305的若干进风孔501进行封堵，减少部分电芯104(与封堵件701位置相对应的电芯104)的风量，在保证所有电芯104能够有效散热的同时，减少电芯104之间的温差，尤其是在模组处于高倍率充放电状态时。

参照图7，在一些实施例中，封堵件701可以设置有多个，且封堵件701的数量少于进风孔501的数量，每一封堵件701分别填充于不同的进风孔501中。在这种设置方式下，封堵件701具体可以选择有一定弹性的泡棉。这种方式的封堵件701，使用灵活性更高，例如可以对进风孔501进行交替封堵，即，被封堵的两个进风孔501之间，隔着一个或多个进风孔501。在另一些实施例中，封堵件701也可以设置为一些长条形的板件，板件遮挡进风孔501从而对进风孔501进行封闭，这也是一种较为简单、成本较低的方式。

参照图4，在一些实施例中，模组通常需要放置在一些支架或者托盘上，或者某一模组与另外的模组需要进行堆叠。为避免顶板304上的进风口306被遮挡，在一些实施例中，模组还包括挡板401，挡板401位于顶板304背对安装腔601的一侧，且挡板401与顶板304间隔设置，挡板401与第二侧板303的顶端间隔设置以形成导风口402，导风口402与进风口306连通。更具体来说，第二侧板303的顶端相对于第一侧板302的顶端凹陷，挡板401与第一侧板302的顶端连接，因此挡板401与第二侧板303的顶端之间形成导风口402。在设置有挡板401的情况下，空气会先从导风口402流向进风口306，再进入安装腔601中；导风口402朝向两侧而并非朝上，对顶板304有遮挡作用的物件不会遮挡住导风口402。即，设置挡板401可以避免顶板304上的进风口306被遮挡，从而保证模组散热的有效性。此外，由于挡板401遮挡在顶板304的上方，空气中的灰尘和异物不易因重力直接从顶板304的进风口306掉落至安装腔601中，有利于提高模组的安全性。

需要说明的是，图6示出的为设置有两个安装层602的模组。根据模组的电池容量的大小，可根据图6所示的结构增减安装层602的数量和电芯104的数量，例如仅设置一个安装层602、设置三个安装层602、减少每一安装层602中的数量。

此外，若模组使用的为如图2所示的电芯，模组中可以仅设置一个散热风道503，例如主体远离极耳102的连接端103可以与安装腔601的壁面贴合。或者，以图5为例，对于如图2所示的电芯，模组中仍设置两个散热风道503，极耳102处于右侧的散热风道503中，而与左侧的散热风道503连通的进风口306完全封堵。

本发明还提供了一种电池包，该电池包包括上述实施例中的模组，电池包中设置有多个模组，多个模组封装在同一个壳体中。该电池包中，模组的散热风道503结构简单和形成方式简单，模组内部空间的有效利用率高，电池包结构紧凑性高。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (7)

1.基于极耳散热的软包电芯模组，其特征在于，包括：

外壳，内部具有安装腔，所述外壳开设有进风口和出风口，所述外壳包括顶板、底板和两个第一侧板，所述顶板和所述底板沿所述极耳的宽度方向间隔分布，两个所述第一侧板沿所述极耳的厚度方向间隔分布；

电芯，包括主体和极耳，沿所述极耳的宽度方向上，所述安装腔包括多个安装层，每一所述安装层设置有多个所述电芯，且所有所述电芯的摆放方向相同，同一所述安装层中，多个所述电芯沿所述极耳的厚度方向排列，所述主体沿自身长度方向的端部为连接端，所述连接端与所述极耳连接，所述连接端朝向的所述安装腔的壁面为风道壁，所述连接端与所述风道壁间隔设置以限定出散热风道，所述进风口和所述出风口均与所述散热风道连通；每一所述电芯中所述极耳和所述连接端均设置有两个，两个所述极耳分别连接于不同的所述连接端；

风机，与所述外壳连接，所述风机用于产生气流，所述气流依次通过所述进风口、所述散热风道和所述出风口；

所述进风口开设于所述顶板上，所述进风口设置有两个，两个所述进风口分别位于所述顶板沿所述极耳的长度方向的两端，所述出风口开设于其中一个所述第一侧板上。

2.根据权利要求1所述的基于极耳散热的软包电芯模组，其特征在于，同一所述安装层中相邻的电芯间隔设置；或者，多个所述电芯相互连接以形成电芯单元，所述电芯单元亦设置有多个，且相邻的所述电芯单元间隔设置。

3.根据权利要求1或2所述的基于极耳散热的软包电芯模组，其特征在于，所述顶板沿所述极耳的厚度方向的两端分别与不同的所述第一侧板连接，所述底板沿所述极耳的厚度方向的两端分别与不同的所述第一侧板连接；

所述外壳还包括：

第二侧板，设置有两个，两个所述第二侧板沿所述极耳的长度方向间隔分布，所述顶板沿所述极耳的长度方向的两端分别与不同的所述第二侧板连接，所述底板沿所述极耳的长度方向的两端分别与不同的所述第二侧板连接；

所述顶板、所述底板、所述第一侧板和所述第二侧板共同围设形成所述安装腔。

4.根据权利要求3所述的基于极耳散热的软包电芯模组，其特征在于，所述外壳还包括挡板，所述挡板与所述顶板间隔设置，所述挡板位于所述顶板背对所述安装腔的一侧，所述第二侧板的顶端相对于所述第一侧板的顶端凹陷，所述挡板与所述第一侧板的顶端连接，所述挡板与所述第二侧板的顶端间隔设置以形成导风口，所述导风口与所述进风口连通。

5.根据权利要求3或4所述的基于极耳散热的软包电芯模组，其特征在于，所述进风口包括多个进风孔，多个所述进风孔沿所述极耳的厚度方向间隔分布。

6.根据权利要求5所述的基于极耳散热的软包电芯模组，其特征在于，还包括封堵件，所述封堵件与所述外壳可拆卸连接，所述封堵件封闭部分所述进风口。

7.电池包，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的基于极耳散热的软包电芯模组。

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