CN114824682A - 电池结构、电池模组以及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电池结构、电池模组和电动汽车。所述电池结构包括电池体，所述电池体包括：用于蓄电的电芯单元，所述电芯单元内置正极材料和负极材料，所述电芯单元的正极与所述多个表面中的第一面连接，所述电芯单元的负极与所述多个表面中的第二面连接，使得所述电池体具有第一正极面和第二负极面；其中所述第一正极面和所述第二负极面相对，并且所述第一正极面和所述第二负极面中的至少一个表面具有传导面，所述传导面构造成其接收另一个电池结构并且与所述另一个电池结构并列。所述电池结构具有散热好、结构简单等优点。

Description

电池结构、电池模组以及电动汽车
技术领域
本申请涉及蓄电池领域，具体说涉及一种蓄电池的电池结构。
本申请还涉及包括上述电池结构的电池模组以及包括上述电池结构的电动汽车。
背景技术
锂离子电池作为电动汽车理想的动力电源之一，随着新能源汽车市场的快速发展，其材料体系、结构设计及工艺技术也在快速地更新升级。为了满足电动汽车的动力输出，电池系统需要将几十个或者几百个单体电芯进行串并联组合，从而获得所需的高电压和高电量。单体电芯通过外部连接件串并联，不仅降低了电池系统的能量密度，也拉低了电池系统的功率密度。
传统的电池将正负极引出在电芯的顶部或者侧边的极柱上。由于极柱面积较小，电芯充放电时，极柱处电流密度大，容易造成局部的温度过高，引发安全问题，并且电池包中更多的是串联结构（有些大容量电芯甚至无并联），电池串联时候需要再通过汇流排焊接进行连接，工序复杂，且浪费额外的电芯空间。
发明内容
本申请涉及的一个方面是提供一种电池结构，所述电池结构具有优化极柱的设计，以解决上述技术问题。
本申请涉及的电池结构包括电池体，所述电池体具有多个表面，并且所述电池体还包括用于蓄电的电芯单元，所述电芯单元内置正极材料和负极材料，所述电芯单元的正极与所述多个表面中的第一面连接，所述电芯单元的负极与所述多个表面中的第二面连接，使得所述电池体具有第一正极面和第二负极面；其中所述第一正极面和所述第二负极面相对，并且所述第一正极面和所述第二负极面中的至少一个表面具有传导面，所述传导面构造成其接收另一个电池结构并且与所述另一个电池结构并列。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述电池体具有轴线，所述第一正极面和所述第二负极面取向为与所述轴线相交。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述电池体是长方体，所述第一正极面和所述第二负极面各自面积比所述电池体的其他任何一个表面的面积大。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述电芯单元被所述第一正极面、第二负极面和中间框体封闭，所述中间框体设置于所述第一正极面和所述第二负极面之间以形成所述电池体的多个表面中的周向表面的至少一部分。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述中间框体包括分隔体、第三正极框架、和第四负极框架，其中所述第三正极框架与所述第一正极面连接，所述第四负极框架与所述第二负极面连接；所述第三正极框架和所述第四负极框架分别接合到所述分隔体的对应槽内。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述第一正极面的材料和所述第三正极框架的材料相同；所述第二负极面的材料和所述第四负极框架的材料相同；所述分隔体由绝缘材料制成。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述电芯单元的第一侧上设置有突出的第一正极耳，所述第一侧与所述第一正极面相交，所述电芯单元的第二侧上设置有突出的第二负极耳，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第一正极耳焊接到所述第一正极面，所述第二负极耳焊接到所述第二负极面。
在所述电池结构涉及的一个实施例中，所述第一正极面面对所述电芯单元设有第一突台以用于所述第一正极耳的焊接；所述第二负极面面对所述电芯单元设有第二突台以用于所述第二负极耳的焊接。
本申请涉及的另一个方面是提供一种电池模组，其包括上述任意一个实施例所述的多个电池结构，多个电池结构在轴向上排列并且其中的一个所述电池结构的第一正极面与另一个所述电池结构的第二负极面彼此接触。
本申请还涉及的一个方面是提供一种电动汽车，所述电动汽车包括动力电池包，所述动力电池包包括上述任意一个实施例所述的多个电池结构，并且多个所述电池结构以堆叠的方式彼此串联连接。
本申请涉及的电池结构中，第一正极面和第二负极面既用于传导电流，还用于与下一个电池结构排列。电流可以从面积较大的第一正极面/第二负极面传导到下一个电池结构，避免了在小面积的极柱之间传导电流密度高，因此改善了电池结构上的热量分布不均和散热差等问题。同时，上一个电池结构和下一个电池结构在第一正极面/第二负极面排列，简化了多个电池结构之间连接的连接设计。
采用本申请的电池结构，一方面不影响电芯的体积利用率，另一方面由于较大的第一正极面/第二负极面充当正负极柱，散热性好，因此本申请的电池结构可直接堆叠实现多个电池结构的串联。本申请适用于方形的电芯。多个电池结构堆叠后形成电池模组和电池动力包。本申请可提供散热好、热量分布均匀、大容量、电芯组合方便，简化串联结构的电池模组。本申请还可提供装载有具备上述优点的电池的电动汽车。
通过以下参考附图的详细说明，本申请的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本申请的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。
附图说明
结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本申请，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：
图1为本申请涉及的电池结构的部分分解图；
图2为从其他视角看到的本申请涉及的电池结构的部分分解图；
图3为多个本申请涉及的电池结构堆叠示意。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。
图1-3示出了本申请涉及的电池结构，其中图1示出了本申请涉及的电池结构的部分分解图；图2示出了从其他视角看到的本申请涉及的电池结构的部分分解图；图3示出了多个本申请涉及的电池结构的组合图。
本申请涉及的电池结构用于电动汽车内的动力电池包。动力电池包可以包括多个电池模组，每个电池模组可以包括多个电池结构。如图1所示，电池结构为基本矩形结构的电池体。图1中显示的电池体被拆分为三层，即上面板2和下面板3，以及上面板2和下面板3之间的电芯单元1。为了说明的清楚性，本申请将所涉及的电池结构分成图1所示的多个部分。可以理解到，在本技术领域内，电池结构由于其以一体的结构存在，也被称为电芯、单体电芯、片状电池单体等。
先介绍本申请所涉及的电芯单元1，电芯单元1为构成蓄电池的最小的组成部分。单个电芯单元1内部主要包括正极材料、负极材料、以及将正极材料和负极材料间隔开的隔离件。密封件将上述部件封闭起来，其中注入电解质。电芯单元1可以通过已知的工艺形成。正、负极材料以叠片或卷绕的方式形成电芯。电芯单元1具有正极和负极。将多个电芯单元堆叠，其中一个电芯单元的正极连接另一个电芯单元的负极，使得多个电芯单元串联连接，电流在逐个电芯单元之间流动进行充电和放电。根据所需要的电量，一个动力电池包内可以布置有几十甚至几百个这样的电芯单元。
对于传统的电池体，电池体包括至少一个盖板组件、壳体和盖板组件与壳体之间的电芯单元。盖板组件用于电池的导电连接，但不用于电池的堆叠。电芯单元的正极柱和负极柱从盖板组件突出，并且多个电芯单元的正、负极之间进行连接实现串联。根据正极柱和负极柱的设计，盖板组件可以是一个，一对正、负极柱或集成的极柱设置在该盖板组件上，或者盖板组件是多个，正、负极柱分别设置在相对的两个盖板组件上。无论哪种形式，传统的电池体的正极和负极在盖板组件上。
回到图1，在本申请的电池结构中，电池体的正极柱和负极柱集成在顶面和底面上。图中示出的第一正极面2（上述的上面板2）和第二负极面3（上述的下面板3）将电芯单元1夹在它们之间。电芯单元1的正极和第一正极面2连接，由此第一正极面2成为电池体的正极；电芯单元1的负极和第二负极面3连接，由此第二负极面3成为电池体的负极。所述第一正极面2和所述第二负极面3中的至少一个面是传导面，该传导面还用于堆叠，其接收其它电池结构并且与该其它电池结构排列。进一步说，第一电池结构11的第一正极面与相同结构的第二电池结构12的第二负极面彼此堆叠，由此第一电池结构11与第二电池结构12组合并且串联连接；或者第一电池结构11的第二负极面与第二电池结构12的第一正极面彼此堆叠，由此第一电池结构11与第二电池结构12组合并且串联连接。依此类推，第二电池结构12的第一正极面/第二负极面与第三电池结构13的第二负极面/第一正极面彼此堆叠……从而多个电池结构堆叠起来，如图3所示。
电池结构彼此堆叠在其结构的主要表面，即面积较大的大面上。同时，电池体的导电端也集成在大面上。与传统的方形电池体相比，本申请的电池结构可以使得电流从大面上通过，不会造成电池体的局部温度过高的现象。另外，第一正极面和第二负极面所在的表面在传统的方形电池体中充当顶盖（盖板组件）的作用；该顶盖普遍被设计为复杂的组件形式，包括盖板和必要的连接件等。单顶盖占用的高度大概为4~10mm，如电池体的厚度为20mm，倘若将盖板组件设计在大面，则盖板本体将会严重侵占电池体的体积空间，因此传统电池体将顶盖设置于侧面（即面积较小的面）。相比之下，本申请的第一正极面2和第二负极面3同时作为壳体兼具电流输出，在不侵占电芯内部空间的前提下，还可以省去传统电池体中侧面上的设计，简化结构、简化制造工序、且节省空间。
第一正极面2和第二负极面3为电池体中面积较大的两个面。如图示出的方形电池体，第一正极面2和第二负极面3分别是电池体的顶表面和底表面，其他的表面，即前表面、后表面、左表面和右表面的面积较小。可以想到的是，电池体的形状还可以是具有面积较大的顶表面、底表面以及面积较小的周向/侧向表面的其他形状。第一正极面和第二负极面选择为面积较大的两个面。
电池体具有轴线a。当多个电池结构堆叠时，多个电池体沿轴向方向排列。第一正极面2和第二负极面3选择为与轴线a相交的两个面。电池体的形状可以是图中所示的方形或其他形状。
图2示出了本申请涉及的电池结构的电池体的其他几个面的结构。电池体除了有第一正极面2和第二负极面3外，还有中间框体4，其位于第一正极面2和第二负极面3之间以形成电池体的其他几个面。图2示出了主视图，当电池体为方形结构时，中间框体4构成了电池体的前、后、左、右表面。第一正极面、第二负极面和中间框体将电芯单元封闭。中间框体4为组件，其包括第三正极框架41、第四负极框架42和分隔体43。分隔体42将第三正极框架4`和第四负极框架42隔开，分隔体采用绝缘材料。第三正极框架41和第四负极框架42各自采用导电材料。
图2给出了第三正极框架41、第四负极框架42与分隔体43连接的一种实施例。分隔体43设置成具有H形的截面，包括向上和向下开放的两个槽，上方的槽用于接收第三正极框架41，下方的槽用于接收第四负极框架42。槽的内壁高度与外壁高度之间具有差值，该差值相当于第一正极面2或第二负极面3的厚度/高度，当第一正极面2与第三正极框架41连接或第二负极面3与第四负极框架42连接后，第一正极面2与中间框体4的顶部齐平，第二负极面3与中间框体4的底部齐平。
第一正极面2与第三正极框架41焊接连接，第二负极面3与第四负极框架42焊接连接。第一正极面2与第三正极框架41采用相同的金属材料。第二负极面3与第四负极框架42采用相同的金属材料。
再次回到图1，电芯单元1的第一侧5上设置有突出的第一正极耳7，第一侧5与第一正极面1相交，电芯单元1的第二侧6上设置有突出的第二负极耳8，第二侧6与第一侧5相对，第一正极耳7焊接到第一正极面2，第二负极耳8焊接到所述第二负极面3。图示的实施例将一对正、负极耳7、8分别设置在电芯单元1的左右两个表面上。可以想到的是，一对正、负极耳7、8可以设置在电芯单元1的同一侧上，并且分别与第一正极面2和第二负极面3焊接。
第一正极面2面对电芯单元1设有第一突台9以用于第一正极耳7的焊接；第二负极面3面对电芯单元1设有第二突台10以用于第二负极耳8的焊接。上述结构还适用于当第一正极耳7和第二负极耳8设置在电芯单元1的同侧的情况。第一突台9的高度可以设置成使得突出的第一正极耳7直接与第一突台9连接而无需翻折。第二突台10的高度可以设置成使得突出的第二负极耳8直接与第二突台10连接而无需翻折。上述结构有利于极耳的连接。当然可以想到的是，第一正极耳7和第二负极耳8还可以通过其他想得到的方式与第一正极面2和第二负极面3连接，包括但不限于传统的翻折方式。
注液孔、防爆阀等连通电池体的内部和外部的部件可以集成到电池体的任意表面上，既可以是第一正极面2和第二负极面3，也可以是中间框体4上的任意侧面。电池体的其他必要设计或部件可以在本申请的构思范围下以传统的方式结合到本申请涉及的电池结构上。
本申请涉及的电池模组包括多个电池结构，多个电池结构以上一个电池结构的第一正极面和下一个电池结构的第二负极面直接接触的形式堆叠。因此，电池模组可以省去侧面上的用于极耳连接的汇流排，方便了电池模组的制造。
本申请涉及的电动汽车装载有动力电池包。该动力电池包可以包括多个电池结构和/或至少一个上述电池模组。其中多个电池结构以及电池模组内的多个电池结构是串联连接的。具有本申请涉及的电池结构的动力电池包因为电池结构的上述优点而得到在容量、制造工艺、结构、性能等方面上的改善。
虽然已详细地示出并描述了本申请的具体实施例以说明本申请的原理，但应理解的是，本申请可以其它方式实施而不脱离这样的原理。

Claims (10)

1.一种电池结构，其特征是包括：
电池体，所述电池体具有多个表面，并且所述电池体还包括：
用于蓄电的电芯单元(1)，所述电芯单元(1)内置正极材料和负极材料，所述电芯单元(1)的正极与所述多个表面中的第一面连接，所述电芯单元(1)的负极与所述多个表面中的第二面连接，使得所述电池体具有第一正极面(2)和第二负极面(3)；
其中所述第一正极面(2)和所述第二负极面(3)相对，并且所述第一正极面(2)和所述第二负极面(3)中的至少一个表面具有传导面，所述传导面构造成其接收另一个电池结构并且与所述另一个电池结构并列。
2.根据权利要求1所述的电池结构，其特征是：所述电池体具有轴线(a)，所述第一正极面(2)和所述第二负极面(3)取向为与所述轴线(a)相交。
3.根据权利要求1所述的电池结构，其特征是：所述电池体是长方体，所述第一正极面(2)和所述第二负极面(3)各自面积比所述电池体的其他任何一个表面的面积大。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池结构，其特征是：所述电芯单元(1)被所述第一正极面(2)、第二负极面(3)和中间框体(4)封闭，所述中间框体(4)设置于所述第一正极面(2)和所述第二负极面(3)之间以形成所述电池体的多个表面中的周向表面的至少一部分。
5.根据权利要求4所述的电池结构，其特征是：所述中间框体(4)包括第三正极框架(41)、第四负极框架(42)、和分隔体(43)，其中所述第三正极框架(41)与所述第一正极面(2)连接，所述第四负极框架(42)与所述第二负极面(3)连接；所述第三正极框架(41)和所述第四负极框架(42)分别接合到所述分隔体(43)的对应槽内。
6.根据权利要求5所述的电池结构，其特征是：所述第一正极面(2)的材料和所述第三正极框架(41)的材料相同；所述第二负极面(3)的材料和所述第四负极框架(42)的材料相同；所述分隔体(43)由绝缘材料制成。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的电池结构，其特征是：所述电芯单元(1)的第一侧(5)上设置有突出的第一正极耳(7)，所述第一侧(5)与所述第一正极面(2)相交，所述电芯单元(1)的第二侧(6)上设置有突出的第二负极耳(8)，所述第二侧(6)与所述第一侧(5)相对，所述第一正极耳(7)焊接到所述第一正极面(2)，所述第二负极耳(8)焊接到所述第二负极面(3)。
8.根据权利要求7所述的电池结构，其特征是：所述第一正极面(2)面对所述电芯单元(1)设有第一突台(9)以用于所述第一正极耳(7)的焊接；所述第二负极面(3)面对所述电芯单元(1)设有第二突台(10)以用于所述第二负极耳(8)的焊接。
9.一种电池模组，其特征是包括多个根据权利要求1-8中任一项所述的电池结构，多个所述电池结构在轴向上排列并且其中的一个所述电池结构的第一正极面与另一个所述电池结构的第二负极面彼此接触。
10.一种电动汽车，所述电动汽车包括动力电池包，其特征是所述动力电池包包括多个根据权利要求1-8中任一项所述的电池结构，并且多个所述电池结构以堆叠的方式彼此串联连接。
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