CN115603008A - 一种极柱、上盖组件、单体电池及电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极柱、上盖组件、单体电池和电池组，所述极柱为柱状体，所述柱状体包括侧壁、第一端面和第二端面，所述侧壁或第一端面上至少设置有一个通槽，以安装传热管，所述第一端面还设置有电连接区。本发明的极柱通过设置通槽，以在通槽内放置传热管，使极柱的温度能够得到有效控制，进一步在极柱的第一端面上设置电连接区，使其能够通过该电连接区上安装极板以实现多个单体电池的串联或并联，本发明的结构简单、实用性强、易操作，能够使电池组的热量均衡，散热效果好，成本低。

Description

一种极柱、上盖组件、单体电池及电池组
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种极柱、上盖组件、单体电池及电池组。
背景技术
目前动力电池行业或者储能系统的电量从数百瓦时到数千瓦时不等，大型储能系统甚至会达到兆瓦时，电池容量不断提高，相应的电池回路电流也越来越大。电池的极柱是电池发热的主要部位，而目前为电池散热的方式主要集中在为电池壳体安装散热装置，而忽略了极柱本身的散热能力和需求。
专利号为CN114865151A，介绍了一种利用空气动力能的高散热电池组，包括：集成壳体，所述集成壳体的内部开设有多个电池腔，所述电池腔的内部均装配有电极板组；密封顶盖，所述密封顶盖固定于集成壳体的上端；两个电极柱，两个所述电极柱固定于密封顶盖的上端，且所述电极柱和电极板组相连接；多个散热管，多个所述散热管均固定于集成壳体的内部，且所述散热管的两端均延伸至集成壳体的外侧。该专利将散热管置于电池壳体内，为电池壳体的散热进行了改进设计，但是极柱易发热的问题依然没有得到解决。
发明内容
为解决电池极柱和电池内部的散热问题，本发明采用的一种技术方案是，提供一种极柱，设置在方壳电池的盖板上，所述极柱为柱状体，所述柱状体包括侧壁、第一端面和第二端面，所述侧壁或第一端面上至少设置有一个通槽，以安装传热管，所述第一端面还设置有电连接区。
较佳的，所述极柱第二端面设置有导电连接部，以与电池壳体内的电极组件电连接。
较佳的，所述导电连接部与所述极柱焊接或卡接。
较佳的，所述极柱的高度为20mm-25mm。
较佳的，所述通槽的最低处与所述极柱第二端面之间的距离为7-12mm。
较佳的，所述传热管直径与所述通槽最宽处的比为1:1.05-1:1.1。
较佳的，所述通槽将所述第一端面分为第一区域和第二区域，所述第一区域为所述电连接区，所述第一区域面积占所述第一端面的面积比不低于50％。
较佳的，所述通槽的断面呈C字形或U字形。
较佳的，所述通槽的深度小于所述传热管的直径。
较佳的，所述通槽表面设置有绝缘层。
为解决上述问题，本发明采用的一种技术方案是，提供一种上盖组件，所述上盖组件包括盖板，还包括两个所述极柱，所述极柱绝缘设置在所述盖板上。
较佳的，所述通槽沿所述盖板的宽度方向延伸。
较佳的，所述通槽的长度与所述盖板的宽度比为0.7:1-0.9:1。
为解决上述问题，本发明采用的一种技术方案是，提供一种单体电池，包括所述上盖组件。
为解决上述问题，本发明采用的一种技术方案是，提供一种电池组，包括所述单体电池，还包括至少一根传热管，所述传热管固定在所述极柱上。
较佳的，所述传热管为热管或液冷。
本发明的有益效果：本发明通过在极柱上设置通槽，以在通槽内放置传热管，使极柱的温度能够得到有效控制，极柱又与电池的正、负极的铜箔、铝箔通过金属导电连接片连接，极柱温度得到控制的同时，电池内部的温度也得到有效的控制。进一步在极柱的第一端面上设置电连接区，使其能够通过该电连接区上安装极板以实现多个单体电池的串联或并联，本发明的结构简单、实用性强、易操作，能够使电池组的热量均衡，散热效果好，成本低。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为一个实施例中极柱的结构示意图；
图2为一个实施例中多种极柱与导电连接部固定后的结构示意图；
图3为一个实施例中极柱的尺寸定义示意图；
图4为一个实施例中上盖组件的结构示意图；
图5为一个实施例中上盖组件的尺寸定义示意图；
图6为一个实施例中单体电池的结构示意图；
图7为一个实施例中单体电池的结构示意图；
图8为一个实施例中电池组的结构示意图。
附图标记：
1-极柱10-单体电池11-第一端面12-第二端面13-侧壁2-通槽3-导电连接部41-盖板42-第一绝缘件43-第二绝缘件45-泄爆口46-注液口51-正极板52-负极板6-传热管101-上盖组件102-电池筒体111-第一区域112-第二区域
具体实施方式
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的一种极柱、上盖组件、单体电池及电池组。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
应理解，术语“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或顺序。
实施例1
如图1所示，为本实施例提供的一种极柱的结构示意图，本实施例中的极柱1为柱状体，柱状体包括第一端面11、第二端面12和侧壁13，第一端面11或侧壁13上至少设置有一个通槽2，以安装传热管，即通槽2的开口位于第一端面11或侧壁13上。第一端面11设置有电连接区，第二端面12用于设置导电连接部，以与电池壳体内的电极组件电连接。
如图2所示，为本实施例中多种结构的极柱与导电连接部连接后的结构示意图。如图3所示，极柱的高度为h1，通槽最低处至第二端面12的距离为h2，通槽最宽处为h3，通槽深度为h4。在不同的实施方式中，通槽2的断面呈C字形或U字形。如图2a、图2b、图2c、图2d、图2n、图2p、图2q、图2r所示，为断面呈C字形的通槽，其开口宽度小于通槽的最宽处h3，这样的设计有利于传热管过盈卡接在通槽2内，C字形通槽其两端形成的弧度具有自然张力，有利于将传热管紧密卡接在通槽内。如图2e、图2f、图2g、图2m所示，为断面呈U字形的通槽，其开口宽度略小于通槽的最宽处h3，便于放置传热管，且能够提供足够的操作空间使专用工装将传热管整平或将传热管与通槽贴合的更加紧密。
如图3所示，导电连接部3在本实施例中具体为导电连接片，厚度为2-3mm，形状为矩形，也可以根据不同需求设置不同的形状。正极柱和负极柱的导电连接部选择不同的材质，例如正极柱选择为铝片，负极柱选择为铜片，如果极柱选择铝材，则导电连接部3与正极柱可一体成型，与负极柱则为焊接或卡接固定，具体固定方式根据极柱或导电连接片选择的材质不同而不同。亦与可在铝材制成的一体成型的极柱与导电连接片上增加一层铜片作为负极柱的导电连接片。
如图2b、图2d、图2e、图2g、图2q所示，通槽2可置于极柱的第一端面11上，此时第一端面11除通槽开口处的空缺外全部作为电连接区，用以连接极板。如图2a、图2c、图2f、图2m所示，通槽2可置于极柱的侧壁13上，此时第一端面11全部作为电连接区，用以连接极板。如图2n、图2p所示，当通槽2的开口位于侧壁13时，可同时在极柱相对两侧设置两个通槽，以增加传热管放置数量，提高极柱的传热效率。
电连接区的面积过小，使得极柱的载流面积变小，会提升极柱的温度，在一些实施方式中，为了增大电连接区的面积，将通槽2偏心设置。如图2r所示，通槽2将第一端面分为第一区域111和第二区域112，第一区域111为电连接区，第一区域111面积占第一端面的面积比不低于50％。这样的设计可有效的使电连接区面积增大，提高载流面积。需要说明的是，第一端面的面积中包含了因通槽开口而缺失的部分面积，即第一端面的面积等同于第二端面的面积。
如图2a、图2c、图2q、图2r所示，极柱1水平截面可为圆形、矩形或跑道形，依据不同的电池型号选择不同形状的极柱，亦可为其他不同形状，本实施例中不再穷举。
如图3a和图3b所示极柱第二端面12靠近电极组件，因此第二端面12的距离电池内部电极组件更近，传热管的设置应尽量贴近第二端面12。为适应大部分市面上常用的方壳电池，本实施例中极柱的高度h1为20mm-25mm，通槽的最低处与极柱第二端面12之间的距离h2为7-12mm，这样的设置能够使传热管尽量贴近电池内部以进行传热。传热管的直径过小于通槽时接触不紧密，传热管的直径过大于通槽时导致传热管变形，因此，传热管的直径与通槽的最宽处h3的比为1:1.05-1:1.1。例如，传热管的直径为φ10，则其直径的尺寸为10mm，通槽的最宽处h3则为10.5mm-11mm，使传热管便于放置在桶槽内，再行将其压紧并紧密贴合通槽，提高传热效率。
在一些实施方式中，如图3b所示，通槽的深度h4小于传热管的直径，以使传热管略突出于极柱的表面，有利于将传热管压紧、整平使其与通槽紧密接触。
在一些实施方式中，通槽2表面设置有绝缘层，可以涂覆绝缘材料或者贴硅胶层、橡胶层等，也可以在传热管上设置绝缘层，以使金属材质的传热管与极柱绝缘安装。
本发明通过在极柱上设置通槽，以在通槽内放置传热管，使极柱和电池内部的温度能够得到有效控制，进一步在极柱的第一端面上设置电连接区，使其能够通过该电连接区上安装极板以实现多个单体电池的串联或并联，本发明的结构简单、实用性强、易操作，能够使电池组的热量均衡，散热效果好，成本低。
实施例2
如图4所示，为一种上盖组件的结构示意图。上盖组件包括盖板41、第一绝缘件42、第二绝缘件43和两个极柱1，分别为正极柱和负极柱，第一绝缘件42置于盖板41上，第二绝缘件43置于盖板41下，极柱1依次穿过第二绝缘件43、盖板41、第一绝缘件42后固定在盖板41上，以在极柱的通槽内放置热管。盖板41上还设置有泄爆口45和注液口46。
如图1所示，为本实施例提供的一种极柱的结构示意图，本实施例中的极柱1为柱状体，柱状体包括第一端面11、第二端面12和侧壁13，第一端面11或侧壁13上至少设置有一个通槽2，以安装传热管，即通槽2的开口位于第一端面11或侧壁13上。第一端面11设置有电连接区，第二端面12用于设置导电连接部，以与电池壳体内的电极组件电连接。
如图2所示，为本实施例中多种结构的极柱与导电连接部连接后的结构示意图。如图3所示，极柱的高度为h1，通槽最低处至第二端面12的距离为h2，通槽最宽处为h3，通槽深度为h4。在不同的实施方式中，通槽2的断面呈C字形或U字形。如图2a、图2b、图2c、图2d、图2n、图2p、图2q、图2r所示，为断面呈C字形的通槽，其开口宽度小于通槽的最宽处h3，这样的设计有利于传热管过盈卡接在通槽2内，C字形通槽其两端形成的弧度具有自然张力，有利于将传热管紧密卡接在通槽内。如图2e、图2f、图2g、图2m所示，为断面呈U字形的通槽，其开口宽度与通槽的最宽处h3较为接近，便于放置传热管，且能够提供足够的操作空间使专用工装将传热管整平或将传热管与通槽贴合的更加紧密。
如图3所示，导电连接部3在本实施例中具体为导电连接片，厚度为2-3mm，形状为矩形，也可以根据不同需求设置不同的形状。正极柱和负极柱的导电连接部选择不同的材质，例如正极柱选择为铝片，负极柱选择为铜片，如果极柱选择铝材，则导电连接部3与正极柱可一体成型，与负极柱则为焊接或卡接固定，具体固定方式根据极柱或导电连接片选择的材质不同而不同。亦与可在铝材制成的一体成型的极柱与导电连接片上增加一层铜片作为负极柱的导电连接片。
如图2b、图2d、图2e、图2g、图2q所示，通槽2可置于极柱的第一端面11上，此时第一端面11除通槽开口处的空缺外全部作为电连接区，用以连接极板。如图2a、图2c、图2f、图2m所示，通槽2可置于极柱的侧壁13上，此时第一端面11全部作为电连接区，用以连接极板。如图2n、图2p所示，当通槽2的开口位于侧壁13时，可同时在极柱相对两侧设置两个通槽，以增加传热管放置数量，提高极柱的传热效率。
电连接区的面积过小，使得极柱的载流面积变小，会提升极柱的温度，在一些实施方式中，为了增大电连接区的面积，将通槽2偏心设置。如图2r所示，通槽2将第一端面分为第一区域111和第二区域112，第一区域111为电连接区，第一区域111面积占第一端面的面积比不低于50％。这样的设计可有效的使电连接区面积增大，提高载流面积。需要说明的是，第一端面的面积中包含了因通槽开口而缺失的部分面积，即第一端面的面积等同于第二端面的面积。
如图2a、图2c、图2q、图2r所示，极柱1水平截面可为圆形、矩形或跑道形，依据不同的电池型号选择不同形状的极柱，亦可为其他不同形状，本实施例中不再穷举。
如图3a和图3b所示极柱第二端面12靠近电极组件，因此第二端面12距电池内部的距离更近，传热管的设置应尽量贴近第二端面12。为适应大部分市面上常用的方壳电池，本实施例中极柱的高度h1为20mm-25mm，通槽的最低处与极柱第二端面12之间的距离h2为7-12mm，这样的设置能够使传热管尽量贴近电池内部。传热管的直径过小于通槽时接触不紧密，传热管的直径过大于通槽时导致传热管变形，因此，传热管的直径与通槽的最宽处h3的比为1:1.05-1:1.1。例如，传热管的直径为φ10，则其直径的尺寸为10mm，通槽的最宽处h3则为10.5mm-11mm，使传热管置于极柱的通槽内，且紧密贴合通槽，提高传热效率。
在一些实施方式中，如图3b所示，通槽的深度h4小于传热管的直径，以使传热管略突出于极柱的表面，有利于将传热管压紧、整平使其与通槽紧密接触。
在一些实施方式中，通槽2表面设置有绝缘层，可以涂覆绝缘材料或者贴硅胶层、橡胶层等，也可以在传热管上设置绝缘层，以使金属材质的传热管与极柱绝缘安装。
如图5所示，为盖板和极柱的俯视图，其中通槽的长度h5与盖板的宽度h6之比为0.7:1-0.9:1。盖板41的宽度方向为通槽2的延伸方向，有利于在多个单体电池并联连接时，将一根传热管固定在一组极柱1上。通槽2的长度与盖板的宽度比为0.7:1-0.9:1，有利于增加传热管与通槽2的接触面积，加强传热效果。
在一些实施方式中，通槽2表面设置有绝缘层，可以涂覆绝缘材料或者贴硅胶层、橡胶层等，也可以在传热管上设置绝缘层，以使金属材质的传热管与极柱绝缘安装。
本发明通过在极柱上设置通槽，以在通槽内放置传热管，使极柱的温度能够得到有效控制，进一步在极柱的第一端面上设置电连接区，使其能够通过该电连接区上安装极板以实现多个单体电池的串联或并联，本发明的结构简单、实用性强、易操作，能够使电池组的热量均衡，散热效果好，成本低。
实施例3
如图6和图7所示，为一种单体电池的结构示意图，包括实施例2中描述的上盖组件101、电池筒体102和电极组件(图中未示出)。
实施例4
如图8所示，为一种电池组的结构示意图，包括若干实施例3中描述的单体电池10，固定在极柱1上的正极板51和负极板52，还包括固定在极柱1上的传热管6，本实施例中，若干单体电池并联连接。电池组也可以串联连接，但是需要对正极板和负极板进行相应的改进，使单体电池之间串联，并对凹槽或传热管进行绝缘。本实施例中的传热管6为热管或液冷管，使用热管时，在电池组上增加温控组件，使热管的热量传导至温控组件上。使用液冷管时，增加外接的冷水机，利用冷水机实现对电池组的温度控制。
以下对电池组使用本申请提供的极柱，在20±5℃，在电池充放电过程中，利用热管和TEC制冷器降温后，对其各项性能参数进行了汇总分析：
如表1所示，结合图3a和图3b，标注h2的部分为极柱与盖板的结合塑封区，标注h4的部分为传热管的放置位置。放置传热管后，利用测温仪对电池和极柱的温度进行了测试，发现随着h2和h4数值的改变，电池的极柱和壳体温度发生了相应的变化。当h2小于7mm时，极柱与上盖组件装配完成后，安装传热管的空间不足故不予考虑，而h2大于13mm时，极柱的温度虽然与未使用本发明的极柱时相比所有下降，但电池自身的温度不再持续降低。随着h2的数值增加，在7-12mm的区间内，极柱的温度不高于34℃，电池壳体表面上测量的温度也在36℃左右，整体温度控制相比未使用本发明极柱的市面常规极柱的电池而言，极柱温度最少降低了18.9％，电池壳体表面温度最少降低了4.7％，有效降低了电池整体的温度，显著降低了极柱的温度，安全性能得到了较大提升。
Figure BDA0003844236280000111
表1不同尺寸通槽下电池极柱和电池壳体表面温度
如表2所示，结合图5，通槽的长度h5与盖板的宽度h6之比对于电池极柱的温度有较大影响，当h2固定为7mm时，传热管与极柱的贴合面积越大，传热和散热效果越好，但最长不可超过盖板的宽度。在测试了不同长度的通槽在电池1C充放时极柱的温度后，对比未使用本发明极柱的市面常规电池的极柱，可知极柱表面温度最少降低了20.2％，本发明中的极柱温度显著降低，安全性能得到了较大提升，通槽的长度h5与盖板的宽度h6之比优选0.7:1到0.9:1，降温效果好且节能环保。
Figure BDA0003844236280000112
Figure BDA0003844236280000121
表2不同尺寸通槽下电池极柱表面温度
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种极柱，设置在方壳电池的盖板上，其特征在于，所述极柱为柱状体，所述柱状体包括侧壁、第一端面和第二端面，所述侧壁或第一端面上至少设置有一个通槽，以安装传热管，所述第一端面还设置有电连接区。
2.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述极柱第二端面设置有导电连接部，以与方壳电池内的电极组件电连接。
3.如权利要求2所述的极柱，其特征在于，所述导电连接部与所述极柱焊接或卡接。
4.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述极柱的高度为20mm-25mm。
5.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述通槽的最低处与所述第二端面之间的距离为7-12mm。
6.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述传热管直径与所述通槽最宽处的比为1:1.05～1:1.1。
7.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述通槽将所述第一端面分为第一区域和第二区域，所述第一区域为所述电连接区，所述第一区域面积与所述第一端面的面积比不低于50％。
8.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述通槽的断面呈C字形或U字形。
9.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述通槽的深度小于所述传热管的直径。
10.如权利要求1所述的极柱，其特征在于，所述通槽表面设置有绝缘层。
11.一种上盖组件，其特征在于，所述上盖组件包括盖板，还包括两个如权利要求1-10任一所述的极柱，所述极柱绝缘设置在所述盖板上。
12.如权利要求11所述的上盖组件，其特征在于，所述通槽沿所述盖板的宽度方向延伸。
13.如权利要求12所述的上盖组件，其特征在于，所述通槽的长度与所述盖板的宽度比为0.7:1～0.9:1。
14.一种单体电池，其特征在于，包括如权利要求11-13任一所述的上盖组件。
15.一种电池组，其特征在于，包括若干权利要求14所述的单体电池，还包括至少一根传热管，所述传热管固定在所述极柱上。
16.如权利要求15所述的电池组，其特征在于，所述传热管为热管或液冷管。
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