CN115775953A - 电池包和车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例公开了一种电池包和车辆。电池包包括:第一导热件和第二导热件沿第一方向间隔设置。第一导热件包括多个第一板体,多个第一板体依次连接,相邻两个第一板体之间具有第一夹角。第二导热件包括多个第二板体,多个第二板体依次连接,相邻两个第二板体之间具有第二夹角。单体电池夹设于第一板体和第二板体之间。根据本申请,提高了单体电池在电池包中的连接可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域,特别涉及一种电池包和车辆。
背景技术
一般电动汽车上搭载的电池包,由单体电池(Cell)组装成为模组(Module),再把模组安装电池包(Pack)里,形成了“单体电池-模组-电池包”的三级装配模式。而CTP(Cellto PACK,无模组技术)是单体电池直接集成为电池包,从而省去了中间模组环节。
目前,采用CTP的电池包中,单体电池夹设于两个相互平行的平板状的液冷板之间,单体电池与液冷板直接通过粘胶进行固定,随着电池包使用时间的增长或者电池包受到较强冲击,粘胶会有较大的失效风险,单体电池可能与液冷板发生相对移动,进而造成电池包中各单体电池的相互挤压,给单体电池带来损伤的风险,严重影响电池包的可靠性、安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请的实施例公开了如下技术方案:
一方面,提供了一种电池包,电池包包括多个单体电池以及第一导热件、第二导热件。单体电池具有相对设置的第一侧面和第二侧面。第一导热件和第二导热件沿第一方向间隔设置。第一导热件包括多个第一板体,多个第一板体沿第二方向依次连接,相邻两个第一板体之间具有第一夹角,第一夹角的弧度为α1rad,满足:π/2<α1<π。第二导热件包括多个第二板体,多个第二板体沿第二方向依次连接,相邻两个第二板体之间具有第二夹角,第二夹角的弧度为α2rad,满足:π/2<α2<π。其中,第一方向与第二方向相交。在至少部分的第一板体和至少部分的第二板体中,每个第一板体和一个第二板体相对设置且形成第一容纳空间。第一容纳空间内设置有至少一个单体电池,且第一侧面与第一板体相连接,第二侧面与第二板体相连接。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一夹角与所述第二夹角相等,第一侧面与第二侧面之间的距离为Dmm,满足以下关系式:3≤D/α1≤100。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一容纳空间内设有一个单体电池,所述第一侧面和第二侧面相平行;单体电池还包括相对设置的第三侧面与第四侧面,第三侧面与第四侧面相平行,第一侧面、第三侧面、第二侧面与第四侧面顺次首尾相连,第一侧面与第三侧面之间的夹角为90°;相邻两个单体电池,其中一者的第三侧面与另一者的第四侧面之间具有第三夹角,且其中一者的第三侧面与另一者的第四侧面与第一导热件或第二导热件之间围成第二容纳空间。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第三夹角的弧度为βrad,满足:β+α1=π。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一容纳空间内设有一个单体电池,第一侧面和第二侧面相平行,单体电池还包括相对设置的第三侧面与第四侧面,第一侧面、第三侧面、第二侧面与第四侧面顺次首尾相连,相邻两个单体电池,其中一者的第三侧面与另一者的第四侧面相平行,第一侧面与第三侧面之间的具有第四夹角,所述第四夹角的弧度为γrad,满足:0<γ<π/2,或π/2<γ<π。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,相邻第一板体之间设有第一弧形过渡段,第一板体与第一弧形过渡段相切连接,且形成第一切线,第一侧面延伸至与第一切线相接;相邻第二板体之间设有第二弧形过渡段,第二板体与第二弧形过渡段相切连接,且形成第二切线,第二侧面延伸至与第二切线相接。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第二容纳空间内填充有缓冲结构、导热结构、隔热结构和绝缘结构中的至少一者。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,单体电池与第一板体或第二板体之间连接有粘接结构。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一板体的数量至少为三个,第一板体具有相对设置的第一表面和第二表面,第一表面与第一侧面相连;至少三个依次相连的第一板体中,沿第二方向一端的相邻两个第一表面形成第五夹角,另一端的相邻的两个第二表面形成第六夹角,第五夹角与第六夹角的弧度相等。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一导热件和第二导热件的数量均为多个,第一导热件和第二导热件沿第一方向交替地间隔设置,相邻的第一导热件和第二导热件之间均夹设有多个单体电池。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一导热件内设有第一流道,第二导热件内设有第二流道;至少部分相邻的第一导热件和第二导热件,沿第二方向的其中一端,第一导热件和第二导热件通过连接件相连,连接件内设有第三流道,第三流道连通第一流道与第二流道。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,
第一侧面的第一面积为S1cm2,第一流道沿第一导热件的延伸方向依次贯穿多个第一板体,且第一流道在第一板体的厚度方向的尺寸为K1cm,满足:6≤S1/K1≤6500;和/或
第二侧面的第二面积为S2cm2,第二流道沿第二导热件的延伸方向依次贯穿多个所述第二板体,且第二流道在第二板体的厚度方向的尺寸为K2cm,满足:6≤S2/K2≤6500。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,
粘接结构包括第一粘接层,第一侧面通过第一粘接层粘接于所述第一板体,第一侧面的第一面积为S1cm2,第一粘接层的弹性模量为E1 MPa,满足:0.02≤S1/E1≤13;和/或
粘接结构包括第二粘接层,第二侧面通过第二粘接层粘接于所述第二板体,第二侧面的第二面积为S2cm2,第二粘接层的弹性模量为E2 MPa,满足:0.02≤S2/E2≤13。
除了上述公开的一个或多个特征之外,或者作为替代,第一侧面、第二侧面为单体电池表面积最大的面。
另一方面,提供一种车辆,包括上述的电池包。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:
本技术方案中,单体电池容纳在多个第一板体与多个第二板体形成的多个第一容纳空间中,由于第一板体和第二板体沿第二方向依次连接,相邻的第一板体、相邻的第二板体之间具有夹角,这样,第一板体与第一方向及第二方向均存在夹角,且第二板体与第一方向及第二方向均存在夹角,因此在第一方向以及第二方向上,第一板体及第二板体均可以对单体电池进行限位,此限位作用相较于胶粘更为可靠,不会随着时间的增长而失效,从而可以大大提高单体电池在电池包中的连接稳定性,避免单体电池在第二方向上相互挤压带来的安全风险。
附图说明
下面结合附图,通过对本申请的具体实施方式详细描述,将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1是现有技术中电池包的结构示意图(省略了壳体);
图2是图1中的H-H剖视图;
图3是本申请电池包一实施例的结构示意图;
图4是图3所示电池包实施例中单体电池的结构示意图;
图5是图3所示电池包实施例中一个单体电池被限位的示意图;
图6是本申请电池包另一实施例的爆炸示意图;
图7是图6所示电池包实施例中单体电池的结构示意图;
图8是图6所示电池包中一个单体电池被限位的示意图;
图9是本申请电池包再一实施例的结构示意图;
图10是图3中的局部视图的放大图;
图11是本申请电池包一实施例中第一导热件的结构示意图。
图中,1第一导热件,2第二导热件,3单体电池,4第一板体,41第一表面,42第二表面,5第二板体,6第一容纳空间,7第一侧面,8第二侧面,9顶面,10第三侧面,11第四侧面,12第一弧形过渡段,13第一切线,14第二弧形过渡段,15第二切线,16进液口,17出液口,18连接件,19第二容纳空间,A第一夹角,B第二夹角,C第三夹角,G第四夹角,E第五夹角,F第六夹角,X第一方向,Y第二方向,F1第一预定方向,F2第二预定方向。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白,以下结合附图和具体实施方式,对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是,本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本申请,并不是为了限定本申请。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述,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申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,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。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是指两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在申请实施例中,“平行”是指直线与直线、直线与面、或面与面形成的角度为-1°~1°的状态。另外,“垂直”是指直线与直线、直线与面、或面与面形成的角度为89°~91°的状态。距离相等或角度相等,是指公差范围在-1%~1%的状态。
动力电池作为新能源汽车的能量来源,提高电池包能量密度,安全性能等已经成为动力电池发展的新趋势。
目前现有技术对于电池包内单体电池进行冷却时,液冷板对单体电池实现冷却的同时,为保证电池包中单体电池的固定效果,往往需要采用胶体将单体电池与液冷板固定。仅靠胶体连接使得固定效果受限于胶体的连接强度和寿命。
请参阅图1和图2,图1是现有技术中电池包的结构示意图(省略了壳体21),图2是图1中的H-H剖视图。
现有技术中,电池包包括壳体21、多个液冷板22、多个单体电池23。多个液冷板22为平板状,多个液冷板22固定于壳体21内,沿第一方向X间隔设置。相邻两个液冷板22之间形成在第二方向Y延伸的容纳空间。多个单体电池23夹设于两块液冷板22之间,沿第二方向Y堆叠。各单体电池23的侧面与液冷板22贴合以传热。单体电池23与液冷板22和/或壳体21通过胶体粘接,以固定位置。在第一方向X,单体电池23受到液冷板22的限制,位置被固定。在第三方向Z,单体电池23受到壳体21的限制,位置被固定。在第二方向Y,受限于胶体的连接强度和寿命,在受到较强冲击时,或者,在第二方向Y平行于车辆行进方向时,车辆加减速过程中单体电池23具有沿第二方向Y的加速度,在随着电池包使用时间的增长,胶体会有较大的失效风险,单体电池23可能在与液冷板22在第二方向Y上发生相对移动,从而造成第二方向Y上相邻的单体电池23互相挤压,有可能造成单体电池的损伤,甚至引起电池包的起火。
本实施例提供一种车辆,包括一种电池包。
其中,还提供了一种电池包,通过改进第一导热件1和第二导热件2(液冷板22)的形状,通过第一导热件1和第二导热件2对单体电池3进行两个方向的限位。
请参阅图3,图3是本申请电池包一实施例的结构示意图。
电池包包括箱体(图未示)、多个单体电池3以及第一导热件1、第二导热件2。
第一导热件1和第二导热件2沿第一方向X间隔设置,固定设置于箱体内。
固定方式例如螺栓紧固、胶粘,这里不作限定。
多个单体电池3容置于箱体内,承载于箱体的底部上,沿第二方向Y依次设置,并夹设于第一导热件1和第二导热件2之间。其中,第一方向X与第二方向Y
相交。具体地,在图示实施例中,第一方向X和第二方向Y垂直。其中,本实施5例中的第一方向X与箱体的宽度方向平行,第二方向Y与箱体的长度方向平行。
在另一些实施例中,第一方向X可与箱体的宽度方向之间具有夹角,第二方向Y与箱体的长度方向之间具有夹角。
箱体的形状不作限定。箱体也不是必须的,在一些实施例中,电池包安装
于车辆的场景中,第一导热件1、第二导热件2、单体电池3也可以直接安装于车0辆的车体上。在本实施例中,箱体用于安装于车辆的车体上,且箱体的长度方
向或宽度方向与车体的长度方向或宽度方向平行,其中,车体的长度方向为行进方向。可以理解的是,在另一些实施例中,箱体的长度方向可与车体的长度或宽度方向相交,这里不作限定。
第一导热件1为热的良导体。第一导热件1能够将单体电池3的热量传递走,5以降低单体电池3的温度。第一导热件1也能够向单体电池3传递热量,以提高单体电池3的温度。第一导热件1包括多个(图中六个)第一板体4。各第一板体4大体上呈平板状,均为热的良导体。多个第一板体4沿第二方向Y依次连接,大体上呈折线状,可以理解的是,第一板体4的长度延伸并不与第二方向Y平行,
而是多个第一板体4整体上沿着第二方向Y排布,也即,本实施例中,第一板体0 4与第二方向Y之间具有夹角。相邻两个第一板体4之间具有第一夹角A。多个第
一板体4可以一体制造而成,例如,由一平板折弯而成,这样可以大大简化第一导热件1的制造工艺,降低制造成本;另外,第一导热件1为折线型,相较于S型(环绕电芯23的三个侧面或四个侧面)的液冷板用料较少,成本优势也较明显。
5第二导热件2为热的良导体。第二导热件2能够将单体电池3的热量传递走,
以降低单体电池3的温度。第二导热件2也能够向单体电池3传递热量,以提高单体电池3的温度。第二导热件2包括多个第二板体5(图中六个)。第二板体5大体上呈平板状。多个第二板体5沿第二方向Y依次连接,大体上呈折线状。相邻两个第二板体5之间具有第二夹角B。多个第二板体5可以一体制造而成,例如,由一平板折弯而成,同样可以降低制造成本。
在一些实施例中,第一夹角A的弧度为α1rad,第二夹角B的弧度为α2rad,满足:π/2<α1<π,更优选地,3π/5<α1<4π/5。需要说明的是,相邻两个第一板体4相交会形成一个角度较大的角和一个角度较小的角,本实施例中的第一夹角A指的是角度较小的角;同理,第二夹角B也指的是相邻两个第二板体5所围成角度较小的角。另外,沿第二方向Y,第一夹角A交替分布于第一导热件1沿第一方向X的两侧;沿第二方向Y,第二夹角B交替分布于第二导热件2沿第一方向X的两侧。具体地,参见图11,本实施例中,第一板体4的数量至少为三个,第一板体4具有相对设置的第一表面41和第二表面42,第一表面41与第一侧面7相连;至少三个依次相连的第一板体4中,沿第二方向Y一端的相邻两个第一表面41形成第五夹角E,另一端的相邻的两个第二表面42形成第六夹角F,第五夹角E与第六夹角F的弧度相等;其中第五夹角E与第六夹角F相当于第一夹角A。在另一些实施例中,第五夹角E与第六夹角F可以不相等,以适应不同的箱体形状。
在至少部分的第一板体4和至少部分的第二板体5中,一个第一板体4和一个第二板体5相对设置且形成第一容纳空间6;需要说明的是,本实施例中,相对的第一板体4和第二板体5相平行。具体地,在图示实施例中,第一导热件1和第二导热件2之间形成六个第一容纳空间6。
第一容纳空间6内设置有至少一个单体电池3。在图示实施例中,一个第一容纳空间6内设置一个单体电池3。为展示出第一容纳空间6,图中位于上方的第一容纳空间6内的单体电池3被省略。在另一些实施例中,第一容纳空间6内可以容纳两个或以上的单体电池3,这里不作限定。
在一些实施例中,相邻两个第一板体4以第一方向X呈对称设置,多个第一板体4的重心Q1的连线L1与第二方向Y相平行,多个第二板体5的重心Q2的连线L2与第二方向Y相平行,其中,可以理解的是,本实施例中第一板体4为密度均匀的长方体,其重心位于对角线的交点处。也就是说,第一导热件1与第二导热件2整体长度方向沿第二方向Y延伸,这样有利于单体电池3及第一导热件1、第二导热件2在电池包中的整体均匀布局,从而提高电池包的整体能量密度。需要说明的是,在另一些实施例中,第一板体4并不以第一方向X呈对称设置,而是根据箱体的形状相应改变,以适应多种箱体或电池包中其他结构的形状。
请一并参阅图4,图4是图3所示电池包实施例中单体电池3的结构示意图。
单体电池3具有相对设置的第一侧面7和第二侧面8。具体地,图示实施例中单体电池3为常规的方形电池,在本实施例中,沿第二方向Y,相邻两个单体电池3的外形尺寸规格一致,在另一些实施例中,相邻的两个单体电池3的外形尺寸规格可以不一致。方形电池是市面上常见的电池结构,应用较广泛。单体电池3具有相对设置的顶面9和底面(图不可见),以及连接于顶面9和底面之间的第一侧面7、第二侧面8、第三侧面10以及第四侧面11。单体电池3的极柱(图未标识)设置于顶面9。第三侧面10和第四侧面11相对设置。第一侧面7、第三侧面10、第二侧面8与第四侧面11顺次首尾相连。第一侧面7和第二侧面8为一对平行平面。在本实施例中,第三侧面10和第四侧面11为一对平行平面。第一侧面7和第三侧面10之间的夹角为90°。
单体电池3的第一侧面7与第一板体4相连接。单体电池3的第二侧面8与第二板体5相连接。此处“连接”包含直接贴合或通过其他结构进行贴合。在一实施例中,由于单体电池3需要与第一板体4固定连接,第一侧面7与第一板体4的贴合面之间通过胶体连接,胶体形成下文中的粘接结构。该实施例中,第一侧面7与第一板体4被认为是相贴合。
本实施例中,第一侧面7、第二侧面8是单体电池3表面积最大的面,也即,第一侧面7和第二侧面8是单体电池3沿厚度方向的相对两侧面,第一侧面7和第二侧面8的面积均大于第三侧面10、第四侧面11、顶面9和底面。
在图示实施例中,第一侧面7比第三侧面10面积更大,第一侧面7与第一导热件1连接,相比于第三侧面10与第一导热件1连接,传热面积更大,能够更有效地传递热量;第二侧面8与第二板体5相连同样能增大散热面积,提高散热效率。
在一些实施例中,单体电池3与第一板体4和/或第二板体5之间连接有粘接结构(图不可见)。
在一实施例中,装配过程包括如下步骤:按预定姿态排列好多个单体电池3;在第一导热件1和第二导热件2相近的面上涂覆胶体,使得第一导热件1和第二导热件2分别位于多个单体电池3的两侧,且第一导热件1和第二导热件2涂覆有胶体的一侧靠近单体电池3,以将多个单体电池3夹持,通过胶体将单体电池3固定连接于第一导热件1、第二导热件2,然后将第一导热件1和第二导热件2固定于箱体。
在一实施例中,装配过程包括如下步骤:将第一导热件1固定于箱体;在单5体电池3或第一导热件1的其中一侧上涂覆胶体,依次将多个单体排列于第一导
热件1的一侧;将第二导热件2置于单体电池3的另一侧且在第二导热件2或单体电池3的其中一侧涂覆胶体,使得两者粘接,再将第二导热件2固定于箱体,使得第一导热件1和第二导热件2夹设于多个单体电池3的两侧;通过胶体将单体电池3固定连接于第一导热件1、第二导热件2。
0上述两个装配过程实施例仅为举例,本申请不对装配过程作限制。
下面参照图5介绍第一导热件1、第二导热件2对单体电池3限位的原理。图5是图3所示电池包实施例中一个单体电池3被限位的示意图。
为方便介绍,图中示出了第一预定方向F1和第二预定方向F2。第一预定方
向F1垂直于与单体电池3贴合的第一板体4。第二预定方向F2平行于与单体电池53贴合的第一板体4。
第一方面:当单体电池3具有沿第二方向Y的运动趋势时,例如,在车辆加减速的过程中,单体电池3具有沿第二方向Y的加速度,由于第一板体4和第二板体5相对第二方向Y倾斜设置,第二板体5在第二方向Y阻挡单体电池3。因此,
在第一板体4和第二板体5的阻挡作用下,单体电池3沿第二方向Y或其反向移动0受阻,因而,降低了相邻两个单体电池3在第二方向Y挤压的风险。此段落中,
第一板体4和第二板体5为单体电池3所对应连接的第一板体4和第二板体5。
第二方面:电池包在受到剧烈冲击时,单体电池3可能会沿平行于贴合面的方向移动。此时,用于固定单体电池3位置的胶体可能失效(单体电池3脱胶,
即胶体开裂),也可能未失效(胶体具有弹性,在一定的范围内弹性变形)。5具体地,由于第一板体4和第二板体5的阻挡,单体电池3在第一预定方向F1不可移动。单体电池3可能会沿第二预定方向F2或其反向相对第一板体4和第二板体5移动。
若单体电池3沿着第二预定方向F2移动,会受到相邻两个第一板体4的第一连接处P1的阻碍。若单体电池3沿着第二预定方向F2的反向移动,会受到相邻两个第二板体5的第二连接处P2的阻碍。也就是说,在第二预定方向F2,单体电池3被限制于第一连接处P1和第二连接处P2之间。由此,减小了单体电池3在平行于贴合面方向相对第一导热件1或第二导热件2移动的空间。
单体电池3在平行于贴合面方向有相对第一导热件1或第二导热件2移动的空间,单体电池3就有脱胶的风险,为排除该风险,进一步地,使得单体电池3没有在平行于贴合面方向相对第一导热件1或第二导热件2移动的空间。为此,还可以使得单体电池3始终与第一连接处P1和第二连接处P2抵接。
下面以两种不同形状的单体电池3为例,具体介绍在使用这两种形状的单体电池3的电池包中,单体电池3如何始终与第一连接处P1和第二连接处P2抵接。
请继续参阅图5,在一些实施例中,相邻第一板体4之间设有第一弧形过渡段12,第一板体4与第一弧形过渡段12相切连接,且形成第一切线13,第一侧面7延伸至与第一切线13相接。图中采用点划线表示第一弧形过渡段12的范围。
同样地,相邻第二板体5之间设有第二弧形过渡段14,第二板体5与第二弧形过渡段14相切连接,且形成第二切线15,第二侧面8延伸至与第二切线15相接。图中采用点划线表示第二弧形过渡段14的范围。
如图4所示,单体电池3的第一侧面7和第三侧面10之间,以及第二侧面8与第四侧面11之间具有工艺圆角。在图5中,为直观展示第一侧面7与第一切线13相接、第二侧面8与第二切线15相接,该工艺圆角未画出。在存在工艺圆角的情况下,应该是第一侧面7与工艺圆角的切线与第一切线13相接,第二侧面8与工艺圆角的切线与第二切线15相接。
第一弧形过渡段12和第二弧形过渡段14分别从第二预定方向F2的两侧抵接单体电池3,因此,单体电池3没有在平行于贴合面方向相对第一导热件1或第二导热件2移动的空间。
另外,通过设置第一弧形过渡段12和第二弧形过渡段14,也方便更好地制造第一导热件1和第二导热件2,即第一导热件1直接通过一整体的板件弯折形成,弯折处形成第一弧形过渡段12,第二导热件2直接通过另一整体的板件弯折形成,弯折处形成第二弧形过渡段12,降低了制造成本。
请参阅图6至图8,图6是本申请电池包另一实施例的爆炸示意图,图7是图6所示电池包实施例中单体电池3的结构示意图,图8是图6所示电池包中一个单体电池3被限位的示意图。
在一些实施例中,单体电池3包括相对设置的第一侧面7和第二侧面8,以及相对设置的第三侧面10与第四侧面11。第一侧面7、第三侧面10、第二侧面8与第四侧面11顺次首尾相连。第一侧面7和第二侧面8为一对平行平面。第三侧面10和第四侧面11为一对平行平面。第三侧面10相对第一侧面7倾斜。第三侧面10和第一侧面7之间具有第四夹角G,在一些实施例中,D的取值为第一夹角A的一半。
第一容纳空间6内设有一个单体电池3。相邻两个单体电池3,其中一者的第三侧面10与另一者的第四侧面11相平行,第一侧面7与第三侧面10之间具有第四夹角G,第四夹角G的弧度为γrad,满足:0<γ<π/2,或π/2<γ<π;在本实施例中,第三侧面10与另一者的第四侧面11紧密贴合,在另外的实施例中,第三侧面10与另一者的第四侧面11可以相间隔,也可以通过其他结构相连接。在本实施例中,单体电池3在其高度方向上的投影平行四边形。
图6所示的另一实施例的电池包,相比于图3所示电池包,能够提高电池包的空间利用率。
相邻两个第一板体4之间没有弧形过渡段,两个第一板体4在第一连接处P1形成第一交线。在该实施例中,第一侧面7延伸至与第一交线相接。
同样地,相邻两个第二板体5之间没有弧形过渡段,两个第二板体5在第二连接处P2形成第二交线。第二侧面8延伸至与第二交线相接。该实施例中,同样能够实现单体电池3没有在平行于贴合面方向相对第一导热件1和第二导热件2移动的空间。
第一夹角A、第二夹角B的弧度大小决定了单体电池3之间的排布情况,当弧度越小,那么单体电池3之间的排布的错位效果就越明显,而第一连接处P1和第二连接处P2就会更好地限制位于二者之间的单体电池3的位置,实现对单体电池3的夹持固定效果,可以减少对于单体电池3固定所使用的结构件或者胶体的用量,从而减少该类成本的产生。
请参阅图9,图9是本申请电池包再一实施例的结构示意图。
在一些实施例中,第一导热件1和第二导热件2的数量均为多个,第一导热件1和第二导热件2沿第一方向X交替地间隔设置,相邻的第一导热件1和第二导热件2之间均夹设有多个单体电池3。
图9所示电池包实施例中,第一导热件1和第二导热件2内部容置有流体,例如冷却液,以更快地传递热量。
具体地,第一导热件1内设有第一流道(图不可见),第二导热件2内设有第二流道(图不可见)。相邻的第一导热件1和第二导热件2,沿第二方向Y的其中一端,第一导热件1和第二导热件2通过连接件18相连,另一端分别设有进液口16和出液口17,连接件18内设有第三流道,第三流道连通第一流道与第二流道。在另一些实施例中,相邻的两个第一导热件1与其两者之间的一个第二导热件2,通过两个连接件18相连,两个连接件18分别位于第二方向Y的两端,分别将相邻的第一导热件1和第二导热件2连接,两个第一导热件1的自由端分别设有进液口16和出液口17,使得两个第一导热件1和一个第二导热件2形成一完整的液冷流道;当然,还可以根据需要通过连接件18将其他数量的第一导热件1和第二导热件2连接起来形成一完整的液冷流道,以减少进液口16和出液口17的设置,从而减少成本,这里不再一一举例。
第一导热件1、第二导热件2以及连接件18可以为一体制造而成。
发明人在研究中发现,在同等电量需求的情况下,会根据车身空间需求,对应的电池包包络尺寸要求不一,传统设计的电池包内排布相对规整,很难适应不同客户的需求。上述实施例中,可以通过调整第一夹角A、第二夹角B来适配不同需求情况下的包络尺寸。具体地,单体电池3的数量不变,及电量需求不变的情况下,随着第一夹角A的增大,电池包的第一方向X尺寸减小,电池包的第二方向Y尺寸增大,而随着第一夹角A减少,电池包的第一方向X尺寸增大,电池包的第二方向Y尺寸减小。
上面详细介绍了通过改进第一导热件1和第二导热件2(液冷板)的形状,实现对单体电池3三重定位,来减少单体电池3在第一容纳空间6内相对第一导热件1和第二导热件2移动的概率。在电池包的生命周期内通过物理构造和胶体连接来固定单体电池3,减少失效风险,降低安全隐患,提升了电池包的安全性与可靠性。
下面介绍图3所示电池包实施例的另一方面(便于拆卸单体电池3)。
现有技术中,采用CTP技术的电池包往往都存在难拆卸返修的情况,导致单体电池3出现问题时,维修成本十分昂贵,往往需要直接替换电池包,且在电池包生命后期时,无法实现有效梯次利用,对资源的利用和环境都造成十分不利的影响。
图3所示电池包,还能方便拆卸单体电池3,以方便返修电池包或梯次利用电池包。
请参阅图3和图10,图10是图3中的局部视图的放大图。
在一些实施例中,第一容纳空间6内设有一个单体电池3。具体地,每一个第一容纳空间6内仅设有一个单体电池3。相邻两个单体电池3相抵接。单体电池3还包括相对设置的第三侧面10与第四侧面11,相邻两个单体电池3,其中一者的第三侧面10与另一者的第四侧面11之间具有第三夹角C,且其中一者的第三侧面10与另一者的第四侧面11与第一导热件1或第二导热件2之间围成第二容纳空间19。在本实施例中,相邻两个第三夹角C的开口朝向相反。
在本实施例中,第三夹角C的弧度为βrad,满足:β+α1=π。
可以通过第二容纳空间19拆卸或安装单体电池3。在一应用场景中,当某一个单体电池3损坏时,可以通过其附近的第二容纳空间19将其拆除。在另一应用场景中,电池包经过足够长时间使用后,机能老化,无法继续以正常状态工作时,可以通过第二容纳空间19将各个单体电池3拆解,以进行梯次利用。拆解下来的单体电池3可以运用在一些要求不高的充放电领域。
在一些实施例中,第二容纳空间19内填充有填充物,填充物可以是缓冲结构、导热结构、隔热结构和绝缘结构中的至少一者。
具体地,缓冲结构可以是泡棉,泡棉起到对相邻两个单体电池3的缓冲防护作用。
具体地,导热结构实现单体电池3与第一导热件1和第二导热件2之间更好的热交换。在一应用场景中,导热结构起到对单体电池3的第三侧面10和第四侧面11的冷却效果,进一步提升了单体电池3的散热面积,增加了散热效果。
具体地,隔热结构可以是隔热棉。对于高能量密度的单体电池3,在产生热失控时,其热量会传递给周遭单体电池3从而导致热失控的连锁反应,为阻止热蔓延情况的发生,在单体电池3之间添加隔热结构可以阻碍热量的传递,通过第一导热件1和第二导热件2在此段时间类带走更多的热量,从而管控住热蔓延。
具体地,绝缘结构起到单体电池与第一导热件1和第二导热件2之间的绝缘防护的效果,增加安全性。
在第二容纳空间19填充有填充物的情况下,填充物可以通过化学降解或者物理破坏的方式去除。
在一些实施例中,第一侧面7与第二侧面8之间的距离为Dmm,第一夹角A与第二夹角B相等,第一夹角A的弧度为α1rad,满足以下关系式:3≤D/α1≤100,在另一些实施例中,12≤D/α1≤85;优选地,25≤D/α1≤70;或者,更优选地,40≤D/α1≤60。
若D/α1小于3,此时第二容纳空间19比较小,无法有效操作第二容纳空间19内填充物,且受单体电池3与第一导热件1和第二导热件2之间的倾斜角度影响,无法有效分解单体电池3的受力情况,对单体电池3与第一导热件1、第二导热件2之间需要的胶体要求更高。若D/α1大于100,此时第二容纳空间19过大,会降低电池包的能量密度体积利用率。而在3至100范围内,第二容纳空间19的大小在能满足操作要求的同时,可以由第一导热件1、第二导热件2承担分解单体电池3传导的部分受力,起到对单体电池3夹持固定的同时减少对胶体的要求和用量,降低因胶体失效而产生的风险。
请参阅图1和图4。
在一些实施例中,第一侧面7的第一面积为S1cm2,第一流道依次贯穿多个第一板体4,且在第一板体4的厚度方向的尺寸为K1cm,满足:6≤S1/K1≤6500,在一些实施例中,18≤S1/K1≤6000;在另一些实施例中,60≤S1/K1≤5500;优选地,100≤S1/K1≤4500。在一些实施例中,20≤S1≤1300。在另一些实施例中,30≤S1≤700,优选地,50≤S1≤500。第一流道在第一板体4的厚度方向的尺寸可以理解为在第一板体4的厚度方向的最大腔径。在一些实施例中,在第一流道的横截面为圆形,则该圆形的直径为K1cm。
若S1/K1小于6,S1较小,K1较大。当单体电池3在充、放电的过程中,会产生较大热量,此时单体电池3的第一侧面7面积较小,限制了其与第一板体4的可接触面积,会影响与第一板体4的热交换性能。
若S1/K1大于6500,S1较大,K1较小。虽然可用于换热的面积较大,但由于第一板体4内部可供用于热管理的介质流通的空间相对较小,使得介质的流阻增大。此时第一板体4能提供的换热能力受限,无法满足单体电池3的换热需求。
本申请的一些实施例中,第二侧面8的第二面积为S2cm2,第二流道依次贯穿多个第二板体5,且在第二板体5的厚度方向的尺寸为K2cm,满足:6≤S2/K2≤6500,在一些实施例中,18≤S2/K2≤6000;在另一些实施例中,60≤S2/K2≤5500;优选地,100≤S2/K2≤4500。在一些实施例中,20≤S2≤1300。在另一些实施例中,30≤S2≤700,优选地,50≤S2≤500。
S2/K2的范围如此限定的理由同S1/K1的范围的限定理由,此处不再赘述。
在一些实施例中,上述粘接结构包括第一粘接层。第一侧面7通过第一粘接层(图不可见)粘接于第一板体4。第一侧面7的第一面积为S1cm2,第一粘接层的弹性模量为E1MPa,满足:0.02≤S1/E1≤13,在一些实施例中,0.06≤S1/E1≤10,在另一些实施例中,0.1≤S1/E1≤8,优选地,0.15≤S1/E1≤6。在一些实施例中,100≤E1≤1000,在另一些实施例中,140≤E1≤830,优选地,200≤E1≤650。
若S1/E1<0.02,那么S1较小,E1较大。当单体电池3因自身充、放电过程而产生膨胀时或者受到外力侵扰时,由于S1较小,单体电池3变形能力因面积影响而受限;而由于E1较大,会进一步限制单体电池3的第一侧面7的变形。此时,第一侧面7变形程度有限,因此,会给予单体电池3内部施加较大的反作用力,使得单体电池3内部结构受损,进而影响单体电池3后续性能。
若S1/E1>13,那么S1较大,E1较小。当单体电池3发生膨胀或受外力侵扰时,由于S1较大,对应地,单体电池3的第一侧面7容易变形,第一侧面7的中部区域与边缘区域之间的高度差也就越大。而由于E1较小,所以第一粘接层无法有效地限制单体电池3的第一侧面7的变形,导致第一侧面7的中部区域与边缘区域之间的高度差过大,那么在第一粘接层与第一侧面7的边缘区域所接触的部分更容易被拉伸。在受拉伸的过程中,第一粘接层很容易与单体电池3的连接部分甚至是整个第一侧面7相脱离,从而引发单体电池3与第一板体4脱离的风险。
在一些实施例中,粘接结构包括第二粘接层。第二侧面8通过第二粘接层粘接于第二板体5,第二侧面8的第二面积为S2cm2,第二粘接层的弹性模量为E2MPa,满足:0.02≤S2/E2≤13,在一些实施例中,0.06≤S2/E2≤10,在另一些实施例中,0.1≤S2/E2≤8,优选地,0.15≤S2/E2≤6。在一些实施例中,100≤E2≤1000,在另一些实施例中,140≤E2≤830,优选地,200≤E2≤650。
S2/E2的范围如此限定的理由同S1/E1的范围的限定理由,此处不再赘述。
综上所述,本申请的电池包提高了单体电池在电池包中的连接可靠性。
本申请的电池包减小了单体电池在平行于贴合面方向相对第一导热件或第二导热件移动的空间,甚至避免了单体电池在平行于贴合面方向相对第一导热件或第二导热件移动。
该种波浪构型的第一导热件1和第二导热件2,由于拐角的存在,使得单体电池在该处无法移动,从而实现对单体电池的固定,减少其他对单体电池固定所需的部件和材料的损耗。
第一导热件1和第二导热件2可以取代电池包内梁结构,起到对单体电池的导力和支撑作用,减少电池包内的部件类型和数量,实现功能的集成化,达到降低电池包成本,实现电池包轻量化的效果。
第一导热件1和第二导热件2对单体电池的冷却效果优良,在大面实现冷却可以提升对单体电池的散热效果,进步加强温控作用,当单体电池热失控时可以起到管控的作用,减少甚至避免热蔓延的发生。
在传统方形电池的第二容纳空间内,可以有效利用起来放置对应的隔热件,提升电池包的热安全性;另外该第二容纳空间可以成为电池包的可拆卸的突破口,在此处的控制填充散热物质或者隔热物质或者绝缘物质,均可以从此处开始破坏,实现对电池包内单体电池与第一导热件1和第二导热件2的拆卸,避免破坏单体电池,产生安全隐患,提升单体电池的回收率。
由于单体电池的倾斜构造,根据第一角度、第二角度的大小变化,可以调节整个电池模块的长度与宽度,实现对不同电池包尺寸的兼容,而对应的第一导热件1和第二导热件2只需要调整成对应贴合的角度即可,实现满足不同包络尺寸需求的效果。
以上步骤所提供的介绍,只是用于帮助理解本申请的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也同样属于本申请权利要求保护范围之内。
Claims (15)
1.一种电池包,其特征在于,包括:多个单体电池,所述单体电池具有相对设置的第一侧面和第二侧面;以及,
第一导热件、第二导热件,所述第一导热件和所述第二导热件沿第一方向间隔设置;所述第一导热件包括多个第一板体,多个第一板体沿第二方向依次连接,相邻两个所述第一板体之间具有第一夹角,所述第一夹角的弧度为α1rad,满足:π/2<α1<π;所述第二导热件包括多个第二板体,多个所述第二板体沿所述第二方向依次连接,相邻两个所述第二板体之间具有第二夹角,所述第二夹角的弧度为α2rad,满足:π/2<α2<π;其中,所述第一方向与第二方向相交;在至少部分的所述第一板体和至少部分的所述第二板体中,每个所述第一板体和一个所述第二板体相对设置且形成第一容纳空间;
所述第一容纳空间内设置有至少一个所述单体电池,且所述第一侧面与所述第一板体相连接,所述第二侧面与所述第二板体相连接。
2.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
所述第一夹角与所述第二夹角相等,所述第一侧面与所述第二侧面之间的距离为Dmm,满足以下关系式:3≤D/α1≤100。
3.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
所述第一容纳空间内设有一个所述单体电池,所述第一侧面和第二侧面相平行;所述单体电池还包括相对设置的第三侧面与第四侧面,所述第三侧面与所述第四侧面相平行,所述第一侧面、第三侧面、第二侧面与第四侧面顺次首尾相连,所述第一侧面与所述第三侧面之间的夹角为90°;相邻两个所述单体电池,其中一者的第三侧面与另一者的第四侧面之间具有第三夹角,且所述其中一者的第三侧面与另一者的第四侧面与所述第一导热件或所述第二导热件之间围成第二容纳空间。
4.如权利要求3所述的电池包,其特征在于,
所述第三夹角的弧度为βrad,满足:β+α1=π。
5.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
所述第一容纳空间内设有一个所述单体电池,所述第一侧面和所述第二侧面相平行,所述单体电池还包括相对设置的第三侧面与第四侧面,所述第一侧面、第三侧面、第二侧面与第四侧面顺次首尾相连,相邻两个所述单体电池,其中一者的第三侧面与另一者的第四侧面相平行,所述第一侧面与所述第三侧面之间的具有第四夹角,所述第四夹角的弧度为γrad,满足:0<γ<π/2,或π/2<γ<π。
6.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
相邻所述第一板体之间设有第一弧形过渡段,所述第一板体与所述第一弧形过渡段相切连接,且形成第一切线,所述第一侧面延伸至与所述第一切线相接;
相邻所述第二板体之间设有第二弧形过渡段,所述第二板体与所述第二弧形过渡段相切连接,且形成第二切线,所述第二侧面延伸至所述与所述第二切线相接。
7.如权利要求3所述电池包,其特征在于,
所述第二容纳空间内填充有缓冲结构、导热结构、隔热结构和绝缘结构中的至少一者。
8.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
所述单体电池与所述第一板体和/或所述第二板体之间连接有粘接结构。
9.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
所述第一板体的数量至少为三个,所述第一板体具有相对设置的第一表面和第二表面,所述第一表面与所述第一侧面相连;至少三个依次相连的所述第一板体中,沿所述第二方向一端的相邻两个第一表面形成第五夹角,另一端的相邻的两个第二表面形成第六夹角,所述第五夹角与所述第六夹角的弧度相等。
10.如权利要求1所述电池包,其特征在于,
所述第一导热件和所述第二导热件的数量均为多个,所述第一导热件和所述第二导热件沿第一方向交替地间隔设置,相邻的所述第一导热件和所述第二导热件之间均夹设有多个所述单体电池。
11.如权利要求10所述电池包,其特征在于,
所述第一导热件内设有第一流道,所述第二导热件内设有第二流道;
至少部分相邻的所述第一导热件和所述第二导热件,沿第二方向的其中一端,所述第一导热件和第二导热件通过连接件相连,所述连接件内设有第三流道,所述第三流道连通所述第一流道与所述第二流道。
12.如权利要求11所述电池包,其特征在于,
所述第一侧面的第一面积为S1cm2,所述第一流道沿所述第一导热件的延伸方向依次贯穿多个所述第一板体,且所述第一流道在所述第一板体的厚度方向的尺寸为K1cm,满足:6≤S1/K1≤6500;和/或,
所述第二侧面的第二面积为S2cm2,所述第二流道沿所述第二导热件的延伸方向依次贯穿多个所述第二板体,且所述第二流道在所述第二板体的厚度方向的尺寸为K2cm,满足:6≤S2/K2≤6500。
13.如权利要求8所述电池包,其特征在于,
所述粘接结构包括第一粘接层,所述第一侧面通过所述第一粘接层粘接于所述第一板体,所述第一侧面的第一面积为S1cm2,所述第一粘接层的弹性模量为E1 MPa,满足:0.02≤S1/E1≤13;和/或,
所述粘接结构包括第二粘接层,所述第二侧面通过第二粘接层粘接于所述第二板体,所述第二侧面的第二面积为S2cm2,所述第二粘接层的弹性模量为E2 MPa,满足:0.02≤S2/E2≤13。
14.如权利要求1所述的电池包,其特征在于,所述第一侧面、所述第二侧面为所述单体电池表面积最大的面。
15.一种车辆,其特征在于,包括权利要求1至14任一项所述的电池包。
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