CN115911676A - 基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法 - Google Patents

基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法，包括外壳、相变导热组件和软包电池，软包电池呈堆叠状设置于外壳的内部，软包电池的第一极耳均设置在软包电池的上方，相变导热组件嵌入于软包电池之间，相变导热组件的一侧为吸收热量的蒸发端，相变导热组件的另一侧为释放热量的冷凝端，蒸发端相贴于软包电池的上端，冷凝端相贴于软包电池的下端。该发明能够提高软包堆叠式的大单体电池的散热效率，平均热量分布，在电池散热领域具有广阔的发展前景。

Description

基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法
技术领域
本发明涉及电池散热领域，具体为一种基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法。
背景技术
当前铝壳大单体电池内部通常分为三种结构：卷绕式、叠片式和软包堆叠式。其中软包堆叠式的大单体电池的主要目的是提升软包电池的安全性。但是，随之带来的问题是软包电池的热量需要通过热导率极低的铝塑膜封边传递至大单体铝壳，散热效率极低，导致电池容易过热并发生热失控。如果出现热失控的情况，轻则出现电池包漏液、冒烟，严重的会导致起火、爆炸，对此必须加以重视。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法，能够提高软包堆叠式的大单体电池的散热效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种基于软包堆叠式的大单体电池，包括外壳、相变导热组件和软包电池，软包电池呈堆叠状设置于外壳的内部，软包电池的第一极耳均设置在软包电池的上方，相变导热组件嵌入于软包电池之间，相变导热组件的一侧为吸收热量的蒸发端，相变导热组件的另一侧为释放热量的冷凝端，蒸发端相贴于软包电池的上端，冷凝端相贴于软包电池的下端。上述方案中的相变导热组件可以是热管，也可以是均热板等可用于相变导热的部件。
本发明优选地技术方案在于，相变导热组件为I型均热板、L型均热板、U型均热板中的一种或几种。
本发明优选地技术方案在于，相变导热组件包括L型均热板，L型均热板和软包电池直角配合，L型均热板的垂直端为吸收热量的蒸发端，L型均热板的底端为释放热量的冷凝端，冷凝端相贴于软包电池的下端和外壳的底壁。
本发明优选地技术方案在于，若干个软包电池前后并排设置形成软包电池组，L型均热板和软包电池组直角配合。
本发明优选地技术方案在于，相变导热组件包括U型均热板，U型均热板套接于软包电池，U型均热板的左右端为吸收热量的蒸发端，U型均热板的底端为释放热量的冷凝端，冷凝端相贴于软包电池的底端和外壳的底壁。
本发明优选地技术方案在于，蒸发端与软包电池之间、冷凝端与底壁之间设置有导热层。
本发明还提供了一种基于软包堆叠式的大单体电池的散热方法，包括以下步骤：
S00：制备和软包电池的尺寸相匹配的相变导热组件；
S10：在软包电池之间嵌入相变导热组件，将软包电池和相变导热组件放进外壳；
S20：软包电池的第一极耳之间采用串联或者并联的方式焊接，然后将焊接完成的第一极耳与外壳上的第二极耳进行焊接连接；
S30：将装有软包电池的外壳通过焊接封装成大单体电池。
本发明优选地技术方案在于，在S10中，软包电池和相变导热组件之间涂抹导热硅脂。
本发明优选地技术方案在于，在S30之前，外壳的内部注入非导电液态工质。
本发明的有益效果：
本发明提出一种基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法，通过在大单体电池内部的软包电池之间嵌入相变导热组件，相变导热组件的蒸发端相贴于靠近发热源的软包电池的上端，相变导热组件的冷凝端相贴于远离发热源的软包电池的下端，增设额外传热路径把软包电池的第一极耳所产生的集中热量快速引导到其他位置中，使之热量的散热效率更高，以防止热失控的事故发生。本发明能够显著改善大单体电池的散热情况，降低大单体电池的内部温度，平均热量分布。此外，本技术方案的装置结构简单，对装配要求不高，而且涉及的部件对精度要求不高，易于加工，整体成本低廉。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一的基于软包堆叠式的大单体电池的立体图；
图2为实施例一的基于软包堆叠式的大单体电池的主视图；
图3为实施例一的基于软包堆叠式的大单体电池的爆炸图；
图4为软包电池的立体图；
图5为I型均热板的立体图；
图6为实施例一的散热方法的流程框图；
图7为实施例二的基于软包堆叠式的大单体电池的立体图；
图8为实施例二的基于软包堆叠式的大单体电池的爆炸图；
图9为U型均热板的立体图。
图10为实施例五的基于软包堆叠式的大单体电池的立体图；
图11为实施例五的基于软包堆叠式的大单体电池的爆炸图；
图12为L型均热板的立体图。
图中：
1-外壳；11-第二极耳；12-底壁；2-相变导热组件；21-I型均热板；22-L型均热板；23-U型均热板；3-软包电池；31-第一极耳；41-蒸发端；42-冷凝端。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1-6所示，为方便观察，其中图1-2省略了外壳的前壳显示，本实施例中提供的一种基于软包堆叠式的大单体电池，包括外壳1、相变导热组件2和软包电池3，外壳1为铝壳，具有良好的散热性能，外壳1的顶部设置有第二极耳11作为整个大单体电池的极耳部件，软包电池3呈堆叠状设置于外壳1的内部；软包电池3的第一极耳31均设置在软包电池3的上方，相变导热组件2嵌入于软包电池3之间，相变导热组件2的一侧为吸收热量的蒸发端41，相变导热组件2的另一侧为释放热量的冷凝端42，由于软包电池3的极耳设置于上方，因此软包电池的发热位置集中在第一极耳附近，蒸发端41相贴于软包电池3的上端，更靠近于第一极耳处以便更好地吸热，冷凝端42相贴于软包电池3的下端。本实施例中，软包电池3的数目为四个，相变导热组件2为I型均热板21，数目为五个，分别嵌入在每一个软包电池3之间，此外靠近外壳1的左右两侧处各设置一个I型均热板21以更好地提高热量传导效率。
优选地，I型均热板的外壳材料为铜，其内部设置有散热工质，散热工质为电阻率18.2MΩ*cm的去离子水，抽真空处理后内部的真空度为7Pa。散热工质在冷凝后通过吸液芯的毛细作用回到蒸发端进行第二阶段的传热，实现一次系统内部热循环。
其具体的散热安装方法如下：
测量软包电池和I型均热板接触的面的尺寸，制备和软包电池的尺寸相匹配的I型均热板，其厚度为0.5mm，其中，均热板的制备工艺为常规现有技术。将软包电池全部呈堆叠状放入还没封口的外壳的内部，在软包电池之间嵌入制备好的I型均热板，此外，软包电池和外壳的内壁之间也嵌入I型均热板。
将外壳内的软包电池的第一极耳按照需求采用串联或者并联的方式激光焊接在一起，然后将焊接完成的第一极耳与外壳上的第二极耳进行激光焊接连接。采用串联连接的大单体电池的输出电流最大为单个软包电池的最大电流，输出电压最大为单个软包电池最大电压的电池个数倍，即大单体电池包含四个软包电池则大单体电池的最大电压为单个软包电池电压的四倍。如果采用并联接连，则大单体电池最大输出电压为单个软包电池的最大电压，输出电流最大为单个软包电池最大电流的电池个数倍。本实施例中，采用串联连接。
在软包电池以及I型均热板放入外壳的内部后，在外壳的内部添加非导电液态工质用于减小软包电池和I型均热板之间的接触热阻。原则上非导电液态工质应充满整个外壳的内部，如考虑降低成本也可在软包电池和I型均热板之间涂抹导热硅脂，而后添加少量非导电液态工质。用于增强I型均热板与外壳的热量传导。本实施例中，为了提高导热效果，在软包电池和I型均热板之间涂抹导热硅脂，并且往内部充满非导电液态工质。非导电液态工质选择的是电子氟化液，电子氟化液它具有相当稳定的物理和化学性质，并且不会被点燃，十分适合作为电池内部的导热材料。
最后采用激光焊接的方式将装有软包电池的外壳封装成大单体电池即可。
本实施例的大单体电池能够显著改善基于软包堆叠式的大单体电池的散热情况，降低电池温度，实现电池大倍率长时间充放电，此外，本实施例采用软包电池的外部添加相变器件的方式实现电池高效导热，不会对电池内部结构产生不良影响，而且操作简便，方便实用，以及结构简单，对装配要求不高。
实施例二
本实施例中提供的一种基于软包堆叠式的大单体电池，如图7-9所示，本实施例与实施例一的结构基本相同，其区别在于：软包电池3的数目为三个，相变导热组件为两个U型均热板23，两个U型均热板23分别套接于左右两侧的软包电池3，U型均热板23的左右端为吸收热量的蒸发端41，U型均热板23的底端为释放热量的冷凝端42，蒸发端41相贴于软包电池3的上端，冷凝端42相贴于软包电池3的底端和外壳1的底壁12。U型均热板的结构能够进一步增大传热的接触面积，提高传热效率，整体结构更加合理。
优选地，蒸发端41与软包电池3之间、冷凝端42与底壁12之间设置有导热层。通过对部件之间存在的缝隙进行填充导热层，该导热层的具体材料为导热胶，可以进一步提高换热效率，并且起到固定的作用。
其具体的散热安装方法也和实施例一相近。
实施例三
本实施例中提供的一种基于软包堆叠式的大单体电池，本实施例与实施例一的结构基本相同，其区别在于：相变导热组件为四个L型均热板，四个L型均热板分别和软包电池直角配合，L型均热板的垂直端为吸收热量的蒸发端，L型均热板的底端为释放热量的冷凝端，蒸发端相贴于软包电池的上端，冷凝端相贴于软包电池的下端和外壳的底壁。
其具体的散热安装方法也和实施例一相近。
实施例四
本实施例中提供的一种基于软包堆叠式的大单体电池，本实施例与实施例三的结构基本相同，其区别在于：L型均热板的数目设置为两个，每两个软包电池前后并排设置形成软包电池组，两个L型均热板分别和两个软包电池组直角配合。
由于L型均热板在弯曲处存在和软包电池之间的缝隙，从而影响实际的冷凝换热面积，降低散热效率。而实施例四的结构相对实施例三，L型均热板的弯曲处少了，相对应的冷凝端和软包电池的接触面积大了，能够提高冷凝的换热效率。
其具体的散热安装方法也和实施例一相近。
实施例五
本实施例中提供的一种基于软包堆叠式的大单体电池，如图10-12所示，本实施例与实施例三的结构基本相同，L型均热板的垂直端为吸收热量的蒸发端41，L型均热板的底端为释放热量的冷凝端42，蒸发端41相贴于软包电池的上端，冷凝端42相贴于软包电池的下端和外壳的底壁12，外壳1的内部还包括一个I型均热板21。I型均热板位于软包电池3没有被L型均热板22覆盖的一面。通过对相变导热组件2的数目和类型进行组合能够更好地提高换热面积，而且节省了材料、空间和成本。
其具体的散热安装方法也和实施例一相近。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于软包堆叠式的大单体电池，其特征在于：
包括外壳、相变导热组件和软包电池，所述软包电池呈堆叠状设置于所述外壳的内部，所述软包电池的第一极耳均设置在所述软包电池的上方；
所述相变导热组件嵌入于所述软包电池之间，所述相变导热组件的一侧为吸收热量的蒸发端，所述相变导热组件的另一侧为释放热量的冷凝端，所述蒸发端相贴于所述软包电池的上端，所述冷凝端相贴于所述软包电池的下端。
2.根据权利要求1所述的大单体电池，其特征在于：
所述相变导热组件为I型均热板、L型均热板、U型均热板中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的大单体电池，其特征在于：
所述相变导热组件包括L型均热板；
所述L型均热板和所述软包电池直角配合，所述L型均热板的垂直端为吸收热量的蒸发端，所述L型均热板的底端为释放热量的冷凝端；
所述冷凝端相贴于所述软包电池的下端和所述外壳的底壁。
4.根据权利要求3所述的动力电池模组散热装置，其特征在于：
若干个所述软包电池前后并排设置形成软包电池组；
所述L型均热板和所述软包电池组直角配合。
5.根据权利要求1所述的大单体电池，其特征在于：
所述相变导热组件包括U型均热板；
所述U型均热板套接于所述软包电池，所述U型均热板的左右端为吸收热量的蒸发端，所述U型均热板的底端为释放热量的冷凝端；
所述冷凝端相贴于所述软包电池的底端和所述外壳的底壁。
6.根据权利要求3或5所述的大单体电池，其特征在于：
所述蒸发端与所述软包电池之间、所述冷凝端与所述底壁之间设置有导热层。
7.根据权利要求1所述的大单体电池，其特征在于：
所述相变导热组件内设置有散热工质，所述散热工质的沸点在60℃-100℃。
8.一种基于软包堆叠式的大单体电池的散热方法，其特征在于，包括以下步骤：
S00：制备和软包电池的尺寸相匹配的相变导热组件；
S10：在所述软包电池之间嵌入所述相变导热组件，将所述软包电池和所述相变导热组件放进外壳；
S20：所述软包电池的第一极耳之间采用串联或者并联的方式焊接，然后将焊接完成的第一极耳与所述外壳上的第二极耳进行焊接连接；
S30：将装有所述软包电池的外壳通过焊接封装成大单体电池。
9.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于：
在S10中，所述软包电池和相变导热组件之间涂抹导热硅脂。
10.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于：
在S30之前，所述外壳的内部注入非导电液态工质。
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WO2024113662A1 (zh) * 2022-11-29 2024-06-06 广东畅能达科技发展有限公司 基于软包堆叠式的大单体电池和散热方法

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