CN116131045A - 汇流排、电池组件、电池包和新能源车辆 - Google Patents

Abstract

本公开提供的一种汇流排、电池组件、电池包和新能源车辆，涉及电池领域。该汇流排包括连接排和顶层板，连接排和顶层板连接且两者之间形成有密封腔；密封腔内设有毛细结构和冷却液。冷却液用于吸收连接排的热量并蒸发，蒸发后的气体在密封腔的内壁冷凝，冷凝后的液体经毛细结构回流。该汇流排具有冷却功能，实现对汇流排的快速散热，并且冷却液可循环使用，解决了大倍率充放电情况下汇流排温升过高的问题。

Description

汇流排、电池组件、电池包和新能源车辆

技术领域

本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种汇流排、电池组件、电池包和新能源车辆。

背景技术

为了解决新能源汽车在使用过程中的续航问题，各大厂商竞相推出大倍率快充方案，通过短时间完成电池包的快速充电，以满足客户对充电速率的需求。

然而，在大倍率快充环境下，电芯的产热更多，同时由于充电电流增加，串联电芯的正负极柱的汇流排也会产生大量的热；而电芯极柱是通过中间转接部分与内部卷芯的极耳直接连接，汇流排的温度的提升也会影响电芯内部的温度。当前的电池包热管理方案中，大多数为对电芯底部冷却，或对电芯侧面冷却，而没有考虑通过对汇流排冷却降温进而实现对电芯极柱的冷却。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种汇流排、电池组件、电池包和新能源车辆，其能够实现对汇流排的冷却，汇流排散热效率高，有利于降低电芯温度。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种汇流排，包括：

连接排；

顶层板，所述顶层板与所述连接排连接，且所述顶层板和所述连接排之间形成密封腔；

毛细结构，所述毛细结构内部设置有毛细通道，所述毛细结构设于所述密封腔内，且所述毛细结构的两端分别与所述连接排和所述顶层板抵接；

冷却液，所述冷却液设于所述密封腔内，且不充满所述密封腔；

其中，所述密封腔内设置有供气体从所述连接排向所述顶层板流动的气体通道。

在可选的实施方式中，所述顶层板包括顶层板本体以及相对所述顶层板本体凹陷的连接部，所述连接部与所述连接排固定连接，所述连接部设于所述毛细结构的外围。

在可选的实施方式中，所述汇流排还包括限位条；所述限位条的一端与所述顶层板连接，另一端和所述连接排连接，且所述限位条分设于所述毛细结构的外围。

在可选的实施方式中，所述连接部设于所述限位条远离所述毛细结构的一侧。

在可选的实施方式中，所述顶层板和所述连接排密封连接。

在可选的实施方式中，所述冷却液充满至所述密封腔容积的20％至90％。

在可选的实施方式中，所述限位条的导热系数低于所述顶层板的导热系数。

在可选的实施方式中，所述毛细结构的外表面与所述密封腔的内壁合围形成所述气体通道。

在可选的实施方式中，所述连接排和所述顶层板两者中，其中的一者开设有槽口朝向另一者的凹槽，另一者盖设所述凹槽的槽口，以使所述凹槽用于形成所述密封腔，所述毛细结构设于所述凹槽内。

在可选的实施方式中，所述连接排设有第一凹槽，所述顶层板设有第二凹槽，所述第一凹槽的槽口和所述第二凹槽的槽口相对，所述第一凹槽和所述第二凹槽共同形成所述密封腔；

所述毛细结构的一端抵接于所述第一凹槽的槽底，另一端抵接于所述第二凹槽的槽底。

在可选的实施方式中，所述密封腔采用常压腔或负压腔。

在可选的实施方式中，所述毛细结构采用粉末烧结制成，或采用打孔或刻蚀工艺制成。

在可选的实施方式中，所述冷却液采用四氟乙烷或纯水。

第二方面，本发明提供一种电池组件，包括电芯和如前述实施方式中任一项所述的汇流排，电芯设有电极，所述连接排和所述电极电连接。

在可选的实施方式中，每个所述连接排至少连接两个所述电芯的电极，所述毛细结构位于两个所述电极之间。

第三方面，本发明提供一种电池包，包括箱体和如前述实施方式中任一项所述的电池组件，所述电池组件设于所述箱体内。

第四方面，本发明提供一种新能源车辆，包括上述的电池包。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的汇流排，连接排和顶层板之间形成有密封腔。密封腔内设有毛细结构和冷却液。冷却液用于吸收连接排的热量并蒸发，蒸发后的气体在密封腔的内壁冷凝，冷凝后的液体经毛细结构回流。该汇流排具有冷却功能，可实现对汇流排的快速散热，并且冷却液可循环使用，解决了大倍率充放电情况下汇流排温升过高的问题，进而实现对电芯极柱冷却的目的。

本发明实施例提供的电池组件和电池包，包括上述的汇流排和电芯，由于汇流排具有散热功能，也有利于降低电芯的温度，从而实现对整个电池包的散热。

本发明实施例提供的新能源车辆，包括上述的电池包，电池包的散热性能好，均温性好，可实现大倍率快充，提高充电速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的汇流排的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的汇流排的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例提供的汇流排的截面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的汇流排的毛细结构的示意图；

图5为本发明实施例提供的电池组件的结构示意图。

图标：100-汇流排；110-连接排；111-凹槽；120-顶层板；121-顶层板本体；123-连接部；130-毛细结构；131-通孔；140-结构胶；150-限位条；200-电池组件；210-电芯；220-电极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

在大倍率快充工况下，电芯的产热较多，汇流排的温升加快，汇流排的温度的提升也会影响电芯内部的温度。当前的电池包热管理方案中，大多数为对电芯底部冷却，或对电芯侧面冷却，而没有直接对汇流排的冷却的方案。

为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本实施例提供了一种汇流排，可以实现对汇流排的冷却散热，有利于降低电芯温度，实现电池包的大倍率快充。

请参考图1至图4，本实施例提供了一种汇流排100，包括连接排110和顶层板120，顶层板120与连接排110连接，且顶层板120和连接排110之间形成密封腔。密封腔内设有毛细结构130和冷却液。冷却液用于吸收连接排110的热量并蒸发，蒸发后的气体在密封腔的内壁冷凝，冷凝后的液体经毛细结构130回流。该汇流排100具有冷却功能，实现对汇流排100的快速散热，并且冷却液可循环使用，解决了大倍率充放电情况下汇流排100温升过高的问题，有利于降低电芯温度。

毛细结构130置于该密封腔内，即毛细结构130处于顶层板120和连接排110之间。可选地，毛细结构130内部设置有毛细通道，毛细结构130的两端分别与顶层板120和连接排110抵接。即毛细结构130分别与顶层板120和连接排110紧密贴合，这样毛细通道能对冷凝后的液体起到更好的引流作用，毛细通道用于将在顶层板120冷凝后的液体从顶层板120一侧回流至连接排110一侧。

本实施例中，冷却液不充满密封腔，即冷却液的液面与所述顶层板靠近所述连接排的一侧表面具有预设间距。可选地，冷却液充满至密封腔容积的20％至90％，这样便于被蒸发的冷却液在到达顶层板120后冷凝。

密封腔内设置有供气体从连接排110向顶层板120流动的气体通道。可选的，毛细结构130的外表面与密封腔的内壁合围形成气体通道，以便于蒸发后的气体流动。容易理解，毛细结构130的上表面与顶层板120紧密贴合，毛细结构130的下表面与连接排110紧密贴合，毛细结构130的外周面与密封腔的内壁合围形成气体通道。若毛细结构130呈长方体结构，则外周面包括四个侧面，四个侧面中有至少一个侧面与密封腔的内壁合围形成气体通道。比如，毛细结构130位于密封腔的中部，四个侧面分别与密封腔的内壁间隔设置，则四个侧面分别与密封腔的内壁合围形成气体通道。或者，四个侧面有一个或两个侧面与密封腔的内壁贴合设置，则其余的三个或两个侧面与密封腔的内壁合围形成气体通道。

当然，毛细结构130也可以是圆柱体、椭圆柱体、圆台形、棱柱体或其它任意形状，这里不作具体限定。

密封腔内的冷却液吸收连接排110的热量蒸发为气体，气体从连接排110一侧沿气体通道向上到达顶层板120，在顶层板120冷凝为液体，液体从顶层板120一侧沿毛细通道回流至连接排110一侧，实现冷却液的循环。

本实施例中，顶层板120和连接排110粘接。比如，采用结构胶140粘接，可以进一步提高密封腔的密封性。当然，在其它实施方式中，还可以采用其它固定方式以连接顶层板120和连接排110，此外，还可以在顶层板120和连接排110之间设置密封件，以提高密封腔的密封性。应当，在确保顶层板120和连接排110连接密封性的前提下，也可以采用焊接、卡接或其它连接方式，这里不作具体限定。可选的，顶层板120和连接排110之间设有限位条150。本实施例中，限位条150的数量围多个，多个限位条150分设于毛细结构130的外围。限位条150起到分隔顶层板120和连接排110的作用，有利于在连接排110和顶层板120之间形成密封腔。并且，限位条150具有支撑顶层板120的作用，防止顶层板120塌陷后与连接排110接触，有利于提高密封腔的结构稳定性。可选地，限位条150的一端连接顶层板120，另一端与连接排110连接。本实施例中，限位条150分别与顶层板120和连接排110采用结构胶140粘接，结构稳定可靠，密封性好。

限位条150的数量可以是一个或多个，其截面形状可以是圆形、方形、椭圆形、三角形或其它任意形状，这里不作具体限定。本实施例中，限位条150的数量为两个，分别靠近顶层板120的两端设置，以使顶层板120受到的支撑力更加均匀，结构更加稳定。限位条150的数量也可以是三个、四个、五个或六个等，这里不作具体限定。

可选的，顶层板120包括顶层板本体121以及相对顶层板本体121凹陷的连接部123，连接部123与连接排110固定连接，连接部123设于毛细结构130的外围。本实施例中，连接部123与连接排110采用密封连接。连接部123设于限位条150远离毛细结构130的一侧，这样设置，有利于提高密封腔的密封性。

可选的，限位条150的导热系数低于顶层板120的导热系数。可以理解，限位条150采用导热系数较低的非金属材料，以防止连接排110上的热量直接从限位条150传递到顶层板120，可以确保顶层板120和连接排110之间存在较大的温度差，这样，连接排110上的热量经毛细结构130传递到顶层板120，从而使得顶层板120和外界进行热交换，达到对连接排110冷却的目的。连接排110上的热量经过密封腔和顶层板120进行热交换，换热效率高，换热均匀性好。本实施例中，连接排110采用导电性能较好的铜或铝等，导热系数高，传热速度快。顶层板120采用导热系数较高的金属材料，如铜、铝、金刚石、石墨烯、金、银、氮化铝或碳化硅等。

可选地，限位条150采用空心结构，既可起到支撑限位作用，又可以减轻整体汇流排100的重量，同时也能减少连接排110的热量从限位条150传导至顶层板120，确保顶层板120和连接排110之间有较大的温差。

连接排110和顶层板120两者中，其中一者开设有槽口朝向另一者的凹槽111，另一者盖设凹槽111的槽口，以使凹槽111用于形成密封腔，毛细结构130设于凹槽111内。换言之，凹槽111可以开设在连接排110或顶层板120上。若凹槽111开设于连接排110上，凹槽111的槽口朝向顶层板120，顶层板120封盖于凹槽111的槽口，使得凹槽111形成封闭的密封腔。若凹槽111开设于顶层板120上，凹槽111的槽口朝向连接排110，连接排110封盖于凹槽111的槽口，使得凹槽111形成封闭的密封腔。

可选的，连接排110和顶层板120可以分别设置凹槽111。即连接排110设有第一凹槽，顶层板120设有第二凹槽，第一凹槽的槽口和第二凹槽的槽口相对，第一凹槽和第二凹槽共同形成密封腔。本实施例中，第一凹槽的形状大小和第二凹槽的形状大小相同。当然，在其它一些实施方式中，第一凹槽和第二凹槽的槽口尺寸、深度等也可以不同。

毛细结构130的一端抵接于第一凹槽的槽底，另一端抵接于第二凹槽的槽底。这样，确保毛细结构130分别与连接排110和顶层板120紧密贴合，提高散热效果。

毛细结构130置于凹槽111内，通过设置凹槽111，可以降低整个汇流排100的厚度，缩小体积，提高空间利用率。此外，开设凹槽111后，可以有效增加密封腔的体积，有利于增加换热面积，从而提高换热效率，满足对连接排110的冷却需求。

容易理解，凹槽111开设在连接排110的中部，结构对称性好，换热均匀性更好。连接排110的两端用于与电芯或其它电气结构电连接。中部的密封腔结构可以满足整个连接排110的散热需求。当然，并不仅限于此，也可以在连接排110上设置一个或多个密封腔。比如，设置两个密封腔，两个密封腔分别位于连接排110的两端。或设置三个密封腔，三个密封腔分别位于连接排110的两个端部以及中部。这样可以进一步提高换热效率，连接排110的冷却速度更快。或者，密封腔的数量也可以是四个、五个甚至更多，这里不作具体限定。

可选的，密封腔采用常压腔或负压腔。本实施例中，若密封腔采用负压腔，负压腔的负压不能太低，防止冷却液在太低的负压环境中不吸热而直接汽化。容易理解，对密封腔进行负压处理后，冷却液在负压环境下的沸腾气化温度小于常压环境，有利于冷却液的蒸发，其换热效果更好，均温性更好，有利于实现连接排110的快速冷却。

本实施例中，毛细结构130采用粉末烧结制成，比如采用铜粉和铝粉中的至少一种烧结而成。或毛细结构130采用刻蚀工艺制成。比如毛细结构130为采用铜、铝或不锈钢等耐腐蚀金属蚀刻等加工工艺制成的含有毛细通道的结构。可选地，毛细结构130采用矩形块，矩形块上开设有多个通孔131，通孔131沿矩形块的厚度方向贯穿矩形块，即通孔131的轴线方向为顶层板120指向连接排110的方向。这样设置便于在顶层板120冷凝后的冷却液沿通孔131回流至密封腔的底部。当然，该通孔131的轴线可以是直线、曲线或折线，通孔131的截面形状可以是圆形、椭圆形、方形、菱形、矩形或任意形状。多个通孔131的轴线可以一致，也可以形成一定的夹角。多个通孔131的大小可以完全相同或部分相同，也可以设计为多个通孔131完全不相同。通孔131在矩形块上的分布可以是矩阵阵列式、或行与行错位设置、或列与列错位设置、或呈环形阵列等，也可以是多个通孔131无规则的排布，这里不作具体限定。

冷却液采用四氟乙烷或纯水，其冷却效果更佳。可选的，冷却液不完全充满密封腔。密封腔的底部即为连接排110的上表面，毛细结构130设置在连接排110的上表面，并与连接排110的上表面紧密贴合。毛细结构130远离连接排110的一侧表面和顶层板120紧密贴合。冷却液的液面与顶层板120靠近连接排110的一侧表面具有预设间距。可选地，冷却液部分浸润毛细结构130，只要确保冷却液的液面与顶层板120之间也有一定的间距即可，这样便于被蒸发的冷却液在到达顶层板120后冷凝。

该汇流排100的工作原理如下：

结合图5，连接排110的两端与电芯210的电极220(极柱)或其它电气结构电连接，连接排110上有电流经过，连接排110产生热量。热量被中部密封腔内的冷却液吸收，冷却液吸收热量后蒸发为气体，气体在压差作用下经毛细结构130流向顶层板120。由于顶层板120和连接排110之间存在较大的温差，气态的冷却液在顶层板120冷凝为液态，液态的冷却液滴落，沿毛细结构130的通孔131回流至密封腔的底部，冷却液可循环使用。顶层板120的热量散发至外界空气中，与空气进行对流散热。冷却液不断重复地在密封腔的底部吸热蒸发、在顶层板120冷凝后回流，实现对连接排110的冷却和散热。

本发明实施例提供的一种电池组件200，包括电芯210和如前述实施方式中任一项的汇流排100，电芯210设有电极220，连接排110和电芯210的电极220电连接。可以理解，电芯210的电极220和连接排110焊接，以实现两者的电连接。需要说明的是，电池组件200中电芯210的数量是多个，要实现多个电芯210的串并联，和电芯210连接的汇流排100也是多个，每个汇流排100均采用上述的具有密封腔和毛细结构130的汇流排100。这样，电芯在充放电过程中，每个汇流排100都能实现快速冷却，防止汇流排100温升过高，有利于控制所有电芯210在合适的温度范围内工作，充分发挥电芯210的优良性能，进而提高整个电池组件200工作的稳定性。该电池组件200在进行大倍率快充时，可及时对汇流排100冷却，有效控制电芯210的温度，防止电芯210温度过高，可提高充电效率。

可以理解，电极220包括正极和负极，每个汇流排100至少连接两个电芯210的电极220，若连接的至少两个电极220的极性相同，则实现至少两个电芯210的并联。若连接的至少两个电极220的极性不同，则实现至少两个电芯210的串联。连接排110和电芯210连接后，毛细结构130位于两个电极220之间，这样在电流经过汇流排100时，可以更好地对汇流排100散热，提高冷却效果。

本发明实施例还提供一种电池包，包括箱体和上述的电池组件200，电池组件200设于箱体内，由于采用了上述的电池组件200，整个电池包散热效果好，均温性更好。

本发明实施例还提供一种新能源车辆，包括上述的电池包，该电池包适合进行大倍率快充，有效提高车辆的充电速度，满足用户对充电速度的需求。并且该电池包可控制在适宜温度范围内工作，有效提高了车辆运行的稳定性和可靠性，提高车辆的市场竞争力。

综上所述，本发明实施例提供的汇流排100、电池组件200、电池包和新能源车辆，具有以下几个方面的有益效果，包括：

本发明实施例提供的汇流排100，在连接排110上设有密封腔。密封腔内设有毛细结构130和冷却液。冷却液用于吸收连接排110的热量并蒸发，蒸发后的气体在密封腔的内壁冷凝，冷凝后的液体经毛细结构130回流。该汇流排100具有冷却功能，可实现对汇流排100的快速散热，并且冷却液可循环使用，解决了大倍率充放电情况下汇流排100温升过高的问题，同时也有利于降低电芯210的温度，填补了行业内没有直接对汇流排100进行冷却的空白。

本发明实施例提供的电池组件200和电池包，包括上述的汇流排100，由于汇流排100具有散热功能，也有利于降低电芯210的温度，从而实现对整个电池包的散热，散热速度快，冷却效率高，且整个电池包的均温性更好。

本发明实施例提供的新能源车辆，包括上述的电池包，电池包的散热性能好，均温性好，可实现大倍率快充，提高充电速率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种汇流排，其特征在于，包括：

连接排；

顶层板，所述顶层板与所述连接排连接，且所述顶层板和所述连接排之间形成密封腔；

毛细结构，所述毛细结构内部设置有毛细通道，所述毛细结构设于所述密封腔内，且所述毛细结构的两端分别与所述连接排和所述顶层板抵接；

冷却液，所述冷却液设于所述密封腔内，且不充满所述密封腔；

其中，所述密封腔内设置有供气体从所述连接排向所述顶层板流动的气体通道。

2.根据权利要求1所述的汇流排，其特征在于，所述顶层板包括顶层板本体以及相对所述顶层板本体凹陷的连接部，所述连接部与所述连接排固定连接，所述连接部设于所述毛细结构的外围。

3.根据权利要求2所述的汇流排，其特征在于，所述汇流排还包括限位条；所述限位条的一端与所述顶层板连接，另一端和所述连接排连接，且所述限位条分设于所述毛细结构的外围。

4.根据权利要求3所述的汇流排，其特征在于，所述连接部设于所述限位条远离所述毛细结构的一侧。

5.根据权利要求3所述的汇流排，其特征在于，所述限位条的导热系数低于所述顶层板的导热系数。

6.根据权利要求1所述的汇流排，其特征在于，所述毛细结构的外表面与所述密封腔的内壁合围形成所述气体通道。

7.根据权利要求1所述的汇流排，其特征在于，所述冷却液充满至所述密封腔容积的20％至90％。

8.根据权利要求1所述的汇流排，其特征在于，所述连接排和所述顶层板两者中，其中的一者开设有槽口朝向另一者的凹槽，另一者盖设所述凹槽的槽口，以使所述凹槽用于形成所述密封腔，所述毛细结构设于所述凹槽内。

9.根据权利要求1所述的汇流排，其特征在于，所述连接排设有第一凹槽，所述顶层板设有第二凹槽，所述第一凹槽的槽口和所述第二凹槽的槽口相对，所述第一凹槽和所述第二凹槽共同形成所述密封腔；

所述毛细结构的一端抵接于所述第一凹槽的槽底，另一端抵接于所述第二凹槽的槽底。

10.根据权利要求1所述的汇流排，其特征在于，所述密封腔采用常压腔或负压腔。

11.一种电池组件，其特征在于，包括电芯和如权利要求1至10中任一项所述的汇流排，所述电芯具有电极，所述连接排和所述电极电连接。

12.根据权利要求11所述的电池组件，其特征在于，每个所述连接排至少连接两个所述电芯的电极，所述毛细结构位于两个所述电极之间。

13.一种电池包，其特征在于，包括箱体和如权利要求11或12所述的电池组件，所述电池组件设于所述箱体内。

14.一种新能源车辆，其特征在于，包括如权利要求13所述的电池包。

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