CN117293474B - 电池、电池模组及用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池、电池模组及用电设备，电池包括外壳、顶盖、电芯、转接件以及冷却构件，外壳具有开口，顶盖扣合开口，顶盖穿设有极柱，顶盖上还设有第一通孔，电芯容置于外壳中，电芯的侧面向外延伸出极耳，转接件包括设置于电芯顶部并与极柱连接的极柱连接部和设置于电芯侧面并与极耳连接的极耳连接部，冷却构件与转接件接触设置，冷却构件具有内腔，内腔中容纳有冷却介质，冷却构件的至少一部分通过顶盖上的第一通孔延伸到顶盖外侧。本发明能够快速散去转接件和极柱处的热量，冷却构件对转接件进行针对性冷却，提高了电池的冷却效率，提高电池使用寿命，且冷却构件占用空间较小，不会改变电池现有的结构和外形。

Description

电池、电池模组及用电设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池、电池模组及用电设备。

背景技术

锂离子二次电池作为一种新型的二次电池, 具有高能量密度, 高容量, 重量轻,体积小, 循环寿命长, 环保等优点, 具有广泛的应用前景。锂离子电池一般由电芯和铝壳组成，铝壳上安装有正极柱和负极柱。电芯设于铝壳中，电芯向外延伸出极耳，电芯的极耳和铝壳上的极柱通过转接件实现电连接。现有技术中，为了对电池进行散热，一般在电池模组层级或电池包层级设计冷却装置，例如，在电池模组里设置冷却水板，将排列好的电芯置于冷却水板之上，对电池进行整体冷却。

申请人发现，在电池结构的一些特殊连接位置，比如极耳与转接片的连接处，及转接片与极柱的连接处，由于接触电阻较大，更易于发热，而冷却水板由于远离极耳、极柱及转接片，对电池的上述连接位置的冷却效果有限，上述连接位置过高的温度会影响电池的长期寿命, 且对电池的结构件的可靠性产生影响, 从而影响电芯的安全性能。因此，如何降低电池在使用过程中的温度，加快散热是目前锂离子电池使用过程中亟需解决的问题之一。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种电池、电池模组及用电设备，能够降低电池在使用过程中的温度，加快散热。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池，包括：

外壳，具有开口；

顶盖，扣合所述开口，所述顶盖穿设有极柱，所述顶盖上还设有第一通孔；

电芯，容置于所述外壳中，所述电芯的侧面向外延伸出极耳；

转接件，包括设置于所述电芯顶部并与所述极柱连接的极柱连接部和设置于所述电芯侧面并与所述极耳连接的极耳连接部；

冷却构件，与所述转接件接触设置，所述冷却构件具有内腔，所述内腔中容纳有冷却介质；所述冷却构件的至少一部分通过所述顶盖上的第一通孔延伸到所述顶盖外侧。

进一步地，所述冷却构件延伸到所述顶盖外侧的部分分别设有冷却介质入口和冷却介质出口。冷却介质在冷却构件中不断流动，冷却介质与转接件之间的温差就一直存在，换热率就不会降低，通过流动的冷却介质对转接件的冷却效果更好。

进一步地，所述冷却构件延伸到所述顶盖外侧的部分形成散热部，所述散热部用于与电池的散热结构接触散热。可以充分利用电池现有的散热结构，不需要为冷却构件配备单独的介质循环装置，易于加工和装配，节约了电池冷却成本，简化了电池冷却结构。

进一步地，所述转接件的极耳连接部朝向所述电芯的一面设置有凹槽或第二通孔，所述凹槽或第二通孔的长度大于或等于所述电芯的极耳的宽度，所述凹槽或第二通孔的宽度与所述电芯的极耳的厚度相匹配；所述极耳插入所述凹槽或第二通孔中并固定。能够增加极耳和转接件的接触面积，从而减少转接件与极耳连接处发热。

进一步地，所述极耳分为多组，所述极耳连接部上对应设置有多个凹槽或第二通孔，单个凹槽或第二通孔的宽度分别与对应的单组极耳的厚度相匹配。将极耳分成多个部分，分别插入多个凹槽或第二通孔中，进一步增加极耳和转接件的接触面积，进一步减少发热。

进一步地，所述凹槽或第二通孔内壁形成有凹凸结构。凹凸结构能够增加极耳和转接件的接触摩擦力，使极耳不容易从转接件的凹槽脱出。

进一步地，所述冷却构件分别与所述极柱连接部和极耳连接部的多个侧面接触。由于冷却构件与转接件的接触面积较大，因此冷却构件冷却效率和冷却效果较好。

进一步地，所述冷却构件分别与所述极柱连接部和极耳连接部的单个侧面接触，所述极耳连接部上的凹槽或第二通孔设置于靠近极耳连接部与所述冷却构件接触的一侧。在保证冷却效果的同时，冷却构件的体积可以设置的较小。

本发明还提供一种电池模组，包括多个所述的电池，每个所述电池的冷却构件单独设置或者多个电池的冷却构件依次连通设置。

本发明还提供一种用电设备，包括所述的电池或包括所述的电池模组。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的电池、电池模组及用电设备，包括冷却构件，冷却构件与转接件接触，能够快速散去转接件、极柱及极耳处的热量，冷却构件直接对转接件进行针对性冷却，极耳和极柱处更容易降温，提高了电池的冷却效率，提高电池使用寿命，且冷却构件占用空间较小，不会改变电池现有的结构和外形。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一公开的电池的主视剖视图；

图2为图1中A-A截面的剖视图；

图3为图1中B-B截面的剖视图；

图4为本发明实施例一公开的电池的顶盖示意图；

图5为本发明实施例二公开的电池的主视剖视图；

图6为图5中C-C截面的剖视图；

图7为图5中D-D截面的剖视图；

图8为本发明实施例二公开的电池的顶盖示意图。

说明书附图标记说明:1、外壳；2、顶盖；21、极柱；22、第一通孔；3、电芯；31、极耳；4、转接件；41、极柱连接部；42、极耳连接部；43、凹槽；5、冷却构件；51、冷却介质入口；52、冷却介质出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参见图1至图4所示，本发明提供的电池的一个实施例。

上述电池包括：

外壳1，具有开口；

顶盖2，扣合上述开口，上述顶盖2穿设有极柱21，上述顶盖2上还设有第一通孔22；

电芯3，容置于上述外壳1中，上述电芯3的侧面向外延伸出极耳31；

转接件4，包括设置于上述电芯3顶部并与上述极柱21连接的极柱连接部41和设置于上述电芯3侧面并与上述极耳31连接的极耳连接部42；

冷却构件5，与上述转接件4接触设置，上述冷却构件5具有内腔，上述内腔中容纳有冷却介质；上述冷却构件5的至少一部分通过上述顶盖2上的第一通孔22延伸到上述顶盖2外侧。

上述转接件4的材质为金属，用于电连接极耳和极柱，一般正极转接件的材质为铝，负极转接件的材质为铜。极耳连接部42用于与电池的极耳连接，进而与电池的电芯连接。极柱连接部41用于与电池的极柱连接，进而与模组、电池包或其他外电路连接。

上述冷却构件5为可存储冷却介质或流通冷却介质的中空结构。冷却构件5的材质应当保证电池不会发生短路，即电池的正极柱和负极柱之间不会通过冷却构件电连接。上述冷却构件5的材质根据需要进行选择，应当保证电池不会发生短路，即电池的正极柱和负极柱之间不会通过冷却构件电连接，一般来说，冷却构件5设置为绝缘材料，比如塑胶，与正极转接件和负极转接件绝缘连接，也可以为导电材料，如果冷却构件为导电材料，冷却构件与电池外壳之间需要绝缘连接，且正极转接件的冷却构件和负极转接件的冷却构件需绝缘。冷却构件5的内腔可以为一导流通道，引导冷却介质在冷却构件5内腔的不同位置按照设定轨迹流动，也可以不具有导流作用。只要保证冷却介质尽可能的流经与转接件4接触的位置即可。冷却构件5的部分位于顶盖2的内侧，从而与转接件4接触，冷却构件5的部分位于顶盖2的外侧，从而与顶盖2外侧的其他冷却结构接触或连接，从而使得冷却构件5中的冷却介质保持较低的温度。

上述冷却构件5的内腔中的冷却介质可以为液态材料或气态材料或相变材料。冷却介质为液态材料是指在整个散热过程中冷却介质始终为液态，采用液态材料作为冷却介质属于液冷散热方式。通过使冷却介质保持在较低的温度范围内，从而吸收极耳和极柱产生的热量。液态的冷却介质可以为水、油或其他比热容相对较大的液体。冷却介质为气态材料是指在整个散热过程中冷却介质始终为气态，采用气态材料作为冷却介质属于风冷散热方式。冷却介质为相变材料是指在整个散热过程中冷却介质会发生相变，采用相变材料作为冷却介质属于相变散热方式，相变散热方式利用物质相态变化时会吸收或释放热量的技术，例如水在由液态变成气态时，在温度几乎无变化的情况下可以吸收大量热量，从而可以达到非常好的冷却效果。

冷却构件5通过纳米注塑或涂胶或热熔的方式与设置于顶盖2的第一通孔进行密封，在与外界连通的同时达到电芯腔体的密闭的效果。

上述冷却构件5与上述转接件4接触设置是指二者实体接触，从而使得冷却构件5、转接件4以及冷却介质之间可传热。极柱21、极耳31产生的热量经转接件4被传递到冷却介质中，由于冷却介质保持较低的温度，因此转接件4、极柱21及极耳31也会保持较低的温度。

顶盖2和转接件4在来料时已完成装配；将极耳与转接件激光焊接在一起，将冷却构件与转接件装配在一起，冷却构件通过纳米注塑、或涂胶或热熔的方式与顶盖进行连接，在与外界连通的同时达到电芯腔体的密闭的效果。

经由上述技术方案，能够快速散去转接件4、极柱21及极耳31处的热量，冷却构件5对转接件4进行针对性冷却，极耳和极柱处更容易降温，提高了电池的冷却效率，提高电池使用寿命，且冷却构件5占用空间较小，不会改变电池现有的结构和外形。

本实施例中，上述冷却构件5延伸到上述顶盖2外侧的部分分别设有冷却介质入口51和冷却介质出口52。

上述冷却介质入口51用于供流动的冷却介质流入冷却构件5的内腔中，上述冷却介质出口52用于供流动的冷却介质流出冷却构件5的内腔，上述冷却介质入口51和上述冷却介质出口52与位于电池外部的流体管道接通，冷却介质流出冷却构件5后，冷却介质自然降温后再流入冷却构件5的内腔中，或者冷却介质经其他辅助手段降温后再流入冷却构件5的内腔中。

经由上述技术方案，冷却介质保持流动状态，不断的流入流出冷却构件5，冷却介质与转接件4之间的温差就一直存在，换热率就不会降低，通过流动的冷却介质对转接件4和极柱21的冷却效果更好。

在其他实施例中还可能是：上述冷却构件不设置冷却介质入口和冷却介质出口，通过其他可行的方式使冷却构件内腔中的冷却介质保持较低的温度。

本实施例中，上述转接件4的极耳连接部42朝向上述电芯3的一面设置有凹槽43，上述凹槽43的长度大于或等于上述电芯3的极耳31的宽度，上述凹槽43的宽度与上述电芯3的极耳31的厚度相匹配；上述极耳31插入上述凹槽43中并固定。

上述凹槽43的槽口贯通转接件4的极耳连接部朝向上述电芯3的一面。凹槽43的长度方向与极耳31的宽度方向一致，凹槽43的宽度方向与电芯3的极耳31的厚度方向一致，凹槽43的长度大于或等于上述电芯3的极耳31的宽度，使得极耳31能够平展的连接于凹槽43内。凹槽43的宽度与与极耳31的厚度相匹配，使得凹槽43能够夹紧定位极耳31，一方面，极耳31不容易从凹槽43脱出，另一方面，极耳31在凹槽43内不会变形褶皱。极耳31在凹槽43中固定的方式，可以是凹槽43自身对极耳31进行夹持，也可以是外部的夹紧件对凹槽43进行夹持，进而使得凹槽43夹紧极耳31。

经由上述技术方案，每一组极耳31的表面与凹槽43的侧壁接触，能够增加极耳31和转接件4的接触面积，从而减少极耳和转接件连接处发热。

在其他实施例中还可以是，凹槽的槽底贯通转接件的表面从而形成通孔，极耳插入通孔中，也能够增加极耳和转接件的接触面积。

本实施例中，上述极耳31分为多组，上述极耳连接部42上对应设置有多个凹槽43，单个凹槽43的宽度分别与对应的单组极耳31的厚度相匹配。

从上述电芯3一边引出多层极耳31，将上述极耳31分为多组，每一组极耳31包括一层或多层极耳31，每组极耳31具有两个表面。多个凹槽43相互平行，这样一来，电芯3一端的极耳31会插在多个凹槽43中，每组极耳31的两个表面与对应的一个凹槽43的两侧壁接触。

经由上述技术方案，进一步增加极耳31和转接件4的接触面积。

在其他实施例中还可以是：从上述电芯一边引出多层极耳31插入同一凹槽中。

本实施例中，上述凹槽43内壁形成有凹凸结构。

上述凹槽43的内壁是指凹槽43与极耳31表面接触的面，凹凸结构为锯齿状表面，凹凸结构与凹槽43一体成型，或者凹凸结构与凹槽43为分体结构（比如凹凸结构粘接在凹槽的内壁上）。

经由上述技术方案，凹凸结构能够增加极耳31和转接件4的接触摩擦力，使极耳31不容易从转接件4的凹槽43脱出。

在其他实施例中还可以是：凹凸结构为波浪形表面或磨砂表面或刻痕表面或平滑表面。

本实施例中，上述冷却构件5分别与上述极柱连接部41和极耳连接部42的多个侧面接触。

上述冷却构件5在不会干涉其他结构与转接件4接触的前提下，与转接件4的接触面积越大，则冷却效率越高。具体的，转接件4具有没有对着电芯的自由表面，该两个自由表面不与电芯3接触，也不与顶盖2接触，因此，冷却构件5与这两个自由表面全面接触，优选的，冷却构件5与极耳连接部42连接的部分为U形，包覆于极耳连接部42的外侧，提高电池的冷却效率和冷却效果。转接件4还具有朝向顶盖2的极柱连接面，由于该极柱连接面需要与极柱接触，因此，冷却构件5在覆盖极柱连接面的同时需要设置避让极柱的极柱避让部，从而使得转接件4的极柱连接面的局部与极柱21接触。

经由上述技术方案，冷却构件5分别与极柱连接部41和极耳连接部42的多个侧面接触，由于冷却构件5与转接件4的接触面积较大，因此冷却构件5冷却效率和冷却效果较好。

在其他实施例中还可以是：冷却构件与极柱连接部和极耳连接部的一个侧面接触。

下面介绍采用上述电池的电池模组，电池模组包括多个上述的电池，每个上述电池的冷却构件单独设置或者多个电池的冷却构件依次连通设置。同一电池模组的多个电池并联或串联电连接以对外供电。每个冷却构件单独设置是指不同冷却构件的内腔之间互不连通，不同冷却构件内腔中的冷却介质之间互不流通，多个冷却构件依次连通设置是指不同冷却构件的内腔之间相互连通，不同冷却构件内腔中的冷却介质之间通过管道互相流通。只要从管道一端注入冷却液, 就能完成多个单体电池的极柱和极耳的冷却，大大提高散热效果。

下面介绍采用上述电池或电池模组的用电设备，包括上述的电池或上述的电池模组。上述电池可以以单个电池、将多个电池组合成电池模组、将多个电池模组组合成电池包等形式应用到多种用电设备上。用电设备可以是汽车、轮船、飞机、无人机、航天器、电动玩具、电动工具、笔记本电脑、平板电脑、手机及其他便携式设备等。汽车可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电设备不做特殊限制。

实施例二

参见图5至图8所示，本发明提供的电池的另一个实施例，其余与实施例一相同，不同之处在于，上述冷却构件5分别与上述极柱连接部41和极耳连接部42的单个侧面接触，上述极耳连接部42上的凹槽43设置于靠近极耳连接部42与上述冷却构件5接触的一侧。

具体的，转接件的凹槽43靠近转接件的其中一个自由表面，此时，冷却构件5仅与转接件4靠近凹槽43的自由表面接触，冷却构件5与极耳连接部42通过蓝胶粘接。经由上述技术方案，冷却构件5的体积可以设置的较小，但是能够保证对极耳31的冷却效果。

实施例三

本发明提供的电池的另一个实施例，其余与实施例一或实施例二相同，不同之处在于，上述冷却构件延伸到上述顶盖外侧的部分形成散热部，上述散热部用于与电池的散热结构接触散热。

上述冷却构件的内腔在通入冷却介质后封闭为一密封腔体，在冷却过程中，密封腔体中的冷却介质不会流出，也不会有外部的冷却介质流入冷却构件的内腔。此实施例中的冷却介质优选采用相变材料。相变材料以液态形式在冷却构件与极柱、极耳接触的部分吸热变成气态，气态的相变材料沿冷却构件流动到与电池的散热结构（比如水冷板）接触的部分，并将热量传递给电池的散热结构，相变材料重新变回液态，液态的相变材料再沿冷却构件回流到与极柱、极耳接触的部分，形成散热循环。

经由上述技术方案中，可以充分利用电池现有的散热结构，不需要为冷却构件配备单独的介质循环装置，易于加工和装配，节约了电池冷却成本，简化了电池冷却结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种电池，其特征在于，包括：

外壳，具有开口；

顶盖，扣合所述开口，所述顶盖穿设有极柱，所述顶盖上还设有第一通孔；

电芯，容置于所述外壳中，所述电芯的侧面向外延伸出极耳；

转接件，包括设置于所述电芯顶部并与所述极柱连接的极柱连接部和设置于所述电芯侧面并与所述极耳连接的极耳连接部；

冷却构件，与所述转接件接触设置，所述冷却构件具有内腔，所述内腔中容纳有冷却介质；所述冷却构件的至少一部分通过所述顶盖上的第一通孔延伸到所述顶盖外侧；

所述转接件的极耳连接部朝向所述电芯的一面设置有凹槽或第二通孔，所述凹槽或第二通孔的长度大于或等于所述电芯的极耳的宽度，所述凹槽或第二通孔的宽度与所述电芯的极耳的厚度相匹配；所述极耳插入所述凹槽或第二通孔中并固定；

所述转接件具有没有对着电芯的自由表面，两个自由表面不与所述电芯和所述顶盖接触，所述冷却构件与所述两个自由表面全面接触，所述冷却构件与所述极耳连接部连接的部分为U形，包覆于所述极耳连接部的外侧，所述转接件还具有朝向所述顶盖的极柱连接面，所述冷却构件在覆盖所述极柱连接面的同时设置避让所述极柱的极柱避让部。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述冷却构件延伸到所述顶盖外侧的部分分别设有冷却介质入口和冷却介质出口。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述冷却构件延伸到所述顶盖外侧的部分形成散热部，所述散热部用于与电池的散热结构接触散热。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述极耳分为多组，所述极耳连接部上对应设置有多个凹槽或第二通孔，单个凹槽或第二通孔的宽度分别与对应的单组极耳的厚度相匹配。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凹槽或第二通孔内壁形成有凹凸结构。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述冷却构件分别与所述极柱连接部和极耳连接部的多个侧面接触。

7.一种电池模组，其特征在于，包括多个权利要求1至6任一所述的电池，每个所述电池的冷却构件单独设置或者多个电池的冷却构件依次连通设置。

8.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的电池或包括权利要求7所述的电池模组。