CN117423943B - 模块化的电芯支架及电池包 - Google Patents
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Abstract
一种模块化的电芯支架，电芯支架包括主体、形成于主体的电芯腔及分别与主体相连的第一连接部及第二连接部，第一连接部配置为与另一电芯支架的第二连接部配接，使得两个电芯支架形成组装；电芯支架还包括设于主体的第一相变体，第一相变体至少部分围绕电芯腔设置，第一相变体包括第一相变材料及密封包覆第一相变材料的第一密封层，第一相变材料配置为吸收电芯产生的热量。本申请的多个电芯支架可以通过第一连接部及第二连接部连接在一起，组装形成不同的电芯组合，以形成具有预期电压或电流的电池包；相变体至少部分围绕电芯腔，提供了足够大的电芯导热面，相变吸收热量的效率也远高于空气对流的散热效率，可保证电芯热量都能有效散出。
Description
技术领域
本申请涉及电池领域，尤其涉及一种模块化的电芯支架及电池包。
背景技术
电池包作为一种可拆卸的直流电源，广泛应用于电动工具、园林工具、清洁设备、小家电等设备中，能够为具有相同电源接口的不同产品供电，大大提升了使用便利性，降低了成本。
以锂电池为例，目前市场上常见的锂电池包的电压（最大电压）为12V、16V、20V、40V、80V等，其中，12V、16V、20V的电池包主要用于低功率设备，例如电动螺丝刀、吸尘器、小家电；40V、80V则主用应用于高功率设备，如重型电锤、电镐、电链锯等。请结合图1，现有的一种电池包包括外壳（未显示）、设于外壳内的电池支架1、1’及设于电池支架内的电芯2，容易理解的是，对于不同电压或电流的电池包而言，需要单独开设不同的电芯支架的模具以适配电芯的数量，这无疑增加了模具成本。
发明内容
本申请提供一种模块化的电芯支架及电池包，其具有良好的扩展性及散热性。
本申请提供一种模块化的电芯支架，所述电芯支架包括主体、形成于主体的电芯腔及分别与主体相连的第一连接部及第二连接部，所述第一连接部配置为与另一电芯支架的第二连接部配接，使得两个电芯支架形成组装；所述电芯支架还包括设于主体的第一相变体，所述第一相变体至少部分围绕所述电芯腔设置，所述第一相变体包括第一相变材料及密封包覆所述第一相变材料的第一密封层，所述第一相变材料配置为吸收电芯产生的热量。
进一步的，所述电芯支架还包括第二相变体，所述第二相变体设于主体且包围所述第一相变体，所述第二相变体包括第二相变材料及密封包覆所述第二相变材料的第二密封层，第二相变材料配置为吸收所述第一相变材料未能吸收的热量。
进一步的，单位质量的第一相变材料发生相变所吸收的热量，大于单位质量的第二相变材料发生相变所吸收的热量。
进一步的，所述第一相变体和第二相变体设于所述主体内部。
进一步的，所述主体的熔点低于第一密封层的熔点及第二密封层的熔点。
进一步的，所述第一连接部形成为滑轨，第二连接部形成为与滑轨配合的滑槽。
进一步的，所述主体具有依次相连的第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面，所述电芯腔位于第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面围成的空间内；所述第一连接部的数量至少为两个，第一侧面及第二侧面均设有所述第一连接部；所述第二连接部数量至少为两个，所述第三侧面及第四侧面均设有所述第二连接部。
进一步的，所述主体具有相对的第一端面及第二端面，所述第一端面及第二端面均连接第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面；所述电芯腔在第一端面和第二端面之间延伸，且贯穿第一端面及第二端面。
进一步的，所述第一连接部具有贯穿第一端面和第二端面的第一通孔；和/或所述主体具有贯穿第一端面和第二端面的第二通孔。
另一方面，本申请还提供一种电池包，所述电池包包括外壳、电芯及如前所述的电芯支架，所述电芯容纳于所述电芯腔内，所述电芯支架安装于所述外壳内。
本申请的多个电芯支架可以通过第一连接部及第二连接部连接在一起，组装形成不同的电芯组合，以形成具有预期电压或电流的电池包；另一方面，相变体至少部分围绕电芯腔，提供了足够大的电芯导热面，相变吸收热量的效率也远高于空气对流的散热效率，因而可保证电芯热量都能有效散出。
附图说明
图1是现有技术中电芯支架和电芯的立体分解示意图。
图2是本申请第一实施例的电芯支架的立体示意图。
图3是图2所示的电芯支架的正视示意图。
图4是图2所示的电芯支架的剖视示意图。
图5是图2所示的电芯支架装入电芯的正视示意图。
图6是本申请一个实施例的电芯组合的正视示意图。
图7是本申请另一个实施例的电芯组合的正视示意图。
图8是本申请第二实施例的电芯支架的正视示意图。
实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施例。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
请结合图2至图5，模块化的电芯支架1000包括主体1、形成于主体的电芯腔100及分别与主体1相连的第一连接部2及第二连接部3。所述电芯腔100用于容纳电芯4（如图5所示，电芯4的正极朝外），在一些实施例中，电芯支架1000还可包括多个电芯腔。可选的，主体、第一连接部2及第二连接部3可以由同种材料模制形成；还可选的，第一连接部2及第二连接部3通过机械锁定的方式安装于主体1，例如螺纹连接、铆接、卡扣等方式。
所述电芯支架的第一连接部2配置为与另一电芯支架的第二连接部3配接，使得两个电芯支架形成组装，即模块化组装。具体来说，所述第一连接部2形成为滑轨，第二连接部3形成为与滑轨配合的滑槽，滑轨和滑槽的长度与电芯支架的长度相同，可在滑槽终点设置阻挡凸起，即可保证两个电芯支架组装后保持对齐。当然，也可以使滑轨和滑槽的长度小于电芯支架的长度，只要进行让位，也能使两个电芯支架组装后保持对齐。
所述主体1具有第一侧面101、第二侧面102、第三侧面103、第四侧面104、第一端面105及第二端面106，第一侧面101、第二侧面102、第三侧面103、第四侧面104依次相连，第一端面105及第二端面106分别与第一侧面101、第二侧面102、第三侧面103、第四侧面104相连。所述电芯腔100位于第一侧面101、第二侧面102、第三侧面103、第四侧面104围成的空间内。
所述第一连接部2的数量至少为两个，第一侧面101及第二侧面102均设有至少一个所述第二连接部，本实施例为两个；所述第二连接部3数量至少为两个，所述第三侧面及103第四侧面104均设有至少一个所述第二连接部3，本实施例为两个。也就是说，一个电芯支架的第一表面101、第二表面102（的第一连接部2）与第三表面103、第四表面104配接（的第二连接部3）。从而实现电芯支架的横向堆叠和纵向堆叠。
所述电芯腔100在第一端面105和第二端面106之间延伸，且贯穿第一端面105及第二端面106，从而使得电芯的正负极裸露出来，便于导电端子的焊接。容易理解的是，电芯3的形状和电芯腔100大体相当。在其他实施例中，电芯腔100也可以仅一端封闭，且电芯支架内预埋导体，使得两个电芯支架组装后对应的电芯之间能够形成电性连接。
所述电芯支架1000还包括设于主体的第一相变体5，所述第一相变体5至少部分围绕所述电芯腔100，本实施例中第一相变体5围绕电芯腔100一周。所述第一相变体5包括第一相变材料51及密封包覆所述第一相变材料的第一密封层52，所述第一相变材料配置为吸收电芯充、放电时产生的热量。至少部分包围电芯腔100，保证第一相变体5与电芯之间具有足够大的导热面积，相变吸收热量的效率也远高于热对流的散热效率，因而可保证电芯热量都能有效散出。第一密封层52可保证第一相变材料51在发生相态变化时，始终被封闭而不会漏出。
优选的，所述电芯支架1000还包括第二相变体6，所述第二相变体设于主体1且包围所述第一相变体5，所述第二相变体6包括第二相变材料61及密封包覆所述第二相变材料的第二密封层62。若直接在第一相变体外设置散热器或直接接触空气，热量可能无法快速散去，而外侧设置第二相变材料可及时吸收第一相变体5没有及时散发的热量，从而进一步保证散热效果。
由于第一相变材料51距离电芯腔中的电芯更接近，因此要求其散热能力更强，才能满足快速散热的需求，可选的，单位质量的第一相变材料51发生相变所吸收的热量，大于单位质量的第二相变材料61发生相变所吸收的热量。
一般物体具有固相、液相和气相。相变材料的相态变化可以是固相转变成液相，也可以是固相转变成气相，或者反之。一般来说，固相转液相或气相时吸收热量，反之则放出热量。可选的，第一相变材料和第二相变材料可以是有机相变材料、无机相变材料或者两者结合的混合相变材料。具体地，无机相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机相变材料主要包括石蜡、醋酸和其他有机物。第一密封层52和第二密封层62可选择HDPE(高密度聚乙烯)、PA(尼龙)、PP(聚丙烯)等塑料材料。可选的，第一相变材料和第二相变材料还可以选择水。需要注意的是，无论是固相转化为气相还是液相，都需要做好密封，以防止泄漏。可选的，第一密封层52和第二密封层62均可以包含多层密封结构。优选的，所述第一相变体5和第二相变体6设于所述主体内部，所述主体实现对第一相变体5和第二相变体6的进一步密封，从而从根本上避免泄漏。
所述主体1的熔点低于第一密封层52的熔点及第二密封层62的熔点，从而使得可以先制作第一相变体5和第二相变体6，再模制形成主体1。在其他实施方式中，也可以先模制主体1，在主体上设置容纳第一相变体5和第二相变体6的空间（至少单侧开口），再将两者安装至对应空间内，此时第一相变体5和第二相变体6至少一端是裸露的。
请结合图6及图7，分别示意出3个电芯支架和6个电芯支架组装在一起，安装电芯后可获得12V和24V的电压（以18650电芯为例，单节电芯的最大电压为4V）。一般来说，电芯串联可以形成大电压的电池包，电芯并联可以形成大电流的电池包。
请结合图8，在另一实施例中，还可以在主体1上设置第一通孔107，该第一通孔贯穿第一端面105及第二端面106。在其他实施例中，还可在第一连接部2上设置第二通孔108，该第二通孔108也贯穿第一端面105及第二端面106。通孔可作为散热风道，若辅以风扇则散热效果更佳。在一些实施例中，电芯支架可以不设置相变体（对应的，主体1的厚度可以大幅降低），而通过散热风道与风扇的结合实现散热，其他结构则与图2至图4所示的实施例相同。优选的，散热风道可以设置为多个，且沿电芯腔100的周围均匀设置，以提供均衡的散热性能。
另一方面，本申请还提供一种电池包，其包括外壳、电芯及如前任一实施例所述的电芯支架1000，所述电芯容纳于所述电芯腔100内，所述电芯支架安装于所述外壳内，电池包中的电芯支架1000和电芯的数量可依照电压要求或电流要求进行选择。当然，电池包还包括导电端子、电路板等公知的结构例如为中国实用新型专利公告第CN215070214U号所公开的电芯、导电端子、电路板等结构，本实施例不再一一赘述。
本申请的多个电芯支架可以通过第一连接部及第二连接部连接在一起，组装形成不同的电芯组合，以形成具有预期电压或电流的电池包；另一方面，相变体至少部分围绕电芯腔，提供了足够大的电芯导热面，相变吸收热量的效率也远高于空气对流的散热效率，因而可保证电芯热量都能有效散出。
以上所述仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种模块化的电芯支架，其特征在于，所述电芯支架包括主体、形成于主体的电芯腔及分别与主体相连的第一连接部及第二连接部，所述第一连接部配置为与另一电芯支架的第二连接部可拆卸地配接，使得两个电芯支架形成组装；
所述电芯支架还包括设于主体的第一相变体，所述第一相变体至少部分围绕所述电芯腔设置，所述第一相变体包括第一相变材料及密封包覆所述第一相变材料的第一密封层，所述第一相变材料配置为吸收电芯产生的热量；
其中，所述第一连接部形成为滑轨，第二连接部形成为与滑轨配合的滑槽；或者，所述第一连接部和第二连接部通过螺纹连接、铆接、卡扣中的任一种方式进行组装。
2.根据权利要求1所述的电芯支架，其特征在于，所述电芯支架还包括第二相变体，所述第二相变体设于主体且包围所述第一相变体，所述第二相变体包括第二相变材料及密封包覆所述第二相变材料的第二密封层，第二相变材料配置为吸收所述第一相变材料未能吸收的热量。
3.根据权利要求2所述的电芯支架，其特征在于，单位质量的第一相变材料发生相变所吸收的热量，大于单位质量的第二相变材料发生相变所吸收的热量。
4.根据权利要求2所述的电芯支架，其特征在于，所述第一相变体和第二相变体设于所述主体内部。
5.根据权利要求4所述的电芯支架，其特征在于，所述主体的熔点低于第一密封层的熔点及第二密封层的熔点。
6.根据权利要求1所述的电芯支架，其特征在于，所述主体具有依次相连的第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面，所述电芯腔位于第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面围成的空间内；
所述第一连接部的数量至少为两个，第一侧面及第二侧面均设有所述第一连接部；所述第二连接部数量至少为两个，所述第三侧面及第四侧面均设有所述第二连接部。
7.根据权利要求1所述的电芯支架，其特征在于，所述主体具有相对的第一端面及第二端面，所述第一端面及第二端面均连接第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面；
所述电芯腔在第一端面和第二端面之间延伸，且贯穿第一端面及第二端面。
8.根据权利要求7所述的电芯支架，其特征在于，所述第一连接部具有贯穿第一端面和第二端面的第一通孔；和/或
所述主体具有贯穿第一端面和第二端面的第二通孔。
9.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括外壳、电芯及如权利要求1至8中任一项所述的电芯支架，所述电芯容纳于所述电芯腔内，所述电芯支架安装于所述外壳内。
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2023
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