CN212783592U - 一种电池壳体、电池及电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池壳体，包括内壳和外壳，内壳用于封装电芯，外壳至少包覆内壳的一部分，且内壳与外壳之间形成供换热介质流通的夹层结构，电池壳体上还设置有与夹层结构连通的进液口和排液口。该电池壳体省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池始终处于合理的温度范围内。本实用新型还公开了一种电池以及电池组。

Description

一种电池壳体、电池及电池组

技术领域

本实用新型涉及动力电池热管理技术领域，特别涉及一种电池壳体、电池及电池组。

背景技术

动力电池在多种电动产品中均具有应用，其类型包括但不限于锂离子电池、铅酸蓄电池以及镍氢电池等，为了避免对动力电池的充放电性能、寿命以及安全性造成不利影响，需要配备热管理系统来使动力电池维持在合理的温度区间内。

动力电池通常是由多个电池单体通过串联和/或并联的方式所形成的电池组，现有的热管理系统是采用在电池组中设置液冷板的方式对电池组的温度进行控制，在电池组装配时，液冷板通过导热垫、导热脂等传热介质与电池组的底部或者侧面实现贴合，液冷板中可根据需求通入温度较高的换热介质或者温度较低的换热介质，以实现对电池组的加热或冷却。

电池单体的壳体为单层金属结构，一般材质为铝，液冷板通常也采用金属材质制造而成，两者的导热性能尚可，但是由于在电池组与液冷板之间需布置导热垫或者导热脂，无论是导热垫还是导热脂，其导热系数均远远小于金属材质的导热系数，这相当于在电池与液冷板之间的换热路径上引入了多余的热阻，导致换热性能并不理想。

另外，一旦后续使用过程中因振动或冲击等原因导致导热垫或导热脂错位、脱落，则会在液冷板与电池组之间形成空气间隙，空气的导热性能极差，这将造成电池组与液冷板之间的热阻迅速变大，严重影响电池组的温度控制，甚至会造成电池组报废或产生危险。

因此，如何提高电池组与换热介质之间的换热效率，以保证电池组始终处于合理的温度范围内是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的之一在于提供一种电池壳体，以便能够提高电池组与换热介质之间的换热效率，保证电池组始终处于合理的温度范围内。

本实用新型的另一目的还在于提供一种采用了上述电池壳体的电池。

本实用新型的再一目的还在于提供一种电池组。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电池壳体，包括内壳和外壳，所述内壳用于封装电芯，所述外壳至少包覆所述内壳的一部分，且所述内壳与所述外壳之间形成供换热介质流通的夹层结构，所述电池壳体上还设置有与所述夹层结构连通的进液口和排液口。

可选地，所述内壳和所述外壳均呈矩形，所述内壳嵌设于所述外壳中，且所述外壳的至少一个面与所述内壳之间形成所述夹层结构，所述进液口和所述排液口均设置在所述外壳上。

可选地，所述外壳的其中一个面为供所述内壳嵌入的开口面，与所述开口面相对的一面为所述外壳的底面，其余各面为所述外壳的侧面；

所述内壳与所述开口面相配合的一面四周设置有外翻边，所述外翻边嵌入所述外壳中并与所述外壳封闭连接，以使所述外壳的各个侧面与所述内壳之间均形成所述夹层结构；所述内壳与所述外壳的侧面相对应的各面上还间隔设置有支撑结构。

可选地，所述内壳与所述外壳的底面相对应的一面上还间隔设置有所述支撑结构，以使所述外壳的底面与所述内壳之间形成所述夹层结构。

可选地，所述支撑结构为支撑柱、波纹板、筋条或翅片中的一种或多种组合。

本实用新型中所公开的电池，包括电芯和电池壳体，所述电池壳体为上述任意一项所公开的电池壳体。

本实用新型第一方面所公开的电池组，包括至少两个上述电池，相邻两个所述电池的电池壳体贴合布置，且相邻两个所述电池的进液口和排液口通过连接管密封串联。

可选地，所述连接管上设置有两个密封圈槽，每个所述密封圈槽内套设有一密封圈，所述连接管套入相邻两个所述电池上的进液口和排液口，且其中一个所述密封圈与所述进液口密封配合，另外一个所述密封圈与所述排液口密封配合。

可选地，所述密封圈为聚乙烯密封圈、醋酸纤维密封圈、聚苯乙烯密封圈、锡合金密封圈、铅合金密封圈或铋合金密封圈。

本实用新型第二方面所公开的电池组，包括由多个电池电连接形成的电池模块，还包括用于供所述电池模块放入的模块总壳，其中，所述电池模块的壳体形成所述电池组的内壳，所述模块总壳形成所述电池组的外壳，所述内壳与所述外壳之间还形成供换热介质流通的夹层结构，且所述外壳上还设置有与所述夹层结构连通的进液口和排液口。

本实用新型第三方面所公开的电池组，包括多个具有电连接关系的电池，相邻两个所述电池的壳体对接相连，任意一所述电池的壳体构成该所述电池自身的内壳，与该所述电池的内壳对接相连的另一所述电池的壳体构成外壳，所述内壳与所述外壳之间形成供换热介质流通的夹层结构，且相邻两个所述电池壳体对接相连后还形成与所述夹层结构连通的进液口和排液口。

可选地，相邻两个所述电池的壳体的对接面上均设置有筋条结构，以使所述夹层结构内形成供流体流动的曲折通道。

由以上技术方案可以看出，本实用新型所公开的电池壳体，包括内壳和外壳，内壳用于封装电芯，外壳至少覆盖内壳的一部分，并且内壳与外壳之间形成供换热介质流通的夹层结构，电池壳体上还设置有于夹层结构连通的进液口和排液口。

换热介质流入到夹层结构内之后，可直接通过电池的内壳与电芯进行换热，相比于现有技术而言，省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池始终处于合理的温度范围内。

采用该电池壳体的电池同样具有上述技术优势，本文中对此不再进行赘述。

本实用新型第一方面所公开的电池组，包含有两个以上的上述电池，相连两个电池的进液口和排液口通过连接管密封串联，从而形成电池组的整体热管理系统，该电池组内的换热介质同样能够直接通过电池的内壳与电芯进行换热，省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池组始终处于合理的温度范围内。

本实用新型第二方面所公开的电池组，将多个电池电连接形成电池模块，然后再将电池模块整体放入模块总壳，电池模块的壳体形成电池组的内壳，模块总壳形成电池组的外壳，内壳与外壳之间还形成供换热介质流通的夹层结构，且所述外壳上还设置有于所述夹层结构连通的进液口和排液口，其电池与换热介质的换热原理请参考上述电池壳体的换热原理，本文中对此不再进行赘述。

本实用新型第三方面所公开的电池组，相邻两个电池的壳体对接相连，任意一电池的壳体构成该电池自身的内壳，与该电池的内壳对接相连的另一电池的壳体构成外壳，内壳与外壳之间形成供换热介质流通的夹层结构，且相邻两个所述电池壳体对接相连后还形成与所述夹层结构连通的进液口和排液口。该电池组的换热介质同样能够直接通过电池的内壳与电芯进行换热，省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池组始终处于合理的温度范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种实施例中所公开的电池壳体的结构示意图；

图2为图1中内壳的结构示意图；

图3为图1中外壳的结构示意图；

图4为图1的主视示意图；

图5为图4的A-A向剖视示意图；

图6为本实用新型实施例中所公开的连接管的结构示意图；

图7为图6中所示的连接管去除密封圈后的结构示意图；

图8为图1中所公开的电池壳体通过连接管组装形成电池组的结构示意图；

图9为本实用新型另一实施例中所公开的电池组中电池壳体的结构示意图；

图10为采用图9中所公开的电池壳体组装形成电池组时的组装方式示意图。

附图中标记如下：

1为电池壳体，2为夹层结构，3为连接管，4为矩形框，5为筋条结构，11为内壳，111为外翻边，112为支撑结构，12为外壳，121为进液口，122为排液口，31为密封圈，32为密封圈槽。

具体实施方式

本实用新型的核心之一在于提供一种电池壳体，以便能够提高电池组与换热介质之间的换热效率，保证电池组始终处于合理的温度范围内。

本实用新型的另一核心在于提供一种采用了上述壳体的电池。

本实用新型的再一核心还在于提供一种电池组。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例中首先公开了一种电池壳体，请参考图1至图5，该电池壳体1包括内壳11和外壳12，其中，内壳11用于封装电芯，其通常为金属材质(例如：铝或者铝合金)制造而成，外壳12位于内壳11的外部，并且外壳12包覆内壳11的一部分或者完全包覆住内壳11，完成组装后，内壳11与外壳12之间形成一个供换热介质流通的夹层结构2，并且该电池壳体1上还设置有与该夹层结构2连通的进液口121和排液口122。

一般而言，外壳12的材质不受限制，可以由金属或非金属制造形成，只要其结构强度以及耐热耐燃等性能满足要求即可，作为可选方式，外壳12宜采用金属材质制造。

根据电池的热管理需求，换热介质可能需要带走电芯本身所散发的热量，也可能需要向电芯提供热量，以保证电池能够始终处于合适的温度范围内，因此，换热介质可能既需要向电池提供冷量，又需要向电池提供热量。换热介质的类型不受限制，可以为水、车用防冻液、乙二醇水溶液等纯液态介质，这些换热介质主要通过对流换热的方式与电池进行换热。换热介质由进液口121进入内壳11与外壳12所形成的夹层结构2，通过内壳11直接与电池的电芯进行热量交换，然后从排液口122排出。

对于换热量需求较大的电池，换热介质也可以包括但不限于R134a、R22、R410a等在内的制冷剂，这种情况下换热介质与电池之间除了对流换热之外，还能够通过换热介质相变的方式与电池进行换热。在使用制冷剂进行相变换热的情况下，可在夹层结构2中进一步设置毛细结构，毛细结构包括但不限于凹槽、烧结铜粉、泡沫铜等具体结构，这使得在毛细力和重力的作用下，液态制冷剂时刻满布于夹层结构2内，在制冷剂发生相变时，实现对电池的快速冷却或加热。

相比于现有技术而言，上述实施例中所公开的电池壳体省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池始终处于合理的温度范围内。

根据电芯形状的不同，电池壳体1的外形可以有不同的形状变化，例如圆柱形或者矩形，本申请文件中对于电池壳体1的形状不作具体限定，只要能够在内壳11与外壳12之间形成上述夹层结构2，并在电池壳体1上设置有与夹层结构2连通的进液口121和排液口122即可。

在一种实施例中，内壳11和外壳12均呈矩形，如图1至图5中所示，内壳11嵌设于外壳12中，并且外壳12的至少一个面与内壳11之间形成上述夹层结构2，进液口121和排液口122均设置在外壳12上。

一种可选方式，外壳12的其中一个面为开口面，所谓开口面就是指该面并非封闭面，而是具有开口的面，如图3中所示，在外壳12中，与开口面正对的一面称为外壳12的底面，其余的各面称为外壳12的侧面。

为了使外壳12的各个侧面均与内壳11之间形成上述夹层结构2，本实施例中的内壳11与开口面相配合的一面的四周设置有外翻边111，如图2中所示，该外翻边111能够嵌入外壳12中并与外壳12封闭连接，当外翻边111嵌入到外壳12中之后，在外翻边111的支撑作用下，外壳12的各个侧面与内壳11之间均能够形成夹层结构2，外翻边111与外壳12的封闭连接方式包括但不限于焊接或者粘接；该实施例中所公开的电池壳体1中，电池壳体1的四周均设置有对应的夹层结构2，这使得整个电池壳体1与换热介质之间具有足够的换热面积，有利于整个电池的快速升温或降温。

对上述技术方案进一步优化，本实施例中所公开的电池壳体1中，内壳11与外壳12的底面相对应的一面上还设置有支撑结构112，相邻的支撑结构112之间留有供换热介质通过的间隔，支撑结构112应当与外壳12底面固定连接，固定连接的方式包括但不限于焊接、粘接或者一体成型；内壳11与外壳12底面相对应的面上所设置的支撑结构112的作用在于：将内壳11的底面撑离外壳12的底面，以使内壳11的底面与外壳12的底面之间也形成上述夹层结构2，这使得除了电池壳体1的四周设置有对应的夹层结构2之外，电池壳体1的底面也设置了对应的夹层结构2，电池壳体1与换热介质之间的换热面积进一步增加，从而进一步利于整个电池的快速升温或降温。当然，在其他实施例中，内壳11的底面与外壳12的底面之间也可以不设置上述夹层结构2。

考虑到实际使用过程中电池会产生振动或冲击，为了保证夹层结构2的稳定性，本实施例中作了进一步优化，如图2中所示，内壳11与外壳12的侧面相对应的各个面上也间隔设置有上述支撑结构112，内壳11与外壳12的底面、以及各个侧面均通过支撑结构112进行支撑，这可以保证电池在承受振动或冲击的过程中也能够使夹层结构2保持稳定，不会出现夹层变形的情况。

图2中所显示的支撑结构112为圆柱状结构，该结构可称为支撑柱，本领域技术人员能够理解，除了支撑柱之外，支撑结构112还可以采用波纹板、筋条或翅片等结构中的一种或者多种组合来形成上述支撑结构112，波纹板以及翅片等结构还可增加夹层结构2内换热介质的扰动，从而进一步提高换热介质与电池的换热效率；另外，进液口121和排液口122的位置和数量也可以根据实际需要进行适应性设置，虽然图1至图5中所显示的进液口121和排液口122均为一个，但本领域技术人员可根据实际需要设置多个进液口121和/或多个排液口122。

本实用新型实施例公开了一种电池，该电池包括电芯和电池壳体1，并且该电池壳体1为上述任意一实施例中所公开的电池壳体1，电芯封装于电池壳体1的内壳11中。

由于采用了上述电池壳体1，因此该电池兼具上述电池壳体1相应的技术优点，本领域技术人员可参照上述对电池壳体1的介绍进行理解，本文中对此不再进行赘述。

请参考图6至图8，本实用新型一种实施例中还公开了一种电池组，该电池组至少包括两个上述实施例中所公开的电池，相邻两个电池的电池壳体1贴合布置，并且任意相邻两个电池的电池壳体1上的进液口121和排液口122通过连接管3密封串联。

具体的，一个电池的排液口122与同样结构的电池的进液口121对应布置，在组装过程中，进液口121和排液口122的连接及密封需要尤其注意，可以采用连接管3将相邻两个电池壳体1的进液口121和排液口122密封连接，一种可能的情况如图6和7中所示，连接管3上设置有两个密封圈槽32，每个密封圈槽32内套设有一密封圈31，连接管3套入相邻两个电池壳体1上的进液口121和排液口122，并且其中一个密封圈31与进液口121密封配合，另外一个密封圈31与排液口122密封配合。

作为一种可选方式，该连接管3以及密封圈31具有高温失效特性，在电池正常的工作温度范围内，连接管3以及密封圈31均能够保持稳定的密封性能，当超出电池正常的工作温度范围并达到或超过临界温度(人为设定，高于电池正常工作温度范围的上限)时，连接管3以及密封圈31产生软化和融化效果，失去正常的密封功能，以便使换热介质能够从进液口121和排液口122位置流出，从而起到灭火和保护电池组的效果。此种情况下，连接管3以及密封圈31的材质需特别选择，可供选择的材料包括但不限于：聚乙烯、醋酸纤维、聚苯乙烯、锡合金、铅合金、铋合金、及新型高分子材料等。在其他实施例中，进液口121和排液口122的连接及密封也可以采用直接焊接等方式实现。对于电池工作温度范围并达到或超过临界温度的情形，可以专门在外壳12上布置密封结构，该密封结构在电池工作温度范围并达到或超过临界温度时，密封失效，换热介质从密封结构对应的位置流出。

如图8中所示，将多个电池依次对接摆放后通过连接管3将相邻两个电池的电池壳体1的进液口121和排液口122串联，可得到具有整体的电池组，电池组内具有串联的夹层结构2，该电池组的两端具有总的进液口121和总的排液口122，当电池组应用于汽车上时，总的进液口121和总的排液口122可与汽车上的换热介质(如防冻液或空调制冷剂)连通，从而组成电池组热管理系统，实现合适温度的换热介质在电池组的夹层结构2中循环流动，起到对整个电池组进行温度调节与控制的目的。

除此之外，本实用新型实施例中还公开了另外一种电池组，该种电池组包括由多个电池电连接形成的电池模块以及用于供电池模块放入的模块总壳，电池模块的壳体形成电池组的内壳11，模块总壳形成电池组的外壳12，内壳11与外壳12之间形成供换热介质流通的夹层结构2，并且模块总壳上还设置有与夹层结构2连通的进液口121和排液口122。

换热介质流入到夹层结构2内之后，可直接通过电池组的内壳11与电芯进行换热，省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池始终处于合理的温度范围内。

进一步的，本实用新型实施例中还公开了一种电池组，该电池组具有电池，每个电池均具有单层的壳体，电池之间均具有电连接关系，如图9和图10所示，相邻两个电池的壳体对接相连，每一个电池的壳体构成该电池自身的内壳11，与该电池的内壳11对接相连的另外一个电池的壳体构成外壳12，内壳11与外壳12之间形成供换热介质流通的夹层结构2，并且相邻两个电池壳体对接相连后形成与夹层结构2连通的进液口121和排液口122。图9中“11(12)”的标识代表该壳体既作为自身所在电池的内壳11，又作为与其相邻的电池的外壳12。

一种具体的方案，相邻两个电池的电池壳体1上均设置有矩形框4，每个矩形框4上均设置有一半进液口和一半排液口，当相邻两个电池的电池壳体1对接相连时，矩形框4形成上述夹层结构2，并同时形成完整的进液口121和排液口122。进一步的，相邻两个电池的壳体的对接面上均设置有筋条结构5，筋条结构5能够使夹层结构2内形成供流体流动的曲折通道，以增加换热介质的扰动，提高换热性能，如图9和图10中所示。

该种电池组中的换热介质同样能够直接通过电池的内壳11与电芯进行换热，省去了导热垫以及导热脂等中间导热结构，换热介质与电芯之间的换热路径上的热阻大大降低，因而显著提高了电池与换热介质之间的换热效率，进而能够保证电池组始终处于合理的温度范围内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池壳体，其特征在于，包括内壳(11)和外壳(12)，所述内壳(11)用于封装电芯，所述外壳(12)至少包覆所述内壳(11)的一部分，且所述内壳(11)与所述外壳(12)之间形成供换热介质流通的夹层结构(2)，所述电池壳体(1)上还设置有与所述夹层结构(2)连通的进液口(121)和排液口(122)。

2.根据权利要求1所述的电池壳体，其特征在于，所述内壳(11)和所述外壳(12)均呈矩形，所述内壳(11)嵌设于所述外壳(12)中，且所述外壳(12)的至少一个面与所述内壳(11)之间形成所述夹层结构(2)，所述进液口(121)和所述排液口(122)均设置在所述外壳(12)上。

3.根据权利要求2所述的电池壳体，其特征在于，所述外壳(12)的其中一个面为供所述内壳(11)嵌入的开口面，与所述开口面相对的一面为所述外壳(12)的底面，其余各面为所述外壳(12)的侧面；

所述内壳(11)与所述开口面相配合的一面四周设置有外翻边(111)，所述外翻边(111)嵌入所述外壳(12)中并与所述外壳(12)封闭连接，以使所述外壳(12)的各个侧面与所述内壳(11)之间均形成所述夹层结构(2)；所述内壳(11)与所述外壳(12)的侧面相对应的各面上还设置有支撑结构(112)。

4.根据权利要求3所述的电池壳体，其特征在于，所述内壳(11)与所述外壳(12)的底面相对应的一面上还间隔设置有所述支撑结构(112)，以使所述外壳(12)的底面与所述内壳(11)之间形成所述夹层结构(2)。

5.根据权利要求3或4所述的电池壳体，其特征在于，所述支撑结构(112)为支撑柱、波纹板、筋条或翅片中的一种或多种组合。

6.一种电池，包括电芯和电池壳体(1)，其特征在于，所述电池壳体(1)为如权利要求1-5任意一项所述的电池壳体。

7.一种电池组，其特征在于，包括至少两个如权利要求6中所述的电池，相邻两个所述电池的电池壳体(1)贴合布置，且相邻两个所述电池的进液口和排液口通过连接管(3)密封串联。

8.根据权利要求7所述的电池组，其特征在于，所述连接管(3)上设置有两个密封圈槽(32)，每个所述密封圈槽(32)内套设有一密封圈(31)，所述连接管(3)套入相邻两个所述电池上的进液口(121)和排液口(122)，且其中一个所述密封圈(31)与所述进液口(121)密封配合，另外一个所述密封圈(31)与所述排液口(122)密封配合。

9.根据权利要求8所述的电池组，其特征在于，所述密封圈(31)为聚乙烯密封圈、醋酸纤维密封圈、聚苯乙烯密封圈、锡合金密封圈、铅合金密封圈或铋合金密封圈。

10.一种电池组，其特征在于，包括多个具有电连接关系的电池，相邻两个所述电池的壳体对接相连，任意一所述电池的壳体构成该所述电池自身的内壳(11)，与该所述电池的内壳(11)对接相连的另一所述电池的壳体构成外壳(12)，所述内壳(11)与所述外壳(12)之间形成供换热介质流通的夹层结构(2)，且相邻两个所述电池的壳体对接相连后还形成与所述夹层结构(2)连通的进液口(121)和排液口(122)。

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