CN212810389U - 电池、电池模组、电池包及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种电池、电池模组、电池包及电动汽车，电池包括外壳、极芯、第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫，所述第一导热垫夹设于所述第一侧面与第一侧内壁之间，所述第二导热垫夹设于所述第三侧面与第三侧内壁之间，所述第三导热垫夹设于底面与底壁之间，所述第二侧面与所述第二侧内壁之间形成第一膨胀间隙，所述第四侧面与所述第四侧内壁之间形成第二膨胀间隙，所述极芯发生膨胀时填充第一膨胀间隙及第二膨胀间隙，以使得所述极芯的第二侧面贴靠于第二侧内壁以及使第四侧面贴靠于所述第四侧内壁。本实用新型的电池，在保证电池良好的散热性能的同时，可以节省大面处的导热垫使用，降低成本。

Description

电池、电池模组、电池包及电动汽车

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种电池、电池模组、电池包及电动汽车。

背景技术

现有的一种锂电池，采用一种三层导热膜包裹在极芯外部，取代传统的mylar(迈拉)膜，增强电池散热，以提高安全性能。三层导热膜包括：前后两层导热绝缘膜和中间一层散热膜。

上述的采用三层导热膜的锂电池具有以下缺陷：1)三层设计，技术较难，成本较高。2)极芯大面加侧面全包覆，导热膜使用面积大，成本高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的采用三层导热膜的锂电池成本高的问题，提供一种电池模组及电动汽车。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种电池，包括外壳、极芯、第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫，所述极芯设置在所述外壳的内腔中，所述极芯的外表面包括顶面、底面及侧面，所述侧面由第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面顺次相接构成，所述第一侧面与第三侧面相对设置，所述第二侧面与第四侧面相对设置，所述第一侧面与第三侧面的间距大于所述第二侧面与第四侧面的间距；

所述外壳的内腔包括与所述底面对应设置的底壁及与所述第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面一一对应设置的第一侧内壁、第二侧内壁、第三侧内壁和第四侧内壁；

所述第一导热垫夹设于所述第一侧面与所述第一侧内壁之间，所述第二导热垫夹设于所述第三侧面与所述第三侧内壁之间，所述第三导热垫夹设于所述底面与所述底壁之间，所述第二侧面与所述第二侧内壁之间形成第一膨胀间隙，所述第四侧面与所述第四侧内壁之间形成第二膨胀间隙，所述极芯发生膨胀时填充所述第一膨胀间隙及第二膨胀间隙，以使得所述极芯的第二侧面贴靠于所述第二侧内壁以及使所述第四侧面贴靠于所述第四侧内壁。

可选地，所述极芯为长方体。

可选地，所述外壳的内腔为长方体。

可选地，所述外壳为铝壳。

可选地，所述第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫为导热硅胶垫。

可选地，所述第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫的导热系数为1-30W/(mK)。

可选地，所述第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫为复合陶瓷。

根据本实用新型实施例的电池，所述第一导热垫夹设于所述第一侧面与所述第一侧内壁之间，所述第二导热垫夹设于所述第三侧面与所述第三侧内壁之间，所述第三导热垫夹设于所述底面与所述底壁之间，所述第二侧面与所述第二侧内壁之间形成第一膨胀间隙。所述第一侧面与第三侧面的间距大于所述第二侧面与第四侧面的间距，即，第一侧面与第三侧面为极芯的面积较小的两个面(小面)，第二侧面与第四侧面为极芯的面积较大的两个面(大面)。电池经过数次循环后，极芯发生膨胀，极芯的小面和底面膨胀较小，因而需要第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫消除小面及底面二者与外壳的间隙，保证小面及底面处的导热。而大面的膨胀较大，极芯发生膨胀时填充第一膨胀间隙及第二膨胀间隙，以使得所述极芯的第二侧面贴靠于所述第二侧内壁以及使所述第四侧面贴靠于所述第四侧内壁，这样通过极芯的大面与外壳的接触保证大面处的导热。这样，在保证电池良好的散热性能的同时，可以节省大面处的导热垫使用，降低成本。

另一方面，本实用新型实施例提供一种电池模组，包括上述的电池。

再一方面，本实用新型实施例提供一种电池包，包括至少一个上述的电池模组。

再一方面，本实用新型实施例提供一种电动汽车，包括上述的电池。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的电池的侧视图(正对第二侧面)；

图2是沿图1中A-A方向的剖视图；

图3是沿图1中B-B方向的剖视图。

说明书中的附图标记如下：

1、外壳；2、极芯；3、第一导热垫；4、第二导热垫；5、第三导热垫；6、第一膨胀间隙；7、第二膨胀间隙。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

目前电池对功率性能要求越来越高，不可避免需要满足经常在大倍率下进行充放电，这时电池产热量大，随之可能带来几个问题：

(1)产热量大导致电池劣化加速，循环/储存寿命降低。

(2)热量累积，散热困难，可能带来安全风险。

(3)电池本身导热性能差需要外部液冷，带来能耗大，碳排放高的问题。电池经过一定次数充放电循环膨胀后，大面(极芯的侧面中面积较大的两个面)基本能实现极芯与外壳的完全贴合。但是小面(极芯的侧面中面积较小的两个面)与底面膨胀较小，仍留有空隙，这两个位置是改善整个电池导热性能的关键。

以下图1至图3为示意性画法，省略了与本申请的发明点无关的极柱、极耳等部件。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供的电池，包括外壳1、极芯2、第一导热垫3、第二导热垫4及第三导热垫5，所述极芯2设置在所述外壳1的内腔中，所述极芯2的外表面包括顶面、底面及侧面，所述侧面由第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面顺次相接构成，所述第一侧面与第三侧面相对设置，所述第二侧面与第四侧面相对设置，所述第一侧面与第三侧面的间距大于所述第二侧面与第四侧面的间距，所述第一侧面与第三侧面的间距大于所述第二侧面与第四侧面的间距，即，所述第一侧面与第三侧面在极芯2的宽度方向(图2中的直线a所指示的方向)上相对，所述第二侧面与第四侧面在极芯2的厚度方向(图2中的直线b所指示的方向)上相对。这样，第一侧面与第三侧面为极芯2的面积较小的两个面(小面)，第二侧面与第四侧面为极芯2的面积较大的两个面(大面)。

所述外壳1的内腔包括与所述底面对应设置的底壁及与所述第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面一一对应设置的第一侧内壁、第二侧内壁、第三侧内壁和第四侧内壁。所述第一导热垫3夹设于所述第一侧面与所述第一侧内壁之间，所述第二导热垫4夹设于所述第三侧面与所述第三侧内壁之间，所述第三导热垫5夹设于所述底面与所述底壁之间，所述第二侧面与所述第二侧内壁之间形成第一膨胀间隙6，所述第四侧面与所述第四侧内壁之间形成第二膨胀间隙7，所述极芯2发生膨胀时填充所述第一膨胀间隙6及第二膨胀间隙7，以使得所述极芯2的第二侧面贴靠于所述第二侧内壁以及使所述第四侧面贴靠于所述第四侧内壁。

所述第一膨胀间隙6及第二膨胀间隙7为将外壳1套在极芯2外时，预留的装配间隙，在电池发生数次循环后，极芯2发生膨胀填充第一膨胀间隙6及第二膨胀间隙7。

在一实施例中，所述极芯2为长方体。

在一实施例中，所述外壳1的内腔为长方体。

在一实施例中，所述外壳1为铝壳。

在一实施例中，所述第一导热垫3、第二导热垫4及第三导热垫5为导热硅胶垫。导热硅胶垫的材料包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氧化镁及碳化硅中的一种或多种。

在另一实施例中，所述第一导热垫3、第二导热垫4及第三导热垫5为复合陶瓷。复合陶瓷为塑料(PP、PE中的一种或多种)与高导热材料的复合物。高导热材料为氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氧化镁及碳化硅中的一种或多种。

所述一导热垫3、第二导热垫4及第三导热垫5的导热系数为1-30W/(mK)，例如2W/(mK)。用高导热材料尽可能消除极芯2与外壳1间的空隙，该种设计有利于减小电池劣化，提高电池寿命，并且提高电池安全性能。另外，提高电芯散热能力，降低能耗，减少碳排放。

根据本实用新型实施例的电池，所述第一导热垫夹设于所述第一侧面与所述第一侧内壁之间，所述第二导热垫夹设于所述第三侧面与所述第三侧内壁之间，所述第三导热垫夹设于所述底面与所述底壁之间，所述第二侧面与所述第二侧内壁之间形成第一膨胀间隙。所述第一侧面与第三侧面的间距大于所述第二侧面与第四侧面的间距，即，第一侧面与第三侧面为极芯的面积较小的两个面(小面)，第二侧面与第四侧面为极芯的面积较大的两个面(大面)。电池经过数次循环后，极芯发生膨胀，极芯的小面和底面膨胀较小，因而需要第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫消除小面及底面二者与外壳的间隙，保证小面及底面处的导热。而大面的膨胀较大，极芯发生膨胀时填充第一膨胀间隙及第二膨胀间隙，以使得所述极芯的第二侧面贴靠于所述第二侧内壁以及使所述第四侧面贴靠于所述第四侧内壁，这样通过极芯的大面与外壳的接触保证大面处的导热。这样，在保证电池良好的散热性能的同时，可以节省大面处的导热垫使用，降低成本。

本实施例提供的电池在使用了导热垫之后，能够大幅降低其极芯2侧面及底面与外壳1的接触热阻，这里以一组实际测量数据进行对比说明。实验步骤包括：

(1)选取导热系数为2W/(mK)的导热硅胶垫作为第一导热垫3、第二导热垫4、第三导热垫5。

(2)电池内部两极芯之间加入热电偶，电池的外壳1的外表面每个面至少加上三个热电偶以保证采温准确性。测试条件：25℃，50％SOC电池，以6C/10S连续进行充放。直到每个热电偶的温度都达到平衡(平衡条件：温度变化0.5°/10min)。

(3)取初始电池(对比例)，即没有设置第一导热垫3、第二导热垫4、第三导热垫5的电池，也按上述方法测试。

(4)实测得到的数据通过仿真计算出电池各个方向的热阻，即X方向(宽度方向或左右方向)，Y方向(厚度方向或前后方向)，Z方向(高度方向或竖直方向)。

(5)得出以下对比表(表1)。

表1

单位(K·m<sup>2</sup>/W)	初始电池热阻	本实施例的电池热阻
			X方向(第一侧面与第三侧面)	0.002915	0.0008
Y方向(第二侧面与第四侧面)	0.000245	0.000245
			Z方向(顶部)	0.04	0.04
Z方向(底部)	0.02	0.0005

由表1可见，加导热硅胶垫后，小面(第一侧面和第三侧面)及底面与外壳1接触热阻大幅下降，导热效果明显提高。

另外，本实用新型实施例提供一种电池模组，包括上述实施例的电池。

另外，本实用新型实施例提供一种电池包，包括至少一个上述实施例的电池模组。

另外，本实用新型实施例提供一种电动汽车，包括上述实施例的电池。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括外壳、极芯、第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫，所述极芯设置在所述外壳的内腔中，所述极芯的外表面包括顶面、底面及侧面，所述侧面由第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面顺次相接构成，所述第一侧面与第三侧面相对设置，所述第二侧面与第四侧面相对设置，所述第一侧面与第三侧面的间距大于所述第二侧面与第四侧面的间距；

所述外壳的内腔包括与所述底面对应设置的底壁及与所述第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面一一对应设置的第一侧内壁、第二侧内壁、第三侧内壁和第四侧内壁；

所述第一导热垫夹设于所述第一侧面与所述第一侧内壁之间，所述第二导热垫夹设于所述第三侧面与所述第三侧内壁之间，所述第三导热垫夹设于所述底面与所述底壁之间，所述第二侧面与所述第二侧内壁之间形成第一膨胀间隙，所述第四侧面与所述第四侧内壁之间形成第二膨胀间隙，所述极芯发生膨胀时填充所述第一膨胀间隙及第二膨胀间隙，以使得所述极芯的第二侧面贴靠于所述第二侧内壁以及使所述第四侧面贴靠于所述第四侧内壁。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述极芯为长方体。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述外壳的内腔为长方体。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述外壳为铝壳。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫为导热硅胶垫。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫为复合陶瓷。

7.根据权利要求5或6所述的电池，其特征在于，所述第一导热垫、第二导热垫及第三导热垫的导热系数为1-30W/(mK)。

8.一种电池模组，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的电池。

9.一种电池包，其特征在于，包括至少一个如权利要求8所述的电池模组。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的电池。

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