CN214099717U - 一种具有热交换部的电芯组 - Google Patents

Abstract

本专利提供一种具有热交换部的电芯组，它能够快速与外界进行热交换，且结构简单，容易生产，生产效率高、成本低。它包括至少两个电芯，电芯至少具有一种集流体以及复合材料，一个电芯的至少一种极性的集流体向侧部延伸超出电芯主体形成集流体延长部，相邻两个电芯相邻的集流体延长部相连形成热交换部，热交换部是两个电芯的同极性的集流体延长部导通相连形成的同极热交换部，或者是两个电芯的不同极性的集流体延长部导通相连形成的异极热交换部，或者是两个电芯的集流体延长部分别与一过渡件不导通相连而形成的绝缘热交换部。

Description

一种具有热交换部的电芯组

技术领域

本专利涉及多个电芯组成的电芯组，是一种储电装置。

背景技术

由片状电极、复合材料等构成的储电装置如片状电芯的使用过程中，普遍存在着自身发热的问题，而储电装置的工作往往需要在一定温度范围内才能保持较高的效率和性能以及寿命，为此，储电装置必须有较好的热交换能力，即：当自身发热而需要散热时，其自身内部的热量能够畅顺的传递到外部，当自身温度较低需要升温时，外部的热量能够顺畅地传递到自身内部。

以锂电池为例，在电池大功率放电时，电池内部由于化学反应以及内阻等产生的热量，要向外扩散，以免电池由于温度过高导致热失控。常规的结构是，热量通过构成电池的材料的厚度方向，一层层向外传递，由于电池的材料组成中包含绝缘材料，因此沿着材料厚度方向的热阻很大，电池从中心到外部表面的温差大，热量传递不畅，从而影响电池的能力发挥，电池内部温度的不均匀，会直接影响材料的工作性能和寿命，导致电池内部的局部的性能快速衰减，影响电池寿命短，另外安全性较差。

发明内容

本专利的目的是提供一种具有热交换部的电芯组，它能够快速与外界进行热交换，且结构简单，容易生产，生产效率高、成本低。

本专利的具有热交换部的电芯组，包括至少两个电芯，电芯至少具有一种集流体以及复合材料，一个电芯的至少一种极性的集流体向侧部延伸超出电芯主体形成集流体延长部，相邻两个电芯相邻的集流体延长部相连形成热交换部，热交换部是两个电芯的同极性的集流体延长部导通相连形成的同极热交换部，或者是两个电芯的不同极性的集流体延长部导通相连形成的异极热交换部，或者是两个电芯的集流体延长部分别与一过渡件不导通相连而形成的绝缘热交换部。

一般的电芯中的集流体包括相对的正极集流体和负极集流体，此时的集流体延长部可以是正极集流体延长部或者负极集流体延长部，正极集流体延长部是正极集流体向侧部延伸超出电芯主体（如相对的正负极集流体）形成的，负极集流体延长部是负极集流体向侧部延伸超出电芯主体（如相对的正负极集流体）形成的。此时，两个电芯之间的热交换部可以是同极热交换部、异极热交换部或者绝缘热交换部。当然，同极热交换部中，正极集流体延长部与负极集流体延长部之间相绝缘。

但也有的电芯是只具有一种集流体的电芯，例如固态电池电芯，只有正极集流体，电解液是负极，这种情况下，集流体延长部是其正极集流体延伸超出电芯主体形成的正极集流体延长部。此时，两个电芯之间的热交换部只能是两个正极集流体延长部导通相连形成的同极热交换部或者不导通相连形成的绝缘热交换部。

上述的具有热交换部的电芯组，两个电芯的集流体延长部导通相连，是指两个集流体延长部直接导通相连，或者是两个集流体延长部共同通过一中间构件导通相连。

上述的具有热交换部的电芯组，还包括与热交换部相连的散热翅片。

上述的具有热交换部的电芯组，异极热交换部是一个电芯的正极集流体延长部与另一个电芯的负极集流体延长部导通相连形成的，同极热交换部是一个电芯的正极集流体延长部与另一个电芯的正极集流体延长部导通相连形成的，或者是一个电芯的负极集流体延长部与另一个电芯的负极集流体延长部导通相连形成的。

上述的具有热交换部的电芯组，多个正极集流体向同一侧延伸形成的多个正极集流体延长部贴合在一起，或者，多个负极集流体向同一侧延伸形成的多个负极集流体延长部贴合在一起。

上述的具有热交换部的电芯组，还包括电芯外包体，电芯外包体包覆在集流体和复合材料的外部。如果电芯是只具有一种集流体的电芯，如固态电池电芯，电芯外包体包覆在集流体、电解液的外部；如果电芯是具有正极集流体和负极集流体两种集流体的电芯，电芯外包体包覆在正极集流体、负极集流体和复合材料的外部；集流体延长部和热交换部的一部分或全部露出电芯外包体。

本专利的有益效果：本专利中，导热性能良好的集流体延长部和热交换部用于电芯与外界的热交换，所以电芯的散热效率高、时间短，效果好。同时，集流体延长部和集流体是一体，只是把原有的集流体侧向延伸，尺度增大，因此生产简便。

热交换部把两个电芯相连，两个电芯共同通过热交换部与外部进行热交换，简化了结构。

热交换部可以是一个电芯的正极集流体延长部与另一个电芯的负极集流体延长部导通相连形成的异极热交换部（此时，两个电芯相当于串联），可以是一个电芯的正极集流体延长部与另一个电芯的正极集流体延长部导通相连形成的同极热交换部（此时，两个电芯相当于并联），还可以是一个电芯的负极集流体延长部与另一个电芯的负极集流体延长部导通相连形成的同极热交换部（此时，两个电芯相当于并联）。

同极热交换部中的正极集流体延长部与负极集流体延长部之间相绝缘，可以是同极热交换部中的正极集流体延长部与负极集流体延长部之间以绝缘层隔离，还可以是正极集流体延长部与负极集流体延长部相互错开而不接触。

热交换部上设置散热翅片，使得电芯热量快速散出，散热效果更好。

多个正极集流体延长部或负极集流体延长部可以直接贴合在一起，或者部分或全部弯折后贴合在一起。

采用电芯外包体包覆正负集流体、复合材料时，集流体延长部和热交换部的一部分或全部露出电芯外包体，更利于集流体延长部和热交换的散热，散热效果较好。

设置正引出极耳或负引出极耳，方便电芯与外部进行电连接。

附图说明

图1是实施例1的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是实施例2的主视图；

图4是实施例3的主视图；

图5是实施例4的主视图；

图6是图5的俯视图；

图7是实施例5的俯视图；

图8是实施例6的俯视图；

图9是实施例7的俯视图。

正极集流体1，负极集流体2，正引出极耳3，负引出极耳4，复合材料5，电芯外包体6，绝缘层7

电芯100，电芯200，电芯300，电芯400，

电芯100正极集流体左延长部11，电芯100正极集流体右延长部12，电芯100正极集流体前延长部13，

电芯100负极集流体左延长部21，电芯100负极集流体右延长部22，电芯100负极集流体后延长部24，

电芯200正极集流体左延长部31，电芯200正极集流体右延长部32，电芯200正极集流体前延长部33，

电芯200负极集流体左延长部41，电芯200负极集流体右延长部42，电芯200负极集流体后延长部44，

电芯100与电芯200之间的热交换部500，电芯300与电芯400之间热交换部600，电芯100与电芯300之间热交换部700，电芯200与电芯400之间热交换部800，散热翅片900。

具体实施方式

实施例1

参见图1、2所示的具有热交换部的电芯组，包括电芯100、200。各电芯均具有正极集流体1和负极集流体2以及位于正极集流体和负极集流体之间的复合材料5，电芯外包体6。

电芯100的正极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体左延长部11贴合在一起，电芯100的负极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体右延长部22与电芯200的正极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体左延长部31贴合，导通相连形成热交换部500（当然，负极集流体右延长部22与正极集流体左延长部31也可以共同通过一中间构件导通相连），电芯200的负极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体右延长部42贴合在一起。

两个电芯各自的电芯外包体6相连，可以看作是一个整体的电芯外包体。电芯100与电芯200相串联，正引出极耳3与电芯100正极集流体左延长部11导通相连并伸出电芯外包体6，负引出极耳4与电芯200负极集流体右延长部44导通相连并伸出电芯外包体6。

电芯100与电芯200的热量可以通过热交换部500、包覆在热交换部500外部的电芯外包体6进行散热。电芯外包体6其实也看作热交换部500的组成的一部分。

实施例2

参见图3所示的具有热交换部的电芯组，它包括电芯100、200、300；电芯100与200相连的结构、电芯200与电芯300相连的结构基本与实施例1中电芯100与200相连的结构类同。实施例2与实施例1的主要区别在于，热交换部500所在的电芯外包体6外表面设置有散热翅片400。电芯100与电芯200的热量可以通过热交换部500、包覆在热交换部500外部的电芯外包体6、散热翅片900进行散热。负引出极耳4与电芯300负极集流体右延长部导通相连并伸出电芯外包体6。

实施例3

参见图4所示的具有热交换部的电芯组，包括电芯100、200。各电芯均具有正极集流体1和负极集流体2以及位于正极集流体和负极集流体之间的复合材料5，电芯外包体6。电芯100的正极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体左延长部11贴合在一起，电芯100的正极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体右延长部12与电芯200的正极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体左延长部31直接导通相连，电芯100的负极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体右延长部22与电芯200的负极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体左延长部41直接导通相连，正极集流体左延长部31（正极集流体右延长部12）与负极集流体左延长部41（负极集流体右延长部22）之间设置绝缘层7绝缘。通过绝缘层7的间隔叠合在一起正极集流体左延长部31（正极集流体右延长部12）和负极集流体左延长部41（负极集流体右延长部22）形成热交换部500，电芯200的负极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体延长部42贴合在一起。

两个电芯各自的电芯外包体6相连，可以看作是一个整体的电芯外包体。电芯100与电芯200相并联，正引出极耳3与正极集流体左延长部11导通相连并伸出电芯外包体6，负引出极耳4与负极集流体右延长部42导通相连并伸出电芯外包体6。

电芯100与电芯200的热量可以通过热交换部500、包覆在热交换部500外部的电芯外包体6进行散热。电芯外包体6其实也看作热交换部500的组成的一部分。

实施例4

参见图5、6所示的具有热交换部的电芯组，包括电芯100、200。各电芯均具有正极集流体1和负极集流体2以及位于正极集流体和负极集流体之间的复合材料5，电芯外包体6。电芯100的正极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体左延长部11贴合在一起，电芯100的负极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体右延长部22贴合在一起，电芯200的正极集流体向左侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体左延长部31贴合在一起，负极集流体右延长部22和正极集流体左延长部31均与电芯外包体6绝缘相连形成热交换部500。电芯外包体6相对于过渡件，负极集流体右延长部22和正极集流体左延长部31均与电芯外包体6不导通。电芯200的负极集流体向右侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体延长部42贴合在一起。

两个电芯各自的电芯外包体6相连，可以看作是一个整体的电芯外包体。

电芯100的正极集流体向前侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体前延长部13贴合在一起，电芯200的正极集流体向前侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个正极集流体前延长部33贴合在一起，

电芯100的负极集流体向后侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体后延长部24贴合在一起，电芯200的负极集流体向后侧延伸超出正负集流体相对面形成的多个负极集流体后延长部44贴合在一起，正引出极耳3同时与正极集流体前延长部13、正极集流体前延长部33导通相连并伸出电芯外包体6，负引出极耳4同时与负极集流体后延长部24、负极集流体后延长部44导通相连并伸出电芯外包体6。

电芯100与电芯200的热量可以通过热交换部500、包覆在热交换部500外部的电芯外包体6进行散热。电芯外包体6其实也看作热交换部500的组成的一部分。电芯100还可以通过正极集流体左延长部11、正极集流体前延长部13、负极集流体后延长部24、电芯外包体6进行散热。电芯200还可以通过负极集流体右延长部22、正极集流体前延长部33、负极集流体后延长部44、电芯外包体6进行散热。

实施例5

参见图7所示的具有热交换部的电芯组，包括电芯100、200、300、400。电芯100右侧与电芯200左侧之间的热交换部500是不同极性的集流体延长部串联形成的，电芯300右侧与电芯400左侧之间的热交换部600是不同极性的集流体延长部串联形成的。电芯100后侧与电芯300前侧之间的热交换部700是相同极性的集流体延长部并联形成的，电芯200后侧与电芯400前侧之间的热交换部800是相同极性的集流体延长部并联形成的。

各电芯各自的电芯外包体6相连，形成一个整体的电芯外包体。

正引出极耳3与电芯100正极集流体左延长部、电芯300正极集流体左延长部均导通相连并向前伸出电芯外包体6，负引出极耳4与电芯200负极集流体右延长部、电芯300负极集流体右延长部均导通相连并向前伸出电芯外包体6。

实施例6

参见图8所示的具有热交换部的电芯组，其与实施例5的主要不同在于：电芯100和电芯200均具有正极集流体前延长部，电芯300和电芯400均具有负极集流体后延长部。

实施例7

参见图9所示的具有热交换部的电芯组，其与实施例5的主要不同在于：电芯100右侧与电芯200左侧之间的热交换部500、电芯300右侧与电芯400左侧之间的热交换部600部分露出电芯外包体6。

本专利中，集流体延长部是一个电芯的正极集流体或/和负极集流体向侧部延伸超出正负集流体相对面的部分，相邻两个电芯相邻的集流体延长部相连形成热交换部。热交换部是两个电芯的同极性的集流体延长部导通相连形成的同极热交换部，或者是两个电芯的不同极性的集流体延长部导通相连形成的异极热交换部，或者是两个电芯的集流体延长部分别与一过渡件不导通相连而形成的绝缘热交换部；同极热交换部中的正极集流体延长部与负极集流体延长部之间相绝缘。

本专利的电芯组至少由2个电芯构成，相邻两个电芯之间设置热交换部，热交换部热阻小于电芯的热阻。

相邻两个电芯体之间的集流体延长部，既可以是不导通而通过外包连接的，也可以是导通连接的。

相邻两个电芯的集流体延长部导通相连，可以是相邻两个电芯不同极性的集流体延长部直接导通相连构成串联电芯，或者是共同连接到中间构件后导通相连。

相邻两个电芯的集流体导通相连，还可以是相邻两个电芯同极性的集流体延长部直接导通相连构成并联电芯，或者是共同连接到中间构件后导通相连，当然，不同极性的集流体延长部之间设置绝缘层避免短路。

相邻两个电芯的集流体延长部导通相连，还可以是相邻两个电芯同极性的集流体与相邻电芯的集流体延长部导通连接，形成并联电芯，不同极性集流体相互错开避免短路，所述的导通连接，既可以是延伸部材料一体连接，也可以是叠压连接。

相邻两个电芯的集流体导通相连，也可以是上述两种结构的混合。

电芯的集流体数量、极性、组合方式、电芯使用的复合材料材质等不影响本专利的权利要求的保护范围。

电芯的引出极耳的结构、布置位置等不影响本专利的权利要求的保护范围。

电芯外包体结构等不影响本专利的权利要求的保护范围。

热交换部，可以是集流体直接压接在一起、或采用辅助材料（如各种导热胶等）、或使用中间构件等，其具体结构不影响本专利的权利要求的保护范围。

热交换部，可以附加散热构件，如散热翅片、供流体流通的管等，既可以设置在电芯外包体外面，也可以设置在电芯外包体内部，这不影响本专利的权利要求的保护范围。

可以在热交换部设置引出导体用于电压采样、均衡等，这不影响本专利的权利要求的保护范围。

在热交换部设置导体用于提高电芯之间的电流流通能力。

可以在热交换部设置温度传感器等，这不影响本专利的权利要求的保护范围。

电芯的其他部位也可以设置类似于所述的热交换部的结构，例如在电芯不与其他电芯相邻的边上设置集流体延长部用于热交换，这不影响本专利的权利要求的保护范围。

热交换部，其形状既可以是贯通电芯的，也可以是局部的或分段的，还可以是各种圆形、方形、多边形的，这不影响本专利的权利要求的保护范围。

热交换部，也可以没有外包，集流体延长部裸露以便产生更好的撒热效果，也可以是集流体延长部的导通连接金属件裸露，还可以在该金属件上设置有利于进一步提高热交换能力的结构，例如翅片等。

热交换部可以是任何热阻远低于电芯的能够快速与集流体进行热交换的结构，其具体结构不影响本专利的权利要求的保护范围。

本专利创新的技术运用金属材料制成的集流体的热传导能力远大于构成电芯的非金属或复合材料的特性，在电芯上设置局部的只有金属直接相连、相互叠压或使用少量非金属间隔后叠压的集流体延长部和热交换部等结构，用作电芯与外部的热交换，这样可以大大提高电芯的热交换能力，使得电芯的温度控制更加快速，提高电芯的性能和使用寿命。当然，集流体也可以是任何一种具有较高的导电和导热能力的其他材料，例如石墨烯等。

Claims (6)

1.一种具有热交换部的电芯组，包括至少两个电芯，电芯至少具有一种集流体以及复合材料，其特征是：一个电芯的至少一种极性的集流体向侧部延伸超出电芯主体形成集流体延长部，相邻两个电芯相邻的集流体延长部相连形成热交换部，热交换部是两个电芯的同极性的集流体延长部导通相连形成的同极热交换部，或者是两个电芯的不同极性的集流体延长部导通相连形成的异极热交换部，或者是两个电芯的集流体延长部分别与一过渡件不导通相连而形成的绝缘热交换部。

2.如权利要求1所述的具有热交换部的电芯组，其特征是：两个电芯的集流体延长部导通相连，是指两个集流体延长部直接导通相连，或者是两个集流体延长部共同通过一中间构件导通相连。

3.如权利要求1所述的具有热交换部的电芯组，其特征是：还包括与热交换部相连的散热翅片。

4.如权利要求1所述的具有热交换部的电芯组，其特征是：异极热交换部是一个电芯的正极集流体延长部与另一个电芯的负极集流体延长部导通相连形成的，同极热交换部是一个电芯的正极集流体延长部与另一个电芯的正极集流体延长部导通相连形成的，或者是一个电芯的负极集流体延长部与另一个电芯的负极集流体延长部导通相连形成的。

5.如权利要求1所述的具有热交换部的电芯组，其特征是：多个正极集流体向同一侧延伸形成的多个正极集流体延长部贴合在一起，或者，多个负极集流体向同一侧延伸形成的多个负极集流体延长部贴合在一起。

6.如权利要求1所述的具有热交换部的电芯组，其特征是：还包括电芯外包体，电芯外包体包覆在集流体和复合材料外部，集流体延长部和热交换部的一部分或全部露出电芯外包体。

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