CN215578708U - 一种电池结构及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池散热设计的技术领域，提供了一种电池结构及电动汽车，其中，电池结构包括：电芯主体；出液导管；进液导管；驱液装置用于驱使电解液在电芯主体、出液导管和进液导管中循环流动；冷却装置，用于提高电解液的温度；加热装置，用于降低电解液的温度；以及除气装置，用于除去电解液产生的气体；电动汽车设有上述的电池结构；通过采用上述技术方案，本实施例的电池结构以电解液本身作为热交换的介质，通过驱液装置强制对流，降温效率高，升温快，提高了电芯主体的安全性，扩宽了电池结构工作的环境温度范围；除气装置能够除去电芯主体在循环充电放电过程中产生的气体，降低电池结构的内部压力，提高电池结构的循环寿命。

Description

一种电池结构及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及电池散热设计的技术领域，更具体地说，是涉及一种电池结构及电动汽车。

背景技术

随着国家对新能源产业的大力扶持，电动汽车的续航里程纷纷逼近于传统燃油汽车，然而对于电动汽车的充电时长焦虑却没有得到很好的缓解；并且电动汽车在长时间快速行驶后也会因为电池温度过高而出现功率限制的情况。总的来说，目前动力电池(电池结构)面临着以下一些问题：

1)动力电池冷却效率低。在高倍率下长时间快速充电或者放电会产生大量的热量，由于动力电池散热效率差，导致电芯温度过高。BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)系统介入就会导致电芯的充电或放电功率降低，而BMS系统不介入则电芯会有较高的热失控风险。传统散热技术无论采用风冷还是水冷均是通过对动力电池进行间接的温度调节，由于动力电池内部的泡棉隔热结构导致热传输路径变长，进而使得热交换效率被大大降低，无法满足快充和快放过程的产热释放，也不能快速的加热电芯至其工作温度，传统的外部散热方案已经无法满足动力电池的实际应用；

2)动力电池低温冷启动性能差。动力电池在较低温度时，电芯的内阻急剧增大，电芯的充放电效率变差，甚至导致电池结构无法使用；

3)动力电池在充放电过程中产生气体。电芯在充放电过程中会产生一些副产物，如CO、CO₂和C₂H₂等气体会导致电芯内部压力变大，进而导致电芯膨胀失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池结构及电动汽车，以解决现有技术中存在的电池结构冷却效率低导致充放电效率变差，冷启动性能差以及电芯在充放电过程中会产生气体导致电芯失效的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种电池结构，包括：

电芯主体，内部设有电解液；

出液导管，与所述电芯主体的内部连通；

进液导管，与所述电芯主体的内部连通；

驱液装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于驱使所述电解液在所述电芯主体、所述出液导管和所述进液导管中循环流动；

冷却装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于冷却所述电解液；

加热装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于加热所述电解液；以及

除气装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于除去所述电解液产生的气体。

通过采用上述技术方案，本实施例的电池结构以电解液本身作为热交换的介质，通过驱液装置强制对流，能够直接地对电芯主体的内部进行降温或者升温，降温效率高，升温快，提高了电芯主体的安全性，扩宽了电池结构工作的环境温度范围；与此同时，除气装置能够除去电芯主体在循环充电放电过程中产生的气体，降低电池结构的内部压力，降低电池结构的安全风险，提高电池结构的循环寿命。

在一个实施例中，所述出液导管、所述冷却装置、所述除气装置、所述加热装置和所述进液导管依次连通设置。

通过采用上述技术方案，出液导管、冷却装置、除气装置、加热装置和进液导管依次连通设置，构成的电池系统简单、制造成本低且可行性高。

在一个实施例中，所述加热装置和所述冷却装置并联设置于所述出液导管和所述进液导管之间，所述出液导管与所述加热装置之间设有第一阀门，所述出液导管与所述冷却装置之间设有第二阀门。

通过采用上述技术方案，第一阀门和第二阀门可以有效地分离冷却装置和加热装置的负向作用，提升了散热和加热效率；电解液只能择一地进入冷却装置或者加热装置，而不会依次进入冷却装置和加热装置中，造成电解液依次进行降温和升温作业，降低调温的效率。

在一个实施例中，所述出液导管和所述进液导管分别设于所述电芯主体相对的两个端部上。

通过采用上述技术方案，电解液在电芯主体的内部从一个端部朝相对端部流动，使得电芯主体的两个端部之间可以快速地达到均匀温度的状态。

在一个实施例中，所述出液导管和所述进液导管位于所述电芯主体的同一侧。

通过采用上述技术方案，出液导管和进液导管位于同一侧能够更好的节省空间，提高电池结构的整体体积能量密度。

在一个实施例中，所述电池结构包括至少两个所述出液导管和与所述出液导管一一对应的所述进液导管，所述出液导管和所述进液导管分别位于所述电芯主体的相对两侧。

通过采用上述技术方案，电池结构采用至少两个出液导管和至少两个进液导管的设计能更好的散热和加热，无论是热交换效率还是热场均匀度都有了很大的提升。

在一个实施例中，所述除气装置设有进液口。

通过采用上述技术方案，除气装置能够除去电芯主体在循环过程中产生的气体，降低电芯主体的内部压力，降低电芯主体的安全风险，提高电池的循环寿命；通过在除气装置设置进液口，能够补充电芯主体内部消耗掉的电解液，延长电芯主体的寿命，同时除气装置能及时排出电解液的气体，在除气装置中设置进液口，保证新加入的电解液与除气后的电解液混合，提高循环路径中电解液的品质。

在一个实施例中，所述冷却装置为风冷冷却装置或者水冷冷却装置；

通过采用上述技术方案，风冷冷却装置的制造成本低，可以降低电池结构的制造成本；水冷冷却装置的冷却效率高，可以提高电池结构的冷却效率。

在一个实施例中，所述加热装置为加热丝加热装置、光辐照加热装置或者机械加热装置。

通过采用上述技术方案，加热丝加热装置的成本低；光辐照加热装置的加热过程温度更加均匀，不会有电解液局部过热而分解的风险；机械加热装置的可靠性高。

本实施例还提供一种电动汽车，包括车体和上述的电池结构，所述电池结构安装于所述车体上。

通过采用上述技术方案，首先解决了新能源汽车动力电池的快充瓶颈问题，推动了新能源汽车取代传统能源汽车的步伐；解决了电动汽车在高速状态下的散热问题，能够破除了动力电池在超跑领域的应用难点；其次，还解决了新能源汽车在寒冷地区的冷启动问题和充电难点；最后，该技术能节约电动汽车的制造成本，带来可观的经济利益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型第一实施例提供的电池结构的示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的电池结构的示意图；

图3是本实用新型第三实施例提供的电池结构的示意图；

图4是本实用新型第四实施例提供的电池结构的示意图；

图5是本实用新型第五实施例提供的电池结构的示意图。

图中各附图标记为：

100-电池结构；1-电芯主体；2-出液导管；3-进液导管；4-驱液装置；5-冷却装置；6-加热装置；7-除气装置；8-第一极耳；9-第二极耳；

71-进液口；72-排气口。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、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。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行更加详细的描述：

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种电池结构100，包括：电芯主体1、出液导管2、进液导管3、驱液装置4、冷却装置5、加热装置6以及除气装置7；电芯主体1的内部设有电解液；出液导管2与电芯主体1的内部连通；进液导管3与电芯主体1的内部连通；驱液装置4与出液导管2和进液导管3连通，用于驱使电解液在电芯主体1、出液导管2和进液导管3中循环流动；冷却装置5与出液导管2和进液导管3连通，用于冷却电解液；加热装置6与出液导管2和进液导管3连通，用于加热电解液；除气装置7与出液导管2和进液导管3连通，用于除去电解液产生的气体。

本实施提供的电池结构100的工作原理如下：

电芯主体1中的电解液在驱液装置4的驱使下，从出液导管2输出至冷却装置5和加热装置6中，再通过进液导管3再次输入至电芯主体1中，实现电解液的循环，电芯主体1、出液导管2和进液导管3形成电解液的循环路径；

其中，当环境温度过低时，启动加热装置6并且关闭冷却装置5，对循环路径中的电解液进行加热，升高出液导管2和进液导管3之间的电解液的温度，驱液装置4再将高温度的电解液循环输入至电芯主体1的内部，同时驱液装置4将电芯主体1内部的较低温度的电解液通过出液导管2输出至加热装置6中，实现电解液的循环，使得电池结构100快速升温至工作温度；

当环境温度过高，或者电池结构100进行大功率充电放电过程中释放了大量热量引起电池结构100温度过高；此时，启动冷却装置5并且关闭加热装置6，对循环路径中的电解液进行冷却作业，降低出液导管2和进液导管3之间的电解液的温度，驱液装置4再将低温度的电解液循环输入至电芯主体1的内部，同时驱液装置4将电芯主体1内部的较高温度的电解液通过出液导管2输出至冷却装置5中，实现电解液的循环，使得电池结构100快速降温至工作温度；

在电池结构100充电放电过程中，电解液可能会释放出副产品如各种CO、CO₂和C₂H₂等气体会导致电芯内部压力变大，进而导致电芯膨胀失效，因此通过设置除气装置7将气体排出，具体地，除气装置7为气液分离器，使得气体顺利排出，而液体可以继续在循环路径中循环。

通过采用上述技术方案，本实施例的电池结构100以电解液本身作为热交换的介质，通过驱液装置4强制对流，能够直接地对电芯主体1的内部进行降温或者升温，降温效率高，升温快，提高了电芯主体1的安全性，扩宽了电池结构100工作的环境温度范围；与此同时，除气装置7能够除去电芯主体1在循环充电放电过程中产生的气体，降低电池结构100的内部压力，降低电池结构100的安全风险，提高电池结构100的循环寿命。

需要进一步解释的是，电池结构100包括但不限于锂离子电池、铅蓄电池或者钠离子电池；电芯主体1包括但不限于软包电芯、圆柱电芯或者方壳电芯；电解液包括但不限于常规的碳酸酯类电解液或者水系电解液；出液导管2、进液导管3、驱液装置4、冷却装置5、加热装置6以及除气装置7的排列顺序和串并联顺序可以调整。

在一个实施例中，出液导管2、冷却装置5、除气装置7、加热装置6和进液导管3依次连通设置。

具体地，驱液装置4包括但不限于泵，经过泵对电解液加压后，驱使电解液在循环路径中循环流动；电解液从电芯主体1中从出液导管2中输出，依次通过冷却装置5、除气装置7和加热装置6，当电解液温度偏高时，冷却装置5开始工作，加热装置6停止工作；当电解液温度偏低时，加热装置6开始工作，冷却装置5停止工作。

需要进一步解释的是，电池结构100还包括用于感测电解液温度的温度传感器，温度传感器设置的位置包括但不限于冷却装置5在循环路径中的前端，温度传感器也可以设置在出液导管2、冷却装置5、除气装置7、加热装置6和进液导管3的任意两者之间，温度传感器感测即将流入冷却装置5和加热装置6的电解液的温度，再将该温度信息传输至冷却装置5和加热装置6中，冷却装置5和加热装置6根据该温度信息控制自身的启动与否；具体地，当电解液的温度超出阈值时，冷却装置5启动，直至冷却装置5获取到当前温度低于阈值时停止运行；当电解液的温度低于阈值时，加热装置6启动，直至加热装置6获取到当前温度高于阈值时停止运行；

或者，电池结构100还设有与冷却装置5和加热装置6电连接的控制系统，控制系统获取电解液的当前温度，分析当前温度是否在预设的温度范围内，再输出控制信息至冷却装置5和加热装置6，冷却装置5和加热装置6获取控制信息后进入不同工作状态。

通过采用上述技术方案，出液导管2、冷却装置5、除气装置7、加热装置6和进液导管3依次连通设置，构成的电池系统简单、制造成本低且可行性高。

如图2所示，在一个实施例中，加热装置6和冷却装置5并联设置于出液导管2和进液导管3之间，出液导管2与加热装置6之间设有第一阀门，出液导管2与冷却装置5之间设有第二阀门，可选地第一阀门设于冷却装置5和驱液装置4之间，第二阀门设于加热装置6和驱液装置4之间。

具体地，第一阀门和第二阀门也可以为一体件，控制从出液导管2输出的电解液进入加热装置6或者冷却装置5中。

需要进一步解释的是，电池结构100还包括用于感测电解液温度的温度传感器，温度传感器设置的位置包括但不限于出液导管2、冷却装置5、除气装置7、加热装置6和进液导管3的任意两者之间，温度传感器感测循环路径中电解液的温度，再将该温度信息传输至第一阀门和第二阀门中，第一阀门和第二阀门根据该温度信息决定是否形成通路，使得电解液择一地流入冷却装置5或者加热装置6中，冷却装置5和加热装置6再根据该温度信息控制自身的启动与否；具体地，当电解液的温度超出阈值时，第二阀门打开使得电解液进入冷却装置5中，直至冷却装置5获取到当前温度低于阈值时停止运行；当电解液的温度低于阈值时，第一阀门打开使得电解液进入加热装置6中，加热装置6启动，直至加热装置6获取到当前温度高于阈值时停止运行；

或者，电池结构100还设有与第一阀门、第二阀门、冷却装置5和加热装置6电连接的控制系统，控制系统获取电解液的当前温度，分析当前温度是否在预设的温度范围内，再输出控制信息至第一阀门、第二阀门、冷却装置5和加热装置6，第一阀门、第二阀门、冷却装置5和加热装置6获取控制信息后进入不同工作状态。

通过采用上述技术方案，第一阀门和第二阀门可以有效地分离冷却装置5和加热装置6的负向作用，提升了散热和加热效率；电解液只能择一地进入冷却装置5或者加热装置6，而不会依次进入冷却装置5和加热装置6中，造成电解液依次进行降温和升温作业，降低调温的效率。

如图3所示，在一个实施例中，出液导管2和进液导管3分别设于电芯主体1相对的两个端部上。

可选地，出液导管2设于电芯主体1的顶部，进液导管3设于电芯主体1的底部，或者，进液导管3设于电芯主体1的顶部，出液导管2设于电芯主体1的底部。

通过采用上述技术方案，电解液在电芯主体1的内部从一个端部朝相对端部流动，使得电芯主体1的两个端部之间可以快速地达到均匀温度的状态。

如图4所示，在一个实施例中，出液导管2和进液导管3位于电芯主体1的同一侧。

通过采用上述技术方案，出液导管2和进液导管3位于同一侧能够更好的节省空间，提高电池结构100的整体体积能量密度。

如图5所示，在一个实施例中，电池结构100包括至少两个出液导管2和与出液导管2一一对应的进液导管3，出液导管2和进液导管3分别位于电芯主体1的两侧。

通过采用上述技术方案，电池结构100采用至少两个出液导管2和至少两个进液导管3的设计能更好的散热和加热，无论是热交换效率还是热场均匀度都有了很大的提升。

如图1至图5所述，在一个实施例中，电池结构100还包括第一极耳8和第二极耳9，第一极耳8和第二极耳9设于电芯主体1上，且伸入电芯主体1的内部与电解液接触；第一极耳8和第二极耳9分别位于电芯主体1的相对两个端部上，或者第一极耳8和第二极耳9均位于电芯主体1的同一个端部上。

具体地，第一极耳8和第二极耳9均位于电芯主体1的同一个端部上为A型电芯，第一极耳8和第二极耳9分别位于电芯主体1的相对两个端部上为B型电芯。

通过采用上述技术方案，A型电芯的极耳位于同一侧，能够更好的节省空间，提高电池结构100的整体体积能量密度；而B型电芯在充放电过程中，第一极耳8和第二极耳9会发热，将第一极耳8和第二极耳9分别置于电芯主体1的相对的两个端部，电芯主体1发热更均匀，系统安全性更高。

在一个实施例中，除气装置7设有进液口71。

通过采用上述技术方案，除气装置7能够除去电芯主体1在循环过程中产生的气体，降低电芯主体1的内部压力，降低电芯主体1的安全风险，提高电池的循环寿命；通过在除气装置7设置进液口71，能够补充电芯主体1内部消耗掉的电解液，延长电芯主体1的寿命；同时除气装置7能及时排出电解液的气体，在除气装置7中设置进液口71，保证新加入的电解液与除气后的电解液混合，提高循环路径中电解液的品质。

需要进一步解释的是，除气装置7的工作原理为气液分离原理，利用电解液和副产品(气体)的密度不同，除气装置7在顶部设置排气口72排出气体，而电解液留置在除气装置7的底部继续在循环路径中。

在一个实施例中，冷却装置5为风冷冷却装置5或者水冷冷却装置5。

通过采用上述技术方案，风冷冷却装置5的制造成本低，可以降低电池结构100的制造成本；水冷冷却装置5的冷却效率高，可以提高电池结构100的冷却效率。

在一个实施例中，加热装置6为加热丝加热装置6、光辐照加热装置6或者机械加热装置6。

通过采用上述技术方案，加热丝加热装置6的成本低；光辐照加热装置6的加热过程温度更加均匀，不会有电解液局部过热而分解的风险；机械加热装置6的可靠性高。

另外，风冷冷却装置5和水冷冷却装置5可以是主动型，也可以是被动型。

本实施例还提供一种电动汽车，包括车体和上述的电池结构100，电池结构100安装于车体上。

通过采用上述技术方案，首先解决了新能源汽车动力电池的快充瓶颈问题，推动了新能源汽车取代传统能源汽车的步伐；解决了电动汽车在高速状态下的散热问题，能够破除了动力电池在超跑领域的应用难点；其次，还解决了新能源汽车在寒冷地区的冷启动问题和充电难点；最后，该技术能节约电动汽车的制造成本，带来可观的经济利益。

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

Claims (10)

1.一种电池结构，其特征在于，包括：

电芯主体，内部设有电解液；

出液导管，与所述电芯主体的内部连通；

进液导管，与所述电芯主体的内部连通；

驱液装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于驱使所述电解液在所述电芯主体、所述出液导管和所述进液导管中循环流动；

冷却装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于冷却所述电解液；

加热装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于加热所述电解液；以及

除气装置，与所述出液导管和所述进液导管连通，用于除去所述电解液产生的气体。

2.如权利要求1所述的电池结构，其特征在于，所述出液导管、所述冷却装置、所述除气装置、所述加热装置和所述进液导管依次连通设置。

3.如权利要求1所述的电池结构，其特征在于，所述加热装置和所述冷却装置并联设置于所述出液导管和所述进液导管之间，所述出液导管与所述加热装置之间设有第一阀门，所述出液导管与所述冷却装置之间设有第二阀门。

4.如权利要求1所述的电池结构，其特征在于，所述出液导管和所述进液导管分别设于所述电芯主体相对的两个端部上。

5.如权利要求4所述的电池结构，其特征在于，所述出液导管和所述进液导管位于所述电芯主体的同一侧。

6.如权利要求1所述的电池结构，其特征在于，所述电池结构包括至少两个所述出液导管和与所述出液导管一一对应的所述进液导管，所述出液导管和所述进液导管分别位于所述电芯主体的相对两侧。

7.如权利要求1至6任一项所述的电池结构，其特征在于，所述除气装置设有进液口。

8.如权利要求1至6任一项所述的电池结构，其特征在于，所述冷却装置为风冷冷却装置或者水冷冷却装置。

9.如权利要求1至6任一项所述的电池结构，其特征在于，所述加热装置为加热丝加热装置、光辐照加热装置或者机械加热装置。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括车体和权利要求1至9任一项所述的电池结构，所述电池结构安装于所述车体上。

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