CN217086703U - 一种六边形可控温度的防爆锂电池及电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六边形可控温度的防爆锂电池及电池组，包括电芯本体以及置于所述电芯本体内部的接线柱，所述电芯本体为六边形柱体，所述电芯本体外部设置有六边形柱体外壳，所述外壳与所述电芯本体之间设置有相变材料。本实用新型最大化利用空间放入更多的电池，提升动力电池组能量密度，保证了电池组的安全，不需要提供额外的能量供给就能工作，节约宝贵的电能。

Description

一种六边形可控温度的防爆锂电池及电池组

技术领域

本实用新型涉及电池，具体是一种六边形可控温度的防爆锂电池及电池组。

背景技术

锂电池，是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。

锂电池的防爆性能和温度是工作的重要条件，因此要提高锂电池的防爆性能和保持温度恒定。

实用新型内容

为解决上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种六边形可控温度的防爆锂电池及电池组，本实用新型最大化利用空间放入更多的电池，提升动力电池组能量密度，保证了电池组的安全，不需要提供额外的能量供给就能工作，节约宝贵的电能。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：一种六边形可控温度的防爆锂电池，包括电芯本体以及置于所述电芯本体内部的接线柱，所述电芯本体为六边形柱体，所述电芯本体外部设置有六边形柱体外壳，所述外壳与所述电芯本体之间设置有相变材料。

进一步地，所述接线柱上开设有若干个防爆泄压孔。

进一步地，所述外壳上设置有若干条加强筋。

进一步地，所述导热材料采用相变材料。

所述导热材料采用导热硅胶片，

一种防爆锂电池组，包括若干个防爆锂电池。

综上所述，本实用新型取得了以下技术效果：

1、本实用新型电池外壳上贴有一层一级相变材料，此材料通过性质转换吸收能量，常温下为固态，电池温度升高后相变材料发生相变反应，由固态吸热变为胶状；当电池温度降低后又能自行恢复固态常温状态；

2、本实用新型电池设置为六边形，便于紧密排布，不会造成电池组排布空间上的浪费，最大化利用空间放入更多的电池，提升动力电池组能量密度；

3、本实用新型的六边形结构坚固稳定，即使外力挤压，排布好的六边锂电池组不会产生较大的形变量，保证了电池组的安全性；

4、本实用新型在电芯正极接线柱开有3个电芯防爆泄压孔，能够在极端情况下电芯短路后内压增大，通过泄压孔泄压后，能避免电芯爆炸；

5、本实用新型设置六边形外形，与外界的接触面积也相应变大，便于电池的散热，也保证了电池的安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的蜂窝电池组示意图；

图2是锂电池俯视图；

图3是图2的侧视图；

图4是锂电池的立体示意图；

图5是锂电池组装后的示意图；

图6是蜂窝导热壳示意图；

图7是图6中局部示意图；

图8是图7中局部的第一种单向阀示意图；

图9是图7中局部的第二种单向阀示意图；

图10是图7中局部的第三种单向阀示意图；

图11是蜂窝导热壳与管件组件连接关系示意图；

图12是加装电池组上下盖板的示意图；

图13是外界气温较高时工作原理流程图；

图14是外界气温较低时工作原理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

如图1所示，一种智能恒温六边形蜂窝电池组，包括电池组件1，以及连接于电池组件1用于保持电池组件1恒温的换热器组3；电池组件1包括若干个锂电池11以及用于安装锂电池11的蜂窝导热壳12，蜂窝导热壳12设置有单向流动腔124，将锂电池11包围住，换热器组3向单向流动腔124单向输送介质，实现锂电池11的恒温。

如图2－4所示是锂电池11的示意图，包括电芯本体110以及置于电芯本体110内部的接线柱111，电芯本体110为六边形柱体，电芯本体110外部设置有六边形柱体外壳114，其中，六边形的形状便于紧密排布，不会造成电池组排布空间上的浪费，最大化利用空间放入更多的电池，提升动力电池组能量密度，同时，六边形结构坚固稳定，即使外力挤压，排布好的六边锂电池组不会产生较大的形变量，保证了电池组的安全性。另外，由于是六边形外形，电池与外界的接触面积也相应变大，便于电池的散热，也保证了电池的安全。

进一步地，外壳采用铝材质作为封装外壳，外壳114与电芯本体110之间设置有导热材料，可以是相变材料113或者导热硅胶片，本实施例中，相变材料为绝缘材质，减少电池的短路/漏电风险，保护了电池安全，具体的，相变材料113可以采用无机PCM。其中，相变材料紧密贴在外壳114上，当电池温度升高时，相变材料吸热由固态相变为胶状，产生给电芯降温的有益效果，当电芯冷却后，相变材料又由胶状相变为固态，此一级相变不需要提供额外的能量供给就能工作，节约宝贵的电能，在受热软化时导热能力进一步提升。

再进一步的，接线柱111上开设有若干个防爆泄压孔112，具体的，电芯正极接线柱开有3个电芯防爆泄压孔，能够在极端情况下电芯短路后内压增大，通过泄压孔泄压后，能避免电芯爆炸。

如图3所示，外壳114上设置有若干条加强筋115，本实施例外壳上箍三道电芯结构加强筋，进一步加强电芯的结构强度。

如图4所示为锂电池1的立体结构示意图，如图5所示为若干个锂电池11排布组成的电池组示意图。可以结合图1，在如图5的基础上增设蜂窝导热壳12即可形成图1中的电池组件1。

如图6所示，蜂窝导热壳12包括导热壁120也即导热管，导热壁120开设有若干个六边形安装孔121，锂电池11安装在六边形安装孔121中。电池组排布完成后安装在同样是蜂窝结构的导热管中，蜂窝导热壳12管壁与六角电芯的相变材料物理接触，相变材料紧贴在导热管内壁上；另外，每只电芯上都附有温度检测模块(未图示)，电池温度通过该模块实时传递到电池组温控器上。

单向流动腔124开设在导热壁120的壁中，单向流动腔124的一端设置有用于连接换热器组3出口的介质进口122，另一端设置有用于连接换热器组3入口的介质出口123，用于介质的流动。

如图7所示，单向流动腔124中设置有用于截止介质逆向流动的单向阀组，单向阀组包括若干个单向阀13。

其中，单向阀13包括设置在单向流动腔124内壁两侧的止挡部，以及置于两个止挡部之间的用于闭合止挡部的阀体，以及控制阀体闭合在止挡部上的控制部。

止挡部与阀体接触的面均设置弹性垫，保证阀体闭合时止挡部的开口被密封完全，不会导流介质。

如图8所示是第一种单向阀13的结构示意图，如图9所示是第二种单向阀13的结构示意图，如图10所示是第三种单向阀13的结构示意图。

如图8所示，止挡部采用第一止挡块130，阀体采用第一阀体131，第一阀体131位于两个第一止挡块130的背水面，第一阀体131的直径大于两个第一止挡块130之间的距离，保证在闭合是将止挡块开口完全挡住；控制部采用第一弹簧132，第一弹簧132的一端固定在第一阀体131上，另一端固定在单向流动腔124内壁上且与第一阀体131同侧，当介质从左侧到来时，介质的冲击力大于弹簧的力度，介质将第一阀体冲开，使得第一阀体离开第一止挡块，介质从第一止挡块之间流过，当介质停止时，介质的冲击力小于弹簧的力，第一阀体闭合在第一止挡块上，当有介质从右侧来时，介质的冲击力施加在第一阀体上，第一阀体始终闭合在第一止挡块上，介质无法流动，实现了单向流动。利用弹簧的张力来控制阀体的闭合，简单方便，无需人工干预。由于锂电池的高度是一定的，因此第一阀体可以是球形或者圆柱体，第一止挡块之间的开口也是球形腔或者圆柱体腔。

如图9所示，止挡部采用第二止挡块135，阀体采用第二阀体136，第二阀体136位于两个第二止挡块135的背水面，第二阀体136的直径大于两个第二止挡块135之间的距离；控制部采用第二弹簧137，第二弹簧137的一端固定在第二阀体136上，另一端固定在单向流动腔124内壁上且与第一阀体131不同侧。与第一种不同之处在于，第二种中的第二弹簧137是设置在迎水面，而第一种的第一弹簧是背水面，其中，第二种中，单向流动腔124的迎水面固定有第一固定杆133，第一固定杆133上固定第二固定杆134，第二弹簧137固定在第二固定杆134上。由于锂电池的高度是一定的，因此第二阀体136可以是球形或者圆柱体，第二止挡块135之间的开口也是球形腔或者圆柱体腔。

如图10所示，止挡部采用第三止挡块138，第三止挡块138上开设有容置腔139，阀体采用第三阀体140，第三阀体140位于容置腔139中，容置腔139的背水部开设有小于第三阀体140直径的空间出口，当有介质过来时，介质的冲击力大于控制部的控制力，第三阀体140脱离第三止挡块138开口后在容置腔139中进行活动；控制部采用磁铁，磁铁设置在第三阀体140表面以及设置在容置腔139的空间入口上，二者上设置的磁铁采用不同极性，能够相互吸引，其中磁力能够自动吸引第三阀体，当第三阀体没有水流冲击力时，第三阀体被吸附在第三止挡块上，当介质冲击来时，介质力度大于磁力，第三阀体脱离第三止挡块138，在容置腔内活动，当介质停止时或者介质倒流时，第三阀体在磁力作用下紧贴在第三止挡块138上。由于锂电池的高度是一定的，因此第三阀体可以是球形或者圆柱体，容置腔139也是球形腔或者圆柱体腔。

进一步地，第三止挡块138、第三阀体140设置为中空，降低重量。

本实施例中利用单向阀13实现介质的单向流动，实现介质的正向流动，提高介质换热的效率。

蜂窝导热壳12由导热性能良好的铜组成，蜂窝导热壳12连接有温度监测系统(未图示)，导热壁120与电芯蜂窝状排布一致，由内壁紧贴电芯相变材料实现热交换，导热壁120是中空的，形成的流道结构为“单向流道”形式的单向流动腔124，此形式正向流通顺畅，逆向流通阻力极大，起到让冷媒正向运动即往一个方向运动的作用，流道设计为“单向流道”有益效果为：整体流道结构为正六边形，为了防止冷媒在流道中做无效流动或者冷媒乱流而导致冷媒流动不畅，制冷/制热效果不佳，采用了只能单向流通的“单向流道”结构的流道，强迫冷媒只能从进口运动到出口，无法逆向流动，提高了冷媒的利用效率；实现电池组的恒温控制；且该通道与冷媒进/出口换向电磁阀即换向电磁阀23直接连接。

如图11所示，换热器组3连接有管件组件2，管件组件2包括冷媒进口管道21和冷媒出口管道22以及设置在冷媒进口管道21和冷媒出口管道22连接处的换向电磁阀23，冷媒进口管道21连接至介质进口122，冷媒出口管道22连接至介质出口123，结合图1，换向电磁阀23的一个进出口连接至第一支管36，另一个进出口连接至第二支管37。

如图1所示，换热器组3包括冷凝器31以及冷凝器风扇32，冷凝器31的第一进出口连接有第一支管36，第二进出口连接有第二支管37，第一支管36上设置有压缩机33，第二支管37上设置有膨胀阀34和电磁四通阀35。本实施例中，电磁四通阀35起到冷媒换向的作用，用以实现制热和制冷切换；与电池组温控器电性连接，有益效果为：制热时相比传统的PTC电阻加热，热泵系统制热效能高并且节约能源。

单向流动腔124与换向电磁阀23直接连接，由于单向流动腔124的特殊结构，冷媒只能单向流动，而制热/制冷过程中，冷媒的流动方向是相反的，此时就需要一个换向电磁阀即换向电磁阀23：制冷时，冷媒从膨胀阀34降压后进入单向流动腔124；制热时，冷媒从压缩机33加压后进入单向流动腔124，从而保证了不管是制热还是制冷，冷媒都可以顺畅进入单向流动腔124的正向进口单向流动到正向出口。

另外，本实施例中，还设置有电池组温控器、温度检测模块，温度检测模块紧贴在电芯表面，用于实时监测电芯的温度；温度检测模块与电池组温控器电性连接，电池组温控器安装在每一只六边电芯上，所产生的电池温度数据通过有线传输到电池组温控器上，由电池组温控器持续监测电芯温度，一旦温度过高或者过低，温控器就会启动换热器组3进行制冷或者制热工作，与温度监测模块电性连接。

除此之外，还包括控制器，控制器与电池组温控器、换热器组3、换向电磁阀23电性连接，通过电池组温控器采集的电池温度来自动控制制冷/制热、自动控制换向电磁阀23的工作方式来保证电池组工作在恒定适宜的温度区间。

如图12所示，还包括电池组上下盖板15，电池组上下盖板由盖板主体和蛇形的换热器管道组成，换热器管道安装在盖板上，通过换热器将电池组的热量传递以达到恒温的效果；该换热器与另一组换热器组3连接方可工作，电池组上下盖板连接的另一组换热器组3可与上述换热器组3使用同一组，电池组上下盖板换热管道无需接入上述换热器组3中所述的换向电磁阀。

工作原理：

(1)外界气温较高：

六边形电芯外紧密粘贴了一层相变材料，此材料导热性能良好，温度高时相变材料吸热产生相变，相变材料膨胀软化，此时与蜂窝导热壳12的内壁贴合愈加紧密，导热能力进一步提升；而通过与蜂窝导热壳12连接的换热器组3开始工作，冷媒的循环过程如图13所示。

首先，低压的气态冷媒被吸入压缩机，被压缩成高温高压的气体冷媒；而后，气态冷媒流到车/室外的冷凝器，在向车/室外散热过程中，逐渐冷凝成高压液体冷媒；接着，通过节流装置膨胀阀降压(同时也降温)又变成低温低压的气态冷媒，它进入盖板换热器/电池组导热管，通过吸收电芯/电池组中的热量而不断汽化，这样，电池组的温度降低了，它也又变成了低压气态，重新进入了压缩机。如此循环往复，换热器组3就可以连续不断的运转工作了。

(2)外界气温较低：

外界温度过低时，换热器组3启动，将外界的热能泵到电池组中给电池组加热，与导热管紧贴的电芯相变材料受热产生相变变软，进一步加强导热能力，给电芯升温，使得电芯工作在适合的温度，提高电池放电效率，工作流程：

气体冷媒被压缩机加压，成为高温高压气体，进入盖板换热器/电池组导热管，冷凝液化放热，成为高压液态冷媒，同时将电芯/电池组加热，从而达到提高电池温度的目的，高压液态冷媒经节流装置膨胀阀减压，进入冷凝器，蒸发气化吸热，成为气体，同时吸取车/室外空气的热量(成为气体的冷媒)再次进入压缩机开始下一个循环。

本装置的恒温电池组由蜂窝状六边形电芯、电池组导热管、电池组上下盖板、换热器组3、电池组温控器和温度检测模块构成，可以作为车载动力电池使用，也可以作为大规模储能电站使用，有益效果为：通过配套的高导热传输效率的电芯结构+换热器组3使得电芯持续工作在电池最佳工作温度区间，保证电池安全的同时使得电池储电/放电效率维持在较高水平，节约能源，提高电能利用率，符合国家能源发展战略。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施方式而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种六边形可控温度的防爆锂电池，其特征在于：包括电芯本体(110)以及置于所述电芯本体(110)内部的接线柱(111)，所述电芯本体(110)为六边形柱体，所述电芯本体(110)外部设置有六边形柱体外壳(114)，所述外壳(114)与所述电芯本体(110)之间设置有导热材料。

2.根据权利要求1所述的一种六边形可控温度的防爆锂电池，其特征在于：所述接线柱(111)上开设有若干个防爆泄压孔(112)。

3.根据权利要求2所述的一种六边形可控温度的防爆锂电池，其特征在于：所述外壳(114)上设置有若干条加强筋(115)。

4.根据权利要求3所述的一种六边形可控温度的防爆锂电池，其特征在于：所述导热材料采用相变材料(113)。

5.根据权利要求3所述的一种六边形可控温度的防爆锂电池，其特征在于：所述导热材料采用导热硅胶片。

6.一种防爆锂电池组，其特征在于：包括若干个如权利要求1－5任一项所述的一种六边形可控温度的防爆锂电池。

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