CN218299957U - 一种电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池装置，包括：至少两个单体电池，每个单体电池中表面积最大的面为侧面，两个单体电池相邻设置且二者的侧面相对设置；双层热交换件，设在相邻两个单体电池之间并沿侧面的长度方向延伸，且双层热交换件的相对两侧分别连接相邻两个单体电池的侧面；双层热交换件的两散热部之间设有间隙，间隙的宽度与单体电池的容量比值为0.0016‑0.0375mm/Ah。该电池装置兼具高循环寿命和较好的散热效果。

Description

一种电池装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池装置。

背景技术

随着新能源汽车行业的发展，消费者对动力电池快速充电的要求逐渐提高。然而，动力电池在充放电过程中会膨胀，其膨胀程度直接影响电池的循环寿命。因此，如何控制电池的膨胀以使动力电池兼具快速充电和高循环寿命的特点十分重要。

实用新型内容

为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本实用新型提供一种电池装置，其兼具高循环寿命和较好的热交换效果。

本实用新型为解决其问题所采用的技术方案是：

一种电池装置，包括：

至少两个单体电池，每个单体电池中表面积最大的面为侧面，两个单体电池相邻设置且二者的侧面相对设置；

双层热交换件，设在相邻两个单体电池之间并沿侧面的长度方向延伸，且双层热交换件的相对两侧分别连接相邻两个单体电池的侧面；

双层热交换件的两散热部之间设有间隙，间隙的宽度与单体电池的容量比值为0.0016-0.0375mm/Ah。

本实用新型的电池装置通过设置具有间隙的双层热交换件，能够在对单体电池进行充分热交换的同时，通过间隙吸收单体电池的热膨胀，避免单体电池膨胀时挤压双层热交换件的两热交换部变形。此外，对间隙的宽度与单体电池的容量关系进行限定，能够根据单体电池的容量设置适合宽度的间隙，保证该容量的单体电池既能够在循环过程中有足够的膨胀空间，又保证了该单体电池合适的预紧力，从而使得单体电池有较高的循环寿命。

附图说明

图1为实施例中电池包的结构示意图。

图2为实施例中电池装置的部分结构示意图；

图3为图2的分解图；

图4为实施例中一体式双层液体板的结构示意图；

图5为图4的左视图；

冷却板冷却板图6为实施例中分体冷却板的结构示意图；

图7为图6的左视图。

其中，附图标记含义如下：

01、电池包；02、电池模组；1、单体电池；11、侧面；2、双层热交换件；21、双层热交换板；22、集流体；23、间隙；24、一体式双层冷却板；241、液冷区；242、变形区；25、分体冷却板；251、第一冷却板；252、第二冷却板；253、变形部；254、第一变形部；255、第二变形部；26、加强筋。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

本实用新型提供了一种循环寿命较好的电池装置，在本实用新型中，电池装置可以是常用于新能源汽车中的电池包01或电池模组02，如图1所示，电池模组02包括堆叠设置的多个单体电池1，电池模组02设在电池包01内，电池包01内可设有多组电池模组02。本实用新型以长方体形状的单体电池1为例进行论述，如图2所示，X方向为单体电池1的长度方向，且该方向为电池包01及其内所述部件的长度方向，Y方向为单体电池1的厚度方向，且该方向为电池包01及其内所述部件的厚度方向，Z方向为单体电池1的高度方向，且该方向为电池包01及其内所述部件的高度方向，长度方向和高度方向围成的面为单体电池1表面积最大的面，该表面积最大的面定义为单体电池1的侧面11，多个单体电池1堆叠成电池模组02时，相邻两个单体电池1的侧面11相对设置。其它形状的单体电池1(例如圆形等)可根据实际情况进行调整。

本实用新型的电池装置为池包01或电池模组02，其包括双层热交换件2和并列设置的多个电池组，每个电池组包括沿同一方向依次排列的多个单体电池1，相邻两个单体电池1的侧面11相对设置。双层热交换件2设在相邻两个单体电池1之间，并沿侧面11的长度方向延伸，每个单体电池1至少一个侧面11与双层热交换件2相邻设置，以保证双层散热件2对电池组的有效热交换。

双层热交换件2的相对两侧面为其两个热交换部，该两个热交换部内填充有流动的热交换液，且该两个热交换部分别与相邻电池组中单体电池1的侧面11连接，即如图2所示方向，双层热交换件2左侧的热交换部连接左侧电池组中单体电池1的侧面11，双层热交换件2右侧的热交换部连接右侧电池组中单体电池1的侧面11，该连接方式可以是二者直接贴合，或者通过导热胶等进行连接。由于侧面11为单体电池1表面积最大的面，其与双层热交换件2有较大的接触面积，热传递效果好，能够实现单体电池1的有效热交换。由于单体电池1在充放电循环过程中以及热失控时都会发生热膨胀，为了避免单体电池1热膨胀时挤压双层热交换件2的两个热交换部变形，导致冷却液流动受阻影响热交换效果，本实施例在两个热交换部之间设有间隙23，间隙23和两个热交换部均沿电池组中单体电池1的排列方向延伸并贯穿双层热交换件2。当单体电池1热膨胀挤压双层热交换件2时，间隙23被压缩即左右间距变小以吸收单体电池1的热膨胀，由此，双层热交换件2的两个散热部不会被挤压变形，保证了热交换液的畅通流动。

但是，间隙23并非随意设置，其需要考虑单体电池1热膨胀所需要的空间，并且还要保证单体电池1在装配入液冷电池模组后有一定的预紧力。单体电池1在充放电循环过程中会因产气、产热而膨胀，该膨胀的程度与单体电池1的容量有关，若间隙23过小，提供给单体电池1膨胀的空间过小，该较小的空间无法满足相应容量的单体电池1正常的充放电，会导致单体电池1的循环性能迅速衰减，明显缩短循环寿命。若间隙23过大，超过相应容量的单体电池1正常的充放电所需要的膨胀空间，会使单体电池1受到的预紧力不足，同样会影响单体电池1的循环寿命。因此，间隙23的宽度大小需要根据单体电池1的容量进行相应设置，二者之间满足如下条件：参阅图2，以Y方向为间隙23的宽度方向，间隙23的宽度与单体电池1的容量比值为0.0016-0.0375mm/Ah。比如，单体电池1的容量为80Ah-300Ah，相应地间隙23的宽度为0.8mm-2.5mm，当然，只要满足间隙23的宽度与单体电池1在该比值范围内即可。进一步优化的，间隙23的宽度与单体电池1的容量比值为0.0025-0.02mm/Ah。

本实用新型中，双层热交换件2为双层散热件，双层热交换板21为双层冷却板，两热交换部为散热部，其内填充有冷却液，可以选择为乙二醇溶液，间隙23内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种，本实用新型优选空气，以能够充分压缩变形。

下面通过具体实施例论述本发明的双层散热件的详细结构。

实施例1

参阅图4-5，本实施例的双层冷却板为一体式双层冷却板24，其内设有间隙23和两个液冷区241，两个液冷区241和间隙23均沿一体式双层冷却板24的延伸方向贯穿该一体式双层冷却板24。其中，两个液冷区241分别紧贴一体式双层冷却板24的相对两内侧壁设置，以使两个液冷区241贴靠相邻两个电池组中电池单体1的侧面11，间隙23设在两个液冷区241之间。

液冷区241内填充有冷却液，以通过冷却液将单体电池1产生的热量散发出去，间隙23内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种，为了保证间隙23有足够的压缩空间，本实施例间隙23内填充空气，当一体式双层冷却板24两侧的单体电池1产热膨胀并挤压该一体式双层冷却板24时，间隙23先于液冷区241受挤压变形，从而保证了液冷区241结构的稳定性，避免了其被挤压变形，导致冷却液的流动受阻，从而使散热效果受到影响。

进一步地，一体式双层冷却板24内还设有沿其延伸方向贯穿的变形区242，变形区242与液冷区241和间隙23均相邻设置，且变形区242紧贴一体式双层冷却板24的相对两内侧壁设置，从而贴靠相邻两个电池组中电池单体1的侧面11。具体的，参阅图5，变形区242设在一体式双层冷却板24内的高度方向的中部，以将液冷区241和间隙23分隔为至少上下两部分，变形区24内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种，为了保证变形区24有足够的压缩空间，本实施例变形区24内填充空气。当一体式双层冷却板24两侧的单体电池1产热膨胀并挤压该一体式双层冷却板24时，间隙23先于液冷区241受挤压变形，左右两侧的液冷区241相向靠近，同时变形区242也被挤压变形，从而保证了液冷区241不易受挤压变形，从而不会影响液冷区241内冷却液的流动，进而保证了散热效果。若变形区242内填充有冷却液，由于其没有空气的缓冲作用，当单体电池1膨胀挤压变形区242时，变形区242极易变形，而大大增加冷却液的流阻，影响一体式双层冷却板24的散热效果。

此外，液冷区241内沿一体式双层冷却板24的高度方向间隔设有多个加强筋26，以通过加强筋26将液冷区241内分隔为多个通道，并提高液冷区241和变形区242的强度。

值得注意的是，本实施例的一体式双层冷却板24主要包括三个区域，液冷区241、间隙23和变形区242，由于只有液冷区241走冷却液，因此，集流体22套设在一体式双层冷却板24的延伸方向的两端部时，其冷却液出入口只与液冷区241连通。并且，由于液冷电池模组内设有多个一体式双层冷却板24，每个一体式双层冷却板24的两端部均设有集流体22，同端部的集流体22之间依次连接，并且连接冷却系统，从而通过集流体22将冷却液依次运送至每个一体式双层冷却板24内。而且，各个一体式双层冷却板24内的冷却液的流量可不同，尤其是靠近电池模组边部的一体式双层冷却板24，由于边部产热相对较少，可相应减小一体式双层冷却板24的流量。

此外为了方便单体电池1在电池包内的装配，双层冷却板的高度为单体电池1高度的85％-99％，该高度范围同时保证了双层冷却板21与单体电池1的侧面11有较大的接触面积，从而有效散热，避免因接触面积太小而减弱了双层冷却板的散热效果。此外，接触面积太小，在电池模组02或电池包01中，单体电池1的紧固效果太差，即每个单体电池1只有一小部分区域被紧固，而其他未被紧固的区域很容易因产热膨胀，不仅单体电池1各位置受力不均匀，而且会影响单体电池1的循环性能降低。

本实施例中，间隙23为宽度1mm，单体电池1的容量为170Ah，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0059mm/Ah，循环圈数为3300圈。

单体电池1的循环性能的测试方法：

1)以1C倍率放电至放电终止条件；

2)搁置30min，以1.1C倍率阶梯充电至充电终止条件；

3)搁置30min，以1C倍率放电至放电终止条件，记录放电容量；

4)按照2)～3)连续循环至容量降至初始容量的80％。

实施例2

本实施例同样公开了一种双层冷却板，本实施例与实施例1的区别在于：双层冷却板的结构不同，本实施例采用分体冷却板25。

具体的，参阅图6-7，分体冷却板25包括第一冷却板251和第二冷却板252，第一冷却板251和第二冷却板252均沿电池组中单体电池1的排列方向延伸，且二者分别贴靠相邻两个电池组中单体电池1的侧面11。第一冷却板251和第二冷却板252之间形成有间隙23。第一冷却板251和第二冷却板252内填充有冷却液，间隙23内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种，为了保证间隙23有足够的压缩空间，本实施例间隙23内填充空气，从而在单体电池1产热膨胀挤压分体冷却板25时，间隙23首先被挤压，保证了第一冷却板251和第二冷却板252不易被挤压变形，避免了对冷却液的流动产生阻力，从而保证了散热效果。

间隙23是通过将第一冷却板251和第二冷却板252经由变形部253连接得到的，变形部253内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种，为了保证变形部253有足够的压缩空间，本实施例变形部253内填充空气。具体的，第一冷却板251的高度方向的两端部设有第一变形部254，第二冷却板252的高度方向的两端部设有第二变形部255，两个第一变形部254和两个第二变形部255一一对应设置。第一变形部254和与其对应的第二变形部255连接方式可以是对接、搭接、钎焊、胶粘等，由于第一冷却板251和第二冷却板252为相互独立的两个分板，当只有第一冷却板251或第二冷却板252损坏时，只需对应更换即可，无需更换整套分体冷却板25。在分体冷却板25的宽度方向上，至少一个变形部253超出其对应的单个冷却板的宽度并向另一个冷却板的宽度方向延伸，当然，为了分体冷却板25结构的稳定性，本实施例两个第一变形部254和两个第二变形部255为对称结构，并超出第一冷却板251和第二冷却板252相向延伸的宽度，从而在两个第一变形部254和两个第二变形部255连接时，第一冷却板251和第二冷却板252之间存在距离以形成间隙23。

具体的，本实施例的第一变形部254和第二变形部255均为四分之一圆弧形状，且二者圆弧结构的圆心重合，该圆弧结构的设置使得分体冷却板25的高度方向的两端部具有更好的缓冲效果，不易损坏。

第一变形部254与第一冷却板251之间的夹角、第二变形部255与第二冷却板252之间的夹角可在90-160°范围内选择，其宽度可设置为4-10mm，以根据实际需求调整间隙23的大小，且避免过渡占用空间。

由于第一冷却板251和第二冷却板252的底部也设有变形部253，当装入电池包01内时，为了保证电池模组02结构的稳定，底部的变形部253与电池包01内底粘贴连接。并且，第一冷却板251和第二冷却板252顶部的变形部253的高度不得高于单体电池1，以免影响电池模组02在电池包01内的组装。

参阅图7，第一冷却板251和第二冷却板252内均垂直于其延伸方向间隔设有多个加强筋26，以使所述第一冷却板251和第二冷却板252内均形成多个流道，并提高第一冷却板251和第二冷却板252的强度。

需要说明的是，虽然本实施例为分体冷却板25，但是其延伸方向的两端部均各安装一个集流体22以套设住第一冷却板251和第二冷却板252的同一端部，但是，需要注意，集流体22的冷却液出入口只与第一冷却板251和第二冷却板252内的流道连通。

值得注意的是，本实用新型中的每个双层冷却板21的流量均可单独调节，以适应实际工作需求，双层冷却板21与单体电池1的侧面11之间可为粘贴连接，以能够快速装配入液冷电池模组内。

本实施例中，间隙23为宽度1mm，单体电池1的容量为170Ah，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0059mm/Ah，循环圈数为3100圈。

实施例3

本实施例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本实施例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为1.5mm，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0088mm/Ah，循环圈数为3500圈。

实施例4

本实施例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本实施例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为2mm，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0118mm/Ah，循环圈数为3600圈。

实施例5

本实施例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本实施例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为0.65mm，单体电池1的容量为260Ah，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0025mm/Ah，循环圈数为2800圈。

实施例6

本实施例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本实施例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为0.42mm，单体电池1的容量为260Ah，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0016mm/Ah，循环圈数为2300圈。

实施例7

本实施例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本实施例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为3mm，单体电池1的容量为80Ah，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0375mm/Ah，循环圈数为4200圈。

实施例8

本实施例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本实施例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为2.4mm，单体电池1的容量为120Ah，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.02mm/Ah，循环圈数为2800圈。

对比例1

本对比例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本对比例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为0.2mm，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0012mm/Ah，循环圈数为2700圈。

对比例2

本对比例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本对比例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为0.3mm，单体电池1的容量为260Ah，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.0012mm/Ah，循环圈数为2100圈。

对比例3

本对比例同样提供了一种一体式双层冷却板24，本对比例与实施例1的区别在于：间隙23的宽度为3.2mm，单体电池1的容量为80Ah，其他条件不变，间隙23与单体电池1的容量的比值为0.04mm/Ah，循环圈数为3600圈。性能测试与分析

1、测试对象：实施例1-8、对比例1-3的电池装置中的单体电池。

2、测试项目：循环性能测试

1)25℃，以1C倍率放电至放电终止条件；

2)搁置30min，以1.1C倍率阶梯充电至充电终止条件；

3)搁置30min，以1C倍率放电至放电终止条件，记录放电容量；

4)按照2)～3)连续循环至容量降至初始容量的80％。

3、测试结果：参见表1。

表1

将实施例1与实施例2的循环数据进行对比可知，虽然二者均为双层冷却板结构，但由于实施例2为分体冷却板25，其强度低于实施例1的一体式双层冷却板24，从而降低了单体电池1的循环寿命。

将实施例1与3-4进行对比可知，适度提高间隙23的宽度有利于提高双层冷却板对单体电池1膨胀的缓冲，从而在保证对单体电池1合适预紧力的情况下，使得单体电池1的膨胀空间更加充足，进而循环寿命有所提高。

将实施例1与实施例3-8进行对比可知，合理控制间隙与单体电池容量的比值有利于提高单体电池的循环寿命。

将对比例1-2与实施例1进行对比可知，间隙23过小，提供给单体电池1的膨胀空间小于其进行循环测试所必须的膨胀空间，充放电过程严重受到影响，循环寿命降低。

由对比例3和实施例7可知，间隙与单体电池容量的比值过大，单体电池受到的预紧力略不足，因此对比例3的循环寿命相较于实施例7有所降低，若继续提高间隙宽度，会使单体电池的预紧力进一步降低，最终导致单体电池的循环寿命明显降低。而且间隙设置过大占用空间，减小能量密度。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (16)

1.一种电池装置，其特征在于，包括：

至少两个单体电池，每个所述单体电池中表面积最大的面为侧面，两个所述单体电池相邻设置且二者的侧面相对设置；

双层热交换件，设在相邻两个所述单体电池之间并沿所述侧面的长度方向延伸，且所述双层热交换件的相对两侧分别连接相邻两个所述单体电池的侧面；

所述双层热交换件的两散热部之间设有间隙，所述间隙的宽度与所述单体电池的容量比值为0.0016-0.0375mm/Ah。

2.根据权利要求1所述的一种电池装置，其特征在于：所述间隙的宽度为0.42mm-3mm，所述单体电池的容量为80Ah-300Ah。

3.根据权利要求1所述的一种电池装置，其特征在于：所述间隙的宽度为0.8mm-2.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种电池装置，其特征在于：所述间隙沿电池组排布方向的宽度与所述单体电池的容量比值为0.0025-0.02mm/Ah。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种电池装置，其特征在于：所述双层热交换件包括双层热交换板和集流体，所述双层热交换板沿电池组中所述单体电池的排列方向延伸并贴靠所述单体电池的侧面，所述集流体设在所述双层热交换板延伸方向的两端部。

6.根据权利要求5所述的一种电池装置，其特征在于：所述双层热交换板内设有间隙和两个热交换区，两个所述热交换区和间隙均沿所述双层热交换板的延伸方向贯穿所述双层热交换板，两个所述热交换区分别贴靠相邻两个电池组中的单体电池，所述间隙设在两个所述热交换区之间。

7.根据权利要求6所述的一种电池装置，其特征在于：所述双层热交换板内还设有沿其延伸方向贯穿的变形区，所述变形区分别与所述热交换区和所述间隙相邻设置，且所述变形区贴靠相邻两个电池组中的单体电池。

8.根据权利要求7所述的一种电池装置，其特征在于：所述间隙和/或所述变形区内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的一种电池装置，其特征在于：所述热交换区内沿所述双层热交换板的高度方向间隔设有多个加强筋。

10.根据权利要求5所述的一种电池装置，其特征在于：所述双层热交换板包括分别贴靠相邻两个电池组的第一热交换板和第二热交换板，所述第一热交换板和所述第二热交换板均沿电池组中所述单体电池的排列方向延伸，所述第一热交换板和所述第二热交换板之间设有间隙。

11.根据权利要求10所述的一种电池装置，其特征在于：所述第一热交换板和所述第二热交换板之间通过变形部连接，以形成所述间隙。

12.根据权利要求11所述的一种电池装置，其特征在于：所述变形部包括设在所述第一热交换板高度方向两端部的第一变形部和设在第二热交换板高度方向两端部的第二变形部，所述第一变形部和与其相对应的第二变形部相向延伸以使所述第一热交换板和所述第二热交换板之间形成所述间隙。

13.根据权利要求12所述的一种电池装置，其特征在于：所述第一热交换板和其两端的所述第一变形部的总高度、所述第二热交换板和其两端的所述第二变形部的总高度均不高于所述单体电池的高度。

14.根据权利要求12所述的一种电池装置，其特征在于：所述第一变形部与所述第一热交换板之间的夹角、所述第二变形部与所述第二热交换板之间的夹角均为90-160°。

15.根据权利要求10所述的一种电池装置，其特征在于：所述第一热交换板和/或所述第二热交换板内均沿所述双层热交换板的高度方向间隔设有多个加强筋。

16.根据权利要求11所述的一种电池装置，其特征在于：所述间隙和/或所述变形部内填充有空气、隔热件和相变材料中的至少一种。

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