CN218568988U - 一种电池模组及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池模组及用电装置，涉及动力电池的技术领域，以解决现有技术中动力电池散热效果差、热量堆积易失火的技术问题。本申请的电池模组，包括：多个电芯、散热组件，以及至少一个防火件。其中，相邻的电芯之间具有第一空位；散热组件包括多个导热件，每两个导热件设于一个第一空位，且每个导热件与一个电芯的侧壁连接；一个防火件设于一个第一空位，且位于每个第一空位内的两个导热件之间。故本申请提供的电池模组具有散热效果好、安全性能高、结构紧凑等优点。

Description

一种电池模组及用电装置

技术领域

本申请涉及动力电池的技术领域，具体而言，涉及一种电池模组及用电装置。

背景技术

现有技术中，动力电池在充放电过程中会产生热量，进而提高动力电池的整体温度。而温度对动力电池的电池性能以及安全性有重要影响。在现有的动力电池产品追求充电时间缩短的趋势下，其采用的充电倍率不断提高，例如3C、4C甚至6C等大倍率充电。随着充电倍率的逐步提高，动力电池的发热量也在呈指数递增，温升过快极大程度影响了动力电池的充电性能和充电安全。

为了在电池充电过程中及时散热，研发人员通常采用风冷、水冷、直冷等各种冷却方案。在设计电池结构时，研发人员一般将用于散热的冷却件，布置在电池内部的电芯组件的某一个面上。然而仅通过冷却件对电池的一个表面冷却，其冷却面积太小、散热效率不高，无法满足大倍率充电电池的散热需求；且电池内部热量快速堆积而未得到及时散热时，存在着火甚至爆炸的隐患。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种电池模组及用电装置，其能够通过电芯之间的导热件及防火件及时传导热量、避免着火，有效提高电池模组及用电装置的充电效率以及安全性。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例第一方面提供了一种电池模组，包括：多个电芯、散热组件，以及至少一个防火件。其中，相邻的电芯之间具有第一空位；散热组件包括多个导热件，每两个导热件设于一个第一空位，且每个导热件与一个电芯的侧壁连接；一个防火件设于一个第一空位，且位于每个第一空位内的两个导热件之间。

于一实施例中，散热组件还包括冷却件，冷却件与多个导热件连接。

于一实施例中，冷却件为液冷板，液冷板内部设有冷却腔，液冷板的一端设有入水口，液冷板的另一端设有出水口，入水口与出水口均与冷却腔连通。

于一实施例中，设置于入水口至出水口方向上的多个导热件的面积逐渐增大。

于一实施例中，电池模组还包括安装外框，安装外框设有内部空腔，电芯与防火件设于内部空腔。

于一实施例中，安装外框的顶部设有第一开口，第一开口与内部空腔连通，电芯的极柱通过第一开口外露。

于一实施例中，导热件的一端为第一导热部，导热件的另一端为第二导热部，第二导热部与第一导热部相互垂直。

于一实施例中，导热件具有位于两端的第一导热部，以及连接两个第一导热部的第二导热部，两个第一导热部相互平行。

于一实施例中，第一导热部的面积大于第二导热部，第一导热部与电芯的最大面积的侧壁连接。

本申请实施例第二方面提供了一种用电装置，该用电装置包括至少一个本申请第一方面任一实施例所提供的电池模组。

本申请与现有技术相比的有益效果是：本申请通过散热组件以及防火件的设置，解决了电池模组因充电或放电过快，而造成的内部热量较高、存在着火甚至爆炸等安全隐患的问题。另外，本申请还通过对导热件的结构以及面积的设计，实现了及时传导多个电芯之间的堆积热量、以及实现了整个电池模组内部温度均衡的技术效果，在结构紧凑、节省耗材的同时提升了电池模组的散热性能，进一步有效提高了电池模组的工作效率与安全性能，延长了电池模组及用电装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请一实施例示出的用电装置的结构示意图；

图2为本申请一实施例示出的电池模组的整体结构示意图；

图3为本申请一实施例示出的电池模组的爆炸示意图；

图4为本申请一实施例示出的电池模组的局部爆炸示意图；

图5为本申请一实施例示出的电芯的结构示意图；

图6(a)为本申请一实施例示出的L形导热件的结构示意图；

图6(b)为本申请一实施例示出的U形导热件的结构示意图；

图7为本申请一实施例示出的电芯与导热件连接的示意图；

图8(a)为本申请一实施例示出的靠近入水口位置的导热件示意图；

图8(b)为本申请一实施例示出的靠近出水口位置的导热件示意图；

图9为本申请一实施例示出的刀片电池的结构示意图。

图标：1-用电装置；2-电池模组；21-第一空位；3-电芯；30-外壳；31-极柱；4-散热组件；41-导热件；411-第一导热部；412-第二导热部；413-导热面；42-冷却件；420-冷却腔；421-入水口；422-出水口；5-防火件；6-安装外框；60-内部空腔；61-第一开口；62-第二开口；7-刀片电池。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参照图1，图1为本申请一实施例示出的用电装置1的结构示意图。如图1所示，用电装置1包括至少一个本申请实施例所提供的电池模组2。图1以用电装置1仅包括一个电池模组2为例，用电装置1可以为电动汽车、无人机，手机、笔记本电脑、家电等各类型的用电设备。

操作人员控制用电装置1、进而控制用电装置1中的电池模组2进行充电或者放电时，电池模组2内部的电芯3工作产生热量，热量堆积在电池模组2的内部使电池模组2的整体发热，造成电池模组2的内部热量过高，进而影响用电装置1的工作性能或寿命，还存在着火、爆炸等安全隐患问题。

请参照图2，图2为本申请一实施例示出的电池模组2的整体结构示意图；请参照图3，图3为本申请一实施例示出的电池模组2的爆炸示意图。如图2、图3所示，本申请提供的电池模组2，包括：多个电芯3、散热组件4，以及至少一个防火件5。

其中，散热组件4包括多个导热件41以及至少一个冷却件42；多个电芯3堆叠式连接，且每两个相邻的电芯3之间设有导热件41以及一个防火件5。导热件41用于传导每个电芯3的热量至外部空间或冷却件42；防火件5由隔热防火材料制造，用于避免相邻电芯3之间发生热量传导、进而影响散热效果。

于一实施例中，电池模组2还包括安装外框6，安装外框6设有内部空腔60，安装外框6的顶面设有第一开口61，安装外框6的底面设有第二开口62，第一开口61与第二开口62设于安装外框6的相对两面。多个电芯3以及导热件41、防火件5设于内部空腔60内。冷却件42设于安装外框6的第二开口62处，且与导热件41连接。

每个电芯3的顶面上均设有两个极柱31，分别为正极与负极。电芯3的极柱31通过安装外框6顶部的第一开口61外露，以便于后续操作人员在组装或包装以形成电池包或动力电池时、对电池模组2内多个极柱31进行连接。

于本申请其他实施例中，第二开口62还可以设于安装外框6的侧壁上，第一开口61与第二开口62位于安装外框6的相邻表面，冷却件42设于第二开口62且与导热件41连接。

请参照图4，图4为本申请一实施例示出的电池模组2的局部爆炸示意图。如图4所示，每两个相邻的电芯3之间具有一个第一空位21；每两个导热件41设于一个第一空位21内，且每个导热件41均与其相邻的一个电芯3的侧壁连接。一个防火件5设于一个第一空位21内，且每个防火件5设于每个第一空位21内的两个导热件41之间。

于一实施例中，导热件41的一端与构成第一空位21的电芯3的侧壁连接，另一端沿电芯3的侧壁底部边缘弯折、且延伸至电芯3的底面，并与电芯3的底面连接。导热件41的另一端还与冷却件42连接，用于将电芯3侧壁以及底面的热量传导至冷却板上。

于一实施例中，冷却件42为液冷板，液冷板内部设有冷却腔420，液冷板的一端设有入水口421，液冷板的另一端设有出水口422，入水口421与出水口422均与冷却腔420连通。

于另一实施例中，冷却件42为风冷板，风冷板内部设有冷却腔420，风冷板的一端设有入风口(参考入水口421)，风冷板的另一端设有出风口(参考出水口422)，入风口与出风口均与冷却腔420连通。

由于电芯3存在一定的厚度或高度，冷却件42仅针对多个电芯3的某一侧单面冷却时，会造成电芯3在厚度方向或高度方向上存在温差。电芯3的尺寸越大时，相同电芯3上的不同位置的温差越大，温差甚至可能达到10-15℃。电芯3内部的温差会显著影响电池模组2的使用寿命与工作性能。因此，本申请采用导热件41将电芯3的多个相邻的表面的热量，导出至电芯3另一侧的冷却件42，可以有效提高电池模组2的散热效率。

于一应用过程中，当电芯3出现热失控的趋势时，由于导热件41与电芯3的多个面连接、使电芯3的散热面积增大，与导热件41连接的冷却件42可以更好地带走电芯3的产热，有效抑制热失控。采用防火隔热材料的防火件5设置于多个电芯3的相邻表面之间，减少甚至避免多个电芯3之间的热传导。冷却件42通过导热结构胶与导热件41紧密贴合。

于一实施例中，冷却件42可以是挤压型液冷板，也可以是冲压型液冷板。冷却件42与导热件41的组合使用，使得散热组件4可以至少对每个电芯3的至少两个面进行冷却(有时为了实现电池防冻功能，也可以通过向液冷板的冷却腔420注入热水进行适当加热)，提高了热交换效率。

导热件41的一侧表面通过导热结构胶与电芯3的表面粘接，有效减小了电芯3与导热件41之间在热传导过程中的热阻。导热件41的另一侧表面通过结构胶与防火件5粘接。采用隔热防火材料的防火件5能够承受500-1000℃的高温，可靠地实现了多个电芯3之间的热失控防护，防火件5的厚度一般在1mm-5mm之间。每个第一空位21中的两个导热件41之间，弹性材料也是必不可少的。因此，防火件5可以选用具有弹性的隔热防火材料，防火件5压缩性好、有弹性，可以有效吸收电芯3的膨胀。

请参照图5，图5为本申请一实施例示出的电芯3的结构示意图。如图5所示，电芯3的顶部设有两个极柱31且电芯3的外壳30内部设有极片、电解液以及隔膜，电芯3内部的热量通过外壳30传导出来，电芯3产生的电能或接收到的电能通过设于外壳30顶部的极柱31传导。

电芯3具有安装极柱31的顶面与底面(即为外壳30的底面)，电芯3还具有四个侧面。于一实施例中，导热件41与电芯3的最大面积的表面连接，以有效提高电芯3的散热效率。

如图2至图5所示，于一实施例中，位于电芯3上且为最大面积的表面，为构成第一空位21的电芯3的侧壁，导热件41的一端与该侧壁连接，以增大电芯3的散热面积，导热件41的另一端弯折且与电芯3的底面贴合并连接。

请参照图6(a)，图6(a)为本申请一实施例示出的L形导热件41的结构示意图。如图6(a)所示，导热件41为L形时，导热件41的一端为第一导热部411，导热件41的另一端为第二导热部412，第二导热部412与第一导热部411相互垂直。

导热件41的第一导热部411的导热面413面积大于第二导热部412的导热面413面积，导热面413为导热件41与电芯3连接的表面。第一导热部411设于电芯3最大面积的侧壁或表面上，第二导热部412设于靠近冷却件42位置的电芯3表面上。于一实施例中，导热件41使用导热结构胶，粘接在电芯3的底面和侧壁上，冷却件42布设于每个电芯3的底面上，每个第一导热部411与一个电芯3的侧壁连接，每个第二导热部412与一个电芯3的底面连接。

请参照图6(b)，图6(b)为本申请一实施例示出的U形导热件41的结构示意图。如图6(b)所示，导热件41具有位于两端的第一导热部411，以及连接两个第一导热部411的第二导热部412，两个第一导热部411相互平行，与第二导热部412形成U形。

对于U形导热件41，一个导热件41可以与一个电芯3的三个表面连接。

于一实施例中，导热件41的第一导热部411的导热面413面积大于第二导热部412的导热面413面积，导热面413为导热件41与电芯3连接的表面。第一导热部411设于电芯3最大面积的侧壁或表面上，第二导热部412设于靠近冷却件42位置的电芯3的表面上。

于一实施例中，导热件41通过导热结构胶，将导热面413粘接在电芯3的底面和侧壁上，冷却件42布设于每个电芯3的底面上，两个第一导热部411分别与一个电芯3的两个相对的侧壁连接，一个第二导热部412与一个电芯3的底面连接。

如图6(a)或图6(b)所示的L形或U形的导热件41，其沿表面延伸方向(X/Y方向)具有超高导热系数，导热系数可高达1500W/mK以上，远超一般金属(例如铝，导热系数为270W/mK)。导热件41可以快速传导热量，使与导热件41连接的同一电芯3的多个表面温度趋于一致。导热件41可以选用导热的石墨片，其厚度在0.2～2mm之间，导热件41也可以选用超薄均热板。

对于3C、4C等极速快充电池，其发热量随充电倍数的递增呈指数增长，增大冷却面积能够有效应对电芯3在电池模组2快充时的温升问题。而且通过同时连接同一电芯3的多个表面的导热件41，可以有效减小电芯3在其高度方向或厚度方向或长度方向的温差(减小电芯3的温差的具体方向，根据与导热件41连接的电芯3的表面位置决定)。

请参照图7，图7为本申请一实施例示出的电芯3与导热件41连接的示意图。如图7所示，导热件41与电芯3的表面连接，且导热件41的导热面413与电芯3的表面通过导热结构胶紧密贴合。

请参照图8(a)，图8(a)为本申请一实施例示出的靠近入水口421位置的导热件41示意图；请参照图8(b)，图8(b)为本申请一实施例示出的靠近出水口422位置的导热件41示意图。如图8(a)、图8(b)所示，设置于从入水口421位置至出水口422位置方向上的多个导热件41，其导热面413积逐渐增大。

于一实施例中，位于入水口421位置的导热件41的第一导热部411面积，小于位于出水口422位置的导热件41的第一导热部411面积。

于另一实施例中，位于入水口421位置的导热件41的第二导热部412的面积，小于位于出水口422位置的导热件41的第二导热部412的面积(图中未体现第二导热部412的面积比较，但第二导热部412与第一导热部411连接，可以参考图8(a)、图8(b))。

由于散热条件不同，同一电池模组2内的多个电芯3之间也存在温差。电芯3间的温差同样会影响电芯3的工作效率、寿命和安全性能。用于监测电池模组2温度的BMS监测系统，通常只能监测部分电芯3的温度，且电芯3之间的温差也会影响BMS热管理策略的控制精度。

于本申请实施例中，通过改变与电芯3连接的导热件41的面积，可以弥补电芯3间因为散热条件的差异导致的温差。例如，沿液冷板的冷却液流动方向、或风冷板的冷却气体流动方向，各个电芯3可以分别粘贴面积不同的导热件41，以降低电芯3之间的温差。

请结合图4所示，冷却液在冷却腔420内流动时、从入水口421位置至出水口422位置，冷却液的温度逐渐升高。因此，为了减小多个电芯3之间温度的温差，可以增大靠近出水口422位置、与电芯3连接的导热件41面积；或减小靠近入水口421位置、与电芯3连接的导热件41面积。

于一实施例中，与各个电芯3连接的多个导热件41，沿从入水口421至出水口422的方向，其面积设置为逐渐增大的方式，以逐渐增加电芯3的散热面积，减小因冷却液在冷却腔420内流动温度逐渐升高、造成的电池模组2内电芯3之间存在的温差。

本申请实施例提供了一种电池模组2；于本申请其它实施例中，也可以不组装成电池模组2，采用电池模组2中的电芯3、散热组件4以及防火件5，并基于现行的CTP、CTC技术，可以直接实现电池的散热功能与正常工作。

请参照图9，图9为本申请一实施例示出的刀片电池7的结构示意图。请结合图1至图9，本申请实施例主要应用于方壳电池(即本申请提供的电池模组2)，且公开了方壳电池的冷却与防火隔热结构。当本申请电池模组2的相关结构应用于刀片电池7时(刀片电池7为长薄型的长方体)，也可以在刀片电池7最长的边缘方向上设置冷却件42以及导热件41，以增大电池模组2的散热面积、提高电池模组2的散热效率。

本申请通过散热组件4以及防火件5的设置，解决了电池模组2因充电或放电过快，而造成的内部热量较高、存在着火甚至爆炸等安全隐患的问题。另外，本申请还通过对导热件41的结构以及面积的设计，实现了及时传导多个电芯3之间的堆积热量、以及实现了整个电池模组2内部温度均衡的技术效果，在结构紧凑、节省耗材的同时提升了电池模组2的散热性能，进一步有效提高了电池模组2的工作效率与安全性能，延长了电池模组2及用电装置1的使用寿命。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池模组，其特征在于，包括：

多个电芯，相邻的所述电芯之间具有第一空位；

散热组件，所述散热组件包括多个导热件，每两个所述导热件设于一个所述第一空位，且每个所述导热件与一个所述电芯的侧壁连接；

至少一个防火件，一个所述防火件设于一个所述第一空位，且位于每个所述第一空位内的两个所述导热件之间。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述散热组件还包括冷却件，所述冷却件与多个所述导热件连接。

3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述冷却件为液冷板，所述液冷板内部设有冷却腔，所述液冷板的一端设有入水口，所述液冷板的另一端设有出水口，所述入水口与所述出水口均与所述冷却腔连通。

4.根据权利要求3所述的电池模组，其特征在于，设置于所述入水口至所述出水口方向上的多个导热件的面积逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述电池模组还包括安装外框，所述安装外框设有内部空腔，所述电芯与所述防火件设于所述内部空腔。

6.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于，所述安装外框的顶部设有第一开口，所述第一开口与所述内部空腔连通，所述电芯的极柱通过所述第一开口外露。

7.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述导热件的一端为第一导热部，所述导热件的另一端为第二导热部，所述第二导热部与所述第一导热部相互垂直。

8.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述导热件具有位于两端的第一导热部，以及连接两个所述第一导热部的第二导热部，两个所述第一导热部相互平行。

9.根据权利要求7或8所述的电池模组，其特征在于，所述第一导热部的面积大于所述第二导热部，所述第一导热部与所述电芯的最大面积的侧壁连接。

10.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括至少一个如权利要求1-9任一项所述的电池模组。

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