CN219066980U - 单体电池、动力电池包及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种单体电池、动力电池包及车辆，该单体电池包括：两个裸电芯；壳体，套设于裸电芯之外，为钢材质；顶盖；以及，中部连接件，设置于两个裸电芯之间；其中，中部连接件包括导电柱和隔板；导电柱的两侧分别与对应裸电芯的对应极耳电连接以将两个裸电芯串联并拼接；隔板为钢材质并与壳体固接并电连接，导电柱与隔板电连接；顶盖布置于裸电芯的远离中部连接件的一端；顶盖包括顶盖体和极柱；极柱与裸电芯的未与中部连接件电连接的极耳电连接以形成为单体电池的正负极；顶盖体为钢材质，与壳体固接并电连接；壳体、隔板和顶盖体被配置为容纳对应的裸电芯的两个腔体。利用本申请的单体电池，能够提高电池的性能、提高电池的安全性。

Description

单体电池、动力电池包及车辆

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种单体电池、动力电池包及车辆。

背景技术

此处的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

随着电动车辆的发展，为了提高功率性能，往往采用高电压的电池包，电池包的电压通常大于800V。而单体电池的电压通常较低，通常低于4.5V。为了提高电池包整体电压，电动车用动力电池组一般采用多个大容量单体电池串联或者串并联混合的方式供能。在电池包体积大体固定的情况下，由于每个单体电池都具有独立的壳体、极柱等结构，从而多个单体电池的串并联会导致电池包整体的能量密度减小。为此，可以采用将至少两个裸电芯内部串联(简称内串)形成单体电池整体的内串电池设计，以简化或减少壳体、极柱等结构。

另外，为了进一步提高能量密度，动力电池常用铝作为外壳材质。但是如果阳极部件与外壳接触，就会发生电化学腐蚀，尤其是对于高电压、大容量的内串电池更容易引发剧烈燃烧和爆炸。因此，亟待提高电池的安全性。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种新的单体电池、动力电池包及车辆，所要解决的技术问题是提高电池的性能、提高电池的安全性。

本申请的目的采用以下技术方案来实现。依据本申请的一个方面，提供了一种单体电池，包括：两个裸电芯；壳体，套设于所述裸电芯之外，所述壳体为钢材质；顶盖；以及，中部连接件，设置于所述两个裸电芯之间；其中，所述中部连接件包括导电柱和隔板；所述导电柱的一侧与一个裸电芯的负极耳电连接，所述导电柱的另一侧与另一裸电芯的正极耳电连接，以将所述两个裸电芯串联并拼接；所述隔板为钢材质，所述隔板与所述壳体固定连接并电连接，所述导电柱与所述隔板电连接；所述顶盖布置于所述裸电芯的远离所述中部连接件的一端；所述顶盖包括顶盖体和极柱；所述顶盖的所述极柱与所述裸电芯的未与所述中部连接件电连接的极耳电连接，以形成为所述单体电池的正极、负极；所述顶盖体为钢材质，所述顶盖体与所述壳体固定连接并电连接；所述壳体、所述隔板和所述顶盖体被配置为容纳对应的裸电芯的两个腔体。

在一些实施方式中，所述单体电池还包括：电压采集元件，所述电压采集元件的一端连接所述极柱，另一端连接所述顶盖体或所述壳体，用以测量对应的裸电芯的电压。

在一些实施方式中，所述电压采集元件为两个，其中，一个所述电压采集元件连接作为单体电池正极的所述极柱和所述顶盖体，另一个所述电压采集元件连接作为单体电池负极的所述极柱和所述顶盖体，用以分别测量所述两个裸电芯的电压。

在一些实施方式中，所述单体电池还包括电池均衡电路，用于缩小所述两个裸电芯之间的电压差。

在一些实施方式中，所述壳体为不锈钢壳体，所述隔板为不锈钢隔板，所述顶盖为不锈钢顶盖。

在一些实施方式中，所述中部连接件还包括绝缘件和密封圈；所述绝缘件设置于所述隔板的两侧，并设置于所述隔板与对应的裸电芯之间；所述隔板和所述绝缘件均设有通孔，所述导电柱设置于所述隔板的所述通孔处；所述密封圈为导电橡胶，设置于所述导电柱与所述隔板之间，并且所述密封圈包围所述导电柱，以使得所述导电柱与所述隔板之间固定、密封、且电连通。

在一些实施方式中，每个所述裸电芯的正极耳和负极耳设置于所述裸电芯的沿长度方向的两端；所述两个裸电芯沿长度方向排布；所述导电柱包括铝连接部和铜连接部，分别与两侧的裸电芯的负极耳、正极耳电连接。

在一些实施方式中，所述单体电池还包括：裸电芯绝缘片，设置于壳体与裸电芯之间。

在一些实施方式中，所述单体电池还包括：电解液，设置于所述裸电芯所在的所述腔体内并被所述中部连接件隔断。

在一些实施方式中，每个所述腔体设有防爆阀和/或注液孔。

在一些实施方式中，所述导电柱的两侧分别与对应的裸电芯的对应极耳焊接；所述隔板与所述壳体焊接；所述顶盖的所述极柱与对应的裸电芯的极耳焊接；和/或，所述顶盖体与所述壳体焊接。

本申请的目的还可以采用以下技术方案来实现。依据本申请的另一方面，提供了一种动力电池包，包括：包体以及多个如任意一个前述的单体电池，所述单体电池设置于所述包体内。

本申请的目的还可以采用以下技术方案来实现。依据本申请的又一方面，提供了一种车辆，包括如任意一个前述的动力电池包。

本申请与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本申请提出的单体电池、动力电池包及车辆，可以达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本申请提出的单体电池，通过设置钢材质的壳体、中部连接件、顶盖，且该些结构与位于两个裸电芯拼接串联处的极耳直接或间接地电连通，使得单体电池的整个外壳带中间电位的同时能够使得整体外壳保持良好的耐腐蚀性能，避免产生化学腐蚀及电化学腐蚀；

2、进一步地，本申请提出的单体电池，通过设置钢材质的壳体、中部连接件、顶盖而使得整个外壳带中间电位，再通过配置电压采集元件，以单体电池的正极柱作为第一裸电芯的正极、以壳体或顶盖体的任意区域作为第一裸电芯的负极，以单体电池的负极柱可以作为第二裸电芯的负极、以壳体或顶盖体的任意区域作为第二裸电芯的正极，从而实现了对各个裸电芯的电压监控；

3、进一步地，本申请提出的单体电池，在实现了对各个裸电芯的电压监控后，再通过设置电池均衡电路，能够对单体电池内串的裸电芯进行均衡；

4、利用本申请的单体电池能够提高电池包集成效率，优化了电池包零部件数量，提升电池包空间利用率。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本申请一个实施例的单体电池的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的壳体的结构示意图；

图3是本申请一个实施例提供的裸电芯的结构示意图；

图4是本申请一个实施例提供的中部连接件的结构示意图；

图5是本申请另一实施例的单体电池的示意图。

【符号说明】

10单体电池 200壳体

300中部连接件 110第一裸电芯

120第二裸电芯 410第一顶盖

420第二顶盖 111第一正极耳

112第一负极耳 121第二正极耳

122第二负极耳 301导电柱

302隔板 304第一绝缘件

305第二绝缘件 303密封圈

3012铜连接部 3011铝连接部

411第一极柱 421第二极柱

500电压采集元件

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请提出的单体电池、动力电池包及车辆的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

为了提高单体电池的电压，可以采用单体电池内部串联裸电芯(简称内串)的方式。

请参阅图1至图5，本申请示例的单体电池10(也可以称为单体电芯)主要包括：两个裸电芯、壳体200、中部连接件300、以及顶盖。

其中，裸电芯也称为极芯，可以采用但不限于卷芯结构(jelly roll，简称JR)。不妨将这两个裸电芯称为第一裸电芯110、第二裸电芯120。

该壳体200套设于裸电芯之外。该壳体200为钢材质。一般来说，壳体200的形状、尺寸与裸电芯的形状、尺寸相对应。可选地，该壳体200为长方体形状的套状，例如可以为刀片状的套。在一个可选示例中，请参阅图1和图2，可以为第一裸电芯110和第二裸电芯120分别设置对应的壳体200，壳体200的数量与裸电芯的数量相同，各裸电芯对应的壳体200的边缘与对应的中部连接件300焊接，从而拼接形成单体电池10的外壳。或者，在另一可选示例中，可以仅设置一个壳体200，套设于所有的裸电芯之外，作为整个单体电池10的外壳。

需注意，本申请不限制焊接的方式，包括但不限于激光焊接。

该中部连接件300设置于两个裸电芯之间。壳体200和中部连接件300被配置为形成容纳对应的裸电芯的两个腔体，这些腔体用于将两个裸电芯隔离。

在本申请的一些实施例中，本申请的单体电池10还包括电解液，设置于裸电芯所在的腔体内并被中部连接件300隔断。

其中，中部连接件300可以包括导电柱301和隔板302。

中部连接件300的导电柱301的两侧分别与相应的裸电芯的相应的极耳电连接，以将两个裸电芯串联并拼接。具体地，导电柱301的一侧与一个裸电芯的负极耳电连接，导电柱301的另一侧与另一裸电芯的正极耳电连接。本申请提出的单体电池，通过设置中部连接件，将两个裸电芯拼以内部串联方式整合为一个电芯，提高了电池单体的电压。

可选地，导电柱301的两侧分别与对应的裸电芯的对应极耳焊接。作为一个可选示例，导电柱301为铜铝复合导电柱，包括铝连接部3011和铜连接部3012，分别与两侧的裸电芯的负极耳、正极耳电连接。具体地，位于中部连接件300一侧的第一裸电芯110的第一负极耳112可以与导电柱301的铝连接部3011焊接，位于中部连接件300另一侧的第二裸电芯120的第二正极耳121可以与导电柱301的铜连接部3012焊接。

中部连接件300的隔板302为钢材质。隔板302与壳体200固定连接并电连接。导电柱301与隔板302电连通，以保持一致电位。可选地，隔板302与壳体200焊接，因此使得壳体200所带电位为中间电位。在一个具体示例中，针对NCM(镍钴锰)体系，壳体200与正极最高电位为-4.2V，壳体200与负极最高电位为4.2V。壳体200、隔板302和顶盖被配置为形成容纳对应的裸电芯的两个腔体，用于将第一裸电芯110、第二裸电芯120隔离。

在一些可选实施例中，中部连接件300还包括密封圈303。该密封圈303为导电橡胶，设置于导电柱301与隔板302之间，并且密封圈303包围导电柱301，以使得导电柱301与隔板302之间固定、密封、且电连通，进而使得裸电芯的与导电柱301电连接的极耳与隔板302保持一致电位。

作为密封圈303包围导电柱301的一个可选示例，如图4所示，隔板302具有通孔，密封圈303为环状结构，该环状结构容纳于隔板302的通孔的内部，导电柱301容纳于环状结构的内部，从而使得导电柱301与隔板302之间固定、密封、且电连通。

需注意，前述的通过设置密封圈303使得导电柱301与隔板302之间密封的主要目的是：形成容纳各裸电芯的隔离的腔体，从而在各腔体内充有电解液时使得各腔体间的电解液不互通。

需注意，本申请并不限制导电柱301与隔板302实现电连通的具体结构，除了前述的利用导电橡胶外，可以采用其他方式，例如可以将导电柱301与隔板302直接地或间接地焊接以实现固定且电连通。

在一些可选实施例中，中部连接件300还包括绝缘件。绝缘件设置于隔板302的两侧，并设置于隔板302与对应的裸电芯之间。隔板302可以设有通孔，该通孔容许导电柱301穿过，导电柱301设置于隔板302的通孔处。绝缘件也可以设有通孔，以便串设导电柱301，也便于导电柱301与极耳的连接。在一个可选示例中，导电柱301设置于隔板302的通孔内，并且导电柱301通过密封圈303与隔板302相卡接或注塑连接，以使得导电柱301与隔板302之间固定、密封、且电连通。可选地，如图4所示，绝缘件可以包括第一绝缘件304和第二绝缘件305，外形尺寸不小于隔板302，并分别设置于隔板302的两侧。

在一些可选的具体示例中，第一绝缘件304、第二绝缘件305与隔板302可设有相互卡接的结构，以使得绝缘件与隔板302之间相对固定。例如，如图4所示，隔板302为矩形片状结构，其四角设有凹陷，第一绝缘件304和第二绝缘件305的四角的对应位置设有对应的凸起，以通过该凹陷与该凸起的配合使得绝缘件固定于隔板302。

本申请提出的单体电池，通过设置多种密封结构，形成用于容纳各裸电芯的隔离的腔体，从而使用常规低压电解液就可实现电池正常工作。

前述的顶盖布置于所述裸电芯的远离所述中部连接件的一端。在一些示例中，请参阅图1，单体电池10可以包括两个顶盖：第一顶盖410和第二顶盖420，该第一顶盖410、第二顶盖420布置于前述的由两个裸电芯串联拼接组成的拼接电芯的两端。需注意，在另一些示例中，单体电池10也可以仅包括一个顶盖，设置于拼接电芯的一端，而拼接电芯的另一端可以设置壳体200来封装。

其中，顶盖可以包括顶盖体和极柱。在顶盖为两个的示例中，包括对应的第一极柱411和第二极柱421。

顶盖的顶盖体为钢材质。顶盖体与壳体200固定连接并电连接。壳体200、隔板302和顶盖体被配置为形成容纳对应的裸电芯的两个腔体。可选地，顶盖的顶盖体与壳体200焊接。可选地，顶盖体为矩形的片状，因此也可称为顶盖片。

顶盖的极柱与对应裸电芯的未与中部连接件300电连接的极耳电连接，亦即与位于拼接后的两端部的裸电芯的极耳电连接，以形成为单体电池10的正极、负极。可选地，顶盖的极柱与对应的裸电芯的极耳焊接。在一些可选的具体示例中，如图1所示，单体电池10包括两个顶盖，第一顶盖410和第二顶盖420，设置于拼接电芯的两端，第一裸电芯110的第一正极耳111连接第一顶盖410的第一极柱411，以使得第一顶盖410的该第一极柱411形成为整个单体电池10的正极柱，第二裸电芯120的第二负极耳122连接第二顶盖420的第二极柱421，以使得第二顶盖420的该第二极柱421形成为整个单体电池10的负极柱。

在本申请的一些实施例中，用以容纳相应裸电芯的腔体还设有防爆阀、注液孔中的至少一个，用于实现喷阀泄压功能、注液功能。可以根据实际需求，将防爆阀、注液孔设置于顶盖或者壳体200上。可选地，可以在每个腔体均设置防爆阀和注液孔，例如可以在第一顶盖410和第二顶盖420均设置防爆阀和注液孔。

本申请提出的单体电池10，将两个短的裸电芯串联并拼接以形成一个长的拼接电芯，裸电芯之间为串联，裸电芯之间由金属的中部连接件300相连。并且，本申请提出的单体电池10，通过采用金属外壳，并且该外壳与两个裸电芯的位于中间的极耳电子导通，使得单体电池10的整个外壳带中间电位。进一步地，现有的动力电池常用铝作为外壳材质，但是如果由阳极部件(阳极耳、阳极片等)与外壳接触，就会发生电化学腐蚀。而本申请提出的单体电池10，通过采用钢壳，使得外壳能够保持良好的耐腐蚀性能，能够避免产生化学腐蚀及电化学腐蚀。

在本申请的一些实施例中，单体电池10还可以包括：电压采集元件500。可选地，可包括一个或两个电压采集元件500。电压采集元件500的一端连接顶盖的极柱，电压采集元件500的另一端连接顶盖体或壳体200，用以测量对应的裸电芯的电压。需注意，由于壳体200、以及第一顶盖410和第二顶盖420的顶盖体均是中间电位，针对第一裸电芯110的正极(与单体电池10的正极柱电连通)，壳体200和顶盖体为负极，从而可以在壳体200、顶盖体的任意区域作为第一裸电芯110的负极；针对第二裸电芯120的负极(与单体电池10的负极柱电连通)，壳体200和顶盖体为正极，从而可以在壳体200、顶盖体的任意区域作为第二裸电芯120的正极。因此通过配置相应的电压采集元件，实现了对各裸电芯的电压监控。

可选地，电压采集元件500可以为两个，将两个电压采集元件500设置于拼接电池的两端。其中，一个电压采集元件500连接单体电池10的第一极柱411(进而与第一裸电芯110的第一正极耳111电连通)以及第一顶盖410的顶盖体(或壳体200)；另一个电压采集元件500连接单体电池10的第二极柱421(进而与第二裸电芯120的第二负极耳12电连通2)以及第二顶盖420的顶盖体(或壳体200)，用以分别测量监控两个裸电芯的电压。

进一步地，本申请的单体电池10还可以包括电池均衡电路(图中未示出)，用于缩小两个裸电芯之间的电压差。当一个单体电池10的两个裸电芯出现压差时，可以利用电池均衡电路对其进行均衡，例如小电流补电，使低电压模块电压提升，缩小不同裸电芯之间的压差。需注意，本申请不限制电池均衡电路的类型，例如可以采用电阻式、电容式、电感式、或变压器式等等，可以采用被动均衡也可以采用主动均衡；而且本申请不限制电池均衡电路的具体结构。利用本申请一些示例的单体电池10，能够防止裸电芯之间出现压差而使电池包整体容量衰减过快。

在本申请的一些实施例中，壳体200为不锈钢壳体，隔板302为不锈钢隔板，顶盖为不锈钢顶盖。通过使用不锈钢材质，能够保持良好的耐腐蚀性能，避免产生化学腐蚀及电化学腐蚀。

需注意，如果内串式的电池的外壳使用铝壳且带中间电位(例如，与正极-4.2V、与负极4.2V)，相对于正极端为低电位，铝壳会腐蚀。因此如果使用铝，必须与极耳和极柱完全绝缘，保持中性电位。这样的话，电压采集元件500就会无法安装，也无法监控单个裸电芯电压。而本申请的单体电池10，通过采用钢材质的外壳，能够避免产生化学腐蚀及电化学腐蚀，并且通过将中部连接件300的导电柱301与隔板302电连接，使得外壳与位于两个裸电芯中间的极耳电连接，从而能够通过设置电压采集元件500来监控单个裸电芯的电压。

在本申请的一些实施例中，请参阅图1，每个裸电芯的正极耳和负极耳设置于裸电芯的沿长度方向L的两端，两个裸电芯沿长度方向L排布。

在本申请的一个可选的具体示例中，在800V电池包(Pack)中，使用LFP(磷酸铁锂)体系，裸电芯电压一般为3.7V，则采用本申请的内串结构的单体电池10的电压为7.4V(3.7V*2)，通过串联110个单体电池10可以实现总电压大于800V。可选的，单体电池10容量86Ah，总电量则为60kWh。而如果使用常规的非内串结构的单体电池，则需要串联220个，由于连接件增加，空间利用率降低，单体容量只能做到82Ah，总电量57.7kWh，且电池包总重量增加5-10kg。

在本申请的一些实施例中，本申请的单体电池10还包括裸电芯绝缘片，设置于壳体200与裸电芯之间，以使得壳体200与裸电芯之间绝缘。

本申请的实施例还提供一种动力电池包，主要包括：包体以及多个如前述任意一个实施例提供的单体电池10，该单体电池10设置于包体内。

本申请的实施例还提供一种车辆，包括如如前述任意一个实施例提供的动力电池包。

其中，本申请提供的动力电池包、车辆均上文所提供的单体电池10，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的有益效果，此处不再赘述。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请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，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种单体电池，其特征在于，所述单体电池包括：

两个裸电芯；

壳体，套设于所述裸电芯之外，所述壳体为钢材质；

顶盖；以及，

中部连接件，设置于所述两个裸电芯之间；

其中，所述中部连接件包括导电柱和隔板；所述导电柱的一侧与一个裸电芯的负极耳电连接，所述导电柱的另一侧与另一裸电芯的正极耳电连接，以将所述两个裸电芯串联并拼接；所述隔板为钢材质，所述隔板与所述壳体固定连接并电连接，所述导电柱与所述隔板电连接；

所述顶盖布置于所述裸电芯的远离所述中部连接件的一端；所述顶盖包括顶盖体和极柱；所述顶盖的所述极柱与所述裸电芯的未与所述中部连接件电连接的极耳电连接，以形成为所述单体电池的正极、负极；所述顶盖体为钢材质，所述顶盖体与所述壳体固定连接并电连接；所述壳体、所述隔板和所述顶盖体被配置为容纳对应的裸电芯的两个腔体。

2.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述单体电池还包括：

电压采集元件，所述电压采集元件的一端连接所述极柱，另一端连接所述顶盖体或所述壳体，用以测量对应的裸电芯的电压。

3.根据权利要求2所述的单体电池，其特征在于：

所述电压采集元件为两个，其中，一个所述电压采集元件连接作为单体电池正极的所述极柱和所述顶盖体，另一个所述电压采集元件连接作为单体电池负极的所述极柱和所述顶盖体，用以分别测量所述两个裸电芯的电压。

4.根据权利要求3所述的单体电池，其特征在于：

所述单体电池还包括电池均衡电路，用于缩小所述两个裸电芯之间的电压差。

5.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于：

所述壳体为不锈钢壳体，所述隔板为不锈钢隔板，所述顶盖为不锈钢顶盖。

6.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于：

所述中部连接件还包括绝缘件和密封圈；

所述绝缘件设置于所述隔板的两侧，并设置于所述隔板与对应的裸电芯之间；

所述隔板和所述绝缘件均设有通孔，所述导电柱设置于所述隔板的所述通孔处；

所述密封圈为导电橡胶，设置于所述导电柱与所述隔板之间，并且所述密封圈包围所述导电柱，以使得所述导电柱与所述隔板之间固定、密封、且电连通。

7.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于：

每个所述裸电芯的正极耳和负极耳设置于所述裸电芯的沿长度方向的两端；

所述两个裸电芯沿长度方向排布；

所述导电柱包括铝连接部和铜连接部，分别与两侧的裸电芯的负极耳、正极耳电连接。

8.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于：

所述单体电池还包括裸电芯绝缘片，设置于壳体与裸电芯之间；

所述单体电池还包括电解液，设置于所述裸电芯所在的所述腔体内并被所述中部连接件隔断；

每个所述腔体设有防爆阀和/或注液孔。

9.一种动力电池包，其特征在于，包括包体以及多个如权利要求1至8中任意一项所述的单体电池，所述单体电池设置于所述包体内。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的动力电池包。

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