CN220324555U - 一种大容量电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大容量电池，包括箱体、单体电池、液泵以及温控装置；N个单体电池并排布置组成一个电池组串且位于箱体内，各单体电池的极柱均伸出所述箱体的顶部后并联连接，且各极柱与箱体顶部均保持绝缘密封；N≥2；箱体底部具有至少一个第一通道，该第一通道和各单体电池的内腔连通，在箱体内注入电解液后各单体电池均处于一个共享电解液体系内；液泵的进液口和出液口均与第一通道连通，用于使共享电解液体系中的电解液循环流动起来；温控装置设置在箱体上对应于第一通道的区域，用于对循环流动的电解液进行加温或降温。该大容量电池具有制作时良品率高，密封性好，温控效果等优点。

Description

一种大容量电池

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体涉及一种大容量电池。

背景技术

为了使锂离子电池具有较大的容量，现有的做法是将多个单体电池通过串、并联或串并结合的方式连接在一起，构成大容量电池(也可叫做电池组或电池模组)。

中国专利，公开号CN218525645U，公开了“一种电芯壳体、电芯及大容量电池”，该专利中，大容量电池包括多个电芯并联而成的电芯组，以及通过各电芯壳体上的管路拼接形成的电解液共享通道。通过管路拼接形成电解液共享通道后，通过注液机构注入的电解液进入电芯壳体内，使电芯组内所有的电芯均处于统一的电解液环境下，能够有效提高电芯组的均一性。

但是，采用拼接方式形成电解液共享通道时，存在以下问题：

在通过挤压拼接方式构成电解液共享通道时，由于各个电芯壳体上管路之间的同轴度越难以保证，导致大容量电池制作阶段良品率较低，即便对接完成各管路之间依然存在同心度也不够理想的问题，继而使得制作完成后大容量电池在使用一段时间后漏液的概率较高。

实用新型内容

为了解决现有大容量电池的电解液共享通道采用拼接方式制作时，良品率较低，漏液的概率较大的问题，本实用新型提供了一种大容量电池。

该大容量电池包括箱体、单体电池、液泵以及温控装置；

N个单体电池并排布置组成一个电池组串且位于箱体内，各单体电池的极柱均伸出所述箱体的顶部后并联连接，且各单体电池上盖板与箱体顶部均保持密封；N≥2；

箱体底部具有至少一个第一通道，该第一通道和各单体电池的内腔连通，在箱体内注入电解液后各单体电池均处于一个共享电解液体系内；

液泵的进液口和出液口均与第一通道连通，用于使共享电解液体系中的电解液循环流动起来；

温控装置设置在箱体上对应于第一通道的区域，用于对循环流动的电解液进行加温或降温。

本实用新型将多个单体电池置于底部具有第一通道的密闭箱体内，利用该第一通道和各个单体电池内腔贯通，使得各单体电池电解液共享来保障各单体电池的一致性，也就是说无需通过拼接的方式构成电解液共享通道，避免了拼接方式带来的制作阶段大容量电池良品率低，以及运行一段时间后易出现漏液的问题，并且该大容量电池中电解液可以循环流动，温控装置对循环流动的电解液进行温度控制，可以大幅度提升对大容量电池温度控制的效率和效果。

进一步地，该大容量电池还包括用于将所述电池组串夹持住的至少一个矩形框体；所述矩形框体中沿单体电池排布方向的两条边框上分别设置有N-1个隔板，每个隔板使位于其两侧的两个单体电池之间的构成电解液流通的通道。该矩形框体的增设不仅可以使电池组串的固定更加可靠，更为重要的是，电解液可以在单体电池之间流动，进一步地提升了对各单体电池的温控效果。

进一步地，为了使大容量电池内的电解液具有尽可能大的热交换面积，上述温控装置设置于筒体的底部外侧，并且温控装置用于热交换的面积大于等于第一通道投影至筒体底部所覆盖的面积。

进一步地，为了确保温控效果，同时确保该温控装置的密封性能，上述温控装置包括传热板、第二夹持板以及至少一根换热介质管路；

传热板固定于箱体上，夹持板固定于传热板上，且夹持板和传热板之间夹持有至少一根换热介质管路。

进一步地，为了便于加工装配同时确保箱体的密封性，上述箱体包括筒体、两侧端板；两侧端板均通过焊接的方式固定密封于筒体的两端；

筒体底部一体成型有至少一个第一通道；筒体顶部设置有多个用于极柱伸出的通孔。

进一步地，为了方便电池组串在箱体内的定位，上述筒体底部设置有两根支撑筋，电池组串的下方固定连接有两个用于和支撑筋配合的卡槽。

进一步地，为了确保各单体电池的极柱能够伸出箱体顶部，上述卡槽和支撑筋之间设置有垫板。

进一步地，为了使大容量电池的结构更加紧凑，同时方便向大容量电池内注入电解液，其中一个端板上设置有开包注液口，且液泵固定于该端板上。

进一步地，为了进一步的提升各单体电池的均一性，上述箱体的顶部设置有第二通道，第二通道和各单体电池的内腔连通，继而使各单体电池处于一个气体平衡状态。

进一步地，为了确保大容量电池在发生热失控时的安全性，上述箱体的顶部设置有第二通道，第二通道覆盖于各单体电池顶部泄爆部，当单体电池发生热失控时作为热失控烟气的泄爆通道。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型将多个单体电池置于底部具有第一通道的密闭箱体内，利用该第一通道和各个单体电池内腔贯通，使得各单体电池电解液共享来保障各单体电池的一致性，避免了拼接方式带来的制作阶段大容量电池良品率低，以及运行一段时间后易出现漏液的问题，并且该大容量电池中利用液泵时共享电解液体系内的电解液流动起来，可加速外部温控装置和电解液之间热交换的速率，大大提升了大容量电池的温控效率和效果。

另外，由于液泵可使大容量电池内的电解液流动起来，当首次注入共享电解液体系内的新电解液可以和原单体电池内的电解液混合均匀，并且在大容量电池的运行过程当中，由于电解液始终处于流动状态可以确保各单体电池之间的电解液量和锂离子含量基本保持一致，因此，在共享电解液体系的前提下可进一步提升各单体电池之间均一性。

2、本实用新型中电池组串通过至少一个具有隔板的矩形框体夹持住，不仅可以使电池组串的固定更加可靠，并且电解液可以在单体电池之间的缝隙中流动，确保了共享电解液体系内电解液流动的流畅性，同时在单体电池之间流动的电解液还可对单体电池的壳体进行热交换，进一步的提升了大容量电池的温控效果。

3、本实用新型中将温控装置设置在箱体底部且对应第一通道的位置，在确保了整个大容量电池结构紧凑的同时还确保了热交换面积的最大化(即确保了温控的效果)。

4、本实用新型中采用传热板、夹持板以及换热介质管路构成的液冷温控方式，相比其他形式的温控装置，在确保了温控和密封效果的同时成本较低，能耗较低。

5、本实用新型将筒体、两个端板按照焊接的方式构成密闭箱体，与箱体的其他组装形式相比，在方便加工和装配的同时箱体的密封性最优，并且筒体底部一体成型有第一通道，相比第一通道的其他形成方式加工装配更加简洁。

6、本实用新型中通过在筒体底部设置支撑筋，增加了筒体的自身强度，同时支撑筋与电池组串下方固定设置卡槽配合，又能使电池组串向箱体内安装时更加省力，同时电池组串进入箱体后定位更加可靠；

本实用新型中通过在支撑筋和卡槽之间设置了垫板，且垫板是电池组串安装至箱体内后再插入支撑筋和卡槽之间，其设置的好处是不仅方便了电池组串进入箱体内同时还能确保电池组串中各单体电池的极柱能够伸出箱体顶部。

7、本实用新型可在箱体的顶部设置与各单体电池内腔中气体区连通的第二通道，该第二通道可确保各单体电池内气压处于一个平衡体系内，各单体电池始终处于同一个气压下，减少了各单体电池内气压不一致所带来的各单体电池之间的差异，同时在第二通道上设置排气阀，可定期排出各单体电池内的气体，从而避免了因气体无法排出造成单体电池壳体鼓胀等一系列影响大容量电池综合性能问题的产生。

8、本实用新型可在箱体的顶部设置覆盖于各单体电池顶部泄爆部的第二通道，当单体电池热失控时，泄爆部被开启，热失控烟气通过第二通道排放至外部热失控烟气处理装置进行处理，确保了大容量电池的安全性。

附图说明

图1为本实用新型大容量电池的结构示意图；

图2为去掉端板之后的大容量电池的结构示意图；

图3为电池组串的结构示意图；

图4为第三种形式中筒体的结构示意图；

图5为大容量电池的剖面视图；

图6为增设有中空管的大容量电池结构示意图；

图7为增设有矩形框体的大容量电池结构示意图；

图8为矩形框体的大容量电池结构示意图；

图9为增设有第二通道的大容量电池结构示意图。

附图标记如下：

1-箱体、2-单体电池、3-液泵、4-温控装置、5-第一通道、6-筒体、7-端板、8-通孔、9-传热板、10-夹持板、11-换热介质管路、12-中空管、13-矩形框体、14-隔板、15-支撑筋、16-卡槽、17-垫板、18-开包注液口、19-第二通道。

具体实施方式

下面将结合的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

同时，需要说明的是，文中术语“上、下、内和外”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，因此不能理解为对技术方案的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的基本设计思路是：

为解决现有大容量电池中拼接式电解液共享通道制造难度大，良品率低，且电解液共享通道泄露概率高的问题。本实用新型重新设计了大容量电池的结构在克服了上述问题的同时还通过液泵使箱体内的电解液流动起来，不仅提升了大容量电池的温控效果，并且流动的电解液还进一步提升了各单体电池的均一性。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例的大容量电池包括箱体1、单体电池2、液泵3以及温控装置4；

N个单体电池2并排布置组成一个电池组串且位于箱体1内，各单体电池2的极柱均伸出所述箱体1的顶部后并联连接，且各单体电池上盖板与箱体顶部均保持密封；N≥2；箱体1底部具有至少一个第一通道5，该第一通道5和各单体电池2的内腔连通，在箱体1内注入电解液后各单体电池均处于一个共享电解液体系内；液泵3的进液口和出液口均与第一通道5连通，用于使共享电解液体系中的电解液循环流动起来；温控装置4设置在箱体1上对应于第一通道5的区域，用于对循环流动的电解液进行加温或降温。

其中，箱体1必须在形成共享电解液体系后与外部环境保持密闭，其可采用以下几种结构形式：

第一种，箱体1包括筒体、上盖板以及下盖板；下盖板设置有第一通道，上盖板上设置有多个用于极柱伸出的通孔；上盖板、下盖板均通过焊接的方式与筒体焊接固定。

第二种，箱体1包括U字形壳体、上盖板、前盖板以及后盖板；U字形壳体通过焊接、冲压等方式构成，U字形壳体底部设置有第一通道，上盖板上设置有多个用于极柱伸出的通孔；上盖板、前盖板以及后盖板均通过焊接的方式与U字形壳体焊接固定。

第三种，箱体1包括筒体6、两个端板7(前端板以及后端板)；两个端板7均通过焊接的方式固定密封于筒体6的两端；筒体6底部一体成型有至少一个第一通道5；筒体6顶部设置有多个用于极柱伸出的通孔8。

为了方便装配同时确保箱体的密封性，本实施例选择第三种形式，原因在于：相比第一种和第二种形式，第三种形式的焊接的位置以及焊接区域都是最少的，节省了焊接加工的成本和时间，同时箱体发生泄露的可能也是最少的。

本实施例中单体电池为铝制方形电池，单体电池的下盖板上设置有密封机构，该密封机构在单体电池独自作为个体时，用于密封单体电池，当单体电池组成电池组串并且单体电池的内腔需要和大容量电池中第一通道贯通时，密封机构需要在开包工具或者是电解液的作用下被开启。该密封机构可选用中国专利，公开号CN218525645U中公开的密封膜，且在本实施例中一个单体电池的下盖板上设置有两个密封机构。

液泵3是外购成品件，其选型的主要参照标准是在体积最小的前提下可确保共享电解液体系内的电解液能够流动。

温控装置4可供选择的形式也比较多，例如：直接采用填充有相变材料的温控板，或者采用TEC(半导体制冷器)，或者采用液冷机构；其中，相变材料的温控板和TEC的成本相对较高，为了经济性考虑，本实施例中温控装置采用液冷结构，且液冷结构采用的换液介质为水。

如图5所示，本实施例中温控装置4的具体结构包括传热板9、夹持板10以及多根换热介质管路11；传热板9固定于箱体1上，夹持板10固定于传热板9上，且夹持板10和传热板9之间夹持有多根换热介质管路11。

在一些其他实施例中，也可以直接采用一个内部设置水路的液冷板作为换热介质。

若采用多个大容量电池组成一个大容量电池簇时，采用本实施例的温控装置时，各大容量电池可共用一套换热介质管路，中间无需接头之类的转接件，相对直接采用液冷板的方式时，各大容量电池上的液冷板之间需要管路和接头连接，换液介质泄露的风险较大，本实施例的密封性更好。

本实施例中，各且各单体电池上盖板与箱体顶部均保持密封；具体的这两者之间保持密封的方式具体可以采用以下两种：

一是：如图1所示，直接将箱体顶部每个通孔周边的区域直接与单体电池上盖板采用熔焊的方式密封固定。

二是：如图6所示，在极柱上套设一个中空管12，中空管的底部与单体电池2上盖板焊接，中空管12的顶部与箱体1顶部通孔处对应的区域焊接，确保了箱体的密封性，之后再向中空管和极柱之间的缝隙内填入绝缘胶或设置绝缘套的方式实现中空管与极柱之间的绝缘。采用中空管时，无论箱体顶部内壁和各单体电池上盖板之间是否存在间隙，亦或是间隙尺寸不同，中空管均可将箱体顶部和单体电池的上盖板进行密封固定，继而确保了大容量电池箱体的密封性，解决了直接将箱体顶部和单体电池上盖板激光熔焊时可能出现的虚焊甚至是无法焊接的问题。

实施例2

本实施例中大容量电池结构是在实施例1的基础上对结构进行进一步的优化设计，具体优化的特征如下：

1、如图7和图8所示，电池组串的外围通过至少一个矩形框体13夹持住，并且所述矩形框体13中沿单体电池排布方向的两条边框上分别设置有N-1个隔板14，每个隔板14使位于其两侧的两个单体电池之间的构成电解液流通的通道。该矩形框体13的设置不仅可以使电池组串的固定更加可靠，并且电解液可以在单体电池之间的缝隙中流动，确保了共享电解液体系内电解液流动的流畅性，同时在单体电池之间流动的电解液还可对单体电池的壳体进行热交换，进一步的提升了大容量电池的温控效果。

2、如图5所示，本实施例使用的箱体1结构中，筒体6底部设置有两根支撑筋15，电池组串的下方固定连接有两个用于和支撑筋15配合的卡槽16，卡槽16和支撑筋15之间设置有垫板17。支撑筋15采用一体成型的方式设置于筒体6底部，加工比较方便，并且支撑筋的设置可以提升筒体自身的强度，同时支撑筋15和卡槽16配合还可使电池组串在箱体内可靠定位。更为方便的时，可利用矩形框体13在箱体外部先将多个单体电池组成下方设置有卡槽16的电池组串，然后可利用支撑筋15作为轨道将电池组串整体推入箱体1内，可一定程度上提升大容量电池的组装效率。

垫板17的作用是，若要将电池组串整体推入箱体1时，箱体1内腔在高度方向的尺寸需要大于单体电池2高度，在电池组串推入箱体1后，需要将电池组串整体抬起一定高度，接着将垫板17插入卡槽16和支撑筋15之间，这样电池组串中单体电池的极柱才能伸出所述箱体外部。

3、如图1和图6所示，为了使大容量电池的更加结构紧凑，同时方便注液，其中一个端板7上设置有开包注液口18，且液泵3竖直固定于该端板7上。该开包注液口的作用如下：在制作大容量电池时，需要通过该开包注液口给开包工具的操作口，使各单体电池的密封机构开启；也可以利用开包注液口，定期向大容量电池内补入电解液或补锂添加剂。在大容量电池的运行阶段需要将开包注液口密封住。

实施例3

如图9所示，本实施例的大容量电池是在实施例1或实施例2基础上增设了一个第二通道19，第二通道19设置在箱体1顶部并与各单体电池内腔中气体区连通，该第二通道19可确保各单体电池内气压处于一个平衡体系内，各单体电池始终处于同一个气压下，减少了各单体电池内气压不一致所带来的各单体电池之间的差异，也就是说本实施例中的大容量电池兼备了共享电解液体系和和气体平衡体系，各单体电池的均一性有了更进一步的提升，同时在第二通道上设置排气阀，可定期排出各单体电池内的气体，从而避免了因气体无法排出造成单体电池壳体鼓胀等一系列影响大容量电池综合性能问题的产生。

实施例3的单体电池的形式，相对实施例1和2也有所改进，即就是在单体电池的上盖板也设置有可在注入电解液后或在开包工具作用下被开启的密封机构。

本实施例中，第二通道19是在筒体加工过程中一体成型于筒体顶部的。

实施例4

如图9所示，本实施例的大容量电池是在实施例1或实施例2基础上增设了一个第二通道19，第二通道19设置在箱体1顶部且覆盖于各单体电池顶部泄爆部，当单体电池热失控时，单体电池上的泄爆部被开启，热失控烟气通过第二通道排放至外部热失控烟气处理装置进行处理，确保了大容量电池的安全性。本实施例中，单体电池的泄爆部为一般市售方形锂电池上使用的泄爆膜。

Claims (9)

1.一种大容量电池，其特征在于，包括箱体、单体电池、液泵以及温控装置；

N个单体电池并排布置组成一个电池组串且位于箱体内，各单体电池的极柱均伸出所述箱体的顶部后并联连接，且各单体电池上盖板与箱体顶部均保持密封；N≥2；

箱体底部具有至少一个第一通道，该第一通道和各单体电池的内腔连通，在箱体内注入电解液后各单体电池均处于一个共享电解液体系内；

液泵的进液口和出液口均与第一通道连通，用于使共享电解液体系中的电解液循环流动起来；

温控装置设置在箱体上对应于第一通道的区域，用于对循环流动的电解液进行加温或降温。

2.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于：还包括用于将所述电池组串夹持住的至少一个矩形框体；所述矩形框体中沿单体电池排布方向的两条边框上分别设置有N-1个隔板，每个隔板使位于其两侧的两个单体电池之间的构成电解液流通的通道。

3.根据权利要求1或2所述的大容量电池，其特征在于：所述温控装置设置于箱体的底部外侧，并且温控装置用于热交换的面积大于等于第一通道投影至箱体底部所覆盖的面积。

4.根据权利要求3所述的大容量电池，所述温控装置包括传热板、第二夹持板以及至少一根换热介质管路；

传热板固定于箱体上，夹持板固定于传热板上，且夹持板和传热板之间夹持有至少一根换热介质管路。

5.根据权利要求4所述的大容量电池，其特征在于：所述箱体包括筒体、两侧端板；两侧端板均通过焊接的方式固定密封于筒体的两端；

筒体底部一体成型有至少一个第一通道；筒体顶部设置有多个用于极柱伸出的通孔。

6.根据权利要求5所述的大容量电池，其特征在于：所述筒体底部设置有两根支撑筋，电池组串的下方固定连接有两个用于和支撑筋配合的卡槽；所述卡槽和支撑筋之间设置有垫板。

7.根据权利要求6所述的大容量电池，其特征在于：其中一个端板上设置有开包注液口，且液泵竖直固定于该端板上。

8.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于：所述箱体的顶部设置有第二通道，第二通道和各单体电池的内腔连通，继而使各单体电池处于一个气体平衡状态。

9.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于：所述箱体的顶部设置有第二通道，第二通道覆盖于各单体电池顶部泄爆部，当单体电池发生热失控时作为热失控烟气的泄爆通道。