CN220774491U - 一种换热管组件及大容量电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换热管组件及大容量电池，该换热组件包括第一金属管、第二金属管、绝缘密封连接件以及绝缘密封接头；第一金属管用于装夹在电池组中各单体电池的正极柱的通槽内，第二金属管用于装夹在电池组中各单体电池的负极柱的通槽内；绝缘密封连接件连接第一金属管进液口和第二金属管的出液口；绝缘密封接头为两个，第一金属管出液口和第二金属管的进液口均设置分别设置一个用于和外部换液介质流通管路连通的绝缘密封接头。该换热管组件的设置克服了现有大容量电池的换热组件结构复杂，加工和装配过程都比较繁琐的问题。

Description

一种换热管组件及大容量电池

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体为一种换热管组件及大容量电池。

背景技术

目前市场上多通过并联或串联多个单体电池使其成为电池组(也可称之为电池模组或大容量电池)。

中国专利CN116417725A公开一种储能设备，包括温控装置以及至少两个电池组；其中，电池组包括换热组件以及若干并联设置的方形电池；

换热组件用于实现电池组与温控装置之间的热交换。由于电池组中各单体电池发热最为严重的区域为极柱部分，因此本专利的思路就是通过换热组件实现与电池组中各单体电池极柱进行热交换；但是，极柱为带电体，为了确保换热组件具有良好的绝缘性和导热性能，该专利中换热组件包括热管、液冷管以及绝缘换热件；热管第一部分与电池组上所有正极柱或负极柱连接，热管的第二部分通过绝缘换热件与液冷管第一部分绝缘换热，换热管的第二部分与温控装置连接。

虽然，该专利中的换热组件能够实现换热，同时具有良好的密封性，但是由于采用了热管、绝缘换热件以及液冷管组成换热组件，使得整个换热组件的结构比较复杂，加工和装配过程都比较繁琐。

实用新型内容

为了克服现有大容量电池的换热组件结构复杂，加工和装配过程都比较繁琐的问题，本实用新型第一方面提供了一种换热管组件。

该换热组件包括第一金属管、第二金属管、绝缘密封连接件以及绝缘密封接头；

第一金属管用于装夹在电池组中各单体电池的正极柱的通槽内，第二金属管用于装夹在电池组中各单体电池的负极柱的通槽内；

绝缘密封连接件连接第一金属管进液口和第二金属管的出液口；

绝缘密封接头为两个，第一金属管出液口和第二金属管的进液口均设置分别设置一个用于和外部换液介质流通管路连通的绝缘密封接头。

本实用新型中采用第一金属管、第二金属管、绝缘密封连接件以及绝缘密封接头构成一个整体呈U字形的换热管组件，相比现有技术，节省了绝缘换热件，简化了换热管组件的结构，降低了换热管组件自身加工装配的难度，同时第一金属管和第二金属管通过绝缘密封连接件绝缘连通，不仅确保了电池组中正、负极柱之间的绝缘性，而且也确保了换热介质从第一金属管流向第二金属管中的密封性；采用绝缘密封接头不仅确保了换热管组件与外部换液介质流通管路之间的绝缘性，而且也确保了换热管组件与外部换液介质流通管路连接位置处的密封性。

进一步地，当采用该换热管组件的电池组组成储能设备时，为了节省电池组的体积，从而提升储能设备的能量密度，上述换热管组件还包括两根连接管道；

其中一根连接管道一端通过直角密封连接件与第一金属管出液口连接，另一端安装一个绝缘密封接头；另一根连接管道一端通过直角密封连接件与第二金属管进液口连接，另一端安装一个绝缘密封接头。

进一步地，为了便于现场安装维修，上述绝缘密封连接件为绝缘密封接头，所述直角密封连接件为直角密封接头。

进一步地，为了兼顾成本以及导热效率，所述第一金属管和第二金属管均为铝管；为了方便的连接，所述连接管道为柔性管路。

本实用新型第二方面提供了以下三种大容量电池的结构：

第一种大容量电池包括多个并联的单体电池，以及前述的换热管组件；换热管组件内流动的换热介质为氟化液。

第二种大容量电池，包括多个并联的单体电池，其改进之处是，还包括共享管路组件以及前述的换热管组件；所述共享管路组件与各单体电池下盖板连接且与单体电池内腔的电解液区连通；所述换热管组件内流动的换热介质为氟化液。

第三种大容量电池，包括外壳、多个并联的单体电池以及前述的换热管组件；

多个单体电池并联设置，排布在外壳内腔；各个单体电池内腔包括电解液区和气体区；

外壳包括两端为敞口端的筒体以及设置在筒体敞口端的端板；

筒体底部设有第一通道，第一通道与各个单体电池内腔电解液区连通，用于使各单体电池处于一个电解液体系下；

筒体顶部开设能够使各个单体电池极柱伸出的极柱避让孔；各个单体电池极柱伸出极柱避让孔，且极柱避让孔对应的筒体区域与单体电池顶部固定密封；

所述换热管组件内流动的换热介质为氟化液。

进一步地，第三种大容量电池还包括设置在筒体顶部的第二通道，第二通道和各单体电池内腔的气体区连通。

进一步地，第三种大容量电池还包括设置在筒体顶部的第二通道，第二通道覆盖于各单体电池顶部的泄爆部。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中第一金属管、第二金属管、以及绝缘密封接头构成一个整体呈U字形的换热管组件，相比现有技术，节省了绝缘换热件，简化了换热管组件的结构，降低了换热管组件自身加工装配的难度，同时第一金属管和第二金属管通过绝缘密封连接件绝缘连通，不仅确保了电池组中正、负极柱之间的绝缘性，而且也确保了换热介质从第一金属管流向第二金属管中的密封性；采用绝缘密封接头不仅确保了换热管组件与外部换液介质流通管路之间的绝缘性，而且也确保了换热管组件与外部换液介质流通管路连接位置处的密封性。

另外，该换热管组件相比现有的热管、液冷管以及绝缘换热件组成的换热组件，极柱和外部温控装置之间热交换仅发生了一次，提升了热交换的效果。

第三，该换热管组件与大容量电池上安装时，仅需要在外部将换热管组件装配好，再其直接按压装夹至各单体电池极柱上即可，相比现有换热组件无需其他对绝缘换热件辅助支撑的零件，并且装配过程大大简化。

2、本实用新型通过在第一金属管和绝缘密封接头之间，以及第二金属管和绝缘密封接头之间均增设直角密封连接件和连接管道，使得换热管组件分为了靠近大容量电池顶部的水平部分以及靠近大容量电池端部的竖直部分，相比现有换热组件的结构，节省了大容量电池沿着单体电池排布方向的尺寸，当采用该换热管组件的电池组组成储能设备时，储能设备的能量密度也会相对提升。

3、本实用新型采用市售的绝缘密封接头作为绝缘密封连接件，采用市售的直角密封接头作为直角密封连接件，相比其他形式，便于现场的安装维修以及更换。

4、本实用新型为了兼顾成本以及换热效果，第一金属管和第二金属管优选为铝管，并且铝管的柔性较好，可以一定程度上弥补装夹时的误差，同时为了便于使，连接管道为柔性管道。

5、本实用新型的大容量电池采用氟化液作为换热介质，相比用水或者绝缘油来说，可兼顾绝缘性以及使用成本。

附图说明

图1为实施例1中换热管组件的结构示意图；

图2为实施例1中电池组的结构示意图；

图3为实施例2中大容量电池的结构示意图；

图4为实施例3中大容量电池的结构示意图。

图5为图4的剖视图。

图中附图标记为：

1-第一金属管、2-第二金属管、3-绝缘密封连接件、4-绝缘密封接头、5-单体电池、6-直角密封连接件、7-连接管道、8-共享管路组件、9-换热管组件、10-外壳、11-筒体、12-端板、13-第一通道、14-极柱避让孔、15-第二通道。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都应当属于本实用新型的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“顶、底”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。此外，术语“第一或第二等”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型提供了一种换热管组件以及使用该换热管组件的大容量电池。其中换热管组件通过装夹的方式与大容量电池上各单体电池的极柱配合，用于对大容量电池换热，此处的换热可以理解为：对大容量电池进行降温或对大容量电池进行加温；当大容量电池的温度高于设定阈值时，通过外部温控装置对流入换热管组件中的换热介质进行冷却，实现对大容量电池的降温；当大容量电池的温度低于设定阈值时，通过外部温控装置对流入换热管组件中中的换热介质进行加热，实现大容量电池进行加温。

实施例1

为了兼顾换热性能和绝缘密封性能的同时尽可能地简化换热管组件的结构，如图1和图2所示，本实施例中的换热管组件包括第一金属管1、第二金属管2、绝缘密封连接件3以及绝缘密封接头4，应用于一个由多个单体电池5并联构成的电池组上；本实施例中单体电池5类似市售的铝制方形锂离子电池，其正负极柱上均开设有通槽；

第一金属管1用于装夹在电池组中各单体电池5的正极柱的通槽内，第二金属管2用于装夹在电池组中各单体电池5的负极柱的通槽内；绝缘密封连接件3连接第一金属管1进液口和第二金属管2的出液口；

绝缘密封接头4为两个，第一金属管1出液口和第二金属管2的进液口均设置分别设置一个用于和外部换液介质流通管路连通的绝缘密封接头4。

使用过程中，换液介质从位于第一金属管1进液口的绝缘密封接头4进入，依次流经第一金属管1、绝缘密封连接件3、第二金属管2后从位于第二金属管2出液口的绝缘密封接头流出，从而实现了与各单体电池5极柱的换热(换热介质的流向如图1的箭头所示)。

其中，第一金属管1和第二金属管2的材质、结构、尺寸一致，可以选择钢管、铜管和铝管；从导热性、柔性、耐腐蚀性以及使用成本等多方面综合考虑，优选铝管作为第一金属管1和第二金属管2。

本实施例中，绝缘密封连接件3为绝缘密封接头，该接头为市售零件，使用成本较低，并且通过简单的插接即可实现与第一金属管1和第二金属管2的连接，便于安装和更换，但是密封和绝缘性能可能会随着时间的推移有所下降，使用时需要定期检查。

在一些其他实施例中，绝缘密封连接件3还可以选用塑料材质的管件，和第一金属管、第二金属管通过一体成型的方式组成一个整体，不仅绝缘密封性能好，且减少了后续的装配工序，但是若第一金属管1和第二金属管2的长度较长的情况下，该方式受到加工设备、加工手段的限制使得制作成本相对较高。

该换热管组件在使用时，除了需要考虑换热管组件自身的绝缘之外，还需要考虑换热介质的绝缘性，通常情况下，在非金属液体中，水的导热系数最大，但是若将水作为换热管组件中流动的换热介质，则需要在第一金属管、第二金属管的内管壁上涂敷绝缘层来实现水和第一金属管、第二金属管之间的绝缘，该工艺实施起来工艺比较复杂，且成本较高，并且水一旦从换热管组件中泄露则会有极大的安全隐患。

为了解决水作为换热介质存在的问题，在一些实施例中，可采用绝缘导热油作为换热介质，但是绝缘导热油的导热性能较差，且价格较高。

因此，在本实施例中，换热介质可以选用绝缘性能好，导热性能优于绝缘导热油(绝缘导热油的导热系数为0.1～0.15W/(m·K)；的氟化液(氟化液的导热系数为0.15～0.4W/(m·K))。

当使用该换热管组件的多个电池组构成储能设备时，在本实施例的换热管组件基础上，可在第一金属管1和绝缘密封接头4之间，以及第二金属管2和绝缘密封接头4之间均增设直角密封连接件6和连接管道7，相比现有热管、液冷管、绝缘换热件组成的换热组件的结构，节省了大容量电池沿着单体电池排布方向的尺寸，可以使储能设备的能量密度相对提升。

本实施例中，直角密封连接件6为直角密封接头，该接头为市售零件，使用成本较低，并且通过简单的插接即可实现与第一金属管和连接管道的连接，便于安装和更换，但是密封和绝缘性能可能会随着时间的推移有所下降，使用时需要定期检查。

在一些其他实施例中，直角密封连接件6还可以选用塑料材质的管件，和第一金属管、第二金属管通过一体成型的方式组成一个整体，不仅绝缘密封性能好，且减少了后续的装配工序，但是该方式受到加工设备、加工手段的限制使得制作成本相对较高。

本实施例中，连接管道7采用柔性管道，优选尼龙管，除了绝缘之外，柔性管道还方便换热管组件与外部换液介质流通管路连接。在一些其他实施例中，当连接管道为导电材料制作时，直角密封接头还需要具备绝缘能力。

实施例2

如图3所示，本实施例的大容量电池包括多个并联单体电池5、共享管路组件8以及前述的换热管组件9；其中，共享管路组件8包括设置在各单体电池下盖板上的子管以及连通相邻子管的连接管；子管与单体电池内腔的电解液区连通；该共享管组件的具体结构详见中国专利CN218525645U公开的大容量电池。

当然，该共享管组件8还可采用一根焊接于各单体电池下盖板，且与各单体电池内腔中电解液区连通的中空构件，该共享管组件的具体结构详见中国专利CN116111201A公开的大容量电池。

实施例3

本实施例的大容量电池，如图4和图5所示，包括外壳10、多个并联的单体电池5以及如实施例1提供的换热管组件9；

多个单体电池5并联设置，排布在外壳10内腔；各个单体电池5内腔包括电解液区和气体区；本实施例的单体电池5为类似市售的铝制方形锂离子电池，包括上盖板、下盖板、壳体、电芯组件和电解液；此处所述电芯组件可以称之为电极组件，由正极、隔膜、负极顺序排列，采用叠片或卷绕工艺装配而成。该单体电池的极柱上开设有通槽，或者单体电池的极柱上焊接一个极柱转接件，极柱转接件上开设通槽；该单体电池的下盖板上设置有密封机构，该密封机构在电解液或外力的作用下可被开启；

外壳10包括两端为敞口端的筒体11以及设置在筒体敞口端的端板12；

筒体11底部设有第一通道13，第一通道13通过各单体电池5下盖板的通孔与各个单体电池5内腔电解液区连通，用于使各单体电池处于一个电解液体系下，因此该大容量电池中各个单体电池的均一性较好，大容量电池的性能也能有所提升。

筒体11顶部开设能够使各个单体电池5极柱伸出的极柱避让孔14；各个单体电池极柱伸出极柱避让孔14，且极柱避让孔14对应的筒体11区域与单体电池5顶部固定密封。

本实施例中，单体电池的极柱未能伸出筒体顶部，则需要在每个单体电池的极柱上设置一个极柱转接件，极柱转接件上设置通槽，换热管组件中的第一金属管和第二金属管装夹于极柱转接件的通槽上。

在一些其他实施例中，单体电池的极柱能伸出筒体顶部，则无需极柱转接件，换热管组件中的第一金属管和第二金属管装夹于极柱的通槽上。

在本实施例中，筒体11顶部还设置有第二通道15，该第二通道15具有两个作用：

第一种，当单体电池的上盖板上具有密封机构(该密封机构可在电解液或外力作用下被开启)时，大容量电池初次运行前，该密封机构就需要被开启，密封机构被开启后，第二通道可以将各个单体电池的气体区连通，达到气体平衡的目的，使得各单体电池气体区内的气体保持一致性一定程度上提升了大容量电池的循环寿命；在一些极端境况下，当任一单体电池发生热失控时，该单体电池内腔的烟气进入第二通道，并通过第二通道排出，提高该大容量电池的安全性。

第二种，当单体电池的上盖板上具有泄爆部(该泄爆部通常为泄爆膜)时，第二通道覆盖于各单体电池的泄爆部上，大容量电池正常运行时，第二通道和各单体电池内腔的气体区通过泄爆部隔离，当任一单体电池发生热失控时泄爆部被内腔烟气所开启，该单体电池内腔的烟气通过第二通道排出，提高该大容量电池的安全性。

Claims (9)

1.一种换热管组件，其特征在于：包括第一金属管、第二金属管、绝缘密封连接件以及绝缘密封接头；

第一金属管用于装夹在电池组中各单体电池的正极柱的通槽内，第二金属管用于装夹在电池组中各单体电池的负极柱的通槽内；

绝缘密封连接件连接第一金属管进液口和第二金属管的出液口；

绝缘密封接头为两个，第一金属管出液口和第二金属管的进液口均设置分别设置一个用于和外部换液介质流通管路连通的绝缘密封接头。

2.根据权利要求1所述的换热管组件，其特征在于：还包括两根连接管道；

其中一根连接管道一端通过直角密封连接件与第一金属管出液口连接，另一端安装一个绝缘密封接头；

另一根连接管道一端通过直角密封连接件与第二金属管进液口连接，另一端安装一个绝缘密封接头。

3.根据权利要求2所述的换热管组件，其特征在于：所述绝缘密封连接件为绝缘密封接头，所述直角密封连接件为直角密封接头。

4.根据权利要求3所述的换热管组件，其特征在于：所述第一金属管和第二金属管均为铝管；所述连接管道为柔性管路。

5.一种大容量电池，包括多个并联的单体电池，其特征在于，还包括如权利要求1至4任意一项所述的换热管组件；所述换热管组件内流动的换热介质为氟化液。

6.一种大容量电池，包括多个并联的单体电池，其特征在于，还包括共享管路组件以及如权利要求1至4任意一项所述的换热管组件；还包括共享管路组件以及前述的换热管组件；所述共享管路组件与各单体电池下盖板连接且与单体电池内腔的电解液区连通；所述换热管组件内流动的换热介质为氟化液。

7.一种大容量电池，其特征在于，包括外壳、多个并联的单体电池以及如权利要求1至4任意一项所述的换热管组件；

多个单体电池并联设置，排布在外壳内腔；各个单体电池内腔包括电解液区和气体区；

外壳包括两端为敞口端的筒体以及设置在筒体敞口端的端板；

筒体底部设有第一通道，第一通道与各个单体电池内腔电解液区连通，用于使各单体电池处于一个电解液体系下；

筒体顶部开设能够使各个单体电池极柱伸出的极柱避让孔；各个单体电池极柱伸出极柱避让孔，且极柱避让孔对应的筒体区域与单体电池顶部固定密封；

所述换热管组件内流动的换热介质为氟化液。

8.根据权利要求7所述的大容量电池，其特征在于，还包括设置筒体顶部的第二通道，第二通道和各单体电池内腔的气体区连通。

9.根据权利要求7所述的大容量电池，其特征在于，还包括设置筒体顶部的第二通道，第二通道覆盖于各单体电池顶部的泄爆部。