CN220821720U - 电池单元、环形电池、电池、电池模组以及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂电池技术领域，公开了一种电池单元、环形电池、电池、电池模组以及用电设备，其中，电池单元包括电池壳体，所述电池壳体包括外壳壁以及设置于所述外壳壁内的内壳壁；保护套，所述保护套套设于所述内壳壁的外侧，且，所述保护套与所述内壳壁之间设置有缓冲间隙；裸电芯，所述裸电芯位于所述外壳壁和所述保护套之间。上述方案，在保护套与内壳壁之间设置有缓冲间隙，在裸电芯膨胀时，裸电芯的至少一部分膨胀位置进入到缓冲间隙内，也即裸电芯的至少一部分膨胀量被缓冲间隙所抵消，使裸电芯对电池壳体向外的挤压力变小，至少缓解了裸电芯膨胀而导致电池壳体膨胀变形的问题。

Description

电池单元、环形电池、电池、电池模组以及用电设备

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，具体涉及一种电池单元、环形电池、电池、电池模组以及用电设备。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、能量密度高、循环寿命长、安全性能高等优点，已经成为主流的电池。

锂离子电池的主要形态有方壳电池、柱状电池和软包电池。对于柱状电池来说，其加工的自动化程度高、生产效率高、一致性好、成本相对较低。

目前，柱状电池基本上都是采用全闭合结构，随着锂离子电池能量密度和功率密度越来越高，充放电倍率也越来越大，在充放电过程中电池内裸电芯的产热速率也相应增大，随着裸电芯产热量的增大，裸电芯会发生热膨胀，裸电芯的热膨胀会向外对电池壳体进行挤压，使电池壳体亦向外发生膨胀变形。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池单元、环形电池、电池、电池模组以及用电设备，用于至少缓解裸电芯变形而导致电池壳体膨胀变形的问题。

第一方面，本实用新型提供一种电池单元，包括：

电池壳体，所述电池壳体包括外壳壁以及设置于所述外壳壁内的内壳壁；

保护套，所述保护套套设于所述内壳壁的外侧，且，所述保护套与所述内壳壁之间设置有缓冲间隙；

裸电芯，所述裸电芯位于所述外壳壁和所述保护套之间。

作为可实现方式，所述裸电芯中心轴线到所述裸电芯外壁的最小直线距离为第一距离，所述缓冲间隙的宽度为所述第一距离的0.01-0.1倍。

作为可实现方式，所述缓冲间隙的宽度与所述第一距离正相关。

作为可实现方式，所述裸电芯与所述保护套过盈配合。

作为可实现方式，所述内壳壁的一端封闭，另一端开放；或者，所述内壳壁的两端均开放。

作为可实现方式，所述保护套的侧壁上设置有多个通孔。

作为可实现方式，多个所述通孔在所述保护套的侧壁上均匀排布。

作为可实现方式，至少部分所述通孔的形状和/或尺寸相同或不同。

作为可实现方式，所述外壳壁与所述内壳壁同轴设置。

作为可实现方式，在垂直于轴线的正投影中，所述外壳壁的壁面投影形状为圆形、椭圆形、四边形或多边形；和/或，所述内壳壁的壁面投影形状为圆形、椭圆形、四边形或多边形。

作为可实现方式，所述外壳壁与所述内壳壁为一体结构，或者，所述外壳壁与所述内壳壁焊接固定。

作为可实现方式，所述保护套为柔性保护套。

作为可实现方式，所述内壳壁设置有孔，所述孔沿所述内壳壁的轴线延伸。

作为可实现方式，所述孔为散热孔。

作为可实现方式，所述孔的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

作为可实现方式，所述外壳壁和/或所述内壳壁的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

作为可实现方式，所述裸电芯的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

作为可实现方式，所述孔横截面上任意两点之间的直线距离最大值为所述外壳壁横截面上任意两点之间的直线距离最大值的0.11-0.65。

作为可实现方式，所述孔的孔壁上设置有多个散热凸起。

第二方面，本实用新型提供一种环形电池，包括上述的电池单元。

作为可实现方式，所述外壳壁和所述内壳壁围设形成容纳所述裸电芯的空腔，所述空腔的横截面形状为环形。

第三方面，本实用新型提供一种电池，包括上述的环形电池。

第四方面，本实用新型提供一种电池模组，包括多个上述的环形电池，多个所述环形电池串联和/或并联；或，包括多个上述的电池，多个所述电池串联和/或并联。

第五方面，本实用新型提供一种用电设备，包括多个上述的环形电池；或，包括多个上述的电池；或，包括上述的电池模组。

上述方案，在保护套与内壳壁之间设置有缓冲间隙，在裸电芯膨胀时，裸电芯的至少一部分膨胀位置进入到缓冲间隙内，也即裸电芯的至少一部分膨胀量被缓冲间隙所抵消，使裸电芯对电池壳体向外的挤压力变小，至少缓解了裸电芯膨胀而导致电池壳体膨胀变形的问题。在极限情况下，裸电芯的全部膨胀量均被缓冲间隙所抵消，这种情况下，裸电芯不对电池壳体施加向外的挤压力，即，电池壳体不会因裸电芯的热膨胀而出现变形。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的电池的立体图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的A-A部位的剖视图；

图4为本实用新型另一实施例提供的电池对应于A-A部位的剖视图；

图5为本实用新型另一实施例提供的电池对应于A-A部位的剖视图；

图6为本实用新型另一实施例提供的电池对应于A-A部位的剖视图；

图7为本实用新型实施例提供的保护套的结构示意图。

附图标记说明：

外壳壁1；内壳壁2；孔21；端盖3；裸电芯4；保护套5；通孔51；缓冲间隙6；第一距离D1；宽度D2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

至少如图1-图3所示，本实用新型实施例提供的电池单元，该电池单元包括电池壳体，该电池壳体的至少一端具有开口，开口处设置有端盖3。

其中，所述电池壳体包括外壳壁1以及设置于所述外壳壁1内的内壳壁2；

一般地，电池壳体可以为金属材质，如钢、铝以及铝合金等。其一方面可以对其内设置的裸电芯4起到保护作为，另一方面还可以作为电池的其中一极，如负极或正极。

其中，外壳壁1与内壳壁2可以均呈环形结构，内壳壁2会形成一个位于中心的孔21，该孔21沿内壳壁2的轴线延伸，其可以为散热孔，用于散热。至少参见图3所示，外壳壁1与内壳壁2可以是一体结构，如通过铸造，或对一块金属板进行冲压而成；另参见图4、图5或图6所示，外壳壁1与内壳壁2还可以是两体结构，这里所指的两体结构是指，外壳壁1与内壳壁2是两个独立的部件。例如，可以通过焊接的方式将内壳壁2与外壳壁1连接在一起。在外壳壁1的底部具有底板的情况下，内壳壁2可以直接焊接在外壳壁1的底板上，外壳壁1的底板开设有与孔21连通的孔；若外壳壁1仅是环形壁时，内壳壁2可以借助端盖与外壳壁1连接在一起，如，内壳壁2的一端焊接在端盖上，端盖焊接在外壳壁1的一端，此时端盖的一端可以开设与孔21连通的孔。

本实施例中，具体的，可以是外壳壁1的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。相对应地，内壳壁2的横截面也可以为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。孔21的横截面也可以为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

需要说明的是，外壳壁1与内壳壁2之间围设形成空腔，该空腔的横截面形状为环形，且该空腔至少作为裸电芯4的安装空间。

保护套5，所述保护套5套设于所述内壳壁2的外侧，且，所述保护套5与所述内壳壁2之间设置有缓冲间隙6；

保护套5可以为管状结构，其横截面的形状可以根据实际确定，如圆形、椭圆形、四边形或多边形等。作为其中一种优选的实现方式，保护套5的横截面形状一般与内壳壁2的横截面形状相同，当然，在一些示例中，其二者也可以不同。

保护套5套设于内壳壁2的外侧，且保护套5与内壳壁2间隙配合，以在保护套5与内壳壁2之间形成缓冲间隙6。

保护套5用于对裸电芯4的内侧进行支撑以及保护。

一般地，保护套5为绝缘保护套。如其材质可以为绝缘纸、橡胶以及塑料等。优选地，保护套5具有一定的柔性，也即保护套5为柔性保护套，这样利于保护套5随着裸电芯4的热膨胀向内壳壁2方向变形，以避免保护套5为刚性结构，阻止裸电芯4向内壳壁2方向的热膨胀，而造成裸电芯4向外壳壁1方向热膨胀，导致外壳壁1向外变形。

至少另参见图7所示，缓冲间隙6除了可以缓冲掉裸电芯4的至少一部分热膨胀变形外，缓冲间隙6内还可以容纳一部分的电解液，为了使电解液可以在保护套5两侧流动，则在保护套5的侧壁上设置有多个通孔51，使得缓冲间隙6内的电解液可以通过通孔51向裸电芯4方向流动，也可以由裸电芯4方向向缓冲间隙6流动。

为了使缓冲间隙6内不同位置的电解液与裸电芯4内侧的电解液可以较为均匀的进行流动，则多个所述通孔51在所述保护套5的侧壁上均匀排布。

其中，至少部分所述通孔51的形状和/或尺寸相同或不同。在该示例中，全部通孔51的形状以及尺寸均相同，其均可以为圆形的通孔。在其他示例中，通孔51还可以为椭圆孔，方形孔等结构形式。

裸电芯4，所述裸电芯4位于所述外壳壁1和所述保护套5之间。

这里所指的裸电芯4可以是卷绕而成的电芯，其由依次层叠的正极片、隔膜和负极片组成，该三层结构通过卷绕形成中心具有孔的裸电芯4。裸电芯4的横截面可以为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

作为其中一种优选的实现方式，裸电芯4与保护套5过盈配合。在该电池进行装配时，可以先将保护套5插入到裸电芯4中心的孔内，由于裸电芯4与保护套5二者是过盈配合的，其二者可以一并装配到电池壳体内，这样可以提高装配的效率，且由于在将裸电芯4装入到电池壳体内时，裸电芯4的中心孔内具有保护套5，保护套5可以防止在装配过程中，裸电芯4中心的孔碰撞到外壳壁1，导致裸电芯4中心破损而出现短路等问题。

上述方案，在保护套5与内壳壁2之间设置有缓冲间隙6，在裸电芯4膨胀时，裸电芯4的至少一部分膨胀位置进入到缓冲间隙6内，也即裸电芯4的至少一部分膨胀量被缓冲间隙6所抵消，使裸电芯4对电池壳体向外的挤压力变小，至少缓解了裸电芯4膨胀而导致电池壳体膨胀变形的问题。在极限情况下，裸电芯4的全部膨胀量均被缓冲间隙6所抵消，这种情况下，裸电芯4不对电池壳体施加向外的挤压力，即，电池壳体不会因裸电芯4的热膨胀而出现变形。

作为可实现方式，所述裸电芯4中心轴线到所述裸电芯4外壁的最小直线距离为第一距离D1，所述缓冲间隙6的宽度D2为所述第一距离D1的0.01-0.1倍。将缓冲间隙6的宽度D2设置为第一距离D1的0.01-0.1倍，可以在保证缓冲空间具有足够的缓冲距离来抵消裸电芯4的热膨胀，而又可以忽略掉因设置缓冲间隙6对电池能量密度所带来的不利影响。

作为可实现方式，所述缓冲间隙6的宽度D2与所述第一距离D1正相关。也就是说，裸电芯4的第一距离D1越大，则所设置的缓冲间隙6越大，以匹配裸电芯4的第一距离D1的增大，其热膨胀相应增大的情况。

作为可实现方式，所述内壳壁2的一端封闭，另一端开放；或者，所述内壳壁2的两端均开放。

其中，至少如图5所示，上述内壳壁2自身可以是一端封闭一端开放，以形成盲孔形式的孔21，该孔21用于对电池中部进行散热，此时外壳壁1的底板或端盖设置与孔21开放的一端连通的孔，以使得孔21对电池中部进行散热；在其他示例中，至少如图4所示，上述内壳壁2自身可以是两端都开放，借由外界的其他部件对其一端进行封闭，例如，其一端通过电池端盖或外壳壁的底板进行封闭，以形成盲孔，该盲孔可以作为孔21，以对电池中部进行散热。

当然，在其他示例中，至少参见图6所示，内壳壁2的两端均开放，以形成通孔，该通孔可以作为孔21，外壳壁1的底板或端盖设置与孔21连通的孔，以使得孔21对电池中部进行散热。

作为可实现方式，孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值为所述外壳壁1横截面上任意两点之间的直线距离最大值的0.11-0.65。

作为可实现方式，孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值为5mm-30mm。

作为可实现方式，孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值为8mm-25mm。

作为可实现方式，孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值为10mm-15mm。

例如但不限于，孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值为5.15mm、5.3mm、6.25mm、7mm、8.66mm、13mm、15.35mm、18.7mm、19mm、22.9mm、24mm、28.4mm、29.46mm等。孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值可以根据实际需要确定，只要其满足孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值为电池壳体的外壳壁1横截面上任意两点之间的直线距离最大值的0.11-0.65即可。另外，一般地，电池单元的长度越长，则孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值可以选择稍大的值，即孔21横截面上任意两点之间的直线距离最大值与电池单元的长度正相关，以使得冷却介质可以在孔21内进行充分的热交换，以尽大限度的带走电池单元中心部位的热量，提高对电池单元的散热效果。其中冷却介质在孔21内的散热，可以是通过液冷管道输入冷却介质，冷却介质对电池单元中心部位进行散热，也可以是冷却柱等热传导的方式实现对电池单元中心部位的散热。

作为可实现方式，为了提高该电池单元的散热能力，在孔21的孔壁上设置有多个散热凸起(图中未示出)。通过在孔21的孔壁上设置多个散热凸起，提高了该孔21孔壁的表面积，随着表面积的提高，其与冷却介质接触的面积亦相应的提高，则进行热交换的面积随之提高，该电池单元中部的热量可以与孔21内流动的冷却介质进行充分热交换，来带走该电池单元中部的热量，降低该具备该电池单元的电池充放电时的温度。

作为可实现方式，各所述散热凸起为围绕孔21孔壁设置的环状凸起。散热凸起设置为围绕孔21孔壁的环状凸起，可以在孔壁的周向上均匀的散热。可以理解的是，散热凸起也可以是点状、柱状或者其他形状的凸起结构，并非仅限于上述实现方式中的环状凸起。

作为可实现方式，所述外壳壁1与所述内壳壁2同轴设置。

作为可实现方式，在垂直于轴线的正投影中，所述外壳壁1为圆形、椭圆形、四边形或多边形；和/或，所述内壳壁2为圆形、椭圆形、四边形或多边形。

第二方面，本实用新型提供一种环形电池，该环形电池包括上述的电池单元，而且该环形电池包括的电池单元的外壳壁1和内壳壁2围设形成的空腔的横截面形状为环形，以使得具有电池单元的环形电池整体为环状的电池。

第三方面，本实用新型提供一种电池，该电池包括上述的环形电池，以实现通过孔21来对电池中部进行更好的散热。

第四方面，本实用新型提供一种电池模组，包括多个如上述的环形电池，多个所述环形电池串联和/或并联。

可以根据电池模组的输出电压以及容量，确定采用的环形电池数量以及其串并联关系。

或者，电池模组包括多个上述的电池，多个所述电池串联和/或并联。可以根据电池模组的输出电压以及容量，确定采用的电池数量以及其串并联关系。

第五方面，本实用新型提供一种用电设备，包括多个如上述的环形电池；或，包括上述的电池，或，包括上述的电池模组。

用电设备例如但不限于新能源车辆(电动车、混合动力车等)、数码类产品等。

需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (24)

1.一种电池单元，其特征在于，包括：

电池壳体，所述电池壳体包括外壳壁(1)以及设置于所述外壳壁(1)内的内壳壁(2)；

保护套(5)，所述保护套(5)套设于所述内壳壁(2)的外侧，且，所述保护套(5)与所述内壳壁(2)之间设置有缓冲间隙(6)；

裸电芯(4)，所述裸电芯(4)位于所述外壳壁(1)和所述保护套(5)之间。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述裸电芯(4)中心轴线到所述裸电芯(4)外壁的最小直线距离为第一距离(D1)，所述缓冲间隙(6)的宽度(D2)为所述第一距离(D1)的0.01-0.1倍。

3.根据权利要求2所述的电池单元，其特征在于，所述缓冲间隙(6)的宽度(D2)与所述第一距离(D1)正相关。

4.根据权利要求2或3所述的电池单元，其特征在于，所述裸电芯(4)与所述保护套(5)过盈配合。

5.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述内壳壁(2)的一端封闭，另一端开放；或者，所述内壳壁(2)的两端均开放。

6.根据权利要求1-3和5任一项所述的电池单元，其特征在于，所述保护套(5)的侧壁上设置有多个通孔(51)。

7.根据权利要求6所述的电池单元，其特征在于，多个所述通孔(51)在所述保护套(5)的侧壁上均匀排布。

8.根据权利要求6所述的电池单元，其特征在于，至少部分所述通孔(51)的形状和/或尺寸相同或不同。

9.根据权利要求1-3和5任一项所述的电池单元，其特征在于，所述外壳壁(1)与所述内壳壁(2)同轴设置。

10.根据权利要求9所述的电池单元，其特征在于，在垂直于轴线的正投影中，所述外壳壁(1)的壁面投影形状为圆形、椭圆形、四边形或多边形；和/或，所述内壳壁(2)的壁面投影形状为圆形、椭圆形、四边形或多边形。

11.根据权利要求1-3和5任一项所述的电池单元，其特征在于，所述外壳壁(1)与所述内壳壁(2)为一体结构，或者，所述外壳壁(1)与所述内壳壁(2)焊接固定。

12.根据权利要求1-3和5任一项所述的电池单元，其特征在于，所述保护套(5)为柔性保护套。

13.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述内壳壁(2)设置有孔(21)，所述孔(21)沿所述内壳壁(2)的轴线延伸。

14.根据权利要求13所述的电池单元，其特征在于，所述孔(21)为散热孔。

15.根据权利要求14所述的电池单元，其特征在于，所述孔(21)的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

16.根据权利要求1或15所述的电池单元，其特征在于，所述外壳壁(1)和/或所述内壳壁(2)的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

17.根据权利要求1或15所述的电池单元，其特征在于，所述裸电芯(4)的横截面为圆形、正多边形、椭圆形或非等边的多边形。

18.根据权利要求13所述的电池单元，其特征在于，所述孔(21)横截面上任意两点之间的直线距离最大值为所述外壳壁(1)横截面上任意两点之间的直线距离最大值的0.11-0.65。

19.根据权利要求13所述的电池单元，其特征在于，所述孔(21)的孔壁上设置有多个散热凸起。

20.一种环形电池，其特征在于，包括权利要求1-19任一项所述的电池单元。

21.根据权利要求20所述的环形电池，其特征在于，所述外壳壁(1)和所述内壳壁(2)围设形成容纳所述裸电芯(4)的空腔，所述空腔的横截面形状为环形。

22.一种电池，其特征在于，包括权利要求20或21所述的环形电池。

23.一种电池模组，其特征在于，包括多个如权利要求20或21所述的环形电池，多个所述环形电池串联和/或并联；或，包括多个权利要求22所述的电池，多个所述电池串联和/或并联。

24.一种用电设备，其特征在于，包括多个如权利要求20或21所述的环形电池；或，包括多个权利要求22所述的电池；或，包括权利要求23所述的电池模组。