CN220873679U - 电芯及电池包 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电芯及电池包，电芯包括：壳体，所述壳体为长方体结构，所述壳体沿其厚度方向形成有外表面；极芯组件，所述极芯组件设置在所述壳体内；正极柱和负极柱，所述正极柱和所述负极柱与所述极芯组件连接，并从所述壳体引出，设置于所述外表面。本实用新型的电芯，能够提高散热效率，提升电池包整体的能量密度。

Description

电芯及电池包

技术领域

本实用新型涉及刀片电池技术领域，具体涉及电芯及电池包。

背景技术

电动汽车用的电池包通常包括多个并排设置的电芯，用来提高电池容量。为了提升电池的散热能力，同时节省空间，通常使用薄而长的刀片型的电芯。在现有技术中，传统的刀片电池的电芯采用的是其长度方向的两个端面上引出电芯的正极和负极。为了便于对电池包进行冷却，一般在整个电池包的底部或顶部设置液冷板，以对电池包进行冷却散热。但是随着快充技术的发展，或者三元材料体系主要也采用刀片结构，原有的冷却已不满足冷却需求，现有技术也有通过在刀片电池间增加液冷板的方式，但是由于液冷板占据空间增大，侧面减小了电池包整体的能量密度。

实用新型内容

本实用新型旨在至少一定程度上解决现有技术的问题之一。为此，本实用新型提出了电芯，能够提高散热效率，提升电池包整体的能量密度。

本实用新型还提出了电池包。

根据本实用新型第一方面的电芯，包括：壳体，所述壳体为长方体结构，所述壳体沿其厚度方向形成有外表面；

极芯组件，所述极芯组件设置在所述壳体内；

正极柱和负极柱，所述正极柱和所述负极柱与所述极芯组件连接，并从所述壳体引出，设置于所述外表面。

根据本实用新型第一方面的电芯，具有如下有益效果：能够提高散热效率，提升电池包整体的能量密度。

在一些实施例中，所述外表面包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面沿所述壳体的厚度方向相对设置；

其中，所述正极柱设置在所述第一表面，所述负极柱设置在所述第二表面。

在一些实施例中，所述正极柱设置在所述第一表面的一侧，所述负极柱设置在所述第二表面与所述第一表面的相同的一侧，所述正极柱与所述负极柱沿所述壳体的厚度方向对置，且所述正极柱的轴线与所述负极柱的轴线相同。

在一些实施例中，所述正极柱设置在所述第一表面的一侧，所述负极柱设置在所述第二表面的远离所述正极柱的一侧。

在一些实施例中，在所述壳体的宽度方向上，所述正极柱的中心线与所述负极柱的中心线之间的距离为H，H满足0≤H≤120mm；

在所述壳体的长度方向上，所述正极柱的中心线与所述负极柱的中心线之间的距离为L，L满足400mm≤L≤1400mm。

在一些实施例中，所述正极柱设置有凸起，所述负极柱设置有凹槽；

或，

所述正极柱设置有凹槽，所述负极柱设置有凸起；

当多个所述电芯连接时，相邻两个所述电芯的其中一个所述电芯的所述凸起安装于另一个所述电芯的所述凹槽。

在一些实施例中，所述正极柱和所述负极柱沿所述壳体的厚度方向的高度分别为D1、D2，所述正极柱和所述负极柱装配后沿所述壳体的厚度方向的高度为D，D满足2mm≤D≤10mm，D≤D1+D2。

在一些实施例中，D满足3mm≤2D≤5mm。

在一些实施例中，所述凸起的横截面的面积为S1，所述凸起的半径为R，所述凹槽的内表面的面积为S2，所述正极柱和所述负极柱沿所述壳体的厚度方向接触区域的高度为D3，S1与S2之间的关系满足1≤S2/S1≤3和S2/S1＝(S1+2ΠRD3)/S1＝1+2ΠRD3/S1＝1+2ΠRD3/ΠR2＝1+2D3/R，D3≤D1或者D3≤D2。

根据本实用新型第二方面的电池包，包括：上述任一项所述的电芯和冷却板，所述电芯和所述冷却板分别设置有多个；

多个所述电芯沿所述电芯的厚度方向依次排列设置，所述电芯沿其自身的厚度方向设置有第一表面和第二表面；

所述冷却板设置在相邻的两个所述电芯的所述第一表面和所述第二表面之间。

根据本实用新型第二方面的电池包，具有如下有益效果：能够提高散热效率，提升电池包整体的能量密度。

附图说明

图1是本实用新型的电芯的第一种实施例的立体图。

图2是电芯的第一种实施例的俯视图。

图3是电芯的第一种实施例的主视图。

图4是电芯的第二种实施例的主视图。

图5是电芯的第二种实施例的俯视图。

图6是电芯的第三种实施例的立体图。

图7是电芯的第三种实施例的主视图。

图8是电芯的第四种实施例的主视图。

图9是本实用新型的电池包的立体图。

图10是电池包的俯视图。

图11是图10中A-A处的剖视图。

附图标记：

电芯100；壳体101；外表面110；第一表面111；第二表面112；正极柱200；凸起210；负极柱300；凹槽310；冷却板400。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

目前，随着新能源汽车的发展，用于新能源汽车的动力电池的需求日益增加，需要动力电池具有较好的续航能力以及安全水平。在现有技术中，为了提高体积利用率和续航能力，一般采用刀片型电池作为新能源汽车的动力电池。刀片电池与传统电池相比，单位体积电池能量密度增加，比传统电池增加1/3以上，材料成本降低，其中包括了材料成本以及人力成本。此外，刀片电池的电池体积小、重量轻，安装于车辆后能够为车辆节约更多的空间，且由于其重量较轻，能够克服自身阻力消耗的能源降低，进一步提高续航能力。同时，刀片电池具有良好的安全性能，在高温、过充、挤压、针刺等情况下，电芯发生起火爆炸的概率降低。

但是，在现有技术中，由于电池包由多个电芯沿其厚度方向并排组成，且由于刀片电池的特性，导致了各电芯的面积较大的一面互相靠近，冷却板一般设置在电池包的整体的外周，无法对互相靠近的电芯之间进行冷却散热，导致电池包内部散热效果较差。随着快充技术的发展，或者三元材料体系主要也采用刀片结构，原有的冷却已不满足冷却需求，需要在各电芯之间增加冷却板，进而对电芯的面积较大的一面进行冷却散热，提高电芯的散热效果。然而，在现有技术中，一些刀片电池采用在电芯之间增加冷却板，电芯的极柱从电芯的长度方向的两端引出，这导致了冷却板占据空间较大，不利于提升电池包整体的能量密度。同时，也导致了电芯的长度进一步增加，进而导致电池包整体长度过长，不利于节约空间。

因此，需要一种既能够在各电芯之间增加冷却板进行冷却，又能够避免冷却板占据空间较大而降低整体能量密度的电芯结构。

参照图1至图8，主要参照图1、图2，根据本实用新型第一方面的电芯100，包括：壳体101、极芯组件、正极柱200以及负极柱300。壳体101为长方体结构，壳体101沿其厚度方向形成有外表面110。极芯组件设置在壳体101内，正极柱200和负极柱300与极芯组件连接，并从壳体101引出，设置于外表面110。具体来说，在本实施方式中，将电芯100的正极柱200和负极柱300设置在电芯100的厚度方向上的外表面110上，相比于传统的电芯100将正极柱200和负极柱300设置在电芯100的长度方向的两个端面上，能够减小电芯100的整体长度，同时能够减小由多个电芯100组成的电池包的整体的长度，节约空间。

极芯组件设置在壳体101内，极芯组件一般包括封装膜和多个极芯，极芯有两种形式，一种为多个极芯叠合而成的叠片式极芯，另一种是由极芯卷绕而成的卷芯。叠片式极芯把正负极片裁剪成所需尺寸，然后将它们与隔膜叠合在一起，形成小型电芯100单体，接着小电芯100单体叠放并联形成电池模组。卷芯一般通过固定卷针将完成分条的正极极片、隔膜和负极极片根据一定顺序卷绕，并挤压成圆柱形、椭圆柱形或方形。然后，再将这些卷绕好的极片放置在方形或圆柱形的金属外壳里。极片的尺寸和卷绕的圈数通常由电池的设计容量来决定。

正极柱200和负极柱300分别设置在沿电芯100的厚度方向对置的两个外表面110，具体地，例如正极柱200可以设置在一个外表面110，负极柱300可以设置在与正极柱200相对的另一个外表面110上，节约空间的同时，能够增加由电芯100组成的电池包的能量密度。

根据本实用新型第一方面的电芯100，具有如下有益效果：能够提高散热效率，提升电池包整体的能量密度。具体来说，由于本实用新型的正极柱200和负极柱300的设置位置采用不同于传统的电芯100的设置方式，通过将正极柱200和负极柱300设置在沿电芯100的厚度方向对置的两个外表面110上(即电芯100的表面积较大的一面上)，而不是设置在电芯100的长度方向的两端面上，减小了电芯100的长度，进而减小了电芯100组成的电池包的整体长度，节约空间。另一方面，当多个电芯100组并排设置而组成电池包时，可以在电芯100之间设置冷却板400，能够提高散热效率，提升电池包的整体能量密度，提高电池的续航能力。

在一些实施例中，外表面110包括第一表面111和第二表面112，第一表面111和第二表面112沿壳体101的厚度方向相对设置。其中，正极柱200设置在第一表面111，负极柱300设置在第二表面112，或者，正极柱200设置在第二表面112，负极柱300设置在第一表面111。具体来说，在本实施方式中，以正极柱200设置在第一表面111，负极柱300设置在第二表面112为例进行说明。具体地，当多个电芯100互相连接而组成电池包时，多个电芯100沿其厚度方向排列，相邻电芯100的较大的一面(即，电芯100的长度和宽度所围合而成的表面)互相靠近，不利于电芯100的散热。在现有技术中，由于电芯100的正极柱200和负极柱300在电芯100的长度方向的两端引出，相邻电芯100之间间距较小，一方面不利于散热，另一方面也无法在相邻电芯100之间增加冷却结构。一般只能在电池包的四周对电池包整体进行冷却处理，但是对于内部电芯100的较大面积的表面则起不到散热作用。

根据本实施方式的结构设置，将正极柱200和负极柱300从沿电芯100的厚度方向对置的两个端面(即，第一表面111和第二表面112)引出，而不是从沿长度方向对置的两个端面引出，相比于传统的电芯100结构，能够使各电芯100之间留有空隙，便于放置冷却板400等冷却结构，相邻两个电芯100之间既能设置电芯100的正极柱200和负极柱300，又能够安装冷却板400，在很大程度上提高电池包整体的散热效果。同时，又能够减小电芯100的长度，减小电池包整体的体积，提高安装电池包后的汽车的空间利用率。

参照图3，在一些实施例中，正极柱200设置在第一表面111的一侧，负极柱300设置在第二表面112与第一表面111的相同的一侧，正极柱200与负极柱300沿壳体101的厚度方向对置，且正极柱200的轴线与负极柱300的轴线相同。具体来说，

参照图4，在一些实施例中，正极柱200设置在第一表面111的一侧，负极柱300设置在第二表面112的远离正极柱200的一侧。具体来说，除上述将分别设置在相对的两个表面的正极柱200和负极柱300相对设置外，还可以将正极柱200设置在第一表面111的一侧，负极柱300设置在第二表面112的远离正极柱200的一侧。此种结构设计，与上述正极柱200与负极柱300沿壳体101的厚度方向对置的结构相比，在多个电芯100组成电池包时，相邻电芯100之间的冷却板400可以在相邻的层间错开设置，即在相邻两个间隔之间的冷却板400的首尾沿电芯100的厚度方向不是齐平的。因此，能够均衡电池包两侧的重量，使电池包整体的质量分布均匀，且由于液冷板的设置方式更为分散，能够进一步提高散热效率。

参照图5，在一些实施例中，在壳体101的宽度方向上，正极柱200的中心线与负极柱300的中心线之间的距离为H，H满足0≤H≤120mm。在壳体101的长度方向上，正极柱200的中心线与负极柱300的中心线之间的距离为L，L满足400mm≤L≤1400mm。具体来说，当相邻两个电芯100互相连接时，在一个电芯100的第一表面111和另一个电芯100的第二表面112之间，一个电芯100的正极柱200和另一个电芯100的负极柱300相连接。在壳体101的宽度方向上，分别设置在相对的两个面(第一表面111和第二表面112)的正极柱200和负极柱300的中心线之间的距离H满足0≤H≤120mm，能够对安装于相邻电芯100之间的冷却板400进行限位，便于安装冷却板400。在壳体101的长度方向上，分别设置在相对的两个面(第一表面111和第二表面112)的正极柱200和负极柱300的中心线之间的距离L满足400mm≤L≤1400mm，一方面能够对安装于相邻电芯100之间的冷却板400进行限位，避免冷却板400产生位移，另一方面能够间接限制出冷却板400的尺寸，避免冷却板400的尺寸过大而造成电池包整体体积变大，同时避免冷却板400的尺寸过小而无法达到良好的冷却效果。

参照图3、图4以及图6至图8，在一些实施例中，正极柱200设置有凸起210，负极柱300设置有凹槽310，或者，正极柱200设置有凹槽310，负极柱300设置有凸起210。当多个电芯100连接时，相邻两个电芯100的其中一个电芯100的凸起210安装于另一个电芯100的凹槽310。具体来说，凹槽310的设置有多种形式，在本实施方式中，参照图3、图4，凹槽310可以为正极柱200或负极柱300上的凸台上内凹的凹槽310，参照图6至图8，凹槽310也可以为在凸台上设置的圆柱状的凹槽310。在相邻两个电芯100互相连接时，凸起210安装于凹槽310，一方面能够使相邻两个电芯100实现良好的电连接，增加正极耳与负极耳的接触面积，减小内阻，另一方面能够保证相邻两个电芯100相连接时的稳定性，避免电芯100产生晃动或位移，使电芯100组成的电池包整体的结构更加稳定，保证电池包在使用过程中更加安全可靠。

在一些实施例中，正极柱200和负极柱300沿壳体101的厚度方向的高度分别为D1、D2，正极柱200和负极柱300装配后沿壳体101的厚度方向的高度为D，D满足2mm≤D≤10mm，D≤D1+D2。具体来说，为了在保证电池包尽可能紧凑的前提下，能够便于安装液冷板，正极柱200的高度设置为D1，负极柱300的高度设置为D2，且正极柱200和负极柱300装配后沿壳体101的厚度方向的高度D设置为满足2mm≤2D≤10mm。一方面使正极柱200和负极柱300相连接后，能够减小电池包的体积，减小电池包所占空间，另一方面能够在相邻两个电芯100之间留出足够的空间安装冷却板400。保证电池包的散热效率的同时，也能够节约空间。

进一步来说，当正极柱200和负极柱300装配后，凸起210容纳于凹槽310，凸起210的顶端面与凹槽310的内部底面可以接触也可以不接触，当凸起210的顶端面与凹槽310的内部底面不接触时，可以在凸起210的顶端面与凹槽310的内部底面之间进行低温焊锡，以实现良好的电连接。

在一些实施例中，D满足3mm≤2D≤5mm。一般来说，采用3mm厚度的冷却板400为最佳，既能够达到足够的冷却效果，又不会由于厚度过厚而占用较多的空间，而导致电池包的能量密度较低。因此，在本实施方式中，优选地，D满足3mm≤2D≤5mm。

在一些实施例中，凸起210的横截面的面积为S1，凸起210的半径为R，凹槽310的内表面的面积为S2，正极柱200和负极柱300沿壳体101的厚度方向接触区域的高度为D3，S1与S2之间的关系满足1≤S2/S1≤3和S2/S1＝(S1+2ΠRD3)/S1＝1+2ΠRD3/S1＝1+2ΠRD3/ΠR2＝1+2D3/R，D3≤D1或者D3≤D2。S1与S2之间的关系满足1≤S2/S1≤3和S2/S1＝(S1+2ΠRD)/S1＝1+2ΠRD/S1＝1+2ΠRD/ΠR2＝1+2D/R。具体来说，当相邻两个电芯100互相连接时，凸起210安装于凹槽310，凸起210包括外侧表面和端面，凹槽310的内表面包括内侧的内周表面和底面。在凸起210安装于凹槽310时，凸起210的外侧表面与凹槽310的内周表面接触，凸起210的端面与凹槽310的底面接触。为了保证凸起210和凹槽310有足够大的接触面积，减小内阻，可以将凸起210的横截面的面积S1与凹槽310的内表面的面积S2之间的关系满足1≤S2/S1≤3和S2/S1＝(S1+2ΠRD)/S1＝1+2ΠRD/S1＝1+2ΠRD/ΠR2＝1+2D/R。进一步来说，将D3设置为满足D3≤D1或者D3≤D2，能够避免正极柱200和负极柱300装配后，正极柱200或负极柱300抵接到相邻的其他电芯100，以使相邻电芯100之间保证良好的电连接。

参照图9至图11，根据本实用新型第二方面的电池包，包括上述任一项的电芯100和冷却板400，电芯100和冷却板400分别设置有多个，多个电芯100沿电芯100的厚度方向依次排列设置，电芯100沿其自身的厚度方向设置有第一表面111和第二表面112。冷却板400设置在相邻的两个电芯100的第一表面111和第二表面112之间。

根据本实用新型第二方面的电池包，具有如下有益效果：能够提高散热效率，提升电池包整体的能量密度。具体来说，由于本实用新型的电芯100，采用正极柱200和负极柱300的设置位置不同于传统的电芯100的设置方式，通过将正极柱200和负极柱300设置在沿电芯100的厚度方向对置的两个外表面110上(即电芯100的表面积较大的一面上)，而不是设置在电芯100的长度方向的两端面上，减小了电芯100的长度，进而减小了电芯100组成的电池包的整体长度，节约空间。同时，当多个电芯100组并排设置而组成电池包时，可以在电芯100之间设置冷却板400，能够提高散热效率，提升电池包的整体能量密度，提高电池的续航能力。相比于传统的在电池包周围进行冷却散热的设置，本实施方式的电池包内部包含多块冷却板400，能够在电芯100的面积较大的一面上对进行降温，且由于冷却板400与正负极柱300均设置在相邻电芯100之间，能够在提高散热效率的同时提升电池包的整体能量密度，提高续航能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.电芯，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体为长方体结构，所述壳体沿其厚度方向形成有外表面；

极芯组件，所述极芯组件设置在所述壳体内；

正极柱和负极柱，所述正极柱和所述负极柱与所述极芯组件连接，并从所述壳体引出，设置于所述外表面；

所述外表面包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面沿所述壳体的厚度方向相对设置；

其中，所述正极柱设置在所述第一表面，所述负极柱设置在所述第二表面。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极柱设置在所述第一表面的一侧，所述负极柱设置在所述第二表面与所述第一表面的相同的一侧，所述正极柱与所述负极柱沿所述壳体的厚度方向对置，且所述正极柱的轴线与所述负极柱的轴线相同。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述正极柱设置在所述第一表面的一侧，所述负极柱设置在所述第二表面的远离所述正极柱的一侧。

4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，在所述壳体的宽度方向上，所述正极柱的中心线与所述负极柱的中心线之间的距离为H，H满足0≤H≤120mm；

在所述壳体的长度方向上，所述正极柱的中心线与所述负极柱的中心线之间的距离为L，L满足400mm≤L≤1400mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电芯，其特征在于，所述正极柱设置有凸起，所述负极柱设置有凹槽；

或，

所述正极柱设置有凹槽，所述负极柱设置有凸起；

当多个所述电芯连接时，相邻两个所述电芯的其中一个所述电芯的所述凸起安装于另一个所述电芯的所述凹槽。

6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述正极柱和所述负极柱沿所述壳体的厚度方向的高度分别为D1、D2，所述正极柱和所述负极柱装配后沿所述壳体的厚度方向的高度为D，D满足2mm≤D≤10mm，D≤D1+D2。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，D满足3mm≤2D≤5mm。

8.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述凸起的横截面的面积为S1，所述凸起的半径为R，所述凹槽的内表面的面积为S2，所述正极柱和所述负极柱沿所述壳体的厚度方向接触区域的高度为D3，S1与S2之间的关系满足1≤S2/S1≤3和S2/S1＝(S1+2ΠRD3)/S1＝1+2ΠRD3/S1＝1+2ΠRD3/ΠR2＝1+2D3/R，D3≤D1或者D3≤D2。

9.电池包，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的电芯和冷却板，所述电芯和所述冷却板分别设置有多个；

多个所述电芯沿所述电芯的厚度方向依次排列设置，所述电芯沿其自身的厚度方向设置有第一表面和第二表面；

所述冷却板设置在相邻的两个所述电芯的所述第一表面和所述第二表面之间。