CN221080118U - 一种电芯和电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电芯和电池模组，所述电芯包括电芯主体；外壳，设有容纳所述电芯主体的容置空间，所述外壳上还设有散热腔；冷却液介质，位于所述散热腔内。在本实用新型的实施例中，通过在外壳上设置具有传输冷却液介质的散热腔，电芯内部产生热量通过外壳散热腔内冷却液介质快速传递，与传统的电芯散热结构相比，缩短了电芯主体发热单元的散热路径，且避免经过结构胶进行传热，极大地提高了液冷散热效率，使电芯具有较好的降温效果，有利于提升电芯及电池的使用寿命和安全性，从而改善传统大容量电池的电芯散热路径长，散热效率低、系统能耗和成本高的技术问题。

Description

一种电芯和电池模组

技术领域

本实用新型涉及电池散热技术领域，具体涉及一种电芯和电池模组。

背景技术

电池系统是由多个电芯单体通过串联或并联组合而成，通过结构设计固定到电池壳体中。电芯是储存化学能的储能单元，在充放电时，电流通过，会产生欧姆热效应，也会产生不可逆化学反应热，引起电芯热量的变化，热量持续累积则会造成电芯损坏，降低电池的使用寿命，且会存在一定安全隐患，因此，对电芯附设散热机构，防止电池温度过高，显得尤为必要。

用于电池系统的冷却系统主要为风冷散热和液冷散热的形式。风冷散热的方式较为安全，但是存在降温效果差的问题，因此采用冷却液的液冷散热形式更为普遍。传统的液冷散热主要是采用底部铺设液冷板对电芯进行散热，电池模组在组装过程中，电芯需要通过外部的结构胶进行封装固定，液冷板对电芯进行传热则需要先经过结构胶，由于结构胶的导热系数低，导致电芯的散热效率较低。随着单电池容量越来越大，电池产热量也逐渐增大，电芯的热量传播路径也随即变得更大，传热效率更低，需要增加庞大的散热系统，导致系统能耗和成本增加。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种电芯和电池模组，可以改善传统大容量电池的电芯散热路径长，散热效率低、系统能耗和成本高的技术问题。

第一方面，本实用新型的实施例提供了一种电芯，包括

电芯主体；

外壳，设有容纳所述电芯主体的容置空间，所述外壳上还设有散热腔；

冷却液介质，位于所述散热腔内。

在一些实施例中，所述外壳包括：

基壳，形成有所述容置空间；

液冷板，与所述基壳相连，所述散热腔设置在所述液冷板内。

在一些实施例中，所述基壳包括：

多个侧板，侧板彼此相连围成中空结构；

所述侧板的底边与所述液冷板相连形成所述容置空间。

在一些实施例中，所述液冷板上设有与所述散热腔连通的进液口和出液口。

在一些实施例中，所述进液口和所述出液口关于所述液冷板的中心点对称设置；或，

所述进液口和所述出液口关于所述液冷板的长度方向或宽度方向对称设置。

在一些实施例中，所述散热腔设有液冷流道，所述液冷流道的两端分别与所述进液口和出液口连通；所述液冷流道内具有所述冷却液介质。

在一些实施例中，所述液冷流道包括：

至少一个第一直线段；

至少一个弯折段，连接至少一个所述第一直线段。

在一些实施例中，所述弯折段包括：

第二直线段；

连接段，连接所述第一直线段与所述第二直线段；所述连接段成弧形；

所述第一直线段与所述第二直线段相互垂直设置；

多个所述第一直线段相互平行设置。

在一些实施例中，所述液冷流道的体积为V₁，所述液冷板的体积为V₂，其中，V₁/V₂≥0.001。

第二方面，本实用新型的实施例提供了一种电池模组，包括电池壳体，所述电池模组还包括多个设置在所述电池壳体内的如上述任一项所述的电芯，每个所述电芯的所述散热腔之间彼此连通。

本实用新型提供的电芯及电池模组，通过外壳上还设有散热腔；所述散热腔内通过冷却液介质散热。在本实用新型的实施例中，通过在外壳上设置具有传输冷却液介质的散热腔，电芯内部产生热量通过外壳散热腔内冷却液快速传递，与传统的电芯散热结构相比，缩短了电芯主体发热单元的散热路径，且避免经过结构胶进行传热，极大地提高了液冷散热效率，使电芯具有较好的降温效果，有利于提升电芯及电池的使用寿命和安全性。同时，高散热效率的特点，应用于大体积电池中则不需要额外增加散热系统，降低散热能耗成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的电芯的立体结构示意图；

图2为本实用新型提供的外壳的拆分立体结构示意图；

图3是本实用新型提供的外壳的立体结构示意图；

图4为本实用新型提供的散热腔的结构示意图；

图5为本实用新型提供的电池模组的结构示意图；

图6为本实用新型提供的电芯的散热腔通过管路连通的结构示意图。

图标：

1-外壳，1a-进液口,1b-出液口,2-散热腔，3-容置空间，10-电池模组，11-基壳，12-液冷板，21-液冷流道，100-电芯主体，111-侧板，200-管路，211-第一直线段，212-弯折段，2121-第二直线段，2122-连接段。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作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。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。

本实用新型提供了一种电芯，请参阅图1和图2，图1为本实用新型提供的电芯的立体结构示意图，图2为本实用新型提供的外壳1的拆分立体结构示意图。该电芯包括电芯主体100、外壳1和冷却介质，外壳1内设有容纳电芯主体的容置空间3，外壳上还设置有散热腔2，冷却介质位于散热腔2内。

电芯主体100是电芯内部的发热单元，组装时放置在外壳1的容置空间3内，在充放电时，电流通过而会产生欧姆热效应，以及产生不可逆化学反应热，使电芯主体100产生热量变化，当热量累积会造成电芯温度升高，降低电芯的使用寿命和稳定性，则需要对电芯进行及时的散热降温处理。

用于电池系统的冷却系统主要为风冷散热和液冷散热的形式。风冷散热的方式较为安全，但是存在降温效果差的问题，因此通常采用冷却液的液冷散热形式。本实用新型采用的即是液冷技术，利用冷却液介质的流动及冷却特性对零部件进行散热。冷却液介质作为液体冷媒，用于将电芯主体100产生的热量进行吸收，从而达到电芯降温的效果，冷却液介质通常可采用乙二醇水基型、水玻璃等具有高比热容的液体。

本实用新型通过在外壳1上设置具有冷却液介质的散热腔2，通过冷却液介质的热传导直接将电芯内部的热量传导至外壳1，再由外壳1散热至外部，即本实用新型的电芯散热路径是电芯主体100产生的热量→电芯外壳1→冷却液介质。

需要说明的是，散热腔2可以设置在外壳1顶部、侧壁或者底部，靠近容纳有电芯主体100发热单元的容置空间3，具有较短的传热路径，能及时对发热单元进行散热。为了方便结构设计及散热腔2内的冷却液介质的流动，优选散热腔2设置在外壳1底部。

进一步地，参阅图1，图1为本实用新型提供的电芯的立体结构示意图，外壳1上还可设置与散热腔2连通的进液口1a和出液口1b，进液口1a与外部进液部件连接，出液口1b与外部出液部件连接，利用冷却液介质的循环流动，将电芯主体100产生的热量带入至外部，达到降温的效果。进液口1a和出液口1b通常设置在液冷板12上，可以是侧面上，也可以是底面上，优选设置在液冷板12的侧面，且进液口1a和出液口1b位于不同面上。更优选地，进液口1a和出液口1b关于液冷板12的中心点对称设置；或者，进液口1a和出液口1b关于液冷板12的长度方向或宽度方向对称设置。进液口1a和出液口1b中心对称或长度、宽度方向对称设置，能够增大冷却液介质的流动路程，提高循环散热的有效面积，进而提高散热效率，同时还能保证电芯内部温度的均匀性。

传统的电芯散热结构是在电池模组的外部设置散热系统(例如在电池模组的底部设置液冷板)，然而电池模组在进行封装时，需要经过结构胶进行固定，因此传统的电芯散热路径是电芯主体100产生的热量→电芯外壳1→结构胶→液冷板→冷却液介质，与本实用新型实施例的散热路径相比，具有较长的散热路径，且结构胶的导热系数较低，传热效果差，因此传统的电芯散热结构散热效率较差，应用于大体积电池中则需要额外增加散热系统，散热能耗和成本较高。

本实用新型提供的一种电芯，通过外壳1上设有散热腔2，散热腔2内通过冷却液介质散热。在本实用新型的实施例中，通过在外壳上设置具有传输冷却液介质的散热腔，电芯内部产生热量通过外壳散热腔内冷却液快速传递，与传统的电芯散热结构相比，缩短了电芯主体100发热单元的散热路径，且避免经过结构胶进行传热，极大地提高了液冷散热效率，使电芯具有较好的降温效果，有利于提升电芯及电池的使用寿命和安全性。同时，高散热效率的特点，应用于大体积电池中则不需要额外增加散热系统，降低散热能耗成本。

在另一实施例中，外壳1包括：基壳11和液冷板12，基壳11形成有容置空间3；液冷板12与基壳11相连，散热腔2设置在液冷板12内。其中，液冷板12为厚度较薄的板状结构，具有较大的散热面积和较短的散热路径，能进一步地提高散热效率。需要说明的是，液冷板12与基壳11可以采用任意连接的方式，即可实现将基壳11的容置空间3内的电芯主体100的热量传导至液冷板12的散热腔2中的冷却液介质。优选将液冷板12设置在基壳11的底部，增大传热面积，提高散热效率。

参阅图3，图3为本实用新型提供的外壳1的立体结构示意图。具体地，基壳11包括多个侧板111，每个侧板111的侧边彼此依次相连围成中空结构，每个侧板111的底边(或底面)与液冷板12的上表面相连形成有所述容置空间3。基壳11由多个侧板11围成的多边体中空结构，至少包括三个侧板，通常由四个侧板111围成长方体中空结构。在实际生产工艺中，基壳11可以采用辊压一体成型工艺形成多边体的中空结构，并通过焊接方式将焊缝进行连接固定。液冷板12的上表面分别与多个侧板111的底边或底面通过焊接等方式固定连接，构成具有容置空间3的多边体中空结构，该结构的顶部为开口，便于放置构成电芯主体100的其他元部件。基壳11和液冷板12实际中均可采用铝材制作而成，铝金属材料具有高传热系数，能够进一步提高传热效率。

在另一实施例中，参阅图4，图4为本实用新型提供的散热腔2的结构示意图。散热腔2设有液冷流道21，液冷流道21的两端分别与进液口1a和出液口1b连通；液冷流道21内具有冷却液介质。

进一步地，液冷流道21包括：至少一个第一直线段，以及至少一个弯折段；弯折段连接至少一个第一直线段，可以连接形成“蛇形”或双“U型”结构。

具体地，弯折段212包括第二直线段2121和连接段2122；第一直线段211与第二直线段2121通过连接段2122连接；连接段2122成弧形；第一直线段211与第二直线段2121相互垂直设置；多个第一直线段211相互平行设置。

散热腔2设计成弯折的结构，能够使冷却液介质在整个液冷板12间均衡流动，提高电池系统中电芯温度的均匀性，从而提高电池的性能和使用寿命。

其中，散热腔2内可设置多条液冷流道21，可采用并联或串联的方式进行连接，其连接形成的形状适应液冷板12内的容积，液冷流道21的流道铺陈方向沿液冷板12的长度或宽度方向。

在液冷板12内设置多条上述液冷流道21，充分利用了液冷板12的内部空间，增大冷却液介质均衡流动的面积，同时每条液冷流道21之间也可进行热量传递，使液冷板12内部的散热达到一致性，从而使电芯温度保持均匀性。

需要说明的是，在实际生产中，为了能适应大体积电池的有效散热需求，液冷板12内的液冷流道21的体积不能过小，优选地，液冷流道21的体积为V₁，液冷板12的体积为V₂，其中，V₁/V₂≥0.001。

本实用新型还提供了一种电池模组10，参阅图5和图6，图5为本实用新型提供的电池模组的结构示意图，图6为本实用新型提供的电芯的散热腔通过管路连通的结构示意图。该电池模组10包括电池壳体，电池模组10还包括多个设置在电池壳体内的如上述任一实施例的电芯，每个电芯的散热腔2彼此连通。需要说明的是，电芯的散热腔2也可以彼此不连通，每个电芯单独进行循环散热。构成电池模组10的电芯的散热腔2彼此连通是本实用新型更优的方案。

其中，多个电芯进行串联或并联连接，电芯并排放置在电池壳体内，相邻电芯之间的散热腔2彼此连通可通过传统管路的连接方式实现，多条管路200将每个电芯进行连接形成一个整体，多个电芯内的散热腔2通过管路200彼此连通。可采用硬质或软质管路，优选采用铝制管路。

在另一实施例中，电芯在并排放置时，可将相邻两个电芯的正负极呈相反的方向放置，也即电芯的散热腔2的进液口1a与相邻电芯的散热腔2的出液口1b同侧放置，整个电池模组10的电芯内部的散热腔2通过外部管路200彼此连通构成类似“S型”弯折的整体液冷流道，其中，组成电池模组10的最外侧两个电芯(可以是长度方向或宽度方向相对的最外侧的两个电芯，也可以是关于电池模组10中心对称的最外侧的两个电芯)，其中一个电芯的进液口1a与对应的外部进液部件连通，另一个电芯的出液口1b与对应的外部出液部件连通，冷却液介质如图6所示箭头方向流动，冷却液介质能够在整个电池模组10的底部进行循环流动，扩大散热面积，提高了整个电池模组10的散热效率。本实施例为较优选的方案，电芯的散热腔2的进液口1a与出液口1b可以进行任意方位的设置，本实用新型不作具体限定。

每个电芯均设置有液冷散热的结构，电芯在电池模组10中不论采用何种形式的封装，都不会影响电芯内部热量的向外传递，使电芯保持在较低的温度下，从而保证电芯的使用寿命和安全性能；由于上述任一实施例的电芯具有较高散热效率，将多组电芯组装成大体积电池模组10，电池本身也具有较高的散热效率，能够降低整车液冷设计要求，不需要额外增加散热系统，从而降低散热能耗成本。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种电芯，其特征在于，包括：

电芯主体；

外壳，设有容纳所述电芯主体的容置空间，所述外壳上还设有散热腔；

冷却液介质，位于所述散热腔内；

其中，所述外壳包括：

基壳，形成有所述容置空间；

液冷板，与所述基壳相连，所述散热腔设置在所述液冷板内。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述基壳包括：

多个侧板，侧板彼此相连围成中空结构；

所述侧板的底边与所述液冷板相连形成所述容置空间。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述液冷板上设有与所述散热腔连通的进液口和出液口。

4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述进液口和所述出液口关于所述液冷板的中心点对称设置；或，

所述进液口和所述出液口关于所述液冷板的长度方向或者宽度方向对称设置。

5.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述散热腔设有液冷流道，所述液冷流道的两端分别与所述进液口和出液口连通；所述液冷流道内具有所述冷却液介质。

6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述液冷流道包括：

至少一个第一直线段；

至少一个弯折段，连接至少一个所述第一直线段。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述弯折段包括：

第二直线段；

连接段，连接所述第一直线段与所述第二直线段；所述连接段成弧形；

所述第一直线段与所述第二直线段相互垂直设置；

多个所述第一直线段相互平行设置。

8.根据权利要求5至7任一项所述的电芯，其特征在于，所述液冷流道的体积为V₁，所述液冷板的体积为V₂，其中，V₁/V₂≥0.001。

9.一种电池模组，包括电池壳体，其特征在于，所述电池模组还包括多个设置在所述电池壳体内的如权利要求1至8任一项所述的电芯，每个所述电芯的所述散热腔之间彼此连通。