TWI765076B - 電池組件和動力電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種電池組件和動力電池，電池組件包括：冷卻單元，所述冷卻單元具有殼體，所述冷卻單元殼體內部限定電池單元容腔，所述電池單元容腔與所述冷卻單元的流體入口和流體出口連通，所述冷卻單元殼體還限定通至所述電池單元容腔的插口；以及電池單元，所述電池單元通過所述插口密封地配合至所述電池單元容腔中並填補所述插口，使得使得所述電池單元容腔封閉而冷卻流體在通過所述電池單元容腔時不會洩漏，並且所述電池單元的電極側位於所述冷卻單元殼體外。根據本發明的電池組件和動力電池簡化電池冷卻系統，改善冷卻效率並提高冷卻系統安全性。

Description

電池組件和動力電池
本發明涉及動力電池領域，更具體地，本發明涉及具有改善的冷卻系統的電池組件和動力電池。
高密度動力電池不斷應用於新能源電動汽車中，同時對電池冷卻系統也提出了更高的要求。在目前電池冷卻方案設計中，大多集中在模組級別的電池冷卻方案，同時大多採用冷卻板/冷卻管方式，冷卻液體與電池間接接觸，電池與冷媒之間存在較大的熱阻致使冷卻效率不能達到最佳，同時會有冷卻板/冷卻管破裂引發冷卻液流出風險，電池動力系統安全係數降低。
此外，現有技術方案中，液冷系統和電池模組為根據具體需求設計加工，其設計針對某一固定電池包結構，結構尺寸固定不變，當電池模組或電池包結構發生變化時，冷卻系統需要重新設計加工，需要重新開模製造，產品可攜性較差，加工成本較高。
本發明的目的在於解決或至少緩解現有技術中所存在的問題。
本發明的目的在於簡化電池冷卻系統，改善冷卻效率並提高冷卻系統安全性。
本發明的目的在於簡化電池單元與冷卻系統的組裝。
根據本發明的一方面，提供了一種電池組件，包括： 　　冷卻單元，所述冷卻單元具有殼體，所述冷卻單元殼體內部限定電池單元容腔，所述電池單元容腔與所述冷卻單元的流體入口和流體出口連通，所述冷卻單元殼體還限定通至所述電池單元容腔的插口；以及 　　電池單元，所述電池單元通過所述插口密封地配合至所述電池單元容腔中並填補所述插口，使得所述電池單元容腔封閉，而冷卻流體在通過所述電池單元容腔時不會洩漏，並且所述電池單元的電極側位於所述冷卻單元殼體外。
可選地，在上述電池組件中，所述冷卻單元殼體的內壁上或所述電池單元的外殼上具有多條筋，所述多條筋引導流體沿所述多條筋限定的方向流過所述電池單元的外殼。
可選地，在上述電池組件中，所述電池單元呈立方體，所述電池單元具有在電極側處的正極柱和負極柱。
可選地，在上述電池組件中，所述冷卻單元的電池單元容腔呈立方體，所述電池單元容腔包括相對的第一側壁和第二側壁，所述流體入口和所述流體出口分別設置在第一側壁和第二側壁上，所述電池單元容腔還包括第一側壁和第二側壁之間的相對的第三側壁和第四側壁以及底壁。
可選地，在上述電池組件中，所述第一側壁和第二側壁限定從流體入口或流體出口發散的多條筋。
可選地，在上述電池組件中，所述第三側壁，第四側壁以及底壁限定在所述第一側壁和所述第二側壁之間延伸的多條平行的筋。
可選地，在上述電池組件中，所述第三側壁，第四側壁以及底壁限定迂回的筋，以限定迂回的流體路徑。
可選地，在上述電池組件中，所述冷卻單元殼體的內壁或所述電池單元的外殼在所述插口附近設置有圍繞所述插口的密封件。
可選地，在上述電池組件中，所述冷卻單元殼體和電池單元在所述插口附近還通過焊接或黏合劑進行第二重密封。
可選地，在上述電池組件中，所述冷卻單元殼體限定多個電池單元的容腔，所述冷卻單元殼體還限定通至所述多個電池單元容腔的多個插口，多個電池單元通過所述多個插口密封地配合在所述多個電池單元容腔中，並且每個電池單元的電極側位於所述冷卻單元殼體外同一側處。
可選地，在上述電池組件中，所述多個電池單元容腔並聯或串聯在流體路徑上。
根據另一方面，提供了一種動力電池，該動力電池包括根據各個實施例所述的電池組件。
容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的多種結構方式以及實現方式。因此，以下具體實施方式以及圖式僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限定或限制。
在本說明書中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、後、正面、背面、頂部、底部等方位用語是相對於各圖式中所示的構造進行定義的，它們是相對的概念，因此有可能會根據其所處不同位置、不同使用狀態而進行相應地變化。所以，也不應當將這些或者其他的方位用語解釋為限制性用語。
首先參考圖1和圖2，其分別示出了根據本發明的一個實施例的電池組件的組裝視圖和分解視圖。電池組件包括冷卻單元1，冷卻單元1具有冷卻單元殼體19，冷卻單元殼體19內部限定電池單元容腔，電池單元容腔與流體入口11和流體出口12連通。此外，冷卻單元殼體19還限定通至電池單元容腔的插口13。電池組件還包括電池單元2，電池單元2通過插口13密封地配合入電池單元容腔中並填補插口13，使得電池單元容腔封閉，且其中的冷卻流體不會洩漏，並且電池單元2的電極側25並位於殼體外。通過這樣的佈置，冷卻流體可從流體入口11進入冷卻單元1的電池單元容腔，並從冷卻單元殼體19的內壁與電池單元的外殼24之間通過，最後從流體出口12流出。由此，冷卻流體可直接與電池單元的外殼24接觸，顯著改善了冷卻效率，同時，通過插口13可容易且方便地安裝電池單元2。
儘管電池單元2可具有任何適合的形狀，但在圖示的實施例中，電池單元可呈立方體，更具體地，可呈片狀。另外，在一些實施例中，電池單元2的電極側25處於頂部，並且電池單元2具有在電極側25處的正極柱21和負極柱22。當然，電池單元2還可具有在電極側25處的其他形式的電極。作為電池單元2而言，其外殼24可由塑膠材料製成，備選地，電池單元2的外殼24也可由熱傳導更佳的金屬材料製成，如鋁基合金。在電池單元2的外殼24的接近電極側的位置，電池單元2可具有密封件23，如密封條，密封件23協助電池單元2密封地配合至冷卻單元1的電池單元容腔中，並防止冷卻流體從電池單元容腔洩漏。為了保證密封性，除了密封件23外，冷卻單元殼體19和電池單元外殼在插口13附近還可通過焊接或黏合劑進行第二重密封，提供額外的密封。
儘管冷卻單元1可具有任何適當的形狀並可限定任何形狀的電池單元容腔，但在一些實施例中，冷卻單元1的冷卻單元殼體19的外形可具有與電池單元2對應的立方體形狀並限定與電池單元2形狀對應的電池單元容腔。冷卻單元殼體19可大致由第一側壁15，第二側壁14，第三側壁17，第四側壁16以及底壁18組成，而冷卻單元殼體19的頂部為開放式並限定插口13。冷卻單元殼體19具有用於與冷卻流體供應端連接的流體入口11以及用於與冷卻流體排放端連接的流體出口12。在一些實施例中，流體入口11和流體出口12可設置在相對的第一側壁15和第二側壁16處。在一些實施例中，冷卻單元殼體19的內壁在插口13附近也可設置有圍繞插口13的密封件131(圖3中標注)，例如密封件131可包括密封條收納槽以及其中的密封條。冷卻單元殼體19也可由塑膠材料製成，備選地，冷卻單元殼體19也可由熱傳導更佳的金屬材料製成，如鋁基合金。
圖3示出了冷卻單元1的電池單元容腔的內部結構。為了清楚起見，圖3中僅示出了第一側壁15，第三側壁17和底壁18，其他內壁被省去。從圖3中可見，在一些實施例中，冷卻單元殼體19的內壁上可具有多條筋151,171和181，多條筋引導流體沿多條筋限定的方向流過電池單元的外殼24。在備選的實施例中，電池單元的外殼24上可設置有多條筋(未示出)，電池單元的外殼24上的多條筋也可引導流體沿特定的路徑流過電池單元外殼24。在另一些實施例中，冷卻單元殼體19的內壁和電池單元的外殼24可均設有多條筋。
進一步參考圖3，在一些實施例中，冷卻單元殼體19的內壁在第一側壁15處可限定從流體入口11發散的多條筋151，使得進入的流體可分散地從電池單元外殼流過。儘管未示出，相同地或類似地，冷卻單元殼體19的內壁在第二側壁14處可限定從流體出口12發散的多條筋，以使冷卻流體彙聚。冷卻單元殼體19還包括第一側壁15和第二側壁14之間的第三側壁17，第四側壁16和底壁18。在一些實施例中，冷卻單元殼體19的內壁在第三側壁17，第四側壁16以及底壁18處限定多條在第一側壁15和第二側壁14之間延伸的平行的筋。這些平行的筋限定了多條平行的冷卻液體路徑301,302,401,402，由此冷卻液體可覆蓋電池單元2的除電極側外的五個表面，與電池單元2充分地接觸。儘管在圖3所示的實施例中，冷卻單元殼體19在第三側壁17，第四側壁16以及底壁18處限定多條平行的筋，但在備選實施例中，冷卻單元殼體19的內壁可在第三側壁17，第四側壁16以及底壁18處限定迂回的筋，以限定迂回的流體路徑，例如S型，Z型或U型等，由此，冷卻流體可在這些內壁處迂回以增加冷卻流體與電池單元外殼的接觸。應當理解，所謂“迂回的筋”指包括至少一對相互成角度的筋，例如相互垂直的筋。
繼續參考圖4，其中大致示出了根據本發明的一個實施例的電池組件中冷卻流體的路徑。冷卻流體從流體入口11沿箭頭F1的方向進入電池單元容腔並沿第一側壁15處的多根筋151分散，部分冷卻流體從電池單元2的側邊沿多條筋171限定的路徑基本沿箭頭F2的方向通過，另一部分冷卻流體從電池單元2的底部沿多條筋181限定的路徑基本沿箭頭F3的方向通過，最後，冷卻流體在流體出口12彙聚，並沿箭頭F4的方向流出。
繼續參考圖5，其中大致示出了根據本發明的另一個實施例的電池組件中冷卻流體的路徑。在該實施例中，電池組件中冷卻單元1的殼體限定兩個電池單元的容腔，冷卻單元殼體還限定通至兩個電池單元容腔的兩個插口，兩個電池單元201,202密封地配合在這兩個插口中，並且每個電池單元的電極側填補插口並位於殼體外同一側處。儘管圖5示出了兩個電池單元容腔的實施例，根據其他實施例的電池組件還可包括更多個的電池單元容腔，如三個，五個等。在圖5所示的實施例中，電池單元的容腔以並聯形式連接在流體入口11和流體出口12之間，具體而言，沿箭頭F1方向進入的冷卻流體沿電池單元外殼與冷卻單元殼體之間沿箭頭F2的方向，或沿電池單元外殼之間沿箭頭F5的方向流至流體出口12，並沿箭頭F4的方向流出。在備選的實施例中，多個電池單元的容腔也可串聯在流體入口11和流體出口12之間，例如可提供擋板501,502，使得流體沿S型依次流過電池單元202和電池單元201的外殼。在多於兩個電池單元容腔的情況下，也可將這些電池單元的容腔並聯或串聯在流體路徑上。
此外，在根據本發明的各個實施例的電池組件中，冷卻流體均可選用絕緣隔熱冷卻液體，由此，可提供更佳的安全性。
在另一些實施例中，本發明還旨在保護包括根據本發明的各個實施例的電池組件的動力電池，動力電池可用於新能源汽車。
根據本發明的各個實施例的電池組件優點包括但不限於： 　　1.冷卻流體直接與電池單元接觸，並優選地接觸電池單元的五個表面，提供了改善的冷卻效率； 　　2.冷卻流體處於冷卻單元殼體與電池外殼之間，省去了專用的管道，冷卻板等，簡化了電池冷卻系統的結構； 　　3.電池單元與冷卻單元更容易的組裝；以及 　　4.即使冷卻流體洩漏也不會接觸電極側，提供改善的安全性。
以上所描述的具體實施例僅為了更清楚地描述本發明的原理，其中清楚地示出或描述了各個部件而使本發明的原理更容易理解。在不脫離本發明的範圍的情況下，本領域的技術人員可容易地對本發明進行各種修改或變化。故應當理解的是，這些修改或者變化均應包含在本發明的專利保護範圍之內。
1‧‧‧冷卻單元11‧‧‧流體入口12‧‧‧流體出口13‧‧‧插口14‧‧‧第二側壁15‧‧‧第一側壁151‧‧‧筋16‧‧‧第四側壁17‧‧‧第三側壁171‧‧‧筋18‧‧‧底壁181‧‧‧筋19‧‧‧冷卻單元殼體2‧‧‧電池單元21‧‧‧正極柱22‧‧‧負極柱23‧‧‧密封件24‧‧‧外殼25‧‧‧電極側201‧‧‧電池單元202‧‧‧電池單元301‧‧‧冷卻液體路徑302‧‧‧冷卻液體路徑401‧‧‧冷卻液體路徑402‧‧‧冷卻液體路徑501‧‧‧擋板502‧‧‧擋板F1‧‧‧箭頭F2‧‧‧箭頭F3‧‧‧箭頭F4‧‧‧箭頭F5‧‧‧箭頭
參照圖式，本發明的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是：這些圖式僅僅用於說明的目的，而並非意在對本發明的保護範圍構成限制。此外，圖中類似的數字用以表示類似的部件，其中： 　　圖1示出了根據一個實施例的組裝狀態的電池組件； 　　圖2示出了根據一個實施例的分解狀態的電池組件； 　　圖3示出了根據一個實施例的電池組件的電池單元容腔的內部區域視圖； 　　圖4示出了根據一個實施例的電池組件內部冷卻流體流向；以及 　　圖5示出了根據另一個實施例的電池組件內部冷卻流體流向。
1‧‧‧冷卻單元
2‧‧‧電池單元
12‧‧‧流體出口
13‧‧‧插口
14‧‧‧第二側壁
15‧‧‧第一側壁
16‧‧‧第四側壁
17‧‧‧第三側壁
19‧‧‧冷卻單元殼體
21‧‧‧正極柱
22‧‧‧負極柱
23‧‧‧密封件
24‧‧‧外殼
25‧‧‧電極側

Claims (12)

  1. 一種電池組件，包括： 　　冷卻單元，所述冷卻單元具有殼體，所述冷卻單元殼體內部限定電池單元容腔，所述電池單元容腔與所述冷卻單元的流體入口和流體出口連通，所述冷卻單元殼體還限定通至所述電池單元容腔的插口；以及 　　電池單元，所述電池單元通過所述插口密封地配合至所述電池單元容腔中並填補所述插口，使得所述電池單元容腔封閉，並且所述電池單元的電極側位於所述冷卻單元殼體外。
  2. 根據請求項1所述的電池組件，其中，所述冷卻單元殼體的內壁上或所述電池單元的外殼上具有多條筋，所述多條筋引導流體沿所述多條筋限定的方向流過所述電池單元的外殼。
  3. 根據請求項1所述的電池組件，其中，所述電池單元呈立方體，所述電池單元的電極側處於頂側，所述電池單元具有在電極側處的正極柱和負極柱。
  4. 根據請求項1所述的電池組件，其中，所述冷卻單元的電池單元容腔呈立方體，所述電池單元容腔包括相對的第一側壁和第二側壁，所述流體入口和所述流體出口分別設置在第一側壁和第二側壁上，所述電池單元容腔還包括第一側壁和第二側壁之間的相對的第三側壁和第四側壁以及底壁。
  5. 根據請求項4所述的電池組件，其中，所述第一側壁和第二側壁限定從流體入口或流體出口發散的多條筋。
  6. 根據請求項4所述的電池組件，其中，所述第三側壁，第四側壁以及底壁限定在所述第一側壁和所述第二側壁之間延伸的多條平行的筋。
  7. 根據請求項4所述的電池組件，其中，所述第三側壁，第四側壁以及底壁限定迂回的筋，以限定迂回的流體路徑。
  8. 根據請求項1所述的電池組件，其中，所述冷卻單元殼體的內壁或所述電池單元的外殼在所述插口附近設置有圍繞所述插口的密封件。
  9. 根據請求項8所述的電池組件，其中，所述冷卻單元殼體和電池單元在所述插口附近還通過焊接或黏合劑進行第二重密封。
  10. 根據請求項1所述的電池組件，其中，所述冷卻單元殼體限定多個電池單元的容腔，所述冷卻單元殼體還限定通至所述多個電池單元容腔的多個插口，多個電池單元通過所述多個插口密封地配合在所述多個電池單元容腔中，並且每個電池單元的電極側位於所述冷卻單元殼體外同一側處。
  11. 根據請求項10所述的電池組件，其中，所述多個電池單元容腔並聯或串聯在流體路徑上。
  12. 一種動力電池，其特徵在於，所述動力電池包括如請求項1至11中任一項所述的電池組件。
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