一种带散热流道的锂电池及电池模组

1.本发明涉及能源动力技术领域，具体涉及一种带散热流道的锂电池及电池模组。


背景技术：

2.随着人们对生态环境保护意识逐渐增强，世界面临能源结构转型的挑战，促使人们对新型能源的需求更加迫切。当今世界对能源的消耗仍已煤炭等化石燃料为主，但近年来随着锂电池技术的迅速发展，其能量密度高，成本低，性能高，安全性好，寿命长，排放低等诸多优点，已逐渐成为市场认可的新型能源，能源使用占比稳步提升，世界范围内都在迅速推广推进锂电池技术的发展。
3.相对于小型圆柱锂电池而言，大直径圆柱锂电池拥有的能量密度更高，续航里程更长，动力方面更强等优点，被视为锂电池发展的新方向。但大直径圆柱锂电池为实心圆柱电池，热阻较大，径向散热难度较高，电池内部温度梯度较大，从而在导致电池内部在工作中积累过多热量，降低电池的安全性和使用寿命，严重时将导致热失控的发生。采用大直径圆柱电池组成的电池模组，对其进行散热的过程，散热介质只能与大直径圆柱电池的外表面进行接触并散热，且散热介质在电池模组中流通性差，使得散热效果和热均一性效果差。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种带散热流道的锂电池及电池模组，为此，提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种带散热流道的锂电池，具有这样的特征，包括：外电芯，呈空心圆柱形；内电芯，呈圆柱形，内电芯的直径小于外电芯的内径；两个电极片，用于分别连接外电芯的两端和内电芯的两端形成并联构型，其中，外电芯套设在内电芯的外部，外电芯和内电芯之间存在一定间隙，形成散热流道，散热流道用于流通绝缘散热介质，从而对外电芯和内电芯的表面进行散热。
6.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，外电芯包括外电芯壳体、外电芯密封端盖、外电芯密封胶圈、第一正极集流板、第一负极集流板以及外卷制电芯，外电芯壳体呈空心圆柱状，且上底面开设有第一开口，下底面开设有第一外电芯电极连接孔，外电芯密封端盖呈圆环状，设置在第一开口上，外电芯密封端盖上开设有第二外电芯电极连接孔，外电芯密封胶圈设置在外电芯壳体和外电芯密封端盖的连接处，第一正极集流板呈圆环状，设置在外电芯中靠近外电芯密封端盖的一端，第一负极集流板呈圆环状，设置在外电芯的另一端，外卷制电芯设置在外电芯壳体中，且外卷制电芯的两端分别与第一正极集流板和第一负极集流板连接。
7.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，内电芯包括内电芯壳体、内电芯密封端盖、内电芯密封胶圈、第二正极集流板、第二负极集流板以及内卷制电芯，内电芯壳体呈圆柱状，且上底面开设有第二开口，下底面开设有第一内电芯电极连接孔，内电芯密封端盖呈圆形，设置在第二开口上，内电芯密封端盖上开设有第二内电
芯电极连接孔，内电芯密封胶圈设置在内电芯壳体和内电芯密封端盖的连接处，第二正极集流板呈圆形，设置在内电芯中靠近内电芯密封端盖的一端，第二负极集流板呈圆形，设置在内电芯的另一端，内卷制电芯设置在内电芯壳体中，且内卷制电芯的两端分别与第二正极集流板和第二负极集流板连接。
8.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，一个电极片中通过第一外电芯电极连接孔和第一内电芯电极连接孔分别对应连接第一正极集流板和第二正极集流板，另一个电极片中通过第二外电芯电极连接孔和第二内电芯电极连接孔分别对应连接第一负极集流板和第二负极集流板。
9.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，外电芯壳体和内电芯壳体均采用绝缘材质。
10.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，两个电极片除去与第一正负极集流板和第二正负极集流板连接部分外的表面均涂有绝缘涂层。
11.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，散热流道的截面呈圆环状。
12.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，散热流道的内径为18mm到22mm，散热流道的外径为20mm到24mm，散热流道的内外直径差为1mm到6mm。
13.在本发明提供的带散热流道的锂电池中，还可以具有这样的特征：其中，电极片为双头电极。
14.本发明提供了一种电池模组，具有这样的特征，至少包括：电池模组外壳，两端设置有绝缘散热介质的多个进口和多个出口；以及多个电池组，紧密排列在电池模组外壳中，其中，每个电池组至少包括两个串联的带散热流道的锂电池，同个电池组中的多个带散热流道的锂电池中的散热流道形成串联通路，绝缘散热介质通过电池模组外壳上的多个进口进入串联通路，对电池组进行冷却之后，从多个出口流出，带散热流道的锂电池为上述的带散热流道的锂电池。
15.发明的作用与效果
16.根据本发明所提供的一种带散热流道的锂电池及电池模组，带散热流道的锂电池中将外电芯套设在内电芯上，利用外电芯和内电芯之间的间隙，形成散热流道，绝缘散热介质通过在散热流道中流动，对外电芯和内电芯进行散热，且绝缘散热介质在散热流道中与外电芯和内电芯均有较大的接触面积，使得径向散热更加充分，从而减少电池内部在工作中积累的热量，有利于提高换热效率和降低电池内部温度梯度，方便进行电池热管理，从而提高电池的安全性和使用寿命，避免热失控情况的发生。
17.电池模组中，将多个电池组紧密排列在电池模组外壳中，每个电池组至少包括两个串联的带散热流道的锂电池组成，同个电池组中的多个散热流道串联形成串联通路，绝缘散热介质通过电池模组外壳上的开口流入串联通路，对电池组进行散热，然后从出口流出。串联通路有利于绝缘散热介质的流动，提高散热效率，使电池组拥有更好的热均一性。
18.因此，本发明所提供的一种带散热流道的锂电池及电池模组具有结构简单、换热效率高、电池内部温度梯度低、电池安全性高以及使用寿命长的特点，有利于进行热管理和避免发生热失控的情况。
附图说明
19.图1是本发明的实施例一中带散热流道的锂电池的结构示意图；
20.图2是本发明的实施例一中带散热流道的锂电池的剖视图；
21.图3是本发明的实施例一中带散热流道的锂电池的俯视图；
22.图4为本发明的实施例一中外电芯壳体的仰视图；
23.图5为本发明的实施例一中外电芯密封端盖的俯视图；
24.图6为本发明的实施例一中单头电极的正视图；
25.图7是本发明的实施例二中电池模组的结构示意图；
26.图8是本发明的实施例二中电池模组的爆炸图；
27.图9是本发明的实施例二中电池组的结构示意图；以及
28.图10为本发明的实施例二中双头电极的正视图。
具体实施方式
29.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明带散热流道的锂电池及电池模组作具体阐述。
30.《实施例一》
31.图1是本发明的实施例一中带散热流道的锂电池的结构示意图。
32.图2是本发明的实施例一中带散热流道的锂电池的剖视图。
33.图3是本发明的实施例一中带散热流道的锂电池的俯视图。
34.如图1、图2以及图3所示，带散热流道的锂电池21包括外电芯211、内电芯212以及两个电极片213。外电芯211呈空心圆柱形，内电芯212呈圆柱形，且外电芯211的直径大于内电芯212的内径，外电芯211套设在内电芯212的外部，外电芯211和内电芯212之间存在一定间隙，形成散热流道214，散热流道214能够流通绝缘散热介质，从而对外电芯211和内电芯212的表面进行散热。两个电极片213能够分别连接外电芯211的两端和内电芯212的两端形成并联构型。在本实施例一中，绝缘散热介质为液体。
35.图4为本发明的实施例一中外电芯壳体的仰视图。
36.图5为本发明的实施例一中外电芯密封端盖的俯视图。
37.外电芯211包括外电芯壳体2111、外电芯密封端盖2112、外电芯密封胶圈2113、第一正极集流板2114、第一负极集流板2115以及外卷制电芯2116。外电芯壳体2111呈空心圆柱状，且上底面开设有第一开口，下底面开设有第一外电芯电极连接孔21111，如图4所示。外电芯密封端盖2112呈圆环状，设置在第一开口上，如图5所示，外电芯密封端盖上开设有第二外电芯电极连接孔21121。外电芯密封胶圈2113设置在外电芯壳体2111和外电芯密封端盖2112的连接处。第一正极集流板2114呈圆环状，设置在外电芯211中靠近外电芯密封端盖2112的一端。第一负极集流板2115呈圆环状，设置在外电芯211的另一端。外卷制电芯2116设置在外电芯壳体2111中，且外卷制电芯2116的两端分别与第一正极集流板2114和第一负极集流板2115连接。在本实施例一中，外电芯壳体2111和外电芯密封端盖2112均采用绝缘材质。
38.内电芯212包括内电芯壳体2121、内电芯密封端盖2122、内电芯密封胶圈2123、第二正极集流板2124、第二负极集流板2125以及内卷制电芯2126。内电芯壳体2121呈圆柱状，
且上底面开设有第二开口，下底面开设有第一内电芯电极连接孔21211。内电芯密封端盖2122呈圆形，设置在第二开口上，内电芯密封端盖2122上开设有第二内电芯电极连接孔21222。内电芯密封胶圈2123设置在内电芯壳体2121和内电芯密封端盖2122的连接处。第二正极集流板2124呈圆形，设置在内电芯212中靠近内电芯密封端盖2122的一端。第二负极集流板2125呈圆形，设置在内电芯212中的另一端。内卷制电芯2126设置在内电芯壳体2121中，且内卷制电芯2126的两端分别与第二正极集流板2124和第二负极集流板2125连接。在本实施例一中，内电芯壳体2121和内电芯密封端盖2122均采用绝缘材质。
39.图6为本发明的实施例一中单头电极的正视图。
40.电极片213能够连接外电芯211和内电芯212的端部，电极片213两个电极片分别设置在外电芯211和内电芯212的两端，形成一个并联构型的电池整体。一个电极片213通过第一外电芯电极连接孔21111和第一内电芯电极连接孔21211分别对应连接第一正极集流板2114和第二正极集流板2124。另一个电极片213通过第二外电芯电极连接孔21121和第二内电芯电极连接孔21222分别对应连接第一负极集流板2115和第二负极集流板2125。两个电极片213除去与第一正极集流板2114、第一负极集流板2115、第二正极集流板2124以及第二负极集流板2125连接部分外的表面均涂有绝缘涂层。在本实施例一中，两个电极片213均为单头电极，如图6所示。
41.散热流道214截面呈圆环状，散热流道的内径为18mm到22mm，散热流道的外径为20mm到24mm，散热流道的内外直径差为1mm到6mm。在本实施例一中，散热流道214的内径为18mm，散热流道的外径为22mm，内外直径差为4mm。不同散热流道214的大小能够为电池内部带来不同的散热效果，在电池充放电倍率很大或电池径向散热距离较大等情况下，可以选择较大直径差的设计，以便绝缘散热介质通过，提高散热效果。在电池散热压力较小，工作情况相对稳定等情况下可以选择较小直径差的设计，既能保证电池充放电温度变化小，又能有效保持电池的综合性能及延长电池寿命。同时能够通过对绝缘散热介质在散热流道214中的流速进行调整，进而调整散热效果，通过bms监控电池实时温度，实时控制绝缘散热介质的流速，降低电池工作时的温度变化，保证电池功率的稳定输出，提高电池与终端设备的性能和使用寿命。
42.实施例一的作用与效果
43.根据本发明的实施例一所提供的一种带散热流道的锂电池，带散热流道的锂电池中将外电芯套设在内电芯上，利用外电芯和内电芯之间的间隙，形成散热流道，绝缘散热介质通过在散热流道中流动，对外电芯和内电芯进行散热，且绝缘散热介质在散热流道中与外电芯和内电芯均有较大的接触面积，使得径向散热更加充分，有利于提高换热效率和降低电池内部温度梯度，方便进行电池热管理。外电芯和内电芯中外电芯壳体、外电芯密封端盖、内电芯壳体以及内电芯密封端盖均采用绝缘材质，且通过外电芯密封胶圈和内电芯密封胶圈将外电芯和内电芯全部隔绝起来，防止电泄漏，从而进一步提高电池的安全性和使用寿命，避免热失控情况的发生。针对不同的应用需要，通过调节散热流道的内外直径差，能够达到不同的散热效果，拥有更好的灵活性和适配性。
44.因此，本发明所提供的一种带散热流道的锂电池具有结构简单、灵活性强、适配性好、换热效率高、电池内部温度梯度低、电池安全性高以及使用寿命长的特点，有利于进行热管理和避免发生热失控的情况。
45.《实施例二》
46.为了便于表达，本实施例二中对于和实施例一相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
47.图7是本发明的实施例二中电池模组的结构示意图。
48.图8是本发明的实施例二中电池模组的爆炸图。
49.本实施例二提高了一种电池模组，如图7和图8所示，电池模组100包括电池模组外壳10和多个电池组20。
50.电池模组外壳10包括底盒11和盖板12，底盒11为上部开口的盒体，且两端设置有绝缘散热介质的多个进口111和多个出口112，盖板12设置在底盒11上部的开口上。在本实施例二中，底盒11上有1个进口111和1个出口112。在实际应用中，可根据实际的散热需求，设置多个进口111和出口112。
51.在本实施例二中，电池组20的个数为十一个，在实际应用中，可根据使用需求调整电池组20的个数。十一个电池组20以交错堆叠的方式紧密排列在电池模组外壳10中，其中相邻的每三个电池组20外表面两两相切。
52.图9是本发明的实施例二中电池组的结构示意图。
53.如图9所示，每个电池组20至少包括两个串联的带散热流道的锂电池211，在本实施例二中，同个电池组20中包括六个带散热流道的锂电池211。
54.图10为本发明的实施例二中双头电极的正视图。
55.再实施例一中，电极片213为单头电极，而在本实施例二中，电极片2131为双头电极。采用双头电极的电极片2131将外电芯211的两端和内电芯212的两端进行连接，多个采用双头电极连接的带散热流道的锂电池211能够相互串联，形成电池组20。
56.在本实施例二中，每六个带散热流道的锂电池211串联形成电池组20，散热流道214形成串联通路，十一个电池组20以交错堆叠的方式紧密排列在电池模组外壳10中，电池组20两端的电极片2131分别穿过电池模组外壳10的两端向外延伸，在电池模组外壳10外与用电设备进行电连接，十一个电池组20之间采用并联的方式连接，将电流汇集起来后接入外电路。绝缘散热介质通过入口111进入电池模组外壳10的内部，经过串联通路对电池组20进行散热，再由出口112流出。
57.在本发明的实施例二中，绝缘散热介质可充分流经每一个带散热流道的锂电池211，每个带散热流道的锂电池211除了外部的圆柱表面能够和绝缘散热介质充分换热外，散热流道214也能够充分进行换热，且散热流道214提供额外两个换热表面，换热面积有巨大提升，且散热流道214位于带散热流道的锂电池211中间，相比现有技术中大直径圆柱锂电池的电池模组的径向散热距离，外电芯211和内电芯212的径向散热距离缩短一半，散热性能巨大提升，降低外电芯211和内电芯212直接的温度差。换热面积的增大，伴随散热效率的的提升，在此基础上内部温度控制难度也相应降低，带散热流道的锂电池211良好的散热基础为电池模组100整体降低的温控难度，同时外电芯211和内电芯212较小的温度差能使电池模组100整体处在一个相对稳定的温度状态下，保障了电池模组100整体的热均一性。
58.实施例二的作用与效果
59.本实施例二中对于实施例一中相同的结构具有相同的作用和效果，此处不再赘述。
60.电池模组中，将多个电池组紧密排列在电池模组外壳中每个电池组至少包括两个串联的带散热流道的锂电池组成，多个散热流道串联形成串联通路，绝缘散热介质通过电池模组外壳上的开口流入串联通路，对电池组进行散热，然后从出口流出。串联通路有利于绝缘散热介质的流动，提高散热效率，使电池模组拥有更好的热均一性。同时，针对不同的应用需要，通过设置不同的出口和进口的个数，能够达到不同的散热效果，拥有更好的灵活性和适配性。
61.因此，本发明所提供的一种带散热流道的锂电池及电池模组具有结构简单、灵活性强、适配性好、换热效率高、电池内部温度梯度低、电池安全性高以及使用寿命长的特点，有利于进行热管理和避免发生热失控的情况，从而能更好的适应更多的高功率放电及超级快充使用场景，为科学研究及电池发展提供新的发展思路。
62.《实施例三》
63.为了便于表达，本实施例三中对于与实施例一和实施例二相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
64.在实施例一和实施例二中，绝缘散热介质为液体，而在本实施例三中，绝缘散热介质为气体。
65.在本实施例三中，底盒111上舍弃与散热流道轴向方向垂直的外壳，此时绝缘散热介质的入口面积增大，同时电池模组100与外部环境的接触面积也相应增加，有利于提高散热的效率和设计的灵活性。
66.实施例三的作用与效果
67.本实施例三中对于实施例一和实施例二中相同的结构具有相同的作用和效果，此处不再赘述。
68.在本实施例三中，绝缘散热介质为气体，则舍去底盒两侧的外壳，增加绝缘散热介质的入口面积，使得电池模组与外界环境的接触面积增加，有利于提高散热的效率和设计的灵活性。
69.因此，本发明所提供的一种带散热流道的锂电池及电池模组具有结构简单、灵活性强、适配性好、换热效率高、电池内部温度梯度低、电池安全性高以及使用寿命长的特点，有利于进行热管理和避免发生热失控的情况，从而能更好的适应更多的高功率放电及超级快充使用场景，为科学研究及电池发展提供新的发展思路。
70.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。