CN112886091B - 一种电池及模组 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体为一种电池，包括铝壳、安装在铝壳内部的正负极板以及铝壳内部的电解液，铝壳包括外层的外壳和套装于外壳内的内壳，且外壳和内壳之间形成药液腔；在铝壳外部设置热管，该热管连通药液腔，且至少热管的上段高于顶盖。本发明还提供一种安装上述电池的模组，在模组壳的顶部设置隔离罩，所述热管的上段位于隔离罩中，并设置与隔离罩配合的降温模块。本发明中的电池能够对产生的热量进行导向并集中散发，且能够在热失控时快速控制险情，由其制成的模组内部的散热压力可以得到有效降低，可以避免出现模组内部热量散失不畅的问题，设置的隔离罩可以将热管隔离起来，在降温模块的作用下，可以进一步提高降温效率。

Description

一种电池及模组
技术领域
本发明属于铝壳锂离子电池技术领域，具体为一种电池及模组。
背景技术
对于现有铝壳电池，在使用过程中，铝壳表面散热，使用这种电池制成的模组中，由于电池并列设置，当热量传递到铝壳后，如果模组内部散热不及时，会导致热量集聚，这会增加个别电池热失控的几率。电池包热量集聚难以散热，常导致电池热失控甚至起火燃烧等后果。另外，传统的模组(或电池包)只能通过外壳自然导热或较小的接触面进行热传递，此方式的导热效果不佳、电芯之间的温度差异加大。为防止电池包内部电芯热扩散影响到其他电芯，一般电芯之间需要做隔热处理，但是同时又要考虑电池散热。隔热和散热是一对矛盾，很难将两者性能发挥到最优。电池包也无法满足密封防水的要求。当电池发生热失控时容易起火燃烧，起火燃烧后需要一定的时间才能人员介入行灭火操作。由于壳体的阻挡，制冷药液难以到达电池内部，灭火效果差。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种电池，该电池采用双腔铝壳，其中外腔中盛装制冷药液，并连通热管结构，热量传递到制冷药液并使药剂蒸发，而蒸汽在热管结构的作用下实现冷凝降温，从而实现电池热量的集中散发，并降低电池之间热量的传递，以克服现有单层铝壳电池全表面散热存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电池，包括铝壳、安装在铝壳内部的正负极板以及铝壳内部的电解液，其中铝壳顶部由顶盖密封，并在顶盖上设置注液管。所述铝壳包括外层的外壳和套装于外壳内的内壳，且外壳和内壳之间形成药液腔，盖合顶盖后内壳的内腔与药液腔各自密封，并在药液腔中填充制冷药液；所述正负极板安装在内壳中，且注液管连通内壳的内腔；在铝壳外部设置热管，该热管连通药液腔，且至少热管的上段高于顶盖。
在上述技术方案中，内壳中产生的热量由内壳传递到药液腔，在药液腔中，制冷药液吸热并开始运动，即热液向上翻滚并最终在液面生成蒸汽，热蒸汽进入与药液腔连通的热管中，而热管本身具有良好的散热效果，蒸汽进入热管上段后散热液化并回流。该电池产生的大部分热量会集中通过热管散失，只有少部分热量通过外壳散发，因此可以有效克服现有单层铝壳表面散热的缺陷，且电池的药液腔以及制冷药液可以降低电池之间热量的传递；另外，当电池热失控时，制冷药液喷射并快速灭火，从而可以及时有效地控制险情。
优选地，所述注药管的下部设置注电解液管和注药管，其中注电解液管连通内壳的内腔，注药管连通药液腔；热管的下部为安装头，该安装头上设置连通孔，当安装头安装在注液管中后，安装头的下端将注电解液管密封，且连通孔与注药管接通。在电池的生产过程中，通过注液管可以向注电解液管和注药管中分别注入电解液和制冷药液，这个过程不需要更换铝壳的工位，方便生产；同时，使用安装头可以同时实现对注电解液管的封堵以及注药管与热管的连通，组装方便，且注电解液管和注药管上部共用注液管管口，因此只需要保证注液管的管口完全密封就可以防止漏液，这可以有效降低漏液几率。
优选地，所述顶盖的背面边缘设置向下延伸的导流沿，盖合顶盖后，导流沿填充在药液腔的上开口；所述导流沿向着注电解液管的方向倾斜，且在靠近注电解液管的部分被塑造成呈“^”型的集流沿，且集流沿的顶部连通注药管。导流沿具有导向作用，当药液受热流动时，向上流动的高温药液在导流沿的作用下会向着注药管的管口快速流动，并在在导流沿的最高处生成蒸汽，而在集流沿的作用下，蒸汽集中流向注药管，从而实现蒸汽快速进入热管中，提高该双层铝壳的散热效率。
优选地，所述外壳的底部为一体焊接的底盖，并在底盖的正面设置向下凹陷的的卡槽，且内壳的底部卡在卡槽中。底盖正面的卡槽可以对内壳进行定位，同时作为内壳底部的支撑结构，卡槽与顶盖共同作用使内壳与外壳保持相对固定。
优选地，外壳的两个宽面有向着内壳凸起的内凹部，且内凹部的凸起部顶触内壳。内凹部相当于外壳宽面的肋板，可以有效增加宽面的抗压强度，即，内凹部顶触内壳，可以有效提高整个铝壳的抗膨胀性能。
本发明的另一个目的在于提供一种模组，该模组中使用的是上述具有热管结构的电池，借助热管结构可以将电池的热量直接导出到模组壳外部，以解决现有模组内部散热不畅的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：模组包括模组壳，以及安装在模组壳中的电池，其中电池为上述带有热管的电池，且热管的上段穿过模组壳的顶部并并排排列；在模组壳的顶部设置隔离罩，所述热管的上段位于隔离罩中，并设置与隔离罩配合的降温模块。
在该技术方案中，热管伸出模组壳并在模组壳顶部排列，由于该电池的热管具有良好的集中散热功能，因此，模组内部的散热压力得到有效降低，可以避免出现模组内部热量散失不畅的问题，设置的隔离罩可以将热管隔离起来，在降温模块的作用下，可以进一步提高降温效率；另外，通过隔离罩，可以将排列设置的隔离罩串联起来，使所有模组使用同一套降温***，从而实现模组降温的统一管控。
优选地，所述隔离罩包括完全覆盖热管的长围板，以及长围板两端的端面板，并在端面板上设置进口和出口；所述降温模块包括降温源，降温源为液体或气体，且降温源从进口进入隔离罩，从出口流出隔离罩。风冷和水冷为常用降温方式，其中风冷为现有模组的降温方式，因此，只需要对现有机柜稍作改进就可以与该方案中的模组相匹配；另外，对于水冷降温，则可以对制冷水进行循环使用。
优选地，所述隔离罩为水冷罩，所述降温源为冷水；所述降温模块还包括水冷管，水冷管的进水口穿过端面板上的进口，出水口穿过端面板上的出口，且水冷管与热管接触的部分呈蛇形分布，在并在弯曲的热管段之间形成热管放置区，所述热管的上段位于热管放置区中。当热管位于放置区时，热管的两侧均接触水冷管，这可以提高热交换效率，同时，蛇形设置水冷管可以增加水冷罩中水冷管的长度，因此可以保证有足够的流动水源位于水冷罩中，从而使水冷罩内部保持低温环境，使得位于水冷罩中的热管段全面散热。
优选地，所述热管有两列并对称分布；水冷罩包括顶部的顶板，以及位于顶板下部并对称分布的侧板，且侧板支撑水冷管，顶板和侧板组装形成长围板，并通过侧板下部水平弯折的固定底沿固定在模组壳上；水冷罩两端的端面板为端面板I，且进口和出口设置在后部的端面板I上。将水冷罩分体设置，利于水冷管的安装，且可以避免在拆装过程中损坏热管。
优选地，所述隔离罩为风冷罩，风冷罩前端和后端的面板为端面板II，其中进口和出口设置在后部的端面板II上；所述降温源为冷空气；所述降温模块还包括从风冷罩顶部中间向下延伸的分隔板，分隔板将风冷罩的内部空间分为两个气流通道；所述分隔板的后端接触后部的端面板II，分隔板的前端与前部的端面板II之间预留通风口，两个气流通道通过通风口连通；进口和出口为设置在后部的端面板II上且分别连通两个气流通道的进风口和出风口；所述热管有两列并对称分布于两个气流通道中。冷空气从进风口进入一侧的气流通道，并经过通风口后进入另一个气流通道，并最终从出风口流出，在冷空气的流动过程中，冷空气与冷空气罩中的热管充分接触，并实现热交换。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明中电池的实施例的整体结构示意图；
图2为图1中电池铝壳的拆分结构示意图；
图3为图1中顶盖的结构示意图；
图4为电池中注液管在外壳和内壳中的安装结构示意图；
图5为外壳和内壳的剖切结构示意图；
图6为图1中热管和注液管的安装结构示意图；
图7为本发明中模组的实施例中热管的排布方位示意图；
图8为模组的实施例中水冷模组的结构示意图；
图9为图8中水冷罩的拆分结构示意图；
图10为模组的实施例中风冷模组的风冷罩的结构示意图；
图11为风冷罩的剖切结构示意图。
图中，外壳1、顶盖2、热管3、弯折段4、垂直段5、内凹部6、内壳7、药液腔8、注液管9、注电解液管10、注药管11、对接口12、导流沿13、集流沿14、底盖15、模组壳16、水冷罩17、顶板18、侧板19、水冷管20、进水口21、出水口22、端面板I23、热管放置区24、叠合沿I25、固定底沿26、托板27、叠合沿II28、风冷罩29、端面板II30、进风口31、出风口32、分隔板33、通风口34、气流通道35、卡槽151、基准线301。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
图1-图6为本发明提供的电池的一个实施例。该电池包括铝壳、安装在铝壳内部的正负极板(正负极板及其安装为现有技术，图中省略)以及铝壳内部的电解液，其中铝壳顶部由顶盖2密封，并在顶盖2上设置注液管9。所述铝壳包括外层的外壳1和套装于外壳内的内壳7，且外壳1和内壳之间形成药液腔8，外壳1的上沿高于内壳7的上沿，盖合并焊接顶盖2后，顶盖2的顶部与外壳1的上沿平齐，内壳7的内腔与药液腔8各自密封，并在药液腔8中盛装制冷药液，制冷药液可选用全氟乙酮、水、氟化液等低挥发点及具有导热和灭火功能的物质；所述正负极板安装在内壳7中，且注液管9连通内壳7的内腔；在铝壳外部设置热管3，该热管3连通药液腔8。所用热管包括下部的垂直段5和上部的弯折段4，且弯折段向外壳1的顶部倾斜设置。
具体地，注液管9的下部设置注电解液管10和注药管11，其中注电解液管10连通内壳7的内腔，注药管11连通药液腔8；热管3的下部为安装头，该安装头上设置连通孔，当安装头安装在注液管9中后，安装头的下端将注电解液管10密封，且连通孔与注药管11接通，为精准安装，在安装头和注液管的外壁设置正对的基准线301。在电池的生产过程中，通过注液管9可以向注电解液管10和注药管11中分别注入电解液和制冷药液，这个过程不需要更换铝壳的工位，方便生产；同时，使用安装头可以同时实现对注电解液管10的封堵以及注药管11与热管的连通，组装方便，且注电解液管10和注药管11上部共用注液管9管口，因此只需要保证注液管9管口完全密封就可以防止漏液，这可以有效降低漏液几率。
另外，该电池在工作时，内壳7中产生的热量传递到药液腔8中的制冷药液中，制冷药液受热运动，即受热部分向上翻滚。基于此特征，在顶盖2的背面边缘设置向下延伸的导流沿13，盖合顶盖2后，导流沿13填充在药液腔8的上开口；所述导流沿13向着注电解液管10的方向倾斜，且在靠近注电解液管10的部分被塑造成呈“^”型的集流沿14，且集流沿14的顶部连通注药管11。导流沿13具有导向作用，当药液受热流动时，向上流动的高温药液在导流沿13的作用下会向着注药管11的管口快速流动，并在在导流沿13的最高处生成蒸汽，而在集流沿14的作用下，蒸汽集中流向注药管11，从而实现蒸汽快速进入热管中，提高该双层铝壳的散热效率。
该电池的铝壳为双层，为降低加工难度，将外壳1的底部设置为单独生产并焊接的底盖15。同时，为提高铝壳的抗膨胀性能，在底盖的正面中部设置向下凹陷的的卡槽151，且内壳7的底部卡在卡槽151中。底盖15正面的卡槽151可以对内壳7进行定位，便于快速正确安装内壳7，同时作为内壳7底部的支撑结构，卡槽151与顶盖2共同作用使内壳7与外壳1保持相对固定。另外，外壳1的两个宽面有向着内壳7凸起的内凹部6，且内凹部6的凸起部顶触内壳7。内凹部6相当于外壳1宽面的肋板，可以有效增加宽面的抗压强度，即，内凹部6顶触内壳7，可以有效提高整个铝壳的抗膨胀性能。
在该实施例中，内壳7中产生的热量由内壳7传递到药液腔8，其中小部分热量由外壳1散发，大部分热量由制冷药液吸收。制冷药液吸热并开始运动，即热液向上翻滚并最终在液面生成蒸汽，热蒸汽进入与药液腔8连通的热管中，而热管本身具有良好的热传递效果，蒸汽进入热管上段后散热液化并回流。该电池产生的大部分热量会集中通过热管散失，只有少部分热量通过外壳1散发，因此可以有效克服现有单层铝壳表面散热的缺陷；另外，当电池热失控时，制冷药液喷射并快速灭火，从而可以及时有效地控制险情。
图7-图9为本实施例提供的模组的一个实施例。该模组包括模组壳16，以及安装在模组壳16中的电池，其中电池为上述带有热管的电池，热管3有两列并对称设置，且使得热管3的上段穿过模组壳16的顶部并呈“V”型排列，且在模组壳16的顶部设置水冷罩17，所述热管3位于水冷罩中。基于热管的排列方式，为方便安装水冷罩17，将水冷罩分体设置，具体地，水冷罩17包括顶部的顶板18，以及位于顶板18下部并对称分布的侧板19，顶板18和侧板19组装形成长围板，并通过侧板19下部水平弯折的固定底沿26固定在模组壳16上，具体地，顶板18与侧板19相接的长边边缘分别设置叠合沿I25和叠合沿II28，叠合沿I25和叠合沿II28叠合设置，并通过螺钉组合，侧板19还包括与热管平行的托板27，该托板27支撑水冷管20；水冷罩17两端的端面板为端面板I23，且在后部的端面板I23上设置进口和出口。
上述水冷管20的进水口21穿过端面板I23上的进口，出水口22穿过端面板I上的出口，且水冷管20与热管3接触的部分呈蛇形分布，在并在弯曲的热管段之间形成热管放置区24，所述热管3的上段位于热管放置区24中。当热管3位于放置区24时，热管3的两侧均接触水冷管20，这可以提高热交换效率，同时，蛇形设置水冷管20可以增加水冷罩17中水冷管20的长度，因此可以保证有足够的流动水源位于水冷罩17中，从而使水冷罩17内部保持低温环境，使得位于水冷罩17中的热管段(主要指弯折段4)全面散热。将水冷罩17分体设置，利于水冷管的安装，且可以避免在拆装过程中损坏热管。
另外，本发明还提供了模组的第二个实施例，第二实施例与第一实施例的主要差别在于热管的降温结构，第二实施例采用的是风冷罩29，冷源为冷空气。具体地，风冷罩29前端和后端的面板为端面板II30；从风冷罩29顶部中间设置向下延伸的分隔板33，分隔板33将风冷罩29的内部空间分为两个气流通道35；所述分隔板33的后端接触后部的端面板II30，分隔板33的前端与前部的端面板II30之间预留通风口34，两个气流通道35通过通风口34连通；在后部的端面板II30上设置分别连通两个气流通道35的进风口31和出风口32，且两列热管分别为位于两个气流通道35中。冷空气从进风口31进入一侧的气流通道35，并经过通风口34后进入另一个气流通道35，并最终从出风口32流出，在冷空气的流动过程中，冷空气与冷空气罩29中的热管充分接触，并实现热交换。
在上述模组中，热管3伸出模组壳并在模组壳顶部排列，由于该电池的热管具有良好的集中散热功能，因此，模组内部的散热压力得到有效降低，可以避免出现模组内部热量散失不畅的问题，设置的水冷罩或风冷罩可以将热管隔离起来，在冷源的作用下，可以进一步提高降温效率；另外，通过隔离罩，可以将排列设置的隔离罩串联起来，使所有模组使用同一套降温***，从而实现模组降温的统一管控。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池，包括铝壳、安装在铝壳内部的正负极板以及铝壳内部的电解液，其中铝壳顶部由顶盖密封，并在顶盖上设置注液管，其特征在于：所述铝壳包括外层的外壳和套装于外壳内的内壳，且外壳和内壳之间形成药液腔，盖合顶盖后内壳的内腔与药液腔各自密封，并在药液腔中填充制冷药液；所述正负极板安装在内壳中，且注液管连通内壳的内腔；在铝壳外部设置热管，该热管连通药液腔，且至少热管的上段高于顶盖；所述注液管的下部设置注电解液管和注药管，其中注电解液管连通内壳的内腔，注药管连通药液腔；热管的下部为安装头，该安装头上设置连通孔，当安装头安装在注液管中后，安装头的下端将注电解液管密封，且连通孔与注药管接通。
2.如权利要求1所述的一种电池，其特征在于：所述顶盖的背面边缘设置向下延伸的导流沿，盖合顶盖后，导流沿填充在药液腔的上开口；所述导流沿向着注电解液管的方向倾斜，且在靠近注电解液管的部分被塑造成呈“^”型的集流沿，且集流沿的顶部连通注药管。
3.如权利要求1所述的一种电池，其特征在于：所述外壳的底部为一体焊接的底盖，并在底盖的正面设置向下凹陷的的卡槽，且内壳的底部卡在卡槽中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的一种电池，其特征在于：外壳的两个宽面有向着内壳凸起的内凹部，且内凹部的凸起部顶触内壳。
5.一种模组，包括模组壳，以及安装在模组壳中的电池，其特征在于：所述电池采用权利要求1至4中任一项所述的电池，且热管的上段穿过模组壳的顶部并并排排列；在模组壳的顶部设置隔离罩，所述热管的上段位于隔离罩中，并设置与隔离罩配合的降温模块。
6.如权利要求5所述的一种模组，其特征在于：所述隔离罩包括完全覆盖热管的长围板，和长围板两端的端面板，并在端面板上设置进口和出口；所述降温模块包括降温源，降温源为液体或气体，且降温源从进口进入隔离罩，从出口流出隔离罩。
7.如权利要求6所述的一种模组，其特征在于：所述隔离罩为水冷罩，所述降温源为冷水；所述降温模块还包括水冷管，水冷管的进水口穿过端面板上的进口，出水口穿过端面板上的出口，且水冷管与热管接触的部分呈蛇形分布，在并在弯曲的热管段之间形成热管放置区，所述热管的上段位于热管放置区中。
8.如权利要求7所述的一种模组，其特征在于：所述热管有两列并对称分布；水冷罩包括顶部的顶板，以及位于顶板下部并对称分布的侧板，且侧板支撑水冷管，顶板和侧板组装形成长围板，并通过侧板下部水平弯折的固定底沿固定在模组壳上；水冷罩两端的端面板为端面板I，且进口和出口设置在后部的端面板I上。
9.如权利要求6所述的一种模组，其特征在于：所述隔离罩为风冷罩，风冷罩前端和后端的面板为端面板II，其中进口和出口设置在后部的端面板II上；所述降温源为冷空气；所述降温模块还包括从风冷罩顶部中间向下延伸的分隔板，分隔板将风冷罩的内部空间分为两个气流通道；所述分隔板的后端接触后部的端面板II，分隔板的前端与前部的端面板II之间预留通风口，两个气流通道通过通风口连通；所述进口和出口为设置在后部的端面板II上且连通两个气流通道的进风口和出风口；所述热管有两列并对称分布于两个气流通道中。
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