CN114300796B - 一种电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池，涉及能源设备技术领域，电池包括壳体以及设置于壳体内的多个电池单元，电池单元包括多个电芯单元；多个电池单元依次串联，每个电池单元中的多个电芯单元并联；或者，多个电池单元并联，每个电池单元中的多个电芯单元依次串联。该电池可以将各个电芯单元并联在一起而使本电池具有高的电流，然后多个电池单元之间又通过串联在一起而使本电池具有高的电压，单个电池具有大电流的同时也具有大功率，在一些大功率需求的场合，单个电池就可以满足使用，本发明的单个电池可直接作为PACK结构使用，不需要多个电池装配成电池模组，进而省略电池模组装配过程，节省成本。

Description

一种电池

技术领域

本发明涉及能源设备技术领域，具体而言，涉及一种电池。

背景技术

现有锂离子电池一般为圆柱形结构或者方形结构，其中，圆柱形结构的电池是将卷芯直接装入圆形壳体中，方形结构的电池是将卷芯或者叠片电芯装入方形铝壳中形成电池结构。现有电池通常只具有一个圆形的卷芯或一个叠片电芯，电压为该单个卷芯或单个叠片电芯的电压，功率较低，在一些大功率需求的场合，通常是将多个电池组成电池模组，模组制造繁琐，且需要用掉较多的材料。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题中的至少一个方面。

为解决上述问题，本发明提供了一种电池，包括壳体以及设置于所述壳体内的多个电池单元，所述电池单元包括多个电芯单元；多个所述电池单元依次串联，每个所述电池单元中的多个所述电芯单元并联；或者，多个所述电池单元并联，每个所述电池单元中的多个所述电芯单元依次串联。

本发明提供的一种电池，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：

本发明的电池只具有一个壳体，在这一个壳体内集成了多个电池单元，每个电池单元又包括多个电芯单元，每个电芯单元包括一个正极片和一个负极片，壳体内所有的正极片和所有的负极片共用电解液，每个电池单元中，可以将各个电芯单元并联在一起而使本电池具有高的电流，然后多个电池单元之间又通过串联在一起而使本电池具有高的电压，单个电池具有大电流的同时也具有大功率，在一些大功率需求的场合，单个电池就可以满足使用，本发明的单个电池可直接作为PACK结构使用，不需要多个电池装配成电池模组，进而省略电池模组装配过程，节省成本，其次，本发明的单个电池和现有的电池模组相比，在可以具有电池模组功能的情况下，也省去了大量材料的使用，例如，电池模组中的每个现有的电池要单独生产，需要单独的壳体，而本发明的电池将多个多个电芯单元设置于一个壳体中，共用该壳体中的电解液，省去了现有的电池模组制备所需的大量材料。

进一步地，所述电池单元的多个所述电芯单元沿设定方向依次布置，所述电芯单元包括沿设定方向依次布置的正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜，所述电芯单元设置有正极极耳单元和负极极耳单元，所述电池还包括电池正极极耳和电池负极极耳；

在每个所述电池单元中，多个所述电芯单元的正极极耳单元并联以形成组合正极极耳，多个所述电芯单元的负极极耳单元并联以形成组合负极极耳；

多个所述电池单元通过所述组合正极极耳和所述组合负极极耳依次串联，在多个所述电池单元的串联方向上，一端的所述组合正极极耳为所述电池正极极耳，另一端的所述组合负极耳为所述电池负极极耳。

进一步地，在每个所述电池单元中，所述正极极耳单元位于所述电池单元的一端，所述负极极耳单元位于所述电池单元的另一端；

在相邻的两个所述电池单元中，一个所述电池单元的所述正极极耳单元和另一个所述电池单元的所述负极极耳单元位于同一侧。

进一步地，多个所述电池单元于竖直方向上的高度均相同，相邻的两个所述电池单元之间以及所述电池单元与所述壳体对应内壁之间均留有隔膜间隙。

进一步地，多个所述电池单元环绕所述壳体的竖直中心线分布在所述壳体内，所述设定方向为平行于水平面的第一方向，在沿所述设定方向上，所述电池单元中的多个所述正极片长度依次减小或增大，所述电池单元中的多个所述负极片的长度依次减小或增大，其中，所述正极片的长度和所述负极片的长度方向为平行于水平面的第二方向，且所述第二方向与所述第一方向垂直。

进一步地，所述第一隔膜的长度大于相邻所述正极片和相邻所述负极片的长度；所述第二隔膜的长度大于相邻所述正极片和相邻所述负极片的长度。

进一步地，多个所述电池单元环绕所述壳体的竖直中心线分布在所述壳体内，所述设定方向为竖直方向，所述电池单元中的多个所述正极片和多个所述负极片的尺寸均相同。

进一步地，多个所述电池单元中的至少部分所述电池单元依次并排设置。

进一步地，相邻所述电池单元之间的所述隔膜间隙处设置有第三隔膜。

进一步地，所述电芯单元包括依次设置的正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜，所述正极片、所述第一隔膜、所述负极片和所述第二隔膜卷绕成设定外形的所述电芯单元。

附图说明

图1为本发明实施例的电池中各电芯单元、各电池单元的连接的示意性结构图一；

图2为本发明实施例的电池中各电芯单元、各电池单元的连接的示意性结构图二；

图3为本发明实施例的电池中各电芯单元、各电池单元的连接的示意性结构图三；

图4为本发明实施例的电池的第一种电池单元分布的示意性俯视剖视图；

图5为本发明实施例的电池的一种电芯单元的示意性主视剖视图；

图6为本发明实施例的电池的第二种电池单元分布的示意性俯视剖视图；

图7为本发明实施例的电池的第三种电池单元分布的示意性俯视剖视图；

图8为本发明实施例的电池的第四种电池单元分布的示意性俯视剖视图。

附图标记说明：

1-电池单元，11-电芯单元，111-正极片，1111-正极极耳单元，112-负极片，1121-负极极耳单元，113-第一隔膜，114-第二隔膜，2-第三隔膜，3-壳体，4-并联导电件，5-串联导电件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。

而且，附图中Z轴表示竖向，也就是上下位置，并且Z轴的正向(也就是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向)表示下；附图中X轴表示纵向，也就是前后位置，并且X轴的正向(也就是X轴的箭头指向)表示前，X轴的负向(也就是与X轴的正向相反的方向)表示后；附图中Y轴表示横向，也就是左右位置，并且Y轴的正向(也就是Y轴的箭头指向)表示左，Y轴的负向(也就是与Y轴的正向相反的方向)表示右。

同时需要说明的是，前述Z轴、Y轴、X轴表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

参见图1至图4，本发明实施例的一种电池，包括壳体3以及设置于所述壳体内的多个电池单元1，所述电池单元1包括多个电芯单元11；多个所述电池单元1依次串联，每个所述电池单元中的多个电芯单元11并联；或者，多个所述电池单元1并联，每个所述电池单元1中的多个电芯单元11依次串联。

本实施例的电池只具有一个壳体，在这一个壳体内集成了多个电池单元1，每个电池单元1又包括多个电芯单元11，每个电芯单元11包括一个正极片111和一个负极片112，壳体3内所有的正极片111和所有的负极片112共用电解液，每个电池单元1中，可以将各个电芯单元11并联在一起而使本电池具有高的电流，然后多个电池单元1之间又通过串联在一起而使本电池具有高的电压，单个电池具有大电流的同时也具有大功率，在一些大功率需求的场合，单个电池就可以满足使用，单个电池可直接作为PACK结构使用，不需要多个电池装配成电池模组，进而省略电池模组装配过程，节省成本，其次，本实施例的单个电池和现有的电池模组相比，在可以具有电池模组功能的情况下，也省去了大量材料的使用，例如，电池模组中的每个现有的电池要单独生产，需要单独的壳体，而本实施例的电池将多个电芯单元11设置于一个壳体3中，共用该壳体3中的电解液，省去了现有的电池模组制备所需的大量材料。

可选地，参见图4至图6，所述电池单元的多个所述电芯单元沿设定方向依次布置，所述电芯单元11包括沿设定方向依次布置的正极片111、第一隔膜113、负极片112和第二隔膜114。

这里，就单个电池单元1而言，其包括的多个电芯单元11是沿设定方向依次布置的，且电芯单元11中的极片和隔膜也是沿设定方向布置的，以图4进行示例性说明，图4所示的电池具有四个电池单元1，以左边的电池单元1进行示例说明，该电池单元1中的所有正极片111、负极片112、隔膜的布置方式为：从右至左方向上，正极片111、第一隔膜113、负极片112、第二隔膜114、正极片111、第一隔膜113、负极片112、第二隔膜114、……、正极片111、第一隔膜113、负极片112、第二隔膜114，就单个电池单元1而言，这种布置方式可以使加工制造时更为简单，而且，与其他的电池单元1有明显的区分，在对单个电池单元1中多个电芯单元11并联和对多个电池单元1串联时不会发生错乱。

可选地，参见图1至图3，所述电芯单元设置有正极极耳单元1111和负极极耳单元1121，所述电池还包括电池正极极耳和电池负极极耳；

在每个所述电池单元1中，多个所述电芯单元11的正极极耳单元1111并联以形成组合正极极耳，多个所述电芯单元的负极极耳单元1121并联以形成组合负极极耳；

多个所述电池单元1通过所述组合正极极耳和所述组合负极极耳依次串联，在多个所述电池单元1的串联方向上，一端的所述组合正极极耳为所述电池正极极耳，另一端的所述组合负极极耳为所述电池负极极耳。

这里，如图1所示，包括四个电池单元1，从上至下依次记为第一电池单元、第二电池单元、第三电池单元和第四电池单元，每个电池单元1具有三个电芯单元11，每个电池单元1中的正极片111的正极极耳单元1111通过并联导电件4并联在一起以形成组合正极极耳，每个电池单元1中的负极片112的负极极耳单元1121也通过并联导电件4并联在一起以形成组合负极极耳，之后，第一电池单元的组合负极极耳与第二电池单元的组合正极极耳通过串联导电件5连接，第二电池单元的组合负极极耳与第三电池单元的组合正极极耳通过串联导电件5连接，第三电池单元的组合负极极耳与第四电池单元的组合正极极耳通过串联导电件5连接，进而实现多个电池单元的串联，如此，第一电池单元的组合正极极耳作为电池正极极耳，第四电池单元的组合负极极耳作为电池负极极耳。

可选地，在每个所述电池单元1中，所述正极极耳单元1111位于所述电池单元1的一端，所述负极极耳单元1121位于所述电池单元1的另一端；

在相邻的两个所述电池单元1中，一个所述电池单元1的所述正极极耳单元1111和另一个所述电池单元1的所述负极极耳单元1121位于同一侧。

其中，如图2所示，就单个电池单元1而言，正极极耳单元1111和负极极耳单元1121可以位于同一侧。如图3所示，就单个电池单元1而言，正极极耳单元1111和负极极耳单元1121可以位于不同侧，并且，在相邻两个所述电池单元1中，一个电池单元1的正极极耳单元1111和另一个电池单元1的负极极耳单元1121位于同一侧，如此，可以减小串联导电件5的长度以及在壳体3内所占用的空间，也更方便将各个电池单元1串联在一起。

另外，正如前述以图4中左边的电池单元进行示例性说明而言，该左边的电池单元1中的所有正极片111、负极片112、隔膜的布置方式为：从右至左方向上，正极片111、第一隔膜113、负极片112、第二隔膜114、正极片111、第一隔膜113、负极片112、第二隔膜114、……、正极片111、第一隔膜113、负极片112、第二隔膜114，如此，这种布置方式，可以使相邻电芯单元11中的正极极耳设置的更加靠近，使相邻电芯单元11中的负极极耳设置的也更加靠近，减小并联导电件4的使用长度，也减小并联导电件4所占壳体3内的空间。

可选地，设所述壳体3的一侧壁到相对一侧壁的方向为竖直方向，所述电池单元1在任意两个水平面上的截面形状均相同，多个所述电池单元1于竖直方向上的高度均相同。

这里，电池单元1在任意两个水平面上的截面形状均相同，也就是说每个电池单元1的顶部延伸至壳体3内顶壁，每个电池单元1的底部延伸至壳体3内底部。以图4为例，正极片111、负极片112是竖直的，则每个正极片111、每个负极片112的顶端是平齐的，顶端可都延伸至壳体3内顶壁，每个正极片111、每个负极片112的底端是平齐的，底端可都延伸至壳体3内底壁，提高壳体3内空间利用率，提高电池能量密度。

可选地，参见图4，多个所述电池单元1环绕所述壳体3的竖直中心线分布在所述壳体3内，所述设定方向为平行于水平面的第一方向，在沿所述设定方向上，所述电池单元1中的多个所述正极片111长度依次减小或增大，所述电池单元1中的多个所述负极片112的长度依次减小或增大，其中，所述正极片111的长度和所述负极片112的长度方向为平行于水平面的第二方向，且第二方向与第一方向垂直。

其中，以图4中左边的电池单元1进行示例性说明，设定方向(第一方向)为Y轴方向，第二方向(极片的长度方向)为X轴方向，Y轴方向平行于水平面，X轴也平行于水平面，X轴与Y轴又相互垂直。

这里，以图4中左边的电池单元1进行示例性说明，最左端的一个正极片111、负极片112、第一隔膜113和第二隔膜114组成的电芯单元11为最大面积电芯单元，最右端的一个正极片111、负极片112、第一隔膜113和第二隔膜114组成的电芯单元11为最小面积电芯单元。

可选地，参见图4和图7，电池的壳体3内不仅可以是四个电池单元1环绕分布，也可以是五个电池单元1环绕分布，具体根据壳体3的形状而定，如果是正四边形壳体，则可以四个边各对应布置一个电池单元1，如果是正五边形壳体，则五个边各对应一个电池单元1，每个电池单元1中，最大面积电芯单元11的极片面积与壳体周侧一个侧壁面积相近。

可选地，参见图4，所述第一隔膜113的长度大于相邻所述正极片111长度，且所述第一隔膜113的长度大于相邻所述负极片112长度；所述第二隔膜114的长度大于相邻正极片111和相邻负极片112的长度。

这里，通过将隔膜的长度设计的比相邻的极片稍长，保证相邻正负极片不会接触短路，同时，又由于多个电池单元1是呈环形布置的，比相邻极片稍长的第一隔膜、第二隔膜也能防止相邻电池单元1之间短路。

可选地，参见图5，多个所述电池单元1环绕所述壳体3的竖直中心线分布在所述壳体3内，所述设定方向为竖直方向，所述电池单元1中的多个所述正极片111和多个所述负极片112的尺寸均相同。

这里，如图5所示，极片也可以沿竖直方向布置叠放的，这种情况下，正极片111和负极片112尺寸相同或相近，保证单个电池单元1具有较大功率的情况下，又由于是共用壳体3内的电解液，使每个电芯单元11的电流、电压具有一致性，安全性高。

可选地，参见图8，多个所述电池单元1中的至少部分所述电池单元1依次并排设置。

这里，对于矩形壳体而言，图8中三个电池单元1依次布置，三个电池单元1依次布置的方式可以与前述的设定方向一致，如此，各个电池单元1串联时也更容易。

可选地，参见图6，所述电芯单元11包括依次设置的正极片111、第一隔膜113、负极片112和第二隔膜114，所述正极片111、第一隔膜113、所述负极片112和所述第二隔膜114卷绕成设定外形的所述电芯单元11。

这里，单个电芯单元11中，极片和隔膜除了可以是叠放布置的形式，还可以是卷绕的形式，如图6所示，左边的电池单元1具有三个电芯单元11，所述电芯单元11卷绕后的形状相匹配，每个电池单元整体呈设定的形状，可以是三角形、长方形，梯形，或多边型等各种结构，电芯单元11与壳体3内壁先对应的一侧面形状贴合于壳体3内壁，壳体3内部空间利用率高。

可选地，多个所述电池单元1在同一水平面的形状一样，相邻的两个电池单元1之间以及电池单元1与所述壳体3对应内壁之间均留有隔膜间隙。

这里，相邻所述电池单元1之间所述隔膜间隙处设置有第三隔膜2，其可以保证相邻电池单元1之间不会短路。

这里，无论电池单元1形状如何，电池单元1与电池单元1之间仅留有可以布置一片隔膜的隔膜间隙，电池单元1与壳体3对应内壁之间也仅留有可以布置一片隔膜的隔膜间隙，最大可能的增加对壳体3内空间的利用率，提高电池能量密度。多个所述电池单元1在同水平面的形状一样，如图4、图6和图7所示，各个电池单元1于水平面上截面形状都为等腰梯形，且各等腰梯形尺寸一样，如图8所示，各电池单元1于水平面上的截面形状都为矩形，这种同样截面形状的多个电池单元1可以尽可能的沾满整个壳体3的空间。

术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”和“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池，其特征在于，包括壳体(3)以及设置于所述壳体(3)内的多个电池单元(1)，所述电池单元(1)包括多个电芯单元(11)；多个所述电池单元(1)依次串联，每个所述电池单元(1)中的多个所述电芯单元(11)并联；或者，多个所述电池单元(1)并联，每个所述电池单元(1)中的多个所述电芯单元(11)依次串联；

在每个所述电池单元(1)中，多个所述电芯单元(11)的正极极耳单元(1111)并联以形成组合正极极耳，多个所述电芯单元的负极极耳单元(1121)并联以形成组合负极极耳；

相邻的两个所述电池单元(1)之间以及所述电池单元(1)与所述壳体(3)对应内壁之间均留有隔膜间隙；

相邻所述电池单元(1)之间的所述隔膜间隙处设置有第三隔膜(2)；

所述电芯单元(11)包括依次设置的正极片(111)、第一隔膜(113)、负极片(112)和第二隔膜(114)；

就单个电池单元(1)而言，其包括的多个电芯单元(11)是沿设定方向依次布置的，且电芯单元(11)中的极片和隔膜也是沿设定方向布置的，电池单元(1)中的所有正极片(111)、负极片(112)、隔膜的布置方式为：从壳体中心至壳体外沿方向上，正极片(111)、第一隔膜(113)、负极片(112)、第二隔膜(114)、正极片(111)、第一隔膜(113)、负极片(112)、第二隔膜(114)，如此循环至靠近壳体外沿的最后一个电芯单元(11)布置顺序为正极片(111)、第一隔膜(113)、负极片(112)、第二隔膜(114)；

多个所述电池单元(1)环绕所述壳体(3)的竖直中心线分布在所述壳体(3)内，在沿所述设定方向上，所述电池单元(1)中的多个所述正极片(111)长度依次减小或增大，所述电池单元(1)中的多个所述负极片(112)的长度依次减小或增大，其中，所述设定方向为平行于水平面的第一方向，所述正极片(111)的长度和所述负极片(112)的长度方向为平行于水平面的第二方向，且所述第二方向与所述第一方向垂直。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池单元(1)的多个所述电芯单元(11)沿设定方向依次布置，所述电芯单元(11)包括沿所述设定方向依次布置的正极片(111)、第一隔膜(113)、负极片(112)和第二隔膜(114)，所述电芯单元设置有正极极耳单元(1111)和负极极耳单元(1121)，所述电池还包括电池正极极耳和电池负极极耳；

多个所述电池单元(1)通过所述组合正极极耳和所述组合负极极耳依次串联，在多个所述电池单元(1)的串联方向上，一端的所述组合正极极耳为所述电池正极极耳，另一端的所述组合负极极耳为所述电池负极极耳。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，

在每个所述电池单元(1)中，所述正极极耳单元(1111)位于所述电池单元(1)的一端，所述负极极耳单元(1121)位于所述电池单元(1)的另一端；

在相邻的两个所述电池单元(1)中，一个所述电池单元(1)的所述正极极耳单元(1111)和另一个所述电池单元(1)的所述负极极耳单元(1121)位于同一侧。

4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，多个所述电池单元(1)于竖直方向上的高度均相同。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述第一隔膜(113)的长度大于相邻所述正极片(111)和相邻所述负极片(112)的长度；所述第二隔膜(114)的长度大于相邻所述正极片(111)和相邻所述负极片(112)的长度。

6.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，多个所述电池单元(1)环绕所述壳体(3)的竖直中心线分布在所述壳体(3)内，所述设定方向为竖直方向，所述电池单元(1)中的多个所述正极片(111)和多个所述负极片(112)的尺寸均相同。

7.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，多个所述电池单元(1)中的至少部分所述电池单元(1)依次并排设置。

8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电芯单元(11)包括依次设置的正极片(111)、第一隔膜(113)、负极片(112)和第二隔膜(114)，所述正极片(111)、所述第一隔膜(113)、所述负极片(112)和所述第二隔膜(114)卷绕成设定外形的所述电芯单元(11)。