大功率电池及其应用

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及到大功率高容量密度(比如锂电池)中空结构的柱状电池。

技术背景

锂离子电池，高容量密度，易引起爆炸风险，安全问题一直受到广泛的关注。引起爆炸的主要的原因是，电池使用过程中内部发热、散热出问题，导致电芯内部温度升高超过安全温度，因而，电池的散热设计非常重要。中国专利CN201720241527公开了一种中空管柱状的电池，一种良好的电池散热结构设计，但该专利公开的方案没有考虑电池本身的结构强度以及如何组成电池包；没有考虑组成电池包时，如何保证通风散热；以及如果某一单个电芯内部超温度，发生燃烧与爆炸时，如何防止引燃相邻电池，还有电池包的结构造价问题。

发明内容

本发明提供的一种中空管柱状的电池，针对上述现有技术的不足，提出了解决方案，不仅单个电池结构优化，还涉及其应用。

本发明电池的技术方案：电池包括有：电芯，外壳管，顶盖，中空管，尾盖，端子板，端子板设置有端子一和端子二(为电池的两正负极)，电芯采用了中心通孔结构，外壳管与顶盖以及中空管构成一具有结构强度的一端开口的电芯壳体，电芯从所述开口装入，之后由尾盖封盖所述开口，尾盖有中心通孔与中空管相通，尾盖封堵所述开口(电芯壳体的尾端)的强度低于电芯壳体的顶盖的强度，当内部高压时，只能是尾盖被顶开。

端子板设置在电芯壳体内，顶盖开有端子一和端子二伸出的孔，端子板与电芯壳体之间应设置有密封结构，尾盖与电芯壳体之间应设置有密封结构，外壳管与顶盖以及中空管构成的具有结构强度的电芯壳体采用了如下结构：

外壳管和中空管采用有缝金属管制成，顶盖的材料来自外壳管的管材，采用了缩径工艺制成，构成顶盖与外壳管为一体结构，顶盖与中空管之间采用了焊接或互扣结构连接；

或者，外壳管和中空管采用有缝金属管制成，顶盖与外壳管之间采用互扣结构连接，或外壳管与顶盖采用了金属板材经有拉伸工艺制成的一体结构，顶盖与中空管之间采用了焊接或互扣结构连接；

或者，外壳管与顶盖以及中空管采用了金属板材经有拉伸工艺制成的一体结构。

本发明电池应用于电池包的技术方案：采用以上所述的电池组成的电池包，包含有不少于两个电池模组，电池模组包括有若干以上所述的电池和壳体，特征有：电池模组的电池的尾端齐平，电池平躺设置，壳体的电池尾端的那端畅通，当电池内部高压时，尾盖被顶开，不被挡住，便于内部的电芯排出；两相邻电池模组之间的电池的尾端相对着，并留有间距，构成排气通道，以及爆燃时，电芯排出的空间。

本发明电池的应用于电动车的技术方案：电池树立设置，尾端盖朝下，上下端都设置有空气通道。

附图说明

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1、图2、图3分别是三种本发明电池的特征剖面示意图。

图4是一种本发明中的电芯的特征剖面示意图。

图5是图4的一种俯视示意图。

图6、图7、图8、图9分别是四种本发明电池拼组时的特征平面示意图。

图10是一种本发明的电池包的特征剖面示意图。

图11是图10的A--A处特征剖面示意图。

图12、图13分别是两种本发明电池用于电动车的示意图。

图14是一种本发明中的电芯壳体的特征剖面示意图。

图中：100、电池，101、电芯壳体，1、外壳管，11、顶盖，12、安装构件，2、中空管，21、外翻边，22、外扩边，3、尾盖，31、外缘套边，311、外缘内边，32、内缘套边，321、内缘内边，4、电芯，41、端面隔片，42、底垫片，43、电芯电极，431、电极一，432、电极二，433、电极三，434、电极四，44、电芯外套，441、外缘缩边，5、端子板，51、端子一，52、端子二，600、电池模组，6、壳体，61、轮子，62、挡板，601、排气通道，602、进气通道，603、连接螺栓，604、隔火帘，7、导电杆，8、引流护板，81、上端，9、护网。

具体实施方式

图1所示的本发明电池，外壳管1和中空管2采用有缝金属管制成，比如薄壁的有缝铝管、不锈钢管、表面防护处理(比如镀锌/铝/镍)的钢管，顶盖11的板材来自外壳管1的管材，采用缩径工艺制成，顶盖11与外壳管1构成为一体结构，顶盖11与中空管2之间采用焊接连接，这样外壳管1与顶盖11以及中空管2构成一具有结构强度的一端开口的电芯壳体101，电芯4从该开口装入，之后由尾盖3封盖尾端，尾盖3封堵尾端的强度低于电芯壳体的顶盖的强度，当内部高压时，只能是尾盖3被顶开，这样有利于安全可靠；尾盖3应该设置有泄压阀，减少内部高压的可能，更安全可靠。尾盖3有中心通孔与中空管2相通，散热空气可以在中空管2中流通，提高了电池散热。

图1中，尾盖3采用金属板制成，有外缘套边31和内缘套边32，可采用冲压工艺，翻边与拉伸制成，外缘套边31套在外壳管1外，尾盖3的金属板的刚性强度应高于外壳管1，电芯壳体101尾端的抗冲击由尾盖3来承担。图中，内缘套边32套在中空管2内。

图1示出：端子板5设置有端子一51和端子二52，端子一51和端子二52为电池100的两电极(正极和负极)，可采用柱形结构、插孔结构，螺柱和螺孔结构。图中，顶盖11开有端子一51和端子二52伸出的孔。端子板5与电芯壳体101之间应该设置有密封结构，尾盖3与芯壳体101之间应该设置有密封结构，这样就解决了电芯的密封问题，密封结构可采用密封胶。电池100的过流/过压(过充)/超温等的保护电路机构应该设置在端子板5上。

图2所示的本发明电池，中空管2顶端有外翻边21，来自中空管2的管材，扩管外翻构成，外翻边21与顶盖11可采用电阻焊焊接；电芯壳体101的顶端设置有安装构件12，可用于安装固定电池100，图中的安装构件12固定在顶盖11上，可采用电阻焊焊接。

图2中，设置有两个电芯4，之间设置有端面隔片41，端面隔片41应该采用防火阻燃隔热材料(比如石棉)制成，两电芯4之间应该有导电连接；尾端设置有底垫片42，应该采用隔热材料制成。图中，尾盖3的内缘套边32套着中空管2的外侧，中空管2尾端有外扩边22。

图3所示的本发明电池，外壳管1与顶盖11以及中空管2(即电芯壳体101)是采用金属板材经有拉伸工艺制成的一体结构；电芯壳体101内设置有三个电芯4，设计时应不少于两个，电芯4的端面设置有电芯电极43，两电芯之间通过端面上相对应的电芯电极碰接导电连接，端子板5应该有相对应的碰接导电电极，可采用导电胶/膏提高碰接导电性能。

图3中，尾盖3采用金属板经有冲压工艺制成，金属板可采用薄壁铝板、不锈钢板、表面防护处理(比如镀锌/铝/镍)的钢板，尾盖3的外缘有外缘内边311，外壳管1的尾端夹在外缘内边311与外缘套边31之间，尾盖3的内缘有内缘内边321，中空管2的尾端夹在内缘内边321与内缘套边32之间，外缘内边311与内缘内边321的存在可提高尾盖3的刚性强度，电芯壳体101尾端抗冲击性能，电芯壳体101尾端可以之间外露，无需护挡板保护。

图1与图2中的外壳管1与顶盖11也可以采用了金属板材经有拉伸工艺制成的一体结构。

图4与图5所示的本发明电芯，电芯4两端面各有两电芯电极，分别是：电极一431、电极二432、电极三433、电极四434。如果电芯壳体101内电芯是串联，电极二432和电极四434为连通电极(无极)，电极一431与电极三433为两正负极。如果是并联，电极二432和电极四434同一电极，电极一431与电极三433同一电极。图中，电芯4的芯外套44两端有缩径，构成包夹着两端的端面隔片41的外缘缩边441，芯外套44可采用热缩管。

图6所示的本发明，中空管2为圆形，外壳管1也为圆形。图7所示的本发明，中空管2为六边形(图中为正六边形)，外壳管1为倒了圆角的六边形。图8所示的本发明，中空管2为倒直边角的四边形(也可认为是八边形)，外壳管1为倒了圆角的八边形。图9所示的本发明，中空管2为倒园角的四边形(图中为正方形)，外壳管1为倒了圆角的四边形。无论何形状，外壳管1与中空管2之间周圈间距应该一致。外壳管1的直径(非园形时最大对角尺寸)应该不小于30mm，更合理的是大于40mm，小于70mm。

图10、图11所示的本发明电池包，电池包是由六个电池模组600组成，设计时电池包的电池模组600应不少于两个，电池模组600是由若干电池100和壳体6构成，电池模组600中的电池100的尾端齐平，该若干电池100周圈被壳体6围着，可以通过电芯壳体顶端的安装构件固定，电池100平躺设置，壳体6中的电池100尾端的那端开口畅通，两相邻电池模组600之间的电池100的尾端相对着(面对面)，并留有间距B，构成排气通道601，中间挂着有阻燃隔热制成的(比如石棉编制的)隔火帘604。

间距B应该足够大，至少不小于三分之一的电池长度H；电池100的顶端留有间距，构成进气通道602，图中箭头表示空气流。排气散热可以采用自然对流方式，以及排气通道601连接有风机的强迫对流方式。接有风机强制排风时，两侧的挡板62可以省去。两相邻电池模组600之间可以采用连接螺栓603连接。图中示出，每个电池模组600都设置有轮子61，便于电池模组600的组装和拆装维护。

图12所示的本发明电动车，电池100竖立设置，顶端设置有排气通道601，尾端朝下，下端设置有引流护板8，引流护板8向前斜置，车辆向前行驶时，空气顺着引流护板8流动(如图中箭头所示)，由电池100的尾端进入，再由顶端处的排气通道601排出；车辆静止时，可以采用自然对流方式通风散热，更有效的方式是，排气通道601接有风机，强制排风，可采用贯流风机。图中示出，引流护板8的上端81位于两电池100之间，引流护板8应该采用弹性材料(比如尼龙)制成。图中还示出，引流护板8的下端设置有护网9，护网9应该采用弹性材料(比如尼龙)制成，护网9的开口尺寸应该小于中空管2的管口尺寸。

电池可以通过其顶端的安装构件挂吊安装，电池的端子可以被用于作为电池的固定安装构件，电池100挂吊安装在导电杆7上，导电杆7与壳体6固定连接。

图13所示的本发明电动车，引流护板8向后斜置，车辆向前行驶时，相对车辆向后流动的空气，由于后斜的引流护板8产生的引射抽吸作用，有空气抽出(如图中箭头所示)，电池100顶端的通道为进气通道602，为强化通风散热，进气通道602可以接有风机，强制送风，风机可采用贯流风机。

图14所示的本发明中的电芯壳体101，顶盖11与外壳管1之间采用互扣结构连接，顶盖11与中空管2之间也是采用互扣结构连接。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。