一种大容量电池用筒体及大容量电池

技术领域

本发明涉及电池领域，具体为一种大容量电池用筒体及大容量电池。

背景技术

现有的大容量电池(也称为电池模组或电池组)通常是将多个单体电池进行并联或串联后制作而成，如中国专利CN106531913B公开一种方形电池模组，包括多个方形电池单体和模组架，模组架为上端敞口的壳体，多个方形电池单体按设计需求排布成任一串并联组合的电池模块后固定在模组架内。这种直接通过串并联方式制作出的大容量电池由于木桶效应的存在，往往会受到性能最差的一块单体电池影响，导致整个大容量电池的容量上限及循环次数极大受限。

另外，由于各个单体电池性能无法保证一致，在系统同一工作条件下，单体电池的差异会随着循环次数的增加而被不断放大，如某个单体电池内产生的气体较多，那么，这个单体电池的内压就会升高，从而极易导致该单体电池发生热失控，降低整个电池组的安全性。再如，某个单体电池内电解液较少，导致其性能较差，那么整个大容量电池的容量上限及循环次数因该单体电池性能较差而降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种大容量电池用筒体及大容量电池，克服现有电池组因各个单体电池性能具有差异性而导致电池组容量上限及循环次数受限以及安全性能较低的问题。

本发明的技术方案是提供一种大容量电池用筒体，其特殊之处在于：由筒体顶板、筒体底板及两个筒体侧板围合而成；

筒体顶板上对应各单体电池的第一极性端子和第二极性端子开设有供单体电池第一极性端子和第二极性端子伸出的第一通孔；

筒体侧板上设有至少一个共享腔室；上述共享腔室用于与各个单体电池内腔连通。

进一步地，上述共享腔室为设置在筒体侧板上沿筒体长度方向的第一通道，第一通道内腔和各个单体电池内腔贯通。

进一步地，上述一个筒体侧板向远离另一筒体侧板的方向凸起形成第一通道。

进一步地，采用铝挤压工艺成型为一体件。

进一步地，上述共享腔室为一个，作为电解液共享腔室，上述电解液共享腔室用于与各个单体电池内腔电解液区连通。

进一步地，上述共享腔室为一个，作为气体共享腔室，上述气体共享腔室用于与各个单体电池内腔气体区连通。

进一步地，上述共享腔室为一个，作为气液共享腔室，上述气液共享腔室用于与各个单体电池内腔气体区以及电解液区连通。

进一步地，在高度方向上，气液共享腔室的尺寸与筒体侧板尺寸相同。

进一步地，上述共享腔室为两个，分别对称位于两个不同的筒体侧板上，均作为气液共享腔室，上述气液共享腔室用于与各个单体电池内腔气体区以及电解液区连通。

本发明还提供一种大容量电池，其特殊之处在于：包括外壳以及排布在外壳内的多个并联的单体电池；

外壳包括筒体和分别密封固定在筒体相对两个敞口端的第一端板和第二端板，筒体为上述大容量电池用筒体；

各个单体电池壳体侧壁开设贯通其内腔的第二通孔，共享腔室通过第二通孔与各个单体电池内腔连通；

各个单体电池的第一极性端子和第二极性端子伸出的筒体顶板的第一通孔，且第一通孔对应的筒体顶板区域与单体电池壳体固定密封。

进一步地，在共享腔室的两端分别设有泄爆部和注液口。

本发明的有益效果是：

1、本发明大容量电池用筒体，在筒体侧板设有用于与各个单体电池内腔连通的共享腔室，使得各个单体电池内腔环境趋于一致，一定程度上提升了各单体电池之间的一致性，从而一定程度上提升了大容量电池的循环寿命。

2、本发明在筒体侧板一体成型第一通道作为共享腔室，利用该第一通道和位于外壳内的各个单体电池内腔连通。相对于采用在筒体侧壁固定中空管段作为共享腔室的结构，无需额外在中空管段上开设各单体电池内腔连通的通孔，同时减少了通过焊接方式在筒体侧壁安装中空管段的步骤，第一通道通过各个单体电池外壳侧壁上的通孔直接和各个单体电池内腔的贯通，结构及加工较为简单。

3、本发明可采用铝挤压工艺一体成型筒体，并且在成型筒体的同时可在筒体侧板上成型共享腔室，便于加工的同时还具有较低的加工成本。

4、本发明共享腔室可以作为电解液共享腔室，使得各单体电池电解液共享来保障各单体电池的一致性，即，将各单体电池的电解液腔连通，使所有单体电池的电解液处于同一体系下，减少了各单体电池电解液之间的差异。

5、本发明共享腔室可以作为气体共享腔室，实现各个单体电池内部气体连通，达到气体平衡，使所有单体电池的气体处于同一环境下，进一步提升了各单体电池之间的一致性，进而更进一步地提升大容量电池的循环寿命。

6、本发明共享腔室可以作为气液共享腔室，通过限定其沿筒体侧板高度方向的尺寸和安装位置，使得各个单体电池内的气体和电解液可以同时进入，此时，气体分布在共享腔室的上半部分，电解液分布在共享腔室的下半部分；通过一个共享腔室即可实现气液共享，相对于通过两个分别实现气液共享的技术方案，结构较为简单，且使得此类大容量电池具有较小的体积，进而可使由多个该大容量电池组成的储能设备具有较高的能量密度。

7、本发明气液共享腔室，在高度方向的尺寸和筒体侧板高度相同，因此，不会受到单体电池内气液分离层位置的限制，更加容易实现气液共享，容错率较高。

8、本发明在两个筒体侧板上对称设置共享腔室，通过两个共享腔室既可以实现气液共享，又可以作为支撑架，基于两个共享腔室可以将大容量电池固定在电池架上。

9、本发明在共享腔室上设有泄爆部和注液口，当任一单体电池发生热失控时，电解液可以首先从泄爆部排出，避免热失控温度下，由于大量电解液的汽化，引发更大安全问题的出现。同时，通过注液口，还可以通过共享腔室向各个单体电池内腔注入电解液，或者通过注液口来更换各个单体电池内腔的电解液。

附图说明

图1为实施例1大容量电池用筒体结构示意图；

图2为实施例1中一种电解液共享腔室设置在筒体侧板上的结构示意图；

图3为两个筒体侧板上均设有电解液共享腔室的结构示意图；

图4为实施例2大容量电池用筒体结构示意图；

图5为实施例3大容量电池用筒体的侧视图；

图6为同一筒体侧板上设有两个共享腔室的结构示意图；

图7为实施例6大容量电池的结构示意图；

图8为实施例6大容量电池的剖视图；

图9为实施例6中单体电池的结构示意图；

图10为实施例6中极柱转接件的结构示意图；

图11为实施例7大容量电池的结构示意图；

图12为实施例8大容量电池的结构示意图；

图中附图标记为：

1、筒体；11、筒体顶板；111、第一通孔；12、筒体底板；13、筒体侧板；131、共享腔室；2、单体电池；21、单体电池极柱；3、第一端板；4、第二端板；5、第二通孔；6、密封连接件；7、极柱转接件；71、极柱转接件主体；72、电连接柱；73、盲孔；74、应力释放孔；75、导电柱。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“顶、底”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。此外，术语“第一或第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种大容量电池用筒体，由筒体顶板、筒体底板及两个筒体侧板围合而成，用于容纳多个单体电池，各个单体电池内腔包括气体区和电解液区；

筒体顶板上对应各单体电池的第一极性端子和第二极性端子开设有供单体电池第一极性端子和第二极性端子伸出的第一通孔；

在筒体侧板上设有至少一个用于与各个单体电池内腔连通的共享腔室；该共享腔室可以仅仅与单体电池内腔的电解液区连通，也可以仅仅与单体电池内腔的气体区连通，还可采用一个共享腔室将单体电池的电解液区和气体区均连通。

本发明中，单体电池是指市售方壳电池，或者将多个软包电池并联后放入一个壳体内组成的类似方壳电池。

第一极性端子、第二极性端子为单体电池上的正、负极柱，或者是在单体电池的正、负极柱上增设的正、负极柱转接件。

本发明通过共享腔室，使得各单体电池电解液和/或气体共享来保障各单体电池的一致性，使所有单体电池的电解液和/或气体处于同一体系下，减少了各单体电池电解液之间的差异，一定程度上提升了各单体电池之间的一致性，从而一定程度上提升了大容量电池的循环寿命。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

实施例1

如图1所示，本实施例大容量电池用筒体1，由筒体顶板11、筒体底板12及两个筒体侧板13围合而成；

为了便于描述，将筒体1长度方向定义为x方向，将筒体1宽度方向定义为y方向，将筒体1高度方向定义为z方向；

筒体顶板11上对应各单体电池2的第一极性端子和第二极性端子开设有供单体电池2第一极性端子和第二极性端子伸出的第一通孔111；

在其中一个筒体侧板13上设置有共享腔室131，本实施例将该共享腔室131作为电解液共享腔室，用于与筒体1内各个单体电池2内腔的电解液区连通。

电解液共享腔室可以采用以下几种结构形式：

第一种结构、如图2所示，在筒体侧板13外表面固定截面为方形或者圆形的中空管段，该中空管段沿x方向延伸；在管段管壁以及筒体侧板13开设相互贯通通孔；该通孔可以为多个，与筒体1内各个单体电池2一一对应，并与其内腔贯通；该通孔也可以为一个与所有单体电池2内腔均贯通的长条形通孔。

第二种结构、如图1所示，在筒体侧板13设沿x方向延伸的通道，该通道直接与位于筒体1内腔各个单体电池2的内腔贯通；

相对于第一种结构需要单独设置管段，同时需要在筒体侧板13和管段上开设通孔，第二种结构加工、制作较为简单。

可以采用折弯、冲压、压铸或铝挤压工艺，直接在筒体侧板13成型通道，将一个筒体侧板13内表面向远离另一筒体侧板13的方向凸起形成。

需要说明的是，图中所示的通道截面为虽然半圆形，但是本实施例对通道的截面不做限定，如，为了结构的规整性，可以采用截面为矩形的通道。

在其他一些实施例中，如图3所示，也可以在两个筒体侧板13上均设有电解液共享腔室，两个电解液共享腔室相互对称，可以作为支撑架，基于两个电解液共享腔室可以将大容量电池固定在电池架上。

图1中共享腔室131位于yz平面的两端为敞口端，在组成大容量电池后，可通过固定在筒体1敞口端的端板密封；在其他实施例中，共享腔室131位于yz平面的两端也可直接为封端闭，但是相对成型方式较为复杂。

本实施例筒体1可以采用铝挤压工艺一体成型；因筒体1沿x方向延伸，其敞口端位于yz平面，挤压方向沿x方向进行，因此，可以一次挤压成型满足目标长度的筒体1。

需要说明的是：在挤压筒体1时，可同时成型共享腔室131。

实施例2

不同于实施例1的是，本实施例共享腔室131作为气体共享腔室。从图4中可以看出，相对于实施例1，本实施例中共享腔室131在筒体侧板13的位置较高。

在其他一些实施例中，可以在两个筒体侧板13上均设有气体共享腔室，两个气体共享腔室相互对称，可以作为支撑架，基于两个共享腔室131可以将大容量电池固定在电池架上。

实施例3

不同于实施例1的是，本实施例共享腔室131作为气液共享腔室。从图5中可以看出，相对于实施例1，本实施例中共享腔室131在z方向的尺寸较大。

本实施例通过限定气液共享腔室沿筒体侧板13高度方向的尺寸和安装位置，使得各个单体电池2内的气体和电解液可以同时进入，此时，气体分布在共享腔室131的上半部分，电解液分布在共享腔室131的下半部分。为了共享腔室131内，气体和电解液隔离，本实施例还可以在共享腔室131内，增设隔板，将共享腔室131分割为气体腔室和电解液腔室，气体腔室位于电解液腔室的上方。

在其他一些实施例中，如图6所示，可以在筒体侧板13上设置两个共享腔室131，分别作为气体共享腔室和电解液共享腔室；两个共享腔室131可以位于同一筒体侧板13上，也可以位于不同的筒体侧板13上；但是相对于本实施例，其结构较为复杂。

本实施例通过一个共享腔室131即可使得各单体电池2电解液和气体均共享来保障各单体电池2的一致性，即，将各单体电池2的电解液腔连通，使所有单体电池2的电解液处于同一体系下，减少了各单体电池2电解液之间的差异，一定程度上提升了各单体电池2之间的一致性，从而一定程度上提升了大容量电池的循环寿命。同时还通过该中空构件实现各个单体电池2内部气体连通，使所有单体电池2的气体处于同一体系下，可以始终维持各个单体电池2内电解液液面保持一致，进一步提升了各单体电池2之间的一致性，进而更进一步地提升大容量电池的循环寿命。且结构较为简单，使得此类大容量电池具有较小的体积，进而可使由多个该大容量电池组成的储能设备具有较高的能量密度。

实施例4

不同于实施例3的是，在z方向上，本实施例气液共享腔室的尺寸与筒体侧板13的尺寸相等。

相对于实施例3，本实施例气液共享腔室不会受到单体电池2内气液分离层位置的限制，更加容易实现气液共享，容错率较高。

实施例5

不同于实施例4的是，本实施例在两个筒体侧板13上对称设置气液共享腔室，通过两个共享腔室131既可以实现气液共享，又可以作为支撑架，基于两个共享腔室131可以将大容量电池固定在电池架上。

实施例6

如图7和图8所示，本实施例为一种大容量电池，包括外壳以及排布在外壳内的10个并联的单体电池2；其他实施例中单体电池的数量可根据实际需求进行调整。外壳包括筒体1和分别密封固定在筒体1相对两个敞口端的第一端板3和第二端板4，筒体1为实施例1中的大容量电池用筒体1。

本实施例在各个单体电池2壳体侧壁开设贯通其内腔电解液区的第二通孔5；共享腔室131通过第二通孔5与各个单体电池2内腔电解液区连通；见图9；

本实施例还可以在共享腔室131的一端设有注液口，当各个单体电池2内腔和共享腔室131连通后，可以通过该注液口向各个单体电池2内腔和共享腔室131内再次注入电解液，以保证电解液的连续性，后期还可以通过该注液口实现换液。

需要说明的是，在不注液的情况，需要通过堵头对该注液口进行密封。

还可以在共享腔室131的另一端设置泄爆部，当任一单体电池2发生热失控后，电解液可以首先从泄爆部排出，避免热失控温度下，由于大量电解液的汽化，引发更大安全问题的出现。

需要说明的是，本实施例所述的泄爆部包括设置在共享腔室131端部的具有泄爆膜或泄爆阀的泄爆口或防爆口等。

各个单体电池2的第一极性端子和第二极性端子伸出的筒体顶板11的第一通孔111。第一通孔111对应的筒体顶板11区域与单体电池2壳体固定密封。可以将第一通孔111边沿与第一极性端子和第二极性端子周边区域的单体电池2壳体焊接实现密封；

若各个单体电池2沿z方向的尺寸不完全相等，部分z方向尺寸较小的单体电池2的壳体与大容量电池外壳可能存在虚焊甚至无法焊接的问题，而难以保证第一通孔111对应的筒体顶板11区域与单体电池2壳体密封性。

为了克服此类问题，可以在第一通孔111的周边区域设置薄弱部，在焊接过程中，通过薄弱部的变形，补偿各个单体电池2在z方向的尺寸差。本实施例中的薄弱部可以为以第一通孔111中心为中心点，沿第一通孔111周边区域开设的环形凹槽。其他实施例中，薄弱部还可以为开设在第一通孔111周边区域的长条形凹槽。

也可以在第一通孔111和第一极性端子和第二极性端子之间增设密封连接件6，如图8所示，该密封连接件6包括中空构件；该中空构件的底部用于和单体电池2的第一区域密封连接，中空构件的顶部与所述外壳的第二区域密封连接；第一区域为位于所述任一单体电池2的上盖板中任一极柱周边的区域；所述第二区域为位于外壳上任一一个第一通孔111对应的区域。第一通孔111对应的区域为外壳外表面上对应任一一个第一通孔111的周边区域；或者第一通孔111对应的区域为第一通孔111孔壁。其中，极柱周边的区域即为极柱上绝缘密封垫周边的区域。该绝缘密封垫为单体电池2上用于使极柱和上盖板之间绝缘的零件。

本实施例的大容量电池可通过以下过程制备：

步骤一、加工筒体1、第一端板3和第二端板4。

步骤二、分容分选，筛选满足要求的多个单体电池2；在单体电池2壳体侧壁开设第二通孔5后利用密封组件密封；将多个具有密封组件的单体电池2排布在步骤一的筒体1内；密封组件可以采用中国专利CN218525645U、CN218525614U公开的密封组件。各个单体电池2第一极性端子和第二极性端子伸出筒体顶板11上对应的第一通孔111，并焊接第一通孔111对应的筒体顶板11区域与单体电池2壳体极柱周边部位，实现密封；

此处需要注意的是，为了各个单体电池2能够顺利排布在图1所示筒体1内，筒体1沿z方向的最小尺寸需要大于单体电池2沿z方向的尺寸；

如果第一极性端子和第二极性端子为单体电池2正负极柱，则为了确保各个单体电池2的正负极柱能够伸出筒体顶板11的第一通孔111，需要在各个单体电池2底部以及筒体的底部之间增设支撑筋；

可通过以下三种方式将多个具有密封组件的单体电池2排布在步骤一的筒体1内：

1)、选用长条状等高支撑筋；

将多个单体电池2固定为一个整体，从筒体1任意敞口端，推入筒体1内腔；此时，各个单体电池2的底部与筒体1底部接触，各个单体电池2的极柱与相应第一通孔111对应，但没有伸出第一通孔111；之后利用托举工装从底部支撑多个单体电池2，使各个单体电池2的底部脱离筒体1底部，各个单体电池2的极柱伸出相应第一通孔111；之后，沿x方向，插入长条状等高支撑筋，取出托举工装即可。

需要说明的是，在z方向上，长条状等高支撑筋的尺寸需满足：保证在各个单体电池2底部与筒体1底部之间增设支撑筋后，各个单体电池2的极柱伸出对应第一通孔111。同时还需要使得具有密封组件的第二通孔5与共享腔室131对应，确保利用外力或者电解液自身打开密封组件后，第二通孔5与共享腔室131贯通。

2)、选用多个与单体电池2一一对应的多个垫块构成支撑筋；

将多个单体电池2依次从筒体1任意敞口端，推入筒体1内腔，将每个单体电池2推入到位后，需要在其底部与筒体1底部之间插入各个垫块，确保该单体电池2的极柱完全伸出对应第一通孔111，同时还需要使得具有密封组件的第二通孔5与共享腔室131对应，确保利用外力或者电解液自身打开密封组件后，第二通孔5与共享腔室131贯通。大多数情况下此方式下各单体电池2对应的垫块在z方向的尺寸不同。

3)、各个单体电池2倒置推入筒体1内腔；

将筒体1翻转，使筒体顶板11朝下，将多个单体电池2固定为一个整体，从筒体1任意敞口端，推入筒体1内腔；或将多个单体电池2依次从筒体1任意敞口端，推入筒体1内腔；在重力作用下，各个单体电池2的极柱伸出对应第一通孔111，在各个单体电池2底部和筒体1底部之间插入支撑筋；翻转筒体1，使筒体顶板11朝上。同理，支撑筋的高度还需要使得具有密封组件的第二通孔5与共享腔室131对应，确保利用外力或者电解液自身打开密封组件后，第二通孔5与共享腔室131贯通。

如果第一极性端子和第二极性端子为单体电池2的正、负极柱上增设的正、负极柱转接件7，且极柱转接件7采用图10所示的结构时，则无需增设支撑筋。

图10中，极柱转接件7包括极柱转接件主体71以及设置在极柱转接件主体71上的电连接柱72；如图8所示，电连接柱72伸入第一通孔111与位于筒体1内各个单体电池极柱21连接；为了便于电连接柱72与单体电池极柱21的连接，本实施例在极柱转接件主体71上开设盲孔73，可以将盲孔73底部与单体电池极柱21熔焊实现二者连接。

为了消除焊接应力，可以在盲孔73底部开设贯通盲孔73的应力释放孔74。

考虑到，导流截面的不同，空心导体的导电能力弱于实心导体的导电能力，将极柱转接件7与单体电池极柱21连接后，本实施例可以在盲孔73内固定导电柱75，以提高极柱转接件7的导电能力。

步骤三、将第一端板3和第二端板4焊接在筒体1的两个相对的敞口端。

步骤四、利用外力或者电解液自身打开各单体电池上的密封组件，共享腔室131内腔和各个单体电池2内腔的电解液区贯通。

在各个单体电池2内腔和共享腔室131贯通后，各个单体电池2内腔的电解液均通过共享腔室131连通，为了防止出现电解液中断的现象，可以在各个单体电池2内腔和共享腔室131贯通后，向共享腔室131注入电解液来保证电解液的连续性。

步骤五、将所有单体电池2并联。该步骤也可以在步骤二或步骤三中完成。

为了形成了更完整的SEI膜,使大容量电池具有更稳定的循环能力，通过共享腔室131向各个单体电池2内腔注入电解液后，对整个大容量电池进行化成。

实施例7

如图11所示，本实施例采用实施例2中的大容量电池用筒体1；

与实施例6不同的是，本实施例在各个单体电池2壳体侧壁开设贯通其内腔气体区的第二通孔5；共享腔室通过第二通孔5与各个单体电池2内腔气体区连通；

共享腔室的两端也可以分别设有注液口和泄爆口，后期可以通过该注液口向各个单体电池2内腔注入电解液。通过泄爆口实现泄爆排液。

制备过程与实施例6基本相同，不同之处，在步骤四中，利用外力或者电解液自身打开密封组件，共享腔室内腔和各个单体电池2内腔的气体区贯通。

实施例8

本实施例采用实施例3、4、5中的大容量电池用筒体1；如图12所示，图12以采用实施例3中的大容量电池用筒体1为例。

与实施例6不同的是，本实施例在各个单体电池2壳体侧壁开设贯通其内腔的第二通孔5；共享腔室通过第二通孔5与各个单体电池2内腔电解液和气体区连通；

需要说明的是，上述第二通孔5可以为多个，其中部分作为出气孔，部分作为出液孔；其中出气孔与单体电池2的气体区贯通，出液孔和单体电池2的电解液区贯通；上述第二通孔5也可以为一个沿z方向的长条形或腰型通孔，该第二通孔5沿z方向的尺寸需满足：单体电池2气体区的气体以及电解液区的电解液可以同时通过第二通孔5。

共享腔室的两端也可以分别设有注液口和泄爆口，后期可以通过该注液口实现注换液。通过泄爆口实现泄爆排液。

制备过程与实施例6基本相同，不同之处，在步骤四中，利用外力或者电解液自身打开密封组件，共享腔室内腔和各个单体电池2内腔的电解液区和气体区均贯通。