專利名稱：具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池，尤其是鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
動(dòng)力電池一般指具有較高的容量和一定的輸出功率密度的電池，可用作電動(dòng)車輛等運(yùn)輸工具的驅(qū)動(dòng)電源和混合動(dòng)力電源類電池使用。部分動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)，通常也能應(yīng)用做為蓄能電池，包括電網(wǎng)的調(diào)峰蓄能電池裝置。另外也可用作通訊站的備用電源等。近年來(lái)，鋰離子二次電池展現(xiàn)了做為未來(lái)的動(dòng)力電池的美好前景。但是由于鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)及原理，鋰離子二次電池在使用過(guò)程中常因內(nèi)阻產(chǎn)生較大熱量，特別是在大電流放電時(shí)，產(chǎn)生的熱量更大，因此如果不能從根本上解決鋰離子二次電池的熱管理問(wèn)題，將存在安全隱患，并影響電池的使用壽命，直接影響其推廣應(yīng)用。在鋰離子二次電池?zé)峁芾碇?，讓鋰離子二次電池快速降溫以及保證電池溫度的均一性是主要目標(biāo)。如今，圓柱型鋰離子二次電池的制備已經(jīng)擁有比較成熟的工藝和標(biāo)準(zhǔn)，但是將圓柱型鋰離子二次電池做為動(dòng)力電池組使用時(shí)，因?yàn)閳A柱形電池的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得電池冷卻是一個(gè)比較難以解決的問(wèn)題，尤其是液冷方式很難在實(shí)踐中很好的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)里，圓柱型鋰離子二次電池普遍使用氣體在電池外部進(jìn)行冷卻的方法效率低、冷卻效果不好。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，它包括一種傳熱面積大、傳導(dǎo)速度快的內(nèi)置式液冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明所提供的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池包括電極、電解液，其特征在于，還包括1)、電芯倉(cāng)，采用類管殼式結(jié)構(gòu)，包括電芯倉(cāng)殼體、兩個(gè)管板以及兩個(gè)管板之間的電池卷芯容納管，連接在電芯倉(cāng)殼體上的冷卻劑接管，以及置于所述卷芯容納管內(nèi)的電池卷芯；禾口2)、以下a、b、c三種結(jié)構(gòu)中的其中一種a、電池外殼，且電池外殼上有電極孔和冷卻劑接管孔，電極從電極孔中穿過(guò)，冷卻劑接管從冷卻劑接管孔穿過(guò)，電芯倉(cāng)置于電池外殼中，或者b、電池卷芯容納管箱，且電池卷芯容納管箱上有電極孔，電極從電極孔中穿過(guò)，電芯倉(cāng)與電池卷芯容納管箱密封連接，或者C、電池卷芯容納管封口板，電池卷芯容納管封口板上有電極孔，電極從電極孔中穿過(guò)，電芯倉(cāng)與電池卷芯容納管封口板密封連接。上述電芯倉(cāng)采用類管殼式結(jié)構(gòu)。目前常見(jiàn)的采用管殼式結(jié)構(gòu)的裝置包括比如附圖 1所示的管殼式換熱器。管殼式換熱器100 (shell and tube heat exchanger)又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面做為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料(主要是金屬材料)制造，能在高溫、高壓下使用。其結(jié)構(gòu)由殼體101、傳熱管束102、管板103、折流板(擋板)104、接管106和管箱105等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體， 一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體110 ；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體111，殼程流體從接管106流入或者流出；管程流體和殼程流體在完全不相通的兩個(gè)封閉空間內(nèi)各自流動(dòng)，不會(huì)互相滲透。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。目前尚未發(fā)現(xiàn)類似管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于任何電池及其相關(guān)領(lǐng)域中。在本發(fā)明的其中一種實(shí)施方式中，整個(gè)電池的結(jié)構(gòu)類似于管殼式換熱器，其中電芯倉(cāng)殼體似于管殼式換熱器的殼體，電池卷芯容納管似于管殼式換熱器的傳熱管束，冷卻劑接管3似于管殼式換熱器的接管，電池卷芯容納管箱似于管殼式換熱器的管箱。在本發(fā)明中的電池中，雖然采用了類管殼式的結(jié)構(gòu)，但是，在電池卷芯容納管內(nèi)放置了卷繞電芯， 實(shí)際上發(fā)生的是卷繞電芯和冷卻劑之間的熱交換。另外，在管程內(nèi)的電解液也是封閉不流動(dòng)的。上述電池的電芯倉(cāng)殼體和電池卷芯容納管箱都優(yōu)選使用方形體，以便于電池的組裝和放置。電芯倉(cāng)殼體材料優(yōu)選使用傳熱性好的材料制造，例如銅、不銹鋼、鋁等金屬材料， 特別優(yōu)選質(zhì)量輕、傳熱好的鋁合金材料。電池卷芯容納管箱可以使用金屬或者非金屬材料制造，優(yōu)選使用不導(dǎo)電而且在電解液中穩(wěn)定的高分子有機(jī)材料，如ΡΕ、PP、ABS、PVC、PS等。電池卷芯優(yōu)選使用圓柱形電池卷芯，相應(yīng)地，電池卷芯容納管優(yōu)選使用圓管。電芯倉(cāng)與電池卷芯容納管箱在密封連接以后，電解液存在于電池卷芯容納管以及電池卷芯容納管箱中。電池卷芯容納管箱上設(shè)置電極孔，使電池的電極與電池內(nèi)部的卷芯極耳連接，從而將電流從電池內(nèi)部導(dǎo)出。當(dāng)電池中置入的卷繞電芯超過(guò)兩個(gè)或者更多，還可以根據(jù)需要選擇增設(shè)電流集流體將卷繞電芯并聯(lián)起來(lái)，然后將集流體再與電極相連。值得注意的是如果電芯倉(cāng)或者電池卷芯容納管箱使用金屬材料制備而成，集流體、電極都要避免與電芯倉(cāng)、電池卷芯容納管箱直接接觸而不致短路。在本發(fā)明中，優(yōu)選電芯倉(cāng)使用金屬材料制備，同時(shí)電池卷芯容納管箱使用不導(dǎo)電高分子有機(jī)材料，在集流體上與電芯倉(cāng)靠近的一側(cè)增設(shè)一層不導(dǎo)電層，比如不導(dǎo)電的高分子有機(jī)材料。由于電極從電極孔中穿出，為了保證電池外殼內(nèi)的密封性，電極和電極孔之間可以使用膠封、放置密封圈等常見(jiàn)方法來(lái)進(jìn)行密封。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，上述的電池卷芯容納管箱被電池卷芯容納管封口板所取代。所述的電池卷芯容納管封口板從本質(zhì)上只是電池卷芯容納管箱的特殊變形是一個(gè)設(shè)置有電極孔的擋板，其功能和電池卷芯容納管箱是一致的。在本發(fā)明的第三種實(shí)施方式中，電芯倉(cāng)與管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)區(qū)別較大。在這種實(shí)施方式中，使用了電池外殼而不是電池卷芯容納管箱，所述電芯倉(cāng)置于電池外殼中。上述的電芯倉(cāng)殼體和電池外殼也優(yōu)選使用方形體，以便于電池的組裝和放置。電芯倉(cāng)殼體材料優(yōu)選使用傳熱性好的材料制造，例如銅、不銹鋼、鋁等金屬材料，特別優(yōu)選鋁合金材料。電池外殼可以使用金屬或者非金屬材料，優(yōu)選使用不導(dǎo)電而且在電解液中穩(wěn)定的高分子有機(jī)材料，如ΡΕ、PP、ABS、PVC、PS等。電池卷芯優(yōu)選使用圓柱形電池卷芯，相應(yīng)地，電池卷芯容納管優(yōu)選使用圓管。電芯倉(cāng)置于電池外殼中時(shí)，電解液存在于卷芯容納管內(nèi)以及電池外殼與電芯倉(cāng)之間的空隙中。電池外殼設(shè)置電極孔使電池的外電極能與電池內(nèi)部的卷芯極耳連接，從而將電流從電池內(nèi)部導(dǎo)出。當(dāng)電池中置入的卷繞電芯超過(guò)兩個(gè)或者更多，還可以根據(jù)需要選擇增設(shè)電流集流體將卷繞電芯并聯(lián)起來(lái)，然后將集流體再與電極相連。值得注意的是如果電芯倉(cāng)或者電池外殼使用金屬材料制備而成，集流體和電極都要避免和電芯倉(cāng)和外殼直接接觸而不致短路。在本發(fā)明中，優(yōu)選電芯倉(cāng)使用金屬材料制備，電池外殼使用不導(dǎo)電高分子有機(jī)材料，在集流體上與電芯倉(cāng)靠近的一側(cè)增設(shè)一層不導(dǎo)電層，比如不導(dǎo)電的高分子有機(jī)材料。電池外殼的冷卻劑接管孔設(shè)置使得冷卻劑接管將冷卻劑導(dǎo)出或者導(dǎo)入電池倉(cāng)殼體，從而達(dá)到給電池進(jìn)行充分的冷卻。優(yōu)選的冷卻劑包括氣體或者液體，其中，氣體冷卻劑可以是冷空氣，液體冷卻劑可以是各種常用的液體冷卻劑。冷卻劑接管可外接冷卻劑輸送總管，總管和冷卻劑泵連接。由于電極和冷卻劑接管分別從電極孔和冷卻劑接管孔中穿出，為了保證電池外殼內(nèi)的密封性，電極和電極孔之間、冷卻劑接管和冷卻劑接管孔之間可以使用膠封、放置密封圈等常見(jiàn)方法來(lái)進(jìn)行密封。本發(fā)明的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，巧妙的將大化工生產(chǎn)中常用的管殼式換熱器設(shè)計(jì)理念的精髓引入到電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并做出與電池相適應(yīng)的創(chuàng)造性的改進(jìn)設(shè)計(jì)。 由于在電芯倉(cāng)的殼程內(nèi)使用循環(huán)氣體或者液體冷卻劑，從而能對(duì)電池卷芯容納管內(nèi)的電芯有非常好的制冷效果。這解決了長(zhǎng)期以來(lái)圓柱形動(dòng)力電池液冷式冷卻設(shè)計(jì)困難的技術(shù)難題。其次，本發(fā)明提供的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池可由多個(gè)卷繞電芯組成，因此單體電池電容量大，有效的提高了電池的體積能量密度。再次，本發(fā)明提供的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，卷芯極耳與集流體之間的電連接可以采用常規(guī)的焊接技術(shù)，而避免采用目前單卷繞電芯電池所使用的點(diǎn)焊技術(shù)，這種點(diǎn)焊技術(shù)使得單卷繞電芯的極耳和電極之間的連接面小、電阻大而且很難保證百分之百的成功率。因此，本發(fā)明提供的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池結(jié)構(gòu)能夠支持電芯大倍率放電， 特別適合做高功率電池使用，非常適用于動(dòng)力電源領(lǐng)域，比如電動(dòng)汽車等。


圖1是一種管殼式換熱器的示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中的電芯倉(cāng)示意圖。圖3圖2所示電芯倉(cāng)的剖面圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中裝有卷繞電芯的電芯倉(cāng)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中裝有卷繞電芯和集流體的電芯倉(cāng)示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例1中使用的集流體局部放大圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中使用的電池外殼示意圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例1中電池整體示意圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例2中的電池分解圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例2中的電池整體示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照上述附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1如附圖2至附圖8所示，電池的結(jié)構(gòu)也類似于管殼式結(jié)構(gòu)，它包括電極、電解液，還包括電芯倉(cāng)20和電池外殼30。如附圖2、3所示，其中電芯倉(cāng)20采用類管殼式結(jié)構(gòu)，包括電芯倉(cāng)殼體201、兩個(gè)管板207以及兩個(gè)管板之間的電池卷芯容納管202，連接在電芯倉(cāng)殼體上的冷卻劑接管 203。電芯倉(cāng)殼體類似于管殼式換熱器的殼體，電池卷芯容納管類似于管殼式換熱器的傳熱管束，冷卻劑接管類似于管殼式換熱器的接管。當(dāng)卷芯容納管內(nèi)放置圓柱形電池卷芯208時(shí)，如附圖4所示。如附圖5所示，在本實(shí)施例中，還使用了集流體209將電芯連接在一起。如附圖6 所示，在集流體209與電芯倉(cāng)靠近的一側(cè)墊了一層PP塑料層212，防止集流體209和電芯倉(cāng)20接觸。此外，集流體上還焊接有電極206。如附圖7所示，電池外殼30由主體和蓋子兩部分組成，電池外殼30上還有電極孔 216和冷卻劑接管孔213。如附圖8所示，當(dāng)電芯倉(cāng)20置于電池外殼30中，冷卻劑接管203從所述冷卻劑接管孔213穿過(guò)。電極206從電極孔216中穿過(guò)。為了保證電池外殼內(nèi)的密封性，電極和電極孔之間可以使用膠封、放置密封圈等常見(jiàn)方法來(lái)進(jìn)行密封。在本實(shí)施例中，電芯倉(cāng)使用鋁合金材料通過(guò)常規(guī)的鑄造、焊接技術(shù)制造而成；電池外殼使用PP塑料一次成型。實(shí)施例2如附圖9、10所示，電池的結(jié)構(gòu)十分類似于管殼式換熱器，它包括電極、電解液，還包括電芯倉(cāng)20和兩個(gè)電池卷芯容納管箱40。其中電芯倉(cāng)采用與實(shí)施例1基本相同的結(jié)構(gòu)，包括電芯倉(cāng)殼體、兩個(gè)管板以及兩個(gè)管板之間的電池卷芯容納管、連接在電芯倉(cāng)殼體上的冷卻劑接管。電芯倉(cāng)使用鋁合金材料通過(guò)常規(guī)的鑄造、焊接技術(shù)制造而成。如附圖9、10所示，在電芯倉(cāng)兩個(gè)管板的一側(cè)都密封連接了電池卷芯容納管箱40， 且電池卷芯容納管箱40使用PP塑料一次成型。電池卷芯容納管箱40上還設(shè)置有一個(gè)電極孔401。為了保證電池外殼內(nèi)的密封性，電極和電極孔之間可以使用膠封、放置密封圈等常見(jiàn)方法來(lái)進(jìn)行密封。電芯倉(cāng)和電池卷芯容納管箱之間的連接也可以使用密封圈、膠封等方法增加密封性。
值得注意的是，任何對(duì)本發(fā)明中所要求保護(hù)的方案中所涉及的元器件和方案的明顯的置換和變換，比如電芯倉(cāng)、電池卷芯容納管箱或者電池外殼的材料、形狀、尺寸的變換， 或者是在電芯倉(cāng)、電池卷芯容納管箱上增設(shè)其它設(shè)備，或者制備本發(fā)明所要求保護(hù)的物件的方法，都應(yīng)該視同已經(jīng)被本發(fā)明所披露或者已經(jīng)包括在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，包括電極、電解液，其特征在于，還包括1)、電芯倉(cāng)，采用類管殼式結(jié)構(gòu)，包括電芯倉(cāng)殼體、兩個(gè)管板以及兩個(gè)管板之間的電池卷芯容納管，連接在電芯倉(cāng)殼體上的冷卻劑接管，以及置于所述卷芯容納管內(nèi)的電池卷芯； 和2)、以下a、b、c三種結(jié)構(gòu)中的其中一種a、電池外殼，且電池外殼上有電極孔和冷卻劑接管孔，電極從電極孔中穿過(guò)，冷卻劑接管從冷卻劑接管孔穿過(guò)，1)中所述電芯倉(cāng)置于電池外殼中，或者b、電池卷芯容納管箱，且電池卷芯容納管箱上有電極孔，電極從電極孔中穿過(guò)，1)中所述的電芯倉(cāng)與電池卷芯容納管箱密封連接，或者C、電池卷芯容納管封口板，電池卷芯容納管封口板上有電極孔，電極從電極孔中穿過(guò)， 1)中所述的電芯倉(cāng)與電池卷芯容納管封口板密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，其特征在于，電池卷芯使用圓柱形電池卷芯，電池卷芯容納管為圓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，其特征在于，所述的電芯倉(cāng)殼體材料使用金屬材料制造，電池卷芯容納管箱使用在電解液中穩(wěn)定的高分子有機(jī)材料制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，其特征在于，還設(shè)置了電流集流體將卷繞電芯并聯(lián)起來(lái)，集流體與電極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，其特征在于，在集流體上與電芯倉(cāng)靠近的一側(cè)設(shè)有一層不導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，包括電極、電解液，還包括1)電芯倉(cāng)，采用類管殼式結(jié)構(gòu)，包括電芯倉(cāng)殼體、兩個(gè)管板以及兩個(gè)管板之間的電池卷芯容納管，連接在電芯倉(cāng)殼體上的冷卻劑接管，以及置于所述卷芯容納管內(nèi)的電池卷芯；2)電池外殼，且電池外殼上有電極孔和冷卻劑接管孔，電極從電極孔中穿過(guò)，冷卻劑接管從冷卻劑接管孔穿過(guò)，電芯倉(cāng)置于電池外殼中。本發(fā)明的具有內(nèi)置液冷結(jié)構(gòu)的組合電池，能對(duì)電池卷芯容納管內(nèi)的電芯有非常好的制冷效果。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102237548SQ20101016513
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者吳海斌, 杰夫·徐 申請(qǐng)人:微宏動(dòng)力系統(tǒng)(湖州)有限公司