基于侧面散热的软包电芯模组及电池包的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种基于侧面散热的软包电芯模组及电池包。


背景技术：

2.侧面散热是软包电芯模组的其中一种风冷散热形式。目前侧面散热大多采用以下设计：软包电芯的散热面(电芯沿自身厚度方向的两个侧面)贴设有散热板，多块散热板与一块较大的基板连接。电芯的热量先传递至散热板，然后再传递至基板，基板位于散热风道中，气流吹过基板后，气流带走基板的热量。然而，这种设计方式中，电芯的热量需要经过两次传递才能达到基板，然后再散失至空气中，散热效率低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于侧面散热的软包电芯模组，气流直接与贴设于电芯侧面的散热板以进行对流换热，散热效率高。
4.本发明还提出一种具有上述基于侧面散热的软包电芯模组的电池包。
5.根据本发明的第一方面实施例的基于侧面散热的软包电芯模组，包括：外壳，所述外壳的内部具有安装腔，所述外壳开设有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口均与所述安装腔连通；电芯单元，设置有若干个，所述电芯单元设置于所述安装腔中，所述电芯单元具有散热面；散热板，设置于所述安装腔中，所述散热板贴附于所述散热面，所述散热板具有散热通道，所述进风口和所述出风口均与所述散热通道连通；风机，与所述外壳连接，所述风机用于产生气流，且所述气流依次通过所述进风口、所述散热通道以及所述出风口。
6.根据本发明实施例的基于侧面散热的软包电芯模组，至少具有如下有益效果：模组运行过程中，电芯单元产生的热量会从散热面传递至散热板。气流通过散热通道时，在散热通道内，气流与散热板对流换热从而吸收散热板的部分热量。吸收了热量的气体最终流出外壳，电芯单元产生的热量因此散失。由于空气直接流过散热通道并与散热板对流换热，电芯单元散热过程中热量的中间传递过程少，散热效率高。
7.根据本发明的一些实施例，所述外壳包括：所述电芯单元和所述散热板均设置有多个，每两个相邻的所述散热板之间设置有一个所述电芯单元，且每一所述电芯单元具有两个相互背对的所述散热面，同一个所述电芯单元的两个所述散热面分别与两个不同的所述散热板贴合。
8.根据本发明的一些实施例，所述散热板具有多个所述散热通道，多个所述散热通道沿所述电芯单元的长度方向间隔分布，所述散热通道沿所述电芯单元的宽度方向延伸。
9.根据本发明的一些实施例，所述外壳包括：顶板；底板，所述顶板和底板分别位于所述电芯单元的宽度方向的两侧；第一侧板，设置有两个，两个所述第一侧板分别位于所述
电芯单元的厚度方向的两侧，所述第一侧板的顶端与所述顶板连接，所述第一侧板的底端与所述底板连接，至少一个所述第一侧板开设有所述出风口；第二侧板，设置有两个，两个所述第二侧板分别位于所述电芯单元的长度方向的两侧，所述第二侧板的顶端与所述顶板连接，所述第二侧板的底端与所述底板连接，所述第二侧板沿自身长度方向的两端分别与不同的所述第一侧板连接，至少一个所述第二侧板开设有所述进风口；所述顶板、所述底板、所述第一侧板和所述第二侧板共同围设形成所述安装腔。
10.根据本发明的一些实施例，所述外壳还包括分隔板，所述分隔板位于所述顶板和所述底板之间，所述分隔板将所述安装腔上下分隔以形成上安装层和下安装层，所述上安装层中设置有多个所述电芯单元和多个所述散热板，所述下安装层中亦设置有多个所述电芯单元和多个所述散热板。
11.根据本发明的一些实施例，位于所述上安装层的所述散热板为上层散热板，位于所述下安装层的所述散热板为下层散热板；所述上层散热板的顶端与所述顶板间隔设置以限定出第一分流风道，所述上层散热板的底端与所述分隔板间隔设置以限定出第一汇流风道，所述下层散热板的底端与所述底板间隔设置以限定出第二分流风道，所述下层散热板的顶端与所述分隔板间隔设置以限定出第二汇流风道；所述进风口设置于所述第二侧板的顶端和底端，所述出风口设置于所述第一侧板的中部，位于所述第二侧板的顶端的进风口与所述第一分流风道连通，位于所述第二侧板的底端的进风口与所述第二分流风道连通，所述第一汇流风道和所述第二汇流风道均与所述出风口连通。
12.根据本发明的一些实施例，所述外壳还包括第一挡风件和第二挡风件，所述第一挡风件和所述第二挡风件均沿所述电芯单元的排列方向延伸，所述第一挡风件与所述顶板的内壁的中部连接，所述第二挡风件与所述底板的内壁的中部连接，所述第一挡风件凸出至所述第一分流风道中，所述第二挡风件凸出至所述第二分流风道中。
13.根据本发明的一些实施例，所述散热板的顶端与所述顶板间隔设置以限定出分流风道，所述散热板的底端与所述底板间隔设置以限定出汇流风道，所述进风口开设于所述第二侧板的顶端，所述出风口开设于所述第一侧板的底端，所述分流风道与所述进风口连通，所述汇流风道与所述出风口连通。
14.根据本发明的一些实施例，所述散热板的顶端与所述顶板间隔设置以限定出汇流风道，所述散热板的底端与所述底板间隔设置以限定出分流风道，所述进风口开设于所述第二侧板的底端，所述出风口开设于所述第一侧板的顶端，所述分流风道与所述进风口连通，所述汇流风道与所述出风口连通。
15.根据本发明的第二方面实施例的电池包，包括如上所述的基于侧面散热的软包电芯模组。
16.根据本发明实施例的电池包，至少具有如下有益效果：散热效率高，使用安全性高。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
19.图1为本发明的电芯单元的示意图；
20.图2为图1中的电芯单元与散热板的连接关系示意图；
21.图3为本发明一些实施例中模组的立体示意图；
22.图4为图3中的模组的俯视图；
23.图5为图3中的模组的右视图；
24.图6为图3中的模组的气流方向示意图(右视角度)；
25.图7为水平进风形式的模组的气流方向示意图(前视角度)；
26.图8为倾斜进风形式的模组的气流方向示意图(前视角度)；
27.图9为一些实施例中单层式模组的结构示意图；
28.图10为另一些实施例中单层式模组的结构示意图。
29.附图标记：101
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电芯，102
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极耳，103
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主体，104
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电芯单元，105
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散热面，201
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散热板，202
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散热通道，301
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外壳，302
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出风口，303
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进风口，304
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进风孔，401
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风机，402
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安装腔，501
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顶板，502
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第一侧板，503
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底板，504
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第二侧板，505
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封堵件，601
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第一分流风道，602
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第一汇流风道，603
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分隔板，604
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第二汇流风道，605
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第二分流风道，606
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上层散热板，607
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下层散热板，701
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第一挡风件，702
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第二挡风件，901
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分流风道，902
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汇流风道。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
32.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
33.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
34.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
35.本发明提供了一种基于侧面散热的软包电芯模组(以下简称模组)，该模组采用风冷散热，且采用的是侧面散热的形式。下文中提及的用于实现风冷散热的气体可以是空气，也可以是其他用于吸收热量的气体，为方便描述，下文均以空气为例。由于本发明是基于软
包电芯模组的方案，因此，如无特别说明，下文提到的电芯101均指代软包电芯。参照图1，本发明中，电芯101包括主体103和两个极耳102，两个极耳102分别连接于主体103的两端。由于本发明是基于侧面散热的方案，极耳102相对于主体103的位置实际上并不会影响方案的可行性。在另一些实施例中，两个极耳102位于主体103的同一端，这种形式的电芯101亦可以适用于本发明中的模组结构。
36.参照图3和图4，模组包括外壳301、电芯单元104、散热板201及风机401。外壳301的内部具有安装腔402，外壳301具有进风口303和出风口302，进风口303和出风口302均与安装腔402连通，进风口303供气体进入安装腔402，出风口302供气体从安装腔402中离开。电芯单元104安装于安装腔402中，电芯单元104具有散热面105，散热面105位于电芯单元104沿自身厚度方向的两端(可对应图1中的前/后方向)。散热板201位于安装腔中，且散热板201与散热面105相互贴合，散热板201具有散热通道202。风机401与外壳301连接，风机401用于产生气流，该气流会依次通过进风口303、散热通道202以及出风口302。风机401可以是从安装腔402中抽出空气，也可以是向安装腔402中鼓入空气。图4中示出的为从安装腔402中抽出空气的设置方式，这种方式适合在出风口302较小而进风口303较大的情况下使用，这样可以减小风机401的尺寸。
37.此处先对电芯单元104进行解释。参照图1，图1示出的是每个电芯单元104均包括两个电芯101的情况，且每一电芯单元104中，两个电芯101相互贴合，以减少电芯101之间的间隙，这样能够减小整个模组的体积。在另一些实施例中，每一电芯单元104可以仅包括一个电芯101，这样不会出现同一个电芯单元104内的多个电芯101之间的热量相互传递的情况，电芯101的热量大部分通过散热板201传出，有利于提高散热效率。又或者，在另一些实施例中，一个电芯单元104中的电芯101数量可以大于两个，在电芯101总数不变和电芯单元104之间所需要的间距不变的情况下，这样可以减小模组的体积。但一个电芯单元104中的电芯101数量不宜过多，否则电芯单元104自身容易出现热级联现象(某一电芯101的热量加热与之相邻的电芯101)，导致模组局部散热不佳，温度过高。散热面105实际上为电芯101的表面的一部分，电芯101的主体103沿自身厚度方向(可对应图1中的前/后方向)的两个面均可作为散热面105。此外，散热板201和与电芯101之间可以涂抹导热硅脂，以提高传热能力。
38.模组运行过程中，电芯单元104产生的热量会从散热面105传递至散热板201。气流通过散热通道202时，在散热通道202内，空气与散热板201对流换热从而吸收散热板201的部分热量。吸收了热量的空气最终流出外壳301，电芯单元104产生的热量因此散失。由于空气直接流过散热通道202并与散热板201对流换热，电芯101散热过程中热量的中间传递过程少，散热效率高。
39.参照图2或图4，在一些实施例中，电芯单元104和散热板201均设置有多个，每两个相邻的散热板201之间设置有一个电芯单元104，每一电芯单元104具有两个相互背对的散热面105，同一个电芯单元104的两个散热面105分别与两个不同的散热板201连接。这种设置方式，在每一电芯单元104的两侧各设置一个散热板201，有利于增强对电芯单元104的散热能力。
40.本发明中，电芯单元104的方向与单个电芯101的方向相对应。具体来说，电芯单元104的长度方向与电芯101的长度方向相同(对应图4中的左/右方向)，电芯单元104的宽度方向与电芯101的宽度方向相同(对应图5中的上/下方向)，电芯单元104的厚度方向与电芯
101的厚度方向相同(对应图4和图5中的前/后方向)。
41.散热板201具有多个散热通道202，多个散热通道202沿电芯单元104的长度方向间隔分布，所述散热通道202沿电芯单元104的宽度方向延伸。由于空气是与散热通道202的壁面接触以进行换热，上述散热通道202的设置方式可以增加换热接触面积以增加换热能力，并可以减少单个散热通道202的长度，以免空气在散热通道202中流动阻力过大而导致换热能力不佳。
42.参照图5，外壳301包括顶板501、底板503、第一侧板502和第二侧板504，其中，第一侧板502和第二侧板504均设置有两个。两个第一侧板502间隔设置，第一侧板502的顶端与顶板501连接，第一侧板502的底端与底板503连接。与之类似，两个第二侧板504间隔设置，第二侧板504的顶端与顶板501连接，第二侧板504的底端与底板503连接。第二侧板504沿自身的长度方向的两端分别与两个不同的第一侧板502连接。顶板501、底板503、第一侧板502和第二侧板504共同围设形成安装腔402，电芯单元104和散热板201均设置在安装腔402中。这种结构的外壳301，大致呈立方体状，形状结构简单，生产成本低。
43.参照图5，基于散热通道202沿电芯单元104的宽度方向延伸的情况，在一些实施例中，第一侧板502位于电芯单元104厚度方向的两侧，第二侧板504位于电芯单元104的长度方向的两侧，至少一个第一侧板502开设有出风口302，至少一个第二侧板504开设有进风口303。在这种设置方式下，空气的流动路径较为简单，流动阻力相对较低。图3至图5示出的模组，每一第二侧板504均开设有进风口303，仅其中一个第一侧板502开设有出风口302。在这种设置方式下，由于是从外壳的两侧进风，每一散热通道202所分配到的风量差异较小；而仅设置一个出风口302，则可以减少所需要设置的抽风式的风机401的数量，节约成本。在另一些实施例中，若为了提高出风风量，也可以在每一第一侧板502各开设一个出风口302；或者，在单个散热板201中的散热通道202数量较少时，也可以仅在其中一个第二侧板504上开设进风口303。
44.而出风口302和进风口303分别设置在不同的侧板上，主要是出于以下方面的考虑。其一，若进风口303或出风口302设置在顶板501上，灰尘或其他异物容易掉进外壳301中，从而影响模组的使用安全性。其二，模组通常需要放置在支架上，多个模组之间也经常需要堆叠设置，若底板503或顶板501开设了进风口303，那么进风口303会被遮挡，进风效果差，从而影响模组散热效果；同理，若底板503或顶板501开设了出风口302，则排风效果差，导致模组散热效果差。其三，进风口303和出风口302设置在两个不同的板件上，有利于减少出风和进风的相互干涉。其四，当电芯单元104数量较多时，若进风口303位于第一侧板502上，则远离进风口303的电芯单元104所能获得的风量较小，散热效果差，模组内部温度不均。因此，出风口302和进风口303分别设置在不同的侧板上有利于提高模组的安全性，有利于避免出风口302和进风口303被遮挡，有利于减少出风和进风之间的相互干涉，以及有利于减少模组的温度不均匀性。
45.参照图3，进风口303包括多个进风孔304，多个进风孔304沿电芯单元104的排列方向间隔分布，这样可以让空气从多个位置吹入安装腔，以同时接触到多个电芯单元104或多个散热板201，减少电芯单元104之间温度不均的情况，即减少局部散热不佳的情况。参照图5，在进风口303包括多个进风孔304的情况下，模组还可以包括若干封堵件505，封堵件505与外壳301可拆卸连接，且封堵件505用于封闭进风孔304，例如对靠近出风口302的阻尼较
小的进风孔304进行封堵，以便调节模组的前后温差(沿电芯单元104排列方向上的温差)。
46.封堵件505可以设置为泡棉，一个封堵件505填充于一个进风孔304中，从而阻碍空气从进风孔304进入安装腔402中。在另一些实施例中，封堵件505也可以设置为长条形的挡板，挡板与外壳301连接，一个挡板遮挡多个进风孔304。但需要说明的是，进风口303不能被完全被封堵，即需要有部分进风孔304处于未被封堵的状态。
47.参照图9，在一些实施例中，模组中的电芯单元104均位于同一层。散热板201的顶端与顶板501间隔设置以限定出分流风道901，散热板201的底端与底板503间隔设置以限定出汇流风道902，进风口303开设于第二侧板504的顶端，出风口302开设于第一侧板502的底端，分流风道901与进风口303连通，出风口302与汇流风道902连通。
48.或者，参照图10，散热板201的顶端与顶板501间隔设置以限定出汇流风道902，散热板201的底端与底板503间隔设置以限定出分流风道901，进风口303开设于第二侧板504的底端，出风口302开设于第一侧板502的顶端，分流风道901与进风口303连通，出风口302与汇流风道902连通。
49.上述两种设置方式，电芯单元104均位于同一层。空气从出风口302进入后，在分流风道901中主要沿散热通道202的排列方向流动(可对应图4中的左/右方向)。随后空气从分流风道901进入散热通道202，空气穿过散热通道202后，进入汇流风道902。在汇流风道902中，空气主要沿电芯单元104的排列方向流动(对应图9或图10中的前/后方向)。空气最终从出风口302流出。这一流路设计，每一散热板201所分配到的风量差异小，同一散热板201中不同散热通道202所分配到的风量差异较小，这有利于提高模组的散热效果一致性和均温性，减少出现局部高温的风险。而上述两种方式中，主要区别为进风口303和出风口302之间的上下相对位置。在为了避免进风口303和出风口302被遮挡的情况下，可以根据模组所处的环境或使用状态，选择其中一种方式。
50.在另一些实施例中，模组的电芯单元104分布在不同层，这种模组能够储存的电量较多。参照图6，外壳301还包括分隔板603，分隔板603位于顶板501和底板503之间，分隔板603将所述安装腔402上下分隔以形成上安装层和下安装层。分隔板603与顶板501之间的为上安装层，分隔板603与底板503之间的为下安装层。上安装层中容置有多个电芯单元104和多个散热板201，下安装层中亦容置有多个电芯单元104和多个散热板201。
51.对于两层式的模组(电芯单元104分布在上下两层)，为了方便描述，位于上安装层的散热板201为上层散热板606，位于下安装层的散热板201为下层散热板607。上层散热板606的顶端与顶板501间隔设置以限定出第一分流风道601，上层散热板606的底端与分隔板603间隔设置以限定出第一汇流风道602。下层散热板607的底端与底板503间隔设置以限定出第二分流风道605，下层散热板607的顶端与分隔板603间隔设置以限定出第二汇流风道604。第二侧板504的顶端和底端均开设有进风口303，第一侧板502的中部开设有出风口302。位于第二侧板504的顶端的进风口303与第一分流风道601连通，位于第二侧板504的底端的进风口303与第二分流风道605连通，第一汇流风道602和第二汇流风道604均与出风口302连通。在上安装层中的风道中流动的空气，与在下安装层中的风道中流动的空气不相互干扰，上安装层和下安装层的散热效果不易相互影响。同时，第一汇流风道602和第二汇流风道604共用一个出风口302进行排风，对模组内部空间的利用率较高。
52.参照图7和图8，外壳301还包括第一挡风件701和第二挡风件702，第一挡风件701
和第二挡风件702均沿电芯单元104的排列方向延伸(沿前/后方向延伸)；第一挡风件701和第二挡风件702均可以设置为长条形的部件。第一挡风件701与顶板501的内壁的中部连接，第二挡风件702与底板503的内壁的中部连接，第一挡风件701凸出至第一分流风道601中，第二挡风件702凸出至第二分流风道605中。第一挡风件701对从不同侧进入第一分流风道601的空气起隔挡作用，以免这两股风相互混合、碰撞形成紊流而导致每个散热通道202分配到的风量不均衡，从而保证模组的均温性。第二挡风件702的作用与第一挡风件701的作用类似，第二挡风件702对从不同侧进入第二分流风道605的空气起隔挡作用，以保证风量分配均衡，从而保证模组的均温性。需要说明的是，对于单层式的模组，其分流风道901中亦可设置有类似的对风进行隔挡的部件，此处不详细描述。
53.在一些实施例中，进风口303的朝向为水平方向。在另一些实施例中，进风口303的朝向相对于水平方向倾斜设置，进风口303朝斜上方或斜下方设置，模组倾斜进风。倾斜进风的设计可以对支架、托盘等结构进行避让，以免对模组的进风口303被遮挡。
54.本发明还提供了一种电池包，电池包包括上述实施例中的模组，电池包中设置有多个模组，多个模组封装在同一个壳体中。该电池包散热效果好，使用安全性高。
55.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。