圆柱形电池电芯及包括其的电池组以及汽车的制作方法

1.本实用新型涉及一种圆柱形电池电芯及包括其的电池组以及汽车。


背景技术：

2.容易应用于不同的产品类型且具有高能量密度等电学特性的二次电池不仅用于便携式设备等，还广泛地应用于通过电驱动源驱动的电动车(ev，electric vehicle)或混合动力车(hev，hybrid electric vehicle)等。这种二次电池不仅具有显著减少化石燃料的使用的一次性优点，而且不会因能量的使用而产生任何副产物，因此，作为环保且用于提高能量效率的新型能源而备受瞩目。
3.当前广泛使用的二次电池的种类有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。这种单元二次电池电芯，即单元电池电芯的工作电压约为2.5v～4.5v。因此，当需要比这更高的输出电压时，会将多个电池电芯串联以构成电池组。另外，也会根据电池组所要求的充放电容量将多个电池电芯并联以构成电池组。因此，所述电池组中包括的电池电芯的数量可根据所需的输出电压或充放电容量而进行多种设置。
4.另一方面，当将多个电池电芯串联/并联以构成电池组时，可先构成由至少一个电池电芯形成的电池模块，再利用至少一个这种电池模块并添加其他的构成要素以构成电池组。或者，可省略电池模块单元，向由多个电池电芯电连接而成的电芯集合体添加多个附加部件以制造电池组。
5.电池组被制造成多个二次电池密集地聚集在狭窄的空间的形态，因此，容易对各个电池电芯产生的热量进行散发很重要。二次电池的充电或放电过程通过电化学反应发生，如果无法有效地消除电池模块在充放电过程中产生的热量，就会发生热量聚集，最终会加速电池模块劣化，而且根据情况会发生着火或爆炸。
6.因此，高功率大容量的电池组必需用于对其内置的电池电芯进行冷却的冷却装置。
7.现有的电池组通常使用位于电池电芯的外部的冷却部件对电池电芯进行冷却。这种冷却部件与电池电芯的外壳接触以使电池电芯的内部的热量通过外壳和冷却部件向外排出。当这样使用位于电池电芯的外部的冷却部件时，可采用使冷却部件与电池电芯的外壳之间的接触面积最大化的方式提高冷却效率。例如，可采用在冷却部件与电池电芯的外壳之间配置导热性片材(sheet)或将冷却部件形成为与电池电芯的外壳形状对应的形状等方式。
8.然而，由于通过电池电芯的外壳来排出内部的热量，因此，这种现有的冷却结构即便选择冷却效率较高的液体冷却方式，也会在提高冷却效率的方面存在局限性。
9.例如，诸如电动汽车等需要使用高容量高输出功率的电池电芯的设备就需要进一步提高电池电芯的冷却性能。然而，随着电池电芯的输出功率和容量增加，电池电芯的尺寸也随之增加，因此，仅通过现有的冷却方式难以达到所需的冷却效率。因此，需要通过改善冷却结构来开发出一种冷却效率得到进一步提高的电池电芯结构。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本实用新型旨在解决上述的技术问题，其一个目的在于，使用于冷却电池电芯的冷却管通过电池电芯的内部，以提高电池电芯的冷却效率。
12.在另一个方面，本实用新型的一个目的在于，当电池电芯的温度上升至规定水平以上时，直接向电池电芯的内部供给冷却液，以防止热事件扩散。
13.然而，本实用新型旨在解决的技术问题不限于上述的技术问题，本领域技术人员能够通过后述的实用新型的描述清楚地理解未提及的其他多个技术问题。
14.技术方案
15.用于解决上述技术问题的本实用新型的一实施例的电池电芯包括：电极组件；外壳，具备形成于一侧的开放部和形成于另一侧的封闭部，通过所述开放部收纳所述电极组件；盖板，覆盖所述开放部；以及冷却管，通过所述电极组件的卷绕中心孔，并贯通所述外壳的所述封闭部和所述盖板。
16.所述盖板和所述外壳可与所述电极组件电连接，并且具有彼此相反的极性。
17.可在所述冷却管与所述盖板之间以及所述冷却管与所述封闭部之间中的至少一处配置有绝缘衬垫。
18.所述绝缘衬垫和与其相邻的部件之间可形成有热熔部。
19.可在所述冷却管与所述盖板之间以及所述冷却管与所述封闭部之间中的任一处配置有绝缘衬垫，其余一处形成有焊接部。
20.可在所述冷却管的外周面中，至少在位于所述外壳的内部的区域具备绝缘层。
21.所述绝缘衬垫可具备能够使所述冷却管通过的衬垫孔，所述衬垫孔的在所述外壳的内侧方向端部处的内径可大于在外侧方向端部处的内径。
22.可在所述冷却管的外周面上具备凹凸部。
23.所述冷却管可具备与周围相比相对脆弱的破裂部。
24.所述破裂部可以是与周围相比厚度更薄的区域。
25.所述破裂部可呈所述冷却管的内周面及外周面中的任一处开设槽口的形态。
26.所述破裂部可包括覆盖形成在所述冷却管的外周面上的管孔的管孔盖，所述管孔盖的熔点可低于所述冷却管的其余部分。
27.所述破裂部可至少设置在所述冷却管的外周面中位于所述电极组件的卷绕中心孔内的区域。
28.用于解决上述技术问题的本实用新型的一实施例的电池组包括：电池电芯集合体，包括多个本实用新型的电池电芯；以及连接管，连接分别配置于彼此相邻的电池电芯的一对冷却管。
29.用于解决上述技术问题的本实用新型的一实施例的汽车包括本实用新型的电池组。
30.有益效果
31.根据本实用新型的一个实施方式，能够使用于冷却电池电芯的冷却管通过电池电芯的内部，从而提高电池电芯的冷却效率。
32.根据本实用新型的另一个实施方式，能够在电池电芯的温度上升至规定水平时，
直接向电池电芯的内部供给冷却液，从而防止热事件扩散。
33.但是，通过本实用新型导出的有益效果不限于上述效果，本领域技术人员能够通过实用新型的描述清楚地理解未提及的其他多个有益效果。
附图说明
34.本技术的说明书所附的以下的多个附图示出了本实用新型的优选实施例，其作用在于与后述的实用新型的详细说明一同帮助理解本实用新型的技术思想，因此，本实用新型不限于这些附图中记载的事项。
35.图1是示出本实用新型的一实施例的电池电芯的内部结构的图。
36.图2是示出图1所示的电池电芯添加了绝缘衬垫的形态的图。
37.图3是示出形成于冷却管通过盖板的区域的热熔部的图。
38.图4是示出形成于冷却管通过外壳的封闭部的区域的热熔部的图。
39.图5是示出形成于冷却管通过盖板的区域的焊接部的图。
40.图6是示出形成于冷却管通过外壳的封闭部的区域的焊接部的图。
41.图7是示出冷却管具备形成在其外周面上的绝缘层的实施例的图。
42.图8至图10是示出本实用新型的绝缘衬垫的示例性结构的图。
43.图11是示出本实用新型的冷却管具备形成在其外周面上的凹凸部的实施例的图。
44.图12是示出本实用新型的冷却管具备形成在其外周面上的破裂部的实施例的图。
45.图13至图15是示出本实用新型的形成于冷却管的破裂部的多种形态的图。
46.图16是示出本实用新型的破裂部位于电极组件的卷绕孔的内部区域的实施例的图。
47.图17是示出本实用新型的一实施例的电池组的图。
48.图18是示出本实用新型的一实施例的汽车的图。
49.附图标记说明
50.1：电池电芯
51.2：连接管
52.2a：入口
53.2b：出口
54.3：电池组
55.5：汽车
56.10：电极组件
57.11：第一极耳
58.12：第二极耳
59.10a：卷绕中心孔
60.20：外壳
61.21：开放部
62.22：封闭部
63.23：滚槽部
64.24：卷边部
65.30：盖板
66.40：冷却管
67.40a：管孔
68.41：绝缘层
69.42：凹凸部
70.43：破裂部
71.43a：管孔盖
72.50：密封衬垫
73.60：绝缘衬垫
74.60a：衬垫孔
75.m：热熔部
76.w：焊接部
具体实施方式
77.以下，参照附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。首先，不应将本技术的说明书和权利要求中使用的术语或词语局限于通常的或字典中的含义进行解释，而应基于发明人能够为了以最优的方法对其实用新型进行说明而对术语的概念适当地进行定义的原则，解释为符合本实用新型的技术思想的含义和概念。因此，本技术的说明书中记载的实施例和附图中示出的特征仅为本实用新型的最优选的一部分实施例，而非代表本实用新型的技术思想全部，因此，应当理解为在申请时可存在能够进行替代的多种等同物和变形例。
78.首先，参照图1，本实用新型的一实施例的电池电芯1可包括电极组件10、外壳20、盖板30以及冷却管40。所述外壳20可具备形成于一侧的开放部21及形成于与其相反的另一侧的封闭部22。所述外壳20可通过开放部21收纳电极组件10。所述盖板30能够覆盖外壳20的开放部21。所述冷却管40可通过电极组件10的卷绕中心孔10a。所述冷却管40可贯通外壳20的封闭部22和盖板30。
79.像这样，本实用新型的电池电芯1呈冷却管40通过电池电芯1的内部的结构，从而能够使冷却效率最大化。
80.当使冷却部件在电池电芯的外部与电池电芯接触以进行冷却时，电池电芯的内部的热量依次通过外壳和冷却部件被排出。而当像本实用新型这样使冷却管40通过电池电芯1的内部时，能够使电池电芯1的内部的电解质与冷却管40接触，从而更加直接地进行冷却，因此，能够提高冷却效率。
81.尤其是，当使所述冷却管40通过电极组件10的卷绕中心孔10a时，能够防止热量聚集在离外壳20距离最远的中心部。在所述冷却管40的内部流动的冷却液能够一边流经电池电芯1的中心部一边进行冷却。另外，比电池电芯1的中心部靠外壳20侧的区域仍可通过外壳20排出热量。
82.所述电池电芯1例如可以是圆柱形电池电芯。此时，所述电极组件10可以是卷芯型(jelly-roll type)的电极组件。所述电极组件10可呈使第一电极、第二电极以及位于第一电极与第二电极之间的隔膜沿一个方向卷绕而成的形态。所述电极组件10可具备具有彼此相反的极性的第一极耳11和第二极耳12。
83.例如，所述第一电极可以是正极，第二电极可以是负极。所述第一电极可包括第一金属箔及涂布在第一金属箔的一面或两面上的第一电极活性物质层。所述第一电极可具备未涂布第一电极活性物质的第一未涂布部。所述第一极耳11可以是第一未涂布部本身，也可以是与第一未涂布部连接的额外的引线接线片(lead tab)。
84.所述第二电极可包括第二金属箔及涂布在第二金属箔的一面或两面上的第二电极活性物质层。所述第二电极可具备未涂布第二电极活性物质的第二未涂布部。所述第二极耳12可以是第二未涂布部本身，也可以是与第二未涂布部连接的额外的引线接线片。
85.所述外壳20可与电极组件10电连接。所述外壳20可与电极组件10的第二极耳12电连接。例如，所述第二极耳12可从电极组件10沿朝向外壳20的封闭部22的方向延伸，以直接或间接地结合到封闭部22的内侧面上。
86.所述外壳20可包括能够防止插入到其内部的电极组件10流动的滚槽部23。所述滚槽部23可呈外壳20的外周面一周向内侧压入预定深度的形态。在形成所述滚槽部23的区域，外壳20的内径可小于电极组件10的外径。由此，能够限制位于所述滚槽部23与封闭部22之间的电极组件10在外壳20内的移动。
87.所述外壳20可包括用于固定盖板30的卷边部(crirnping portion)24。所述卷边部24可从滚槽部23的端部延伸并覆盖盖板30的外周面，然后弯折以包围盖板30的外侧面的边缘。
88.所述盖板30能够覆盖外壳20的开放部21以对外壳20进行密封。所述盖板30可与电极组件10电连接。所述盖板30可与电极组件10的第一极耳11电连接。例如，所述第一极耳11可从电极组件10沿朝向外壳20的开放部的方向延伸，以直接或间接地结合到盖板30的内侧面上。
89.如上所述，本实用新型的盖板30和外壳20可分别与电极组件10电连接，并且可具有彼此相反的极性。此时，可在所述盖板30与外壳20的内侧面之间配置有密封衬垫50。所述密封衬垫50可以被挤压的方式配置在盖板30与外壳20之间。所述密封衬垫50可具有绝缘性。所述密封衬垫50不仅能够防止盖板30与外壳20直接接触，还能够对外壳20的开放部21进行密封。
90.所述冷却管40可呈中空结构，以使冷却液能够在其内部流动。当卷绕所述电极组件10时，可以冷却管40为中心进行卷绕，从而使得冷却管40在电极组件10卷绕完成时位于电极组件10和电极组件10的卷绕中心孔10a内。
91.所述冷却管40例如可包含金属材料，以确保其机械强度和耐热性。当所述冷却管40包含金属材料时，还会在导热性方面有利。所述冷却管40通过电池电芯1的内部，因此，能够与位于电池电芯1的内部的电解质接触。这样，当冷却管40与电解质如接触时，为了通过在冷却管40的内部流动的冷却液顺畅地实现热交换，冷却管40优选为由导热性优秀的材料制成。
92.接下来，参照图2，本实用新型的电池电芯1可包括绝缘衬垫60。所述绝缘衬垫60可配置于冷却管40与盖板30之间以及冷却管40与外壳20的封闭部22之间中的至少任一处。
93.所述绝缘衬垫60能够防止当冷却管40包含导电性材料时因冷却管40而发生短路。不仅如此，所述绝缘衬垫60还能够防止由冷却管40贯通的区域处的密封性降低。所述绝缘衬垫60例如可由与上述的密封衬垫50实质上相同或相似的材料制成。
94.参照图3和图4，可在所述绝缘衬垫60和与其相邻的部件之间形成有热熔部m。所述绝缘衬垫60例如可包含树脂材料。所述绝缘衬垫60可通过热熔密接于相邻的部件。像这样，能够通过热熔防止绝缘衬垫60和与其相邻的部件之间产生缝隙。
95.如图3所示，当在冷却管40贯通盖板30的区域，冷却管40与盖板30之间配置有绝缘衬垫60时，能够通过绝缘衬垫60的热熔对绝缘衬垫60与冷却管40之间的缝隙和绝缘衬垫60与盖板30之间的缝隙进行密封。不仅如此，还能够通过这种热熔增加冷却管40与盖板30之间的结合力。
96.与此类似地，如图4所示，当在冷却管40贯通外壳20的封闭部22的区域，冷却管40与封闭部22之间配置有绝缘衬垫60时，能够通过绝缘衬垫60的热熔对绝缘衬垫60与冷却管40之间的缝隙和绝缘衬垫60与封闭部22之间的缝隙进行密封。不仅如此，还能够通过这种热熔增加冷却管40与外壳20之间的结合力。
97.另一方面，参照图5和图6，可在由冷却管40贯通盖板30的区域和由冷却管40贯通外壳20的封闭部22的区域中未使用上述的绝缘衬垫60(参照图3和图4)的区域形成有焊接部w。即，可在所述冷却管40与盖板30之间以及冷却管40与外壳20的封闭部22之间中的任一处配置有绝缘衬垫60(参照图3和图4)，其余一处形成有焊接部w。
98.像这样，当将冷却管40与被冷却管40贯通的部件焊接在贯通部位时，不仅能够提高冷却管40与被冷却管40贯通的部件之间的固定力，还能够提高密封力。
99.接下来，参照图7，可在冷却管40的外周面上具备绝缘层41。所述绝缘层41可至少设置在冷却管40的外周面中位于外壳20的内部的区域。当像这样冷却管40具备绝缘层41时，能够防止在外壳20的内部，具有彼此不同的极性的多个部件通过冷却管40连接而发生内部短路。不仅如此，所述绝缘层41还能够防止冷却管40被电解质腐蚀。
100.接下来，参照图8至图10，所述绝缘衬垫60可具备能够使冷却管40通过的衬垫孔60a。所述衬垫孔60a的在外壳20的内侧方向端部处的内径可大于在外壳20的外侧方向端部处的内径。
101.当所述绝缘衬垫60呈这种结构时，不仅能够保持将冷却管40从外壳20的内侧向外侧方向插入到盖板30及/或外壳20的封闭部22的容易度，还能够防止密封性降低。
102.所述电池电芯1例如可通过在将由电极组件10和冷却管40结合而成的结合体插入外壳20内以使冷却管40的一端部通过外壳20的封闭部22之后，利用盖板30将外壳20的开放部21封闭而制成。此时，冷却管40的两端部均从外壳20的内侧向外侧方向分别通过外壳20的封闭部22和盖板30。因此，当如上所述，绝缘衬垫60的衬垫孔60a的尺寸在外壳20的内侧形成得比在外侧大时，能够使电池电芯1的制造工艺更容易。
103.接下来，参照图11，可在所述冷却管40的外周面上具备凹凸部42。所述凹凸部42可通过对冷却管40的表面进行机械加工的方式及/或对冷却管40的表面进行化学腐蚀的方式等而形成。所述凹凸部42可包括在冷却管40的表面与周围相比相对向外侧突出的部分和与周围相比相对向内侧凹陷的部分。所述凹凸部42能够扩大冷却管40的表面积。当像这样使所述冷却管40的表面积扩大时，能够提高热交换效率。为了使热交换效率最大化，所述凹凸部42可至少设置在冷却管40的外周面中位于外壳20的内侧的区域。
104.所述凹凸部42可至少设置在位于冷却管40的外周面中插入绝缘衬垫60的区域。当所述凹凸部42形成于冷却管40的外周面的与绝缘衬垫60的内侧面抵接的区域时，能够提高
在对绝缘衬垫60进行热熔时的冷却管40与绝缘衬垫60的结合部位处的密封力。
105.参照图12，所述冷却管40可具备与周围相比相对脆弱的破裂部43。所述破裂部43能够在因电池电芯1异常而电池电芯1的内部温度上升至固定水平以上时破裂。
106.当因所述电池电芯1的温度上升而破裂部43破裂时，在冷却管40的内部流动的冷却液可被排出到冷却管40的外部并供给到电池电芯1的内部。通过像这样冷却液直接与电池电芯1的内部的多个部件和电解质接触，能够快速地降低电池电芯1的内部的温度，因此能够防止电池电芯1的异常导致热事件扩散。
107.参照图13和图14，所述破裂部43可以是与周围相比厚度更薄的区域。像这样，在冷却管40中，与周围相比厚度更薄的区域能够因内压上升及/或温度上升而更早地发生破裂，因此，能够通过该区域排出冷却液。例如，所述破裂部43可呈冷却管40的内周面及外周面中的任一处开设槽口的形态。
108.参照图15，所述破裂部43可包括覆盖形成在冷却管40的外周面上的管孔40a的管孔盖43a。所述管孔盖43a的熔点可低于冷却管40的其余部分。此时，随着电池电芯1的内部温度上升，管孔盖43a部分可早于其余部分发生破裂，从而排出冷却液。例如，所述冷却管40可以是金属材料，管孔盖43a可由与其余部分相比熔点更低的金属材料制成。
109.与此不同，所述冷却管40的除了管孔盖43a以外的部分可以是金属材料，管孔盖43a可以是树脂材料。此时，管孔盖43a能够与金属材料相比稍快地发生破裂。
110.参照图16，所述破裂部43可至少设置在冷却管40的外周面中位于电极组件10的卷绕中心孔10a内的区域。当电池电芯1存在异常发热时，会在核心区域聚集最多的热量。因此，当所述破裂部43位于上述位置时，冷却管40能够基于异常发热而发生破裂，并向核心区域集中地供给冷却液，从而有效地防止热事件扩散。
111.参照图17，本实用新型的一实施例的电池组3可包括：电池电芯集合体，包括多个上述的本实用新型的电池电芯1；以及连接管2，连接分别配置于彼此相邻的电池电芯的一对冷却管40。此时，通过入口2a注入的冷却液可通过冷却管40和连接管2经过多个电池电芯1的内部并通过出口2b被排除。本实用新型的电池组3能够使冷却液通过各个电池电芯1的内部并进行热交换，从而提高冷却的效率。
112.参照图18，本实用新型的一实施例的汽车5可包括上述的本实用新型的电池组3。所述汽车5可从电池组3接收供电而工作。所述汽车5例如可以是电动汽车(ev)或混合动力电动汽车(hev)。
113.以上，虽然用有限的实施例和附图对本实用新型进行了说明，但是本实用新型不限于此，本领域技术人员能够在本实用新型的技术思想及所附的权利要求的等同范围内进行多种修改和变形。

技术特征：
1.一种圆柱形电池电芯，其特征在于，包括：电极组件；外壳，具备形成于一侧的开放部和形成于另一侧的封闭部，通过所述开放部收纳所述电极组件；盖板，覆盖所述开放部；以及冷却管，通过所述电极组件的卷绕中心孔，并贯通所述外壳的所述封闭部和所述盖板。2.根据权利要求1所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述盖板和所述外壳与所述电极组件电连接，并且具有彼此相反的极性。3.根据权利要求2所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，在所述冷却管与所述盖板之间以及所述冷却管与所述封闭部之间中的至少一处配置有绝缘衬垫。4.根据权利要求3所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述绝缘衬垫和与其相邻的部件之间形成有热熔部。5.根据权利要求2所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，在所述冷却管与所述盖板之间以及所述冷却管与所述封闭部之间中的任一处配置有绝缘衬垫，其余一处形成有焊接部。6.根据权利要求1所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，在所述冷却管的外周面中，至少在位于所述外壳的内部的区域具备绝缘层。7.根据权利要求3所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述绝缘衬垫具备能够使所述冷却管通过的衬垫孔，所述衬垫孔的在所述外壳的内侧方向端部处的内径大于在外侧方向端部处的内径。8.根据权利要求1所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，在所述冷却管的外周面上具备凹凸部。9.根据权利要求1所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述冷却管具备与周围相比相对脆弱的破裂部。10.根据权利要求9所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述破裂部为与周围相比厚度更薄的区域。11.根据权利要求10所述的电池电芯，其特征在于，所述破裂部呈所述冷却管的内周面及外周面中的任一处开设槽口的形态。12.根据权利要求9所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述破裂部包括覆盖形成在所述冷却管的外周面上的管孔的管孔盖，所述管孔盖的熔点低于所述冷却管的其余部分的熔点。13.根据权利要求9所述的圆柱形电池电芯，其特征在于，所述破裂部至少设置在所述冷却管的外周面中位于所述电极组件的卷绕中心孔内的区域。14.一种电池组，其特征在于，包括：电池电芯集合体，包括多个权利要求1至13中任一顶所述的电池电芯；以及连接管，连接分别配置于彼此相邻的电池电芯的一对冷却管。15.一种汽车，其特征在于，包括：
权利要求14所述的电池组。

技术总结
本实用新型涉及一种圆柱形电池电芯及包括其的电池组以及汽车。其中一实施例的电池电芯包括：电极组件；外壳，具备形成于一侧的开放部和形成于另一侧的封闭部，通过所述开放部收纳所述电极组件；盖板，覆盖所述开放部；以及冷却管，通过所述电极组件的卷绕中心孔，并贯通所述外壳的所述封闭部和所述盖板。所述外壳的所述封闭部和所述盖板。所述外壳的所述封闭部和所述盖板。


技术研发人员：李昌熙
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/7/23