CN101728595B - 电池组 - Google Patents

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Abstract

一种电池组模块，该模块包括温度调节***以及多个单体电池或多个电池组，所述温度调节***包括泵、温度调节器、流通通道和流体介质，所述流体介质填充于所述流通通道中，所述流通通道与所述泵的流入口连接，并与所述泵的流出口连接，从而形成所述流体介质的循环回路，所述温度调节器用于使所述流通通道中的所述流体介质加热或冷却，以对设置在所述循环回路周围的所述单体电池或电池组加热或者散热。所述电池组温度调节***可以向电池组提供恒定、高效能的温度调节。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及电池组，尤其涉及电池组的温度调节***。
背景技术
电池在充放电过程中会产生大量的热量，该热量不仅会影响电池的性能，更严重地，当热量积聚到一定程度后，很可能会引起热失控而***。对于汽车用的锂离子电池组来说，散热是非常必要的。现有技术中，通常采用外循环的方式对电池组散热，例如通过向电池组吹送来自电池组模块外部的冷空气，并将流经电池组后的空气排放到电池组模块外部，也就是与外部形成大循环。这种散热方式通常会将外部空气中的湿气带入电池组模块，不利于电池组的稳定工作。
此外，一些电池，尤其是动力电池，根据需要可能会在低温环境下工作。在低温环境下工作时，电池在低温环境中的工作性能较差，例如，锂电池的最佳工作温度在15-35℃。电池组低于0℃工作时，由于电解液的粘度增大使得离子运动受到较大阻力，扩散能力也降低，因此电池的充放电性能及循环寿命会受到很大的影响，特别是电池的充电性能，如电池在-20℃时只能充50-60％容量。因此，低温下工作时，需要对电池组进行低温加热。
发明内容
为解决上述问题，需要一种在考虑电池组散热的同时还需要考虑对电池组低温加热的温度调节***。
本发明提供一种电池组模块，该模块包括温度调节***以及多个单体电池或多个电池组，所述温度调节***包括泵、温度调节器、流通通道和流体介质，所述流体介质填充于所述流通通道中，所述流通通道与所述泵的流入口连接，并与所述泵的流出口连接，从而形成所述流体介质的循环回路，所述温度调节器用于使所述流通通道中的所述流体介质加热或冷却，以对设置在所述循环回路周围的所述单体电池或电池组加热或者散热。
所述温度调节器可以根据需要而选择性地对所述流体介质加热或冷却，以调节电池组的温度。所述流体介质可以采用液体或气体，由于本发明是内循环结构，不会将外部的湿气带进电池，保证电池在恒定的环境下工作。此外，本发明的所述泵既是循环的入口也是循环的出口，可以有效提高热量的利用率。
附图说明
图1为本发明的电池组模块的一种实施方式的示意图；
图2为本发明的电池组模块的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明的一种电池组模块的实施方式，其中，本发明的电池组模块包括多个单体电池6和温度调节***，该温度调节***包括泵1、温度调节器2、流通通道3和流体介质。流体介质填充在流通通道3中，流通通道3的一端与泵1连接于流入口4，并延伸穿过温度调节器2，流通通道3的另一端与泵1连接于流出口5，流体介质在流通通道3内沿箭头所示方向流动，从而形成流体介质的内循环结构，流体介质被泵1加压挤出，经温度调节器2进行温度调节后通过流通通道3，温度调节器2用于使流通通道3中的流体介质加热或冷却，以对设置在所述循环回路周围的单体电池6加热或者散热。
如图1所示，单体电池6设置在流通通道3周围，优选地设置在流通通道3构成的循环回路所包围的区域内，并使各单体电池6之间的空隙保持电绝缘，以得到最佳的温度调节效果。本发明人研究发现，在动力电池等大型电池中，在充电和放电时，电池的充放电电流很大，容易引起整个电池的温度变化。并且，电路由电池中间部位向电池两端流动是一个电流集中的过程，即越靠近电池两端的方向，电流密度越高，温度也就越高。尤其在电极端子上，由于电极端子的面积相对较小，而且是容易发热的金属材质，因此电极端子上温度最高，是电池散热的关键部位，也是电池安全性的重要环节。另外电极的极耳连接处、电极端子连接处都是物理连接，其阻抗比电化学反应的阻抗较大，这也是电极端子温度很高的一个主要原因。因此，可以在单体电池6的电极端设置热传导部件(如传导电极附近热量的电极散热片或者电极端子本身)，并将该热传导部件引出并使其至少一部分密封设置(如注塑)在流通通道3内部，使得流体介质对该部件直接冷却或加热。
此外，流通通道3可以形成多个循环回路，如图1所示的实施方式中，泵1包括一个流入口4和多个流出口5，流通通道3包括一个流体介质流入方向和多个流体介质流出方向(图1中的箭头方向)，从而构成多个循环回路；如图2所示的实施方式中，泵1包括多个流入口4和多个流出口5，流通通道3包括多个流体介质流入方向和多个流体介质流出方向，从而构成多个循环回路。
此外，流体介质可以选择液体或气体，使用液体流体介质时要求液体绝缘、无腐蚀性，优选使用硅油等液态流体介质。气体可以选择热存储量较高的气体或掺杂有吸热泡沫颗粒的空气。
根据不同的工作环境，使温度调节器2可以用于电池组的散热或低温加热。温度调节器2可以设置在流通通道3构成的循环回路中，并包括冷却组件和加热组件。优选地，所述冷却组件和加热组件为可控恒温冷却组件和加热组件，以对电池组提供恒定的工作温度。此外，冷却组件和加热组件可以设置在流通通道3中，还可以分别设置在流通通道3的管道的内部和外壁，或者分别设置在流通通道3的管道的外壁上，以对流通通道3内流过的流体介质冷却或加热。在本实施方式中，温度调节器2设置在泵1的流入口附近，冷却组件可以为冷凝器8(如空调的冷凝器)，加热组件可以为线圈加热件或陶瓷加热件9。
可以通过手动选择加热组件或冷却组件工作。此外，所述电池组模块还可以包括温度传感器和控制起动器(未示出)，温度传感器(可设置在单体电池的电极端子上)测得电池组模块的温度而向控制起动器传送信号，控制起动器根据接收到的信号控制所述温度调节***的运转，选择冷却组件或加热组件工作，从而自动对电池组散热或加热。优选地，温度传感器可以是热敏电阻式传感器，控制起动器可以是微处理器或PLC，可以将控制起动器设置在温度调节器2上。
下面将详细介绍本发明的电池组的温度调节***的工作过程。
当温度传感器测得的电池组模块的充放电或工作温度高于预定温度如55℃时，控制起动器使所述温度调节***起动，并使温度调节器2中的冷凝器8工作。所述温度调节***用于电池组的散热。流体介质经泵1的加压而进入流入口4，并沿流通通道3流入温度调节器2中，冷凝器8的运转使流体介质的温度降低。低温流体介质从温度调节器2流出后，沿流通通道3流动，并与设置在流通通道3周围的单体电池6进行热交换(单体电池6的电极散热片设置在流通通道3内时，流体介质还可以直接与电极散热片进行热交换)，带走电池散发的热量。经过热交换并吸收了多余的热量以后，流体介质沿流通通道3经流出口5流回泵1形成内循环。随后，流体介质被泵1再次加压而流入温度调节器2，经冷凝器8冷却，沿流通通道3流动而继续散热循环。
同样地，当温度传感器测得的电池组模块的工作温度低于预定温度如-10℃时，控制起动器使所述温度调节***起动，并使温度调节器2中的陶瓷加热件9工作，所述温度调节***用于电池组的低温加热。流体介质经泵1的加压而进入流入口4并沿流通通道3流入温度调节器2中，陶瓷加热件9的运转加热流体介质。加热的流体介质从温度调节器2流出后，沿流通通道3流动，并与设置在流通通道3周围的单体电池6进行热交换，对低温下工作的电池组进行低温加热。经过热交换的流体介质沿流通通道3经流出口5流回泵1形成内循环。随后，流体介质被泵1再次加压而流入温度调节器2，经陶瓷加热件9加热，沿流通通道3流动而继续加热循环。
由于所述温度调节***形成了内循环，所有部件都封装在电池组模块内，当流体介质为气体时，可以避免将外部的湿气带进电池组模块，因此，可以保持电池组在恒定的环境下工作。此外，将一个循环的流体介质直接用于下一个循环，可以减少下一个循环时对流体介质的加热或冷却，使得所述温度调节***的内循环模式能效更高。
为了进一步提高能量的循环利用，可以通过优化参数以尽可能地保证内循环的温度场分布均匀。优选地，可以通过增加流体介质的流速，以减少单次循环时流体介质与电池组的热交换量。使用气体流体介质时，还可以优选地通过使用热存储量大的气体或掺杂泡沫颗粒的方式来提高气体的热存储量，从而保证循环的温度场分布均匀。更优选地，可以将流入口4和流出口5处的温度差控制在2～3℃，以使流体介质与每个单体电池6之间的热交换量基本一致，从而达到对电池组的最佳的温度调整。
流通通道3可以是整体，该通道的尺寸可以根据散热或低温加热的需求进行设计。其中，流通通道3所用的材料绝缘，当电极散热片设置在流通通道3内时，热交换主要在流通通道3内进行，因此可以选择如PPS(聚苯硫醚)、PPO(聚苯醚)、PEEK(聚醚醚酮)等热的不良导体材料。优选地，这些材料具有微发泡结构，从而可以更好地阻止低温加热时的热量或散热时的冷气不必要的损失。
此外，流通通道3还可以如图2所示那样设置在多个电池组之间形成整个电池包10的流通通道。在这种实施方式中，各部件的连接与单个电池组的温度调节***的连接方式形似，区别仅在于，将多个电池组设置在流通通道3周围。也就是说，该温度调节***包括多个电池组7。流体介质经泵1(未示出)加压流出，经温度调节器2(未示出)进行温度调节而通过流通通道3，以调节设置在流通通道3周围的电池组7的温度。如图2所示，流通通道3包括多个循环回路，每个循环回路的两端分别与泵1连接，从而形成流体介质的循环结构。各电池组7设置在流通通道3形成的循环回路所包围的区域内，且保持各电池组7之间的空隙电绝缘。
可以通过本发明的电池组模块的温度调节***，根据不同需要而对电池组模块进行散热或低温加热，并且有效地利用能量、节省了空间，对于动力电池来说，同时满足了高能效和空间利用率的要求。

Claims (10)

1.一种电池组模块，该模块包括温度调节***以及多个单体电池或多个电池组，所述温度调节***包括泵、温度调节器、流通通道和流体介质，所述流体介质填充于所述流通通道中，所述流通通道与所述泵的流入口连接，并与所述泵的流出口连接，从而形成所述流体介质的循环回路，所述温度调节器用于使所述流通通道中的所述流体介质加热或冷却，以对设置在所述循环回路周围的所述单体电池或电池组加热或者散热，所述泵设置有至少一个流入口和至少一个流出口，所述流通通道能够形成多个循环回路，所述单体电池或电池组设置在被所述循环回路包围的区域内，所述单体电池或电池组的电极端设置有热传导部件，该热传导部件的至少一部分位于所述流通通道内，所述热传导部件为电极散热片。
2.根据权利要求1所述的电池组模块，其中，所述温度调节器包括加热组件和冷却组件。
3.根据权利要求2所述的电池组模块，其中，所述加热组件为陶瓷加热件，所述冷却组件为冷凝器。
4.根据权利要求2所述的电池组模块，其中，所述加热组件和冷却组件分别设置在所述流通通道中和/或所述流通通道外壁上。
5.根据权利要求2所述的电池组模块，其中，所述电池组模块还包括温度传感器和控制起动器，所述控制起动器根据所述温度传感器测得的所述电池组模块的温度而控制所述温度调节***的运转。
6.根据权利要求1所述的电池组模块，其中，所述流体介质为液体或气体。
7.根据权利要求6所述的电池组模块，其中，所述流体介质为硅油。
8.根据权利要求6所述的电池组模块，其中，所述流体介质可以为热存储量大的气体或者掺杂有吸热泡沫颗粒的空气。
9.根据权利要求1所述的电池组模块，其中，所述流通通道由绝缘的热的不良导体形成。
10.根据权利要求9所述的电池组模块，其中，所述流通通道的材料具有微发泡结构。
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