CN105449308A - 一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置 - Google Patents

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李新贤
兰凤崇
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Abstract

本发明公开了一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，包括框架、置于框架内的多组动力电池组和设置在框架侧的用于给动力电池组散热的散热机构；各动力电池组由多个串联或并联的电池单体构成；在各相邻的电池单体之间夹持有泡沫碳夹层和电阻发热片；所述泡沫碳夹层的一端与散热机构紧密贴合；散热机构为液冷散热机构或风冷散热机构。本装置解决了电动汽车电池包的布置紧凑性和热安全性问题，具有结构紧凑、体积小、不提高原车地板高度、液冷管路简单、冷却能耗小、轻质吸振、热量定向传导、电池间热交叉影响小等特点，电池和散热结构连接简单，易于实现模块化设计。

Description

一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置
技术领域
本发明涉及动力电池的固定及散热结构，尤其涉及一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置。
背景技术
动力电池作为储能装置元件，是电动汽车最为关键的核心部件，其性能直接决定了电动汽车产品的可靠性、循环性能和成本。相比其他新能源汽车，纯电动汽车在实际应用中往往需要搭载更大容量的电池。为此，需要将小型锂离子电池电芯通过串并联方式紧密布置组成大容量、高功率的动力电池组，这导致了电池组内部更产生电池热量的积累和温度不均衡等安全问题。在动力电池进行实际运行的充电和放电过程中，温度不均衡是导致电池组失效以及电池寿命变短的重要原因之一。因此，合理有效的电池热管理已成为制约电动汽车产业化推广的重要瓶颈。
目前电池组中电池单体一般采用方壳式或管壳式的固定方式，利用热固性塑料制作成一个密闭的方壳或管壳，将若干片单体电池夹紧在壳体中间，再将多个壳体串联形成一个电池模组。该方式能保证电池间绝缘良好，电池均为竖直放置，电池间连线方便，为目前电动汽车动力电池主流的布置方式。但在电动汽车微型化、轻量化的背景下，特别是大容量的电池组均需要布置在车身底盘底下，该方式导致汽车地板中电池布置位置突起超过100mm，严重影响整车的布置，并且受材料限制，塑料的导热性不足以为电池提供有效的散热，需要在塑料壳体中伸出铜片、热管等其他散热结构，散热效率难以提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构紧凑、散热效率高、轻量化、拆卸方便、安全可靠的应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置。
本发明通过下述技术方案实现：
一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，包括框架、置于框架内的多组动力电池组和设置在框架侧的用于给动力电池组散热的散热机构；
所述各动力电池组由多个串联或并联的电池单体1构成；在各相邻的电池单体1之间夹持有泡沫碳夹层2和电阻发热片15；所述泡沫碳夹层2的一端与散热机构紧密贴合。
所述散热机构为液冷散热机构或风冷散热机构。
所述液冷散热机构包括液冷管11和用于固定液冷管11的液冷管支撑架12，通过液冷管支撑架12将液冷管11固定在架侧的一侧；所述液冷管11的表面与泡沫碳夹层2紧密贴合，使各电池单体1中部产生的热量传导至液冷管11，通过其内循环流动的冷液，实现电池单体1的散热。
所述风冷散热机构包括风冷管14和安装在风冷管14一端的散热风机；所述风冷管14的表面与泡沫碳夹层2紧密贴合，使各电池单体1中产生的热量传导至风冷管14，通过散热风机在风冷管14内形成的气流，实现电池单体1的散热。
所述框架包括顶部固定架4、侧部固定架3和底部安装架5；通过螺栓13依次穿过顶部固定架4和侧部固定架3并与底部安装架5连接，动力电池组固定在框架内。
所述侧部固定架3上还设有连接结构6，连接结构6上安装有用于连接电池单体1电极10的正负极接口。
所述电阻发热片15位于开设在泡沫碳夹层2中相应的凹槽中。
所述底部安装架5为铝合金框架结构。
所述侧部固定架3和连接结构6均由热固性塑料注塑成形。
所述动力电池组为两组或者两组以上。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明框架包括顶部固定架4、侧部固定架3和底部安装架5；通过螺栓13依次穿过顶部固定架4和侧部固定架3并与底部安装架5连接，动力电池组固定在框架内。解决了电动汽车电池包的布置紧凑性和热安全性问题，采用半镂空式的布置形式，电池单体均通过顶部固定架4、侧部固定架3和底部安装架5这种笼式安装架固定，相比电池壳体固定方式，该方案的电池单体具有更好的紧凑性和更高效的散热性能。
本发明根据泡沫碳材料的特点，利用泡沫碳定向高导热率的特点，在各相邻的电池单体1之间夹持有泡沫碳夹层2和电阻发热片15；所述泡沫碳夹层2的一端与散热机构紧密贴合。该方案能将各电池单体的热量通过泡沫碳夹层2定向导到散热机构中。相比已有的电池间夹铜片的散热方案，以及液冷板(或液冷管)直接穿过电池单体中间的已有液冷方案相比，本发明安装方式更加简单，液冷管不易发生泄漏，推动制冷液流动的能源损耗更小。
本发明的各电池单体采用平铺式的布置方式，框架限制了电池的移动，电极的连接均在电池侧面。该布置方式有效降低了电池模块整体的高度，使得框架能够以平板式的方式布置在汽车地板下方，更有利于电池箱体在整车中的总布置。
本发明能实现模块化的设计方式，动力电池组与散热机构之间没有复杂的接触关系，可将两部分各自根据不同电池单体和散热机构单独设计，实现多种方案的选型和匹配。
采用泡沫碳夹层作为传热部件，具有密度低、导热性好、热稳定性高、加工性好、原料廉价等特点。泡沫碳材料能通过制造工艺实现定向高导热的特性，通过在结构中形成细长型碳材料(如碳纤维、纳米碳管等)，即在轴向形成结构取向良好的高导热材料，垂直于轴向方向仅仅依靠物理搭接实现低热导率，能实现各向异性程度很高的特性。该特性能使得电池中部产生的热量能定向传导至散热管，避免了铜片散热方式中由于各向同性而造成的电池单体间热量相互累加的问题。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为动力电池组及泡沫碳夹层组合结构示意图。
图3为框架结构示意图。
图4为液冷散热机构示意图。
图5为风冷散热机构示意图。
图6为多个电池单体1串联或并联构成的动力电池组示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至6所示。本发明一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，包括框架、置于框架内的多组动力电池组和设置在框架侧的用于给动力电池组散热的散热机构；
所述各动力电池组由多个串联或并联的电池单体1构成；在各相邻的电池单体1之间夹持有泡沫碳夹层2和电阻发热片15；所述泡沫碳夹层2的一端与散热机构紧密贴合。电阻发热片15由独立的***控制，在正常的环境下，***不工作；在零下的环境中，***发生作用，汽车启动前需将电池单体1加热到正常工作温度后电机驱动***才能启动。
所述散热机构为液冷散热机构或风冷散热机构。
所述液冷散热机构包括液冷管11和用于固定液冷管11的液冷管支撑架12，通过液冷管支撑架12将液冷管11固定在架侧的一侧；所述液冷管11的表面与泡沫碳夹层2紧密贴合，利用泡沫碳定向高导热的特性，使各电池单体1中部产生的热量传导至液冷管11，通过其内循环流动的冷液，实现电池单体1的散热。
所述风冷散热机构包括风冷管14和安装在风冷管14一端的散热风机；所述风冷管14的表面与泡沫碳夹层2紧密贴合，利用泡沫碳定向高导热的特性，使各电池单体1中产生的热量传导至风冷管14，通过散热风机在风冷管14内形成的气流，实现电池单体1的散热。
所述框架包括顶部固定架4、侧部固定架3和底部安装架5；通过螺栓13依次穿过顶部固定架4和侧部固定架3并与底部安装架5连接，动力电池组固定在框架内。
所述侧部固定架3上还设有连接结构6，连接结构6上安装有用于连接电池单体1电极10的正负极接口。
所述电阻发热片15位于开设在泡沫碳夹层2中相应的凹槽中。
所述底部安装架5为铝合金框架结构。
所述侧部固定架3和连接结构6均由热固性塑料注塑成形。所述泡沫碳夹层2的一端具有槽口16，槽口16对应于侧部固定架3的柱体，用于对泡沫碳夹层2限位，防止其移动。
所述动力电池组为两组或者两组以上。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：包括框架、置于框架内的多组动力电池组和设置在框架侧的用于给动力电池组散热的散热机构；
所述各动力电池组由多个串联或并联的电池单体(1)构成；在各相邻的电池单体(1)之间夹持有泡沫碳夹层(2)和电阻发热片(15)；所述泡沫碳夹层(2)的一端与散热机构紧密贴合。
2.根据权利要求1所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述散热机构为液冷散热机构或风冷散热机构。
3.根据权利要求2所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述液冷散热机构包括液冷管(11)和用于固定液冷管(11)的液冷管支撑架(12)，通过液冷管支撑架(12)将液冷管(11)固定在架侧的一侧；所述液冷管(11)的表面与泡沫碳夹层(2)紧密贴合，使各电池单体(1)中部产生的热量传导至液冷管(11)，通过其内循环流动的冷液，实现电池单体(1)的散热。
4.根据权利要求2所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述风冷散热机构包括风冷管(14)和安装在风冷管(14)一端的散热风机；所述风冷管(14)的表面与泡沫碳夹层(2)紧密贴合，使各电池单体(1)中产生的热量传导至风冷管(14)，通过散热风机在风冷管(14)内形成的气流，实现电池单体(1)的散热。
5.根据权利要求1至4中任一项所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述框架包括顶部固定架(4)、侧部固定架(3)和底部安装架(5)；通过螺栓(13)依次穿过顶部固定架(4)和侧部固定架(3)并与底部安装架(5)连接，动力电池组固定在框架内。
6.根据权利要求5所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述侧部固定架(3)上还设有连接结构(6)，连接结构(6)上安装有用于连接电池单体(1)电极(10)的正负极接口。
7.根据权利要求5所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述电阻发热片(15)位于开设在泡沫碳夹层(2)中相应的凹槽中。
8.根据权利要求5所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述底部安装架(5)为铝合金框架结构。
9.根据权利要求6所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述侧部固定架(3)和连接结构(6)均由热固性塑料注塑成形；
所述泡沫碳夹层(2)的一端具有槽口(16)，槽口(16)对应于侧部固定架(3)的柱体，用于对泡沫碳夹层(2)限位，防止其移动。
10.根据权利要求5所述应用高导热泡沫碳材料的三明治动力电池布置装置，其特征在于：所述动力电池组为两组或者两组以上。
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