CN105591174B - 电池模组的温控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池模组的温控装置。本发明电池模组的温控装置，包括：相变模块与至少两组冷却单元；其中，每组所述冷却单元均包括：电池定位框、冷却框和导热板；所述电池定位框镶嵌在单体电池四周，用于对所述单体电池进行固定；所述冷却框内部设置冷却风道，用于对所述单体电池进行散热，中部设置有导热板定位框，所述导热板固定在所述导热板定位框上，且所述导热板部分伸出于所述冷却框外；所述导热板定位框与所述电池定位框相连；所述相变模块包括：集热块和相变块；其中，所述集热块与所述导热板的伸出部分相连，所述相变块与所述集热块相连，用于对所述电池模组进行散热。本发明维护较为方便，可靠性较高，能够提高电池模组的使用寿命。

Description

电池模组的温控装置
技术领域
本发明涉及动力电池温控技术领域，尤其涉及一种电池模组的温控装置。
背景技术
随着经济的快速蓬勃发展，全球性能源紧张以及环境污染等问题日益突出，节能减排正逐渐的引起了全世界的关注。基于可持续发展战略，发展以纯电力为主的新能源车型能从根本上解决能源和环境问题，其中动力电池一直是制约电动汽车、无网城轨客车发展的关键因素。锂离子动力电池在能量、功率、使用寿命以及工作电压等方面都具有不可比拟的优势，正逐步成为动力电池的发展方向。
随着目前对电动汽车动力电池整体性能要求的不断提升，需要对单体电池进行串并联组成电池模块。但是单体电池的成组使用则会造成内阻、电压、容量等各方面的差异，单体电池间不同参数的差异性会直接影响电池包的整体性能，进而缩短电池包的使用寿命。电池成组使用时产生的温度不均匀是影响电池整体性能的最关键因素之一，温度直接影响到动力电池的电化学***运行、充放电效率、电池的安全可靠性、动力电池的寿命和循环次数、电池的充放电效率等。
图1为现有技术中采用相变材料冷却技术的示意图。现有技术中，主要通过对电池外部增加附件来强化电池传热效果，其中，相变材料冷却技术得到广泛应用，相变材料冷却技术是采用相变材料作为传热介质来达到散热的目的，但是如图1所示，现有的相变材料冷却技术将整个电池组浸渍在相变材料中，如果长时间保持***的散热效果，需使用大量相变材料，电池模组的体积和重量均大幅增加，而且动力电池达到寿命后难与相变材料分离，维护成本较高。
发明内容
本发明提供一种电池模组的温控装置，以克服现有技术中维护成本较高、有效工作时间较短的问题。
本发明提供一种电池模组的温控装置，包括：
相变模块与至少两组冷却单元；
其中，每组所述冷却单元均包括：电池定位框、冷却框和导热板；
所述电池定位框镶嵌在单体电池四周，用于对所述单体电池进行固定；
所述冷却框内部设置冷却风道，用于对所述单体电池进行散热，中部设置有导热板定位框，所述导热板固定在所述导热板定位框上，且所述导热板部分伸出于所述冷却框外；
所述导热板定位框与所述电池定位框相连；
所述相变模块包括：集热块和相变块；其中，所述集热块与所述导热板的伸出部分相连，所述相变块与所述集热块相连，用于对所述电池模组进行散热。
本发明电池模组的温控装置，通过多个冷却单元将多个单体电池组成电池模组冷却单元内部设置冷却风道，用于对所述单体电池进行散热，并在各个单体电池中间都设有导热板，将热量传递给相变模块，相变模块用于对电池模组进行散热，相变模块与单体电池之间是分开的，维护较为方便，可靠性较高，通过冷却单元带走一部分热量，延长了电池模组的使用时间，从而提高了电池模组的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中采用相变材料冷却技术的示意图；
图2为本发明电池模组的温控装置一实施例的结构示意图；
图3为图2所示的装置的部分结构示意图；
图4为本发明实施例的冷却框示意图；
图5为图4所示结构的仰视示意图；
图6为图4所示结构的俯视示意图；
图7为本发明实施例中单体电池温度传感器布置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明电池模组的温控装置一实施例的结构示意图。图3为图2所示的装置的部分结构示意图。图4为本发明实施例的冷却框示意图。如图2、图3、图4所示，本实施例的电池模组的温控装置，包括：
相变模块与至少两组冷却单元；
其中，每组所述冷却单元均包括：电池定位框11、冷却框12和导热板13；
所述电池定位框11镶嵌在单体电池3四周，用于对所述单体电池3进行固定；
所述冷却框12内部设置冷却风道，用于对所述单体电池进行散热，中部设置有导热板定位框121，所述导热板13固定在导热板定位框121上，且所述导热板13部分伸出于所述冷却框12外；
所述导热板定位框121与所述电池定位框11相连；所述导热板定位框121也用于所述电池定位框11定位；
所述相变模块包括：集热块21和相变块22；其中，所述集热块21与所述导热板13的伸出部分相连，所述相变块22与所述集热块21相连，用于对电池模组进行散热。
具体来说，本发明实施例提供的电池模组的温控装置，可以包括多个对单体电池进行温控的冷却单元和相变模块，通过相变模块的相变过程吸收单体电池发出的热量，确保单体电池的温度均衡性，冷却空气通过冷却单元也带走一部分单体电池发出的热量，延长相变模块的有效工作时间。
电池定位框11镶嵌在单体电池3四周，用于对单体电池3进行固定。该电池模组的温控装置可以由多片单体电池的冷却单元通过多个冷却框12的定位销和/或定位孔插接组成，导热板13固定在位于冷却框12中部的导热板定位框121上，导热板定位121也用于定位所述电池定位框11，所述电池定位框压紧所述的导热板保证单体电池与导热板紧密相连，使单体电池产生的绝大部分热量传递给导热板。
组成电池模组的单体电池数量可任意选用。
相变模块包括集热块21和相变块22，多片单体电池可共享一个相变模块。相变块22内部填充有相变材料，例如石蜡。相变材料的使用量与预计的工作时间、共享的单体电池的数量相匹配。相变块22与集热块21相连，相变块应尽可能靠近集热块并与之紧密相连。集热块21与导热板13的伸出部分相连，集热块21的尺寸与导热板13的伸出部分相匹配，尽可能增加接触面积，减小接触热阻，以提高相变材料储热效率。
本发明通过冷却单元延长有限工作时间，且能够降低维护成本。
本实施例提供的电池模组的温控装置，通过多个冷却单元将多个单体电池组成电池模组，并在各个单体电池中间都设有导热板，将热量传递给相变模块，相变模块用于对电池模组进行散热，相变模块与单体电池之间是分开的，维护较为方便，可靠性较高，通过冷却单元带走一部分热量，延长了电池模组的使用时间，从而提高了电池模组的使用寿命。
在上述实施例的基础上，进一步的，在实际应用中，如图4所示，所述导热板定位框121上设有定位销1211，所述导热板的边缘设有与所述定位销1211匹配的定位孔，所述导热板通过所述定位销和所述定位孔固定在所述导热板定位框121上；和/或，
所述导热板定位框上设有定位孔，所述导热板的边缘设有与所述定位孔匹配的定位销，所述导热板通过所述定位销和所述定位孔固定在所述导热板定位框上。
具体来说，如图4所示，导热板定位框上设有定位销1211，导热板的边缘设有与所述定位销1211匹配的定位孔，使得导热板与导热板定位框121通过定位销和所述定位孔固定。
同样地，作为本发明的其他实施例，导热板定位框与所述导热板的固定可以通过设置若干不同定位销或定位孔来实现，即可以在导热板上设有定位销，而在导热板定位框上设有定位孔进行配合，或者在导热板上同时形成有定位孔及定位销，在导热板定位框上形成相应的定位销及定位孔进行配合，且定位孔或定位销的数量可以根据实际需要而设置。
导热板可以由铜板(或铝板)等导热性优良的材料加工制成的。其形状和其定位孔和/或定位销的位置和大小与导热板定位框的定位销和/或定位孔相匹配。导热板通过导热板定位框上的定位销和/或定位孔定位，并由电池定位框压靠固定，从冷却框侧面伸出，与相变模块的集热块连接。
其中，在实际应用中，如图4所示，所述导热板定位框121包括多个间隔设置的定位板1213。
为了散热效果更好，导热板定位框由多个间隔设置的定位板组成。
进一步的，在实际应用中，如图3所示，所述电池定位框11设有定位孔111，所述导热板定位框上设有与所述定位孔111匹配的定位销1212，以使所述电池定位框11通过所述定位销和所述定位孔与所述冷却框上的导热板定位框相连；和/或，
所述电池定位框在与所述单体电池长度方向垂直的方向上设有定位销，所述导热板定位框上设有与所述定位销匹配的定位孔，以使所述电池定位框通过所述定位销和所述定位孔与所述冷却框上的导热板定位框相连。
具体来说，电池定位框11镶嵌在冷却框内部，与冷却框上的导热板定位框固定。电池定位框11的边缘设置有定位孔与冷却框上的导热板定位框上的定位销相匹配，电池定位框的外框形状与冷却框的冷却框上的导热板定位框相匹配，内框形状与单体电池外形相匹配。
同样地，作为本发明的其他实施例，电池定位框11与所述冷却框上的导热板定位框的固定可以通过设置若干不同定位销或定位孔来实现，即可以在电池定位框上设有定位销，而在冷却框上的导热板定位框上设有定位孔进行配合，或者在电池定位框上同时形成有定位孔及定位销，在冷却框上的导热板定位框上形成相应的定位销及定位孔进行配合，且定位孔或定位销的数量可以根据实际需要而设置。
所述电池定位框通过所述定位销和所述定位孔固定，并将所述导热板压靠在电池定位框和冷却框之间。所述电池定位框外形与所述的单体电池外形相匹配。
图5为图4所示结构的仰视示意图。图6为图4所示结构的俯视示意图。进一步的，在实际应用中，如图5、图6所示，所述冷却框12的下端设有进风口122；所述冷却框12的上端设有与所述进风口122相对的出风口123，带走一部分单体电池热量；
所述冷却框12的边缘设有定位销124和/或定位孔125，用于与其他冷却单元的冷却框的定位孔和/或定位销匹配连接。
具体来说，冷却框可以由ABS工程塑料等硬质塑料浇注而成，空气从冷却框底部的进风口进入，从冷却框顶部的出风口流出与导热板完成热交换。冷却框的前后两面都有冷却框上的导热板定位框，用于定位导热板。其边缘的前面和后面都设有定位销和/或定位孔，用于与其他冷却单元插接组成温控装置。通过相变模块的相变过程吸收单体电池发出的热量，确保单体电池的温度均衡性，冷却空气通过冷却单元也带走一部分单体电池发出的热量，延长相变模块的有效工作时间。
本实施例提供的电池模组的温控装置，通过多个冷却单元将多个单体电池组成电池模组，冷却空气通过冷却单元，带走一部分单体电池发出的热量并在各个单体电池中间都设有导热板，将热量传递给相变模块，相变模块用于对电池模组进行散热，相变模块与单体电池之间是分开的，维护较为方便，可靠性较高，通过实用温控装置，延长了电池模组的使用时间，从而提高了电池模组的使用寿命。
在上述实施方式的基础上，进一步的，在本实施例中，所述相变块，包括壳体以及设置在所述壳体中的多孔导热物质；
其中，所述泡沫铜芯体内部填装相变材料。
具体来说，相变块包括壳体以及设置在所述壳体中的多孔导热物质，其中壳体为铜板壳体，多孔导热物质可以为泡沫铜芯体，内部填装石蜡相变材料，其中石蜡相变材料通过真空灌注的方式填装在泡沫铜芯体内部。相变材料的使用量与预计的工作时间、共享的单体电池数量相匹配。
进一步的，在实际应用中，所述集热块包括：底座以及翅片型集热条；
其中，所述集热块的底座与所述相变块相连；
所述导热板夹设在所述集热条两侧，以使每两个所述导热板之间有一个所述集热条，所述集热条的尺寸与所述导热板的伸出部分的尺寸相匹配。
其中，在实际应用中，所述集热条与所述导热板的伸出部分的上下两端通过夹钳相连
具体来说，集热块的集热条数量与共享的单体电池数量相匹配，其集热条的尺寸与导热片的伸出部分的尺寸相匹配，上下两端通过夹钳相连，尽可能增加接触面积，以提高相变材料储热效率。
所述夹钳由弹簧钢等弹性金属和弹簧组成，用于加紧固定导热板和相变模块的集热块，使导热板的伸出部分与集热条紧密贴合，减小接触热阻，导热板的部分热量通过集热块流向相变模块。
电池模组寿命终结时，松开夹钳可实现相变模块与电池模组分离；松开冷却单元的插接结构，可实现单体电池与冷却单元分离。该电池模组的温控装置均可重复利用，成本低廉。
图7为本发明实施例中单体电池温度传感器布置示意图。以下对上述实施例进行举例说明：
在100％低地样车和燃料电池超级电容混合动力车的调试中，在车上对动力电池箱内部各单体电池温度进行测量，单体电池温度传感器布置如图7所示。如图7所示，电池的宽度为219mm，高度为126mm。测点1、测点2、测点4、测点5对称设置，测点1和测点4距离电池上下边缘均为30mm，距离电池左边缘均为40mm，测点2和测点5距离电池上下边缘均为30mm，距离电池右边缘均为40mm，测点3距离电池上边缘为63mm，距离电池右边缘为109.5mm。
实验结果如下：
在没有强制通风对流冷却和相变冷却的条件下，在实验进行到0.5小时左右，电芯表面温度就已经接近50℃，当实验进行到40分钟电芯表面最高温度已经接近55℃，在实验结束时电芯表面温差达到最大值为10.6℃。
在1m/s强制通风对流冷却的条件下在实验进行到1小时左右，电芯表面温度就已经接近50℃，当实验进行到1小时20分钟电芯表面最高温度已经接近55℃，在实验结束时温差达到最大值为8.5℃。
在相变冷却的条件下，在实验进行到2.5小时左右，电芯表面温度就已经接近50℃，当实验进行到3小时电芯表面最高温度已经接近55℃。
在1m/s强制通风对流冷却的条件和相变冷却的条件下，电芯表面温度始终没有超过50℃，当实验进行到第10个小时最高温度才刚刚达到45℃，且温度逐渐趋于稳定，增长幅度很小。
实验结果说明采用本发明的温控装置后，在同等条件下比传统的空气冷却和相变冷却方式具有更好的散热效果，电池模组安全使用时间更长，各单体电池温度均衡性更一致，电池模组的寿命更长。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种电池模组的温控装置，其特征在于，包括：
相变模块与至少两组冷却单元；
其中，每组所述冷却单元均包括：电池定位框、冷却框和导热板；
所述电池定位框镶嵌在单体电池四周，用于对所述单体电池进行固定；
所述冷却框内部设置冷却风道，用于对所述单体电池进行散热，中部设置有导热板定位框，所述导热板固定在所述导热板定位框上，且所述导热板部分伸出于所述冷却框外；
所述导热板定位框与所述电池定位框相连；
所述相变模块包括：集热块和相变块；其中，所述集热块与所述导热板的伸出部分相连，所述相变块与所述集热块相连，用于对所述电池模组进行散热；
所述冷却框的下端设有进风口；所述冷却框的上端设有与所述进风口相对的出风口；
所述冷却框的边缘设有定位销和/或定位孔，用于与其他冷却单元的冷却框的定位孔和/或定位销匹配连接；
所述集热块包括：底座以及翅片型集热条；
其中，所述集热块的底座与所述相变块相连；
所述导热板夹设在所述集热条两侧，以使每两个所述导热板之间有一个所述集热条，所述集热条的尺寸与所述导热板的伸出部分的尺寸相匹配；
所述集热条与所述导热板的伸出部分的上下两端通过夹钳相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导热板定位框上设有定位销，所述导热板的边缘设有与所述定位销匹配的定位孔，所述导热板通过所述定位销和所述定位孔固定在所述导热板定位框上；和/或，
所述导热板定位框上设有定位孔，所述导热板的边缘设有与所述定位孔匹配的定位销，以使所述导热板通过所述定位销和所述定位孔固定在所述导热板定位框上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池定位框在与所述单体电池长度方向垂直的方向上设有定位孔，所述导热板定位框上设有与所述定位孔匹配的定位销，以使所述电池定位框通过所述定位销和所述定位孔与所述导热板定位框相连；和/或，
所述电池定位框在与所述单体电池长度方向垂直的方向上设有定位销，所述导热板定位框上设有与所述定位销匹配的定位孔，以使所述电池定位框通过所述定位销和所述定位孔与所述导热板定位框相连。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述导热板定位框包括多个间隔设置的定位板。
5.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述相变块，包括壳体以及设置在所述壳体中的多孔导热物质；
所述多孔导热物质为泡沫铜芯体；
其中，所述泡沫铜芯体内部填装相变材料。
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