CN108574073A - 一种高能量密度液冷电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高能量密度液冷电池模组，通过在电池装配体之间绕设紧贴的热交换管，不仅可以吸收并带走电池装配体产生的热量，而且还能在低温环境中对电池装配体进行适当加热，使得电池装配体在合适的温度范围内工作，避免电池装配体因散热不及时而导致热失控；另外，由于每个电池装配体通过固定件间隔隔开，当某个电池装配体热失控***时，其它的电池装配体不受影响而避免产生连锁***的问题，因此，本发明具有优异的防火、防水、防撞和防震动的安全性能，再者本发明改善了传统电池模组的结构，有效降低了生产组装成本。

Description

一种高能量密度液冷电池模组

【技术领域】

本发明涉及电动车、电动飞机及储能设备的电池领域，尤其是一种具有安全性能高的高能量密度液冷电池模组。

【背景技术】

随着石化能源的生产和消耗迫近顶峰且逐步趋向枯竭，随之而来的环境污染日益严重，以可再生能源为主的能源体系正在逐渐形成。在当前全球运输及制能工业面临能源和环境污染问题的巨大挑战下，发展新能源电动车，电动飞机及储能战略转型，在国际上已经达成共识。从汽车行业节能减排趋势来看，发展新的节能及新能源汽车是汽车技术进步与产业升级的必然选择。

动力电池模组是指电芯通过串并联的方式组合并加固定装置后为电动车提供电能的组合体，是组成电池包结构之一。按照电芯的结构形状，可分为圆柱电芯,方形电池和软包电池。

然而，现有技术中，很多电池模组都存在散热效果不佳，且当单体电池因热失控易引起连锁***，以及不具备安全可靠的防火、防水、防撞、防震动等安全性能。

本发明即针对现有技术的不足而研究提出。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种高能量密度液冷电池模组，通过在电池装配体之间绕设紧贴的热交换管，不仅可以吸收并带走电池装配体产生的热量，而且还能在低温环境中对电池装配体进行适当加热，使得电池装配体在合适的温度范围内工作，避免电池装配体因散热不及时而导致热失控；另外，由于每个电池装配体通过固定件间隔隔开，当某个电池装配体热失控***时，其它的电池装配体不受影响而避免产生连锁***的问题，因此，本发明具有优异的防火、防水、防撞和防震动的安全性能，再者本发明改善了传统电池模组的结构，有效降低了生产组装成本。

为解决上述技术问题，本发明一种高能量密度液冷电池模组,其特征在于包括壳体1，所述壳体1内设有固定件，所述固定件上间隔排列有电池装配体3，所述壳体1内且位于每一个电池装配体3侧面之间绕设紧贴有热交换管4，所述热交换管4两端伸出于壳体1外以用于与热交换***连接，使得通过热交换管4对电池装配体3进行热交换。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述电池装配体3包括单体电池/电芯31和电池筒32，所述电池筒32上下开口且由导热材质制成，所述单体电池/电芯31外表面涂覆或包覆有导热胶以使得单体电池/电芯31与电池筒3之间紧密接触连接，所述热交换管4直接或间接可导热地紧贴于电池筒3外侧面。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述固定件包括均间隔设置有电池安装孔23的上固定板21和下固定板22，所述电池装配体3上、下端相应安装于上固定板21和下固定板22的电池安装孔23内，所述上固定板21和下固定板22与壳体1内侧之间分别设有上导电板24和下导电板25，所述电池装配体3上、下端电极相应与上导电板24和下导电板25电连接，所述上导电板24和下导电板25上均设有与电池安装孔23位置对应的通孔26，每一所述通孔26上扣合有当电池装配体3***时可被冲击打开的绝缘盖27。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述上导电板24和下导电板25外表面涂覆或包覆有用于使其上的导线相互绝缘隔开的绝缘胶层。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述热交换管4为具有多条微通道的扁管，所述热交换管4侧面设有用于与电池筒32侧面相贴合的波浪面41，每一所述电池筒32外侧面与相应的波浪面41通过导热胶水固定连接。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述上导电板24和下导电板25与壳体1内侧之间分别形成有用于填充阻燃物质的密封间隙28。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述壳体1包括边框11、上盖12和下盖14，所述上盖12和下盖内侧面涂覆或包覆有胶层或垫有胶片，所述上盖12和下盖14与边框11的上下开口之间设有密封胶圈，所述上盖12和下盖14通过支撑柱13连接而扣合在边框11相应开口上。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述壳体1外表面涂覆或包覆有隔热胶。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，所述壳体1内侧面和/或上导电板24和下导电板25表面绝缘藏设有用于与电池装配体3电连接的低熔点合金导线29，所述低熔点合金导线29的熔点为80℃-100℃。

如上所述一种高能量密度液冷电池模组，还包括通过绝缘硅胶包覆或涂覆固定于壳体1内用于电池模组外的电池管理***电连接的电压传感器和温度传感器。

与现有技术相比较，本发明所述一种高能量密度液冷电池模组，具有如下优点：

1、将热交换管绕设紧贴在电池装配体之间，通过驱动液态导热介质在热交换管内流动，使之与电池装配体进行热交换，因此，一方面可带走电池装配体产生的热量，避免电池装配体散热不良而导致热失控的问题；另一方面，当本发明在低温恶劣的环境中使用时，热交换管可对电池装配体进行适当的加热，让电池装配体在设定的温度中工作。

2、每个电池装配体由单体电池/电芯和上下两端开口的电池筒组装而成，并间隔排列地安装在固定件上，上导电板和下导电板上均设有与电池装配体端部对应的通孔，在正常使用时，该通孔扣合有绝缘盖，因此当单体电池/电芯出现热失控而***时，***力则沿电池筒竖向两端而冲开绝缘盖，避免了横向***而冲击相邻的电池装配体导致连锁***的现象，有效地控制***威力最小化，降低了其***的危险系数，保障使用者及其周围的安全。

3、在壳体上下内侧与上导电板和下导电板之间形成有密封间隙，并在该密封间隙内填充阻燃物质，当单体电池/电芯因热失控而***时，所产生的高温***物冲开绝缘盖后进入密封间隙与阻燃物质混合再冲击顶开壳体，因此，该阻燃物质可阻止高温***物在壳体内着火，避免影响其它电池装配体，进一步降低***的危险系数。

4、热交换管为扁管，其设有波浪面，通过波浪面与电池筒外侧面充分接触，故可提高电池筒与热交换管之间进行热交换效率。

5、热交换管与电池筒之间通过导热胶水固定连接，使之永久性地接触，不仅确保有效地进行热交换，而且还将所有的电池装配体连接固定为一整体，并形成类似蜂巢结构，避免了松动，并提高了电池模组的机械连接强度。

6、单体电池/电芯外表面涂覆导热胶后过盈配合地***电池筒内，且由于导热胶具有热胀冷缩的物理特性，因此，通过该导热胶不仅将单体电池/电芯固定于电池筒内，而且有效地使单体电池/电芯与热交换管进行热交换。

7、在上导电板和下导电板外表面涂覆有绝缘胶层，通过该绝缘胶层使其内的导线相互绝缘隔开，避免被撞击时短路造成着火或***；以及壳体内的其他所有导体均包覆有绝缘胶，因此，当壳体被打开浸泡在水中时，可避免各个电池装配体内的单体电池/电芯接触水而发生短路致使产生火花或***，因此，具有防水、防撞之功能。

8、通过在壳体内侧面和/或上导电板和下导电板表面设置熔点为80℃-100℃的低熔点合金导线，当电池模组收到撞击或温度高于80℃时，该低熔点合金导线则即时熔断，各个电池装配体便会在自动关闭放电，故可防止热失控着火或***，进一步提高使用的安全性能。

9、壳体的外表面包覆有隔热胶，不仅对电池模组整体外表面起到密封防水作用，而且可有效隔绝外界的热量传导至电池模组内，保证各个单体电池/电芯在安全的温度范围内工作使用。

10、在壳体内通过绝缘胶包覆的电压传感器和温度传感器，进一步地通过电池管理***对电池模组进行实施检测，确保电池模组运行稳定可靠。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为图2沿M-M方向的剖视图。

图5为图2沿H-H方向的剖视图。

图6为图5标记K的放大视图。

图7为本发明热交换管横截面及接头的示意图。

图8为本发明的***视图。

图9为本发明中低熔点合金导线布置在上导电板表面的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图1-9对本发明的实施方式作详细说明。

如图1-9所示，本发明一种高能量密度液冷电池模组,包括壳体1，所述壳体1内设有固定件，所述固定件上间隔排列有电池装配体3，所述壳体1内且位于每一个电池装配体3侧面之间绕设紧贴有热交换管4，所述热交换管4两端伸出于壳体1外以用于与热交换***连接，使得通过热交换管4对电池装配体3进行热交换。将热交换管绕设紧贴在电池装配体之间，通过相应的循环泵体驱动液态导热介质在热交换管内流动，使之与电池装配体进行热交换，因此，一方面可带走电池装配体产生的热量，避免电池装配体散热不良而导致热失控的问题；另一方面，当本发明在低温恶劣的环境中使用时，热交换管可对电池装配体进行适当的加热，让电池装配体在设定的温度中工作，该工作温度为25±5℃。

所述电池装配体3包括单体电池/电芯31和电池筒32，所述电池筒32上下开口且由导热材质制成，本发明电池筒采用薄壁的铝材制成，铝制的电池筒将各个单体电池/电芯分开及保护，当单体电池/电芯热失控***时，高温***物则只从电池筒两端开口冲出，避免冲击相邻的单体电池/电芯而产生连锁***；所述单体电池/电芯31外表面入涂覆有导热胶以使得单体电池/电芯31与电池筒3之间紧密接触连接，本发明中所述导热胶采用导热硅胶，所述热交换管4直接或间接可导热地紧贴于电池筒3外侧面。单体电池/电芯外表面涂覆导热胶后，与电池筒进行装配时，为过盈配合连接，由于导热硅胶具有热胀冷缩的物理特性，因此，通过该导热硅胶不仅将单体电池/电芯固定于电池筒内，而且有效地使单体电池/电芯与热交换管进行热交换。

所述固定件包括均间隔设置有电池安装孔23的上固定板21和下固定板22，所述电池装配体3上、下端相应安装于上固定板21和下固定板22的电池安装孔23内，所述上固定板21和下固定板22与壳体1内侧之间分别设有上导电板24和下导电板25，所述电池装配体3上、下端电极相应与上导电板24和下导电板25电连接，即通过相应的保险丝或保险片连接，所述上导电板24和下导电板25上均设有与电池安装孔23位置对应的通孔26，每一所述通孔26上扣合有当电池装配体3***时可被冲击打开的绝缘盖27，绝缘盖27采用低密度硅胶制成，确保***时可容易被冲开。电池装配体通过上固定板21和下固定板22的电池安装孔23定位后，上导电板24和下导电板25相应盖在上固定板21和下固定板22上，使得通孔与电池安装孔同轴设置，在正常使用时，该通孔扣合有绝缘盖，因此当单体电池/电芯出现热失控而***时，***力则沿电池筒竖向两端而冲开绝缘盖，避免了横向***而冲击相邻的电池装配体导致连锁***的现象，有效地控制***威力最小化，降低了其***的危险系数，保障使用者及其周围的安全。

所述上导电板24和下导电板25外表面涂覆有用于使其上的导线相互绝缘隔开的绝缘胶层，该绝缘胶层为硅胶层，通过该绝缘胶层使其内的导线相互绝缘隔开，因此，可避免电池模组被撞击时导线短路造成着火或***；同时，壳体内的其他所有导体均包覆有绝缘胶，因此，当壳体被打开浸泡在水中时，可避免各个电池装配体内的单体电池/电芯接触水而发生短路致使产生火花或***，因此，具有防水、防撞之功能。。

为了提高热交换效率，所述热交换管4为扁管，如图7所示，该扁管内沿其轴向设有多条相互独立隔开的微通道，采用多条微通道，有效加快液态导热介质在热交换管内的流动速度，再由于各条微通道内的液态导热介质存在流动速度差，进一步提高热交换效率。另外，采用具有多条微通道的扁管作为热交换管4，当某一微通道堵塞后，仍然不影响其他微通道内的液态导热介质流动，故可防止堵塞而影响热交换的问题，具有热交换高效及可靠稳定的特点。所述热交换管4侧面设有用于与电池筒32侧面相贴合的波浪面41，本发明中，优选每一所述电池筒32外侧面与相应的波浪面41通过导热胶水固定连接，该导热胶水为导热硅胶，通过导热硅胶将热交换管4侧面与电池筒32侧面永久性地接触连接，不仅确保有效地进行热交换，而且还将所有的电池装配体连接固定为一整体，并形成类似蜂巢结构，避免了松动，并提高了电池模组的机械连接强度。

所述上导电板24和下导电板25与壳体1内侧之间分别形成有用于填充阻燃物质的密封间隙28，本发明中盖密封间隙28填充的阻燃物质为氮气，当单体电池/电芯因热失控而***时，所产生的高温***物冲开绝缘盖后进入密封间隙与氮气混合再冲击顶开壳体，由于氮气不支持燃烧，因此，可阻止高温***物在壳体内着火，避免影响其它电池装配体，进一步降低***的危险系数。

所述壳体1包括边框11、上盖12和下盖14，所述上盖12和下盖14内侧面涂覆有胶层或垫有胶片，所述上盖12和下盖14与边框11的上下开口之间设有密封胶圈15，所述上盖12和下盖通过支撑柱13连接而扣合在边框11相应开口上，使得电池模组类似三明治结构的装配体。当某一单体电池/电芯***时，由于***瞬间的冲击力非常大，上盖和下盖对应的位置则被顶起而冲破，高温***物随之冲出而在空气中燃烧。

所述壳体1外表面涂覆或包覆有隔热胶，本发明中隔热胶采用隔热硅胶，在壳体1外表面涂覆隔热胶，不仅对电池模组整体外表面起到密封防水作用，而且可有效隔绝外界的热量传导至电池模组内，保证各个单体电池/电芯在安全的温度范围内工作使用。

所述壳体1的上盖和下盖的内侧面设有低熔点合金导线29，同时也在上导电板24和下导电板25设有低熔点合金导线29，且低熔点合金导线29通过绝缘硅胶包覆，避免与其它导体短路接触，该低熔点合金导线29与电池装配体3电连接，所述低熔点合金导线29的熔点为80℃-100℃。当电池模组收到撞击或温度高于80℃时，该低熔点合金导线则即时熔断，各个电池装配体便会在自动关闭放电，故可防止热失控着火或***，进一步提高使用的安全性能。

另外，本发明一种高能量密度液冷电池模组，还包括通过绝缘硅胶包覆或涂覆固定于壳体1内用于电池模组外的电池管理***电连接的电压传感器和温度传感器，通过电压传感器和温度传感器，进一步地通过电池管理***对电池模组进行实施检测，确保电池模组运行稳定可靠。

本发明使用时，热交换管的两端相应与热交换***的循环泵体进行连接，对于在一般环境使用，热交换***通过循环泵体驱动温度较低的液态导热介质在热交换管内流动，各个单体电池/电芯进行相应的充电或放电工作，并相应产生热量，该热量依次通过导热硅胶、电池筒、导热硅胶和热交换管传导至流动的液态导热介质，最终随液态导热介质进入热交换***内而散失。

Claims (10)

1.一种高能量密度液冷电池模组,其特征在于包括壳体(1)，所述壳体(1)内设有固定件，所述固定件上间隔排列有电池装配体(3)，所述壳体(1)内且位于每一个电池装配体(3)侧面之间绕设紧贴有热交换管(4)，所述热交换管(4)两端伸出于壳体(1)外以用于与热交换***连接，使得通过热交换管(4)对电池装配体(3)进行热交换。

2.根据权利要求1所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述电池装配体(3)包括单体电池/电芯(31)和电池筒(32)，所述电池筒(32)上下开口且由导热材质制成，所述单体电池/电芯(31)外表面涂覆或包覆有导热胶以使得单体电池/电芯(31)与电池筒(3)之间紧密接触连接，所述热交换管(4)直接或间接可导热地紧贴于电池筒(3)外侧面。

3.根据权利要求1所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述固定件包括均间隔设置有电池安装孔(23)的上固定板(21)和下固定板(22)，所述电池装配体(3)上、下端相应安装于上固定板(21)和下固定板(22)的电池安装孔(23)内，所述上固定板(21)和下固定板(22)与壳体(1)内侧之间分别设有上导电板(24)和下导电板(25)，所述电池装配体(3)上、下端电极相应与上导电板(24)和下导电板(25)电连接，所述上导电板(24)和下导电板(25)上均设有与电池安装孔(23)位置对应的通孔(26)，每一所述通孔(26)上扣合有当电池装配体(3)***时可被冲击打开的绝缘盖(27)。

4.根据权利要求3所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述上导电板(24)和下导电板(25)外表面涂覆或包覆有用于使其上的导线相互绝缘隔开的绝缘胶层。

5.根据权利要求2所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述热交换管(4)为具有多条微通道的扁管，所述热交换管(4)侧面设有用于与电池筒(32)侧面相贴合的波浪面(41)，每一所述电池筒(32)外侧面与相应的波浪面(41)通过导热胶水固定连接。

6.根据权利要求3所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述上导电板(24)和下导电板(25)与壳体(1)内侧之间分别形成有用于填充阻燃物质的密封间隙(28)。

7.根据权利要求6所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述壳体(1)包括边框(11)、上盖(12)和下盖(14)，所述上盖(12)和下盖(14)内侧面涂覆有胶层或垫有胶片，所述上盖(12)和下盖(14)与边框(11)的上下开口之间设有密封胶圈(15)，所述上盖(12)和下盖(14)通过支撑柱(13)连接而扣合在边框(11)相应开口上。

8.根据权利要求1所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述壳体(1)外表面涂覆或包覆有隔热胶。

9.根据权利要求3所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于所述壳体(1)内侧面和/或上导电板(24)和下导电板(25)表面绝缘藏设有用于与电池装配体(3)电连接的低熔点合金导线(29)，所述低熔点合金导线(29)的熔点为80℃-100℃。

10.根据权利要求1-9任一项所述一种高能量密度液冷电池模组，其特征在于还包括通过绝缘硅胶包覆或涂覆固定于壳体(1)内用于电池模组外的电池管理***电连接的电压传感器和温度传感器。