CN110718726A - 一种圆柱形电池模组冷却***及电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆柱形电池模组冷却***，包括绝缘支架、导热层和换热板，绝缘支架的电芯接触面上设置有电芯配合槽，绝缘支架的换热端面与换热板接触；导热层包覆设置于绝缘支架的电芯接触面和换热端面上；导热层包括绝缘表层、石墨膜和弹性缓冲层。该圆柱形电池模组冷却***以绝缘支架作为支撑，绝缘支架的电芯接触面和换热端面设置有包含绝缘层、石墨膜和弹性缓冲层的导热层，电芯、导热层和换热板组合成有效的固固接触热传导结构。本发明还公开了一种电池模组。

Description

一种圆柱形电池模组冷却***及电池模组
技术领域
本发明涉及锂电池生产技术领域，具体涉及一种圆柱形电池模组冷却***及电池模组。
背景技术
电池包的散热性能和均温性能对电池***、模组、电芯的可靠性、循环寿命和充放电性能有非常大的影响。现有技术中圆柱形电池模组主要的散热结构为液冷和铝材冷却。
液冷是指在电芯之间设置串行或者并行流道的蛇形管，如CN106972218A中所述的，包括分布在电池组两个侧面的内部有循环流动冷却介质的冷却通道，电池组产生的热量依次传递给热管、通道本体和冷却介质。该方案的缺陷在于：电池模组结构复杂，大批量生产时一致性难保证，不利于自动化生产。并且，串行流道的蛇形冷却管设计方案会加大冷却***的流阻，增加压力损失，增加能耗。
铝材冷却的结构如CN105870373A所述的散热支架，铝质散热支架上设置有与圆柱形电芯相配合的定位部。进一步的，大倍率充放电时电芯放热量较大，优选将支架的表面绝缘处理。该方案的缺陷在于，铝虽属于轻金属，但是多个支架的使用对于电池包增重明显；第二，铝材常用的绝缘处理通常为氧化形成表层的氧化铝，而氧化铝的导热系数20 W/m·K(20℃)，纯铝的导热系数为237 W/m·K，金属导热系数随温度的升高而减小。经过绝缘处理的铝质支架定位部热量集中，不适用于放热量大的圆柱形电芯。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种圆柱形电池模组冷却***，导热***结构简单、导热效率高。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，包括绝缘支架、导热层和换热板，所述绝缘支架的电芯接触面上设置有电芯配合槽，所述绝缘支架的换热端面与换热板接触；所述导热层包覆设置于所述绝缘支架的电芯接触面和换热端面上；所述导热层包括绝缘表层、石墨膜和弹性缓冲层。
优选的技术方案为，所述绝缘支架中还设置有通孔，所述通孔与电芯配合槽轴向一致的。
优选的技术方案为，所述绝缘支架的材质为聚碳酸酯。
优选的技术方案为，所述弹性缓冲层的材质为泡棉，所述弹性缓冲层的厚度为0.5～0.8mm。
优选的技术方案为，所述绝缘表层为PET膜，所述PET膜的厚度为5～30μm。
优选的技术方案为，所述换热板与绝缘支架的换热端面之间设置有导热胶层或导热垫。
本发明的目的之二在于提供一种电池模组，其特征在于，包括上述的圆柱形电池模组冷却***，还包括模组支架、若干个电芯，所述绝缘支架夹设于相邻的成排电芯之间，所述换热板固定设置在若干个所述电芯组成的电芯阵列的至少一侧。
优选的技术方案为，所述模组支架和绝缘支架上设置有相配合的定位部。
本发明的优点和有益效果在于：
该圆柱形电池模组冷却***以绝缘支架作为支撑，绝缘支架的电芯接触面和换热端面设置有包含绝缘层、石墨膜和弹性缓冲层的导热层，电芯、导热层和换热板组合成有效的固固接触热传导结构；
石墨膜具有优良的平面导热性能，平面导热系数高达1500w/Mk，能够快速的将电芯热量传导至换热板液冷板，或者将换热板加热板的热量传导至电芯，能有效保障电芯的均温性和一致性，提高电池***的循环寿命。
附图说明
图1是实施例1圆柱形电池模组冷却***的立体结构示意图；
图2是实施例1的主视图；
图3是图2中A的局部放大图；
图4是实施例2圆柱形电池模组冷却***的主视结构示意图；
图5是实施例3电池模组的立体结构示意图；
图6是实施例4电池模组的立体结构示意图；
图7是图6中B的局部放大图；
图中：1、绝缘支架；2、导热层；3、换热板；4、减重通孔；5、第二绝缘支架；6、电芯；7、第一模组支架；8、第二模组支架；9、凹陷部；10、导热垫；a、电芯配合槽；b、凸环；c、V字形凸起；d、近似三角形状凸起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
绝缘支架
绝缘支架的作用是为导热层提供支撑，具体的，导热层与绝缘支架固定连接，绝缘支架的电芯配合槽能够确保导热层与电芯的接触换热面积趋大控制。绝缘支架的作用还在于确保导热效率的同时，提高电池包安全系数。另外，绝缘材料的密度小，有助于电池包的轻量化。进一步优选的绝缘材质为聚碳酸酯，聚碳酸酯良好的尺寸稳定性确保电芯与导热层的充分接触，聚碳酸酯的耐疲劳性、耐候性以及高强度满足模组组装结构强度的要求。
换热板
换热板为模组中单独的冷板或加热板，又或者冷板和加热板同时设置在模组中。大倍率充电时，换热板为冷板，冷板选自现有的液冷板或者风冷翅片散热器，优选的冷板为液冷板。进一步的，换热板与绝缘支架的换热端面之间设置有导热胶层或导热垫。导热胶和导热垫的作用均为促进导热层与换热板的充分接触，提高导热效率，导热胶还具有粘接固定的作用。
通孔
通孔的主要作用在于减重，符合电池包轻量化的设计趋势。当绝缘支架的两相对侧面上设置有电芯配合槽时，在保证绝缘支架机械强度的前提下，通孔设置在相邻的四个电芯配合槽之间。通孔的横截面没有特别的限制。通孔还可作为定位孔，模组的锁紧螺杆穿设于该定位孔中，可拆卸连接模组支架和绝缘支架。
导热层
导热层包括绝缘表层、石墨膜和弹性缓冲层。优选的，石墨膜与绝缘表层直接复合，弹性缓冲层位于石墨膜与绝缘支架之间。绝缘表层位于导热层的表面，与电芯直接接触，石墨膜的石墨具有导电性能，绝缘表层覆于石墨膜的表面。与现有技术中的铝质支架相比，石墨膜能快速的完成膜面内的热量传递，减少传导至绝缘支架的热量。
利用弹性缓冲层的弹性，使导热层与电芯的柱面充分接触。弹性缓冲层优选泡棉。泡棉不仅具有一定的压缩量，而且具有隔热性能，进一步减少传导至绝缘支架的热量。进一步的，上述泡棉为硅胶泡棉，闭孔EPDM，材料牌号是HT-800。
进一步的，硅胶泡棉双面背胶，硅胶牌面与绝缘支架以及石墨膜均通过硅胶泡棉背胶粘接。PET绝缘膜与石墨膜通过设备热压结合，进一步的，导热层有良好的绝缘性能，能够直接与圆柱电芯表面接触，导热层做为媒介与换热板表面充分接触将电芯工作过程中的热量耗散。进一步的，导热层超高的导热率可以保证所有的电芯的均温性。
电池模组通常包括模组支架、电芯和穿设于模组支架中以及电芯之间的锁紧螺杆。模组支架包括第一支架和第二支架，第一支架和第二支架上均设置有与电芯端部相配合的装配孔。成组的电芯与装配孔之间填充UV胶固定。
模组支架和绝缘支架的定位部
模组支架和绝缘支架的定位部有助于快速装配。具体的，定位部为相配合的凸起部和凹陷部，例如，绝缘支架上设置有凸起部，而模组支架上设置有凹陷部；或者绝缘支架上设置有凹陷部，模组支架上设置有凸起部。
实施例1
如图1-2所示，实施例1圆柱形电池模组冷却***包括第一绝缘支架1、导热层2和换热板3，第一绝缘支架1的电芯接触面上设置有电芯配合槽a，第一绝缘支架1的换热端面与换热板3接触；导热层2包覆设置于第一绝缘支架1的电芯接触面和换热端面上；导热层2包括绝缘表层21、石墨膜22和弹性缓冲层23。
第一绝缘支架1内设置有与电芯配合槽a轴向一致的减重通孔4。
第一绝缘支架1的材质为聚碳酸酯。
弹性缓冲层的材质为泡棉，弹性缓冲层的厚度为0.5～0.8mm。
绝缘表层为PET膜， PET膜的厚度为5～30μm。
实施例1中仅包含以下结构的第一绝缘支架1：第一绝缘支架1的两相对侧面均设置有电芯配合槽a。组装后的电池模组中电芯排数为N，绝缘支架的个数为N-1；换热板为内部具有蛇形管的液冷板，液冷板的数量为1；实施例1中第一绝缘支架1的换热端面为平面，换热端面上包覆的导热层2与换热板3通过导热垫10平面接触。
实施例2
如图3-4所示，实施例2基于实施例1，区别在于，实施例2中还包括以下结构的第二绝缘支架5：第二绝缘支架5的一侧面设置有电芯配合槽a，另一侧面为平面。组装后的电池模组中电芯排数为N，绝缘支架的个数为N+1，排列方式依次为第二绝缘支架5、N-1个第一绝缘支架1、第二绝缘支架5，即第二绝缘支架5的平面状侧面为电池模组的表面。
实施例3
如图5所示，实施例3电池模组中包含实施例1的圆柱形电池模组冷却***，还包括电芯6，第一模组支架7和第二模组支架8，第一模组支架7和第二模组支架8上均设置有凹陷部9，第一绝缘支架1上设置有与凹陷部9相配合的凸起，第一绝缘支架1上的凸起包括与减重通孔4相通的凸环b和位于绝缘支架两端V字形凸起c。
实施例4
如图6-7所示，实施例4基于实施例2的圆柱形电池模组冷却***，第2绝缘支架1上的凸起为近似三角形状凸起d。
电池模组中还包括已知的跨接片、绝缘板、电池管理***、电池管理***BMS等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，包括绝缘支架、导热层和换热板，所述绝缘支架的电芯接触面上设置有电芯配合槽，所述绝缘支架的换热端面与换热板接触；所述导热层包覆设置于所述绝缘支架的电芯接触面和换热端面上；所述导热层包括绝缘表层、石墨膜和弹性缓冲层。
2.根据权利要求1所述的圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，所述绝缘支架中还设置有通孔，所述通孔与电芯配合槽轴向一致的。
3.根据权利要求1所述的圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，所述绝缘支架的材质为聚碳酸酯。
4.根据权利要求1所述的圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，所述弹性缓冲层的材质为泡棉，所述弹性缓冲层的厚度为0.5～0.8mm。
5.根据权利要求1所述的圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，所述绝缘表层为PET膜，所述PET膜的厚度为5～30μm。
6.根据权利要求1所述的圆柱形电池模组冷却***，其特征在于，所述换热板与绝缘支架的换热端面之间设置有导热胶层或导热垫。
7.一种电池模组，其特征在于，包括权利要求1至6中任意一项所述的圆柱形电池模组冷却***，还包括模组支架、若干个电芯，所述绝缘支架夹设于相邻的成排电芯之间，所述换热板固定设置在若干个所述电芯组成的电芯阵列的至少一侧。
8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述模组支架和绝缘支架上设置有相配合的定位部。
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