CN113540651A - 动力电池模组及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池模组及车辆，属于动力电池技术领域，为解决现有电池模组安全性差等问题而设计。本发明动力电池模组包括上箱盖、下箱体、热管理***、电气***、热失控防护***和储能单元，上箱盖和下箱体围合形成腔体，储能单元包括电芯，下箱体包括密封连接的边框和底板，底板包括上层板、下层板以及加强筋，加强筋连接在上层板和下层板之间，在上层板的中部设置有第一排气孔，在上层板的边缘处设置有第二排气孔。本发明动力电池模组及车辆能实现电池热失控状态下不起火、不***的目的，在提升***能量密度的同时提高了集成度和安全性。

Description

动力电池模组及车辆

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池模组以及包括该动力电池模组的车辆。

背景技术

电动汽车是一种以电池为动力的交通工具，具备节能环保成本低等优点。目前较为常用的动力电池包括方形、软包和圆柱三种电芯形式，其中，相对方形电芯和软包电芯，圆柱电芯生产速率快、成本低、而且与之相配套的生产和检测设备较为完善，所以圆柱电芯能够快速批量化扩大生产。

现有包括圆柱电芯的电池模块通常为若干单体圆柱电芯并列排布且相邻圆柱电芯之间具有间隙，电芯单元的两端分别设有导热骨架，导热骨架具有若干导热通孔，导热通孔与单体圆柱电芯一一对应。在导热骨架上设置有蛇形管，冷却液流经蛇形管，为电池模块降温，避免因为高温导致电池模块发生***等事故。

现有电池模块的缺陷至少包括：箱体以及热失控防护***都结构简单，在个别电芯因过热发生***时无法保护相邻电芯的安全，降低了电池模块整体的安全性和使用寿命。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种安全性更高的动力电池模组。

本发明的另一个目的在于提出一种使用更安全的车辆。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种动力电池模组，包括上箱盖、下箱体、热管理***、电气***、热失控防护***和储能单元，所述上箱盖和所述下箱体围合形成用于容纳所述热管理***、所述电气***、所述热失控防护***和所述储能单元的腔体，所述储能单元包括电芯，所述下箱体包括密封连接的边框和底板，所述底板包括上层板、下层板以及加强筋，所述加强筋连接在所述上层板和所述下层板之间，在所述上层板的中部设置有第一排气孔，在所述上层板的边缘处设置有第二排气孔。

特别是，所述热失控防护***包括由金云母或白云母制成的隔热板，所述隔热板位于所述电芯的顶部与所述上箱盖的底部之间。

特别是，所述储能单元还包括用于固定所述电芯的安装支架，所述安装支架包括电芯固定部和水管限位槽；所述电芯的顶部设置有正极柱，所述电芯的底部设置有防爆阀；所述电芯为圆柱电芯，所述第一排气孔为圆形孔，所述第一排气孔的直径大于所述防爆阀的直径且小于所述电芯主体的直径。

特别是，所述电芯固定部与所述电芯之间填充有导热结构胶，所述安装支架上开设有导热结构胶导流口，所述导热结构胶导流口连通相邻的所述电芯固定部。

特别是，所述上箱盖和所述下箱体通过螺栓连接，在所述上箱盖和所述下箱体之间设置有密封胶圈。

特别是，所述上箱盖由复合材料PCM、SMC、三系或五系铝合金、或者钣金材质制成。

特别是，所述热管理***包括蛇形管和汇流管，所述蛇形管和所述汇流管相连通以形成用于流通冷却液的通道。

特别是，所述蛇形管与所述电芯相接触。

特别是，所述电气***包括高压载流连接排和低压控制***，所述低压控制***包括低压线束和BMS。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种车辆，包括车体，还包括上述的动力电池模组，所述动力电池模组可拆卸地安装在所述车体上。

本发明动力电池模组的底板为双层结构且层板上开设有排气孔，热失控时，电芯产生的气体由上层板和下层板之间的型腔流出，然后气体进入电池包内，再通过设置在边框上的防爆阀溢出，达到电池热失控状态下不起火、不***的目的，为乘客提供足够的逃生时间，在显著提升***能量密度的同时提高了集成度和安全性，成本低，热失控防护效果好，使用寿命长，安全可靠。

本发明车辆包括上述的动力电池模组，个别电芯热失控时能迅速将高温高压气体排出，避免整个动力电池模组过热以至于损坏或***，使用更安全，成本低，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的动力电池模组的***图；

图2是本发明具体实施方式提供的下箱体的***图；

图3是本发明具体实施方式提供的底板的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的储能单元的***图；

图5是本发明具体实施方式提供的安装支架的结构示意图；

图6是本发明具体实施方式提供的电芯的结构示意图；

图7是本发明具体实施方式提供的电芯的防爆阀的结构示意图；

图8和图9均为本发明具体实施方式提供的热管理***的结构示意图。

图中：

1、上箱盖；2、下箱体；3、热管理***；4、隔热板；5、储能单元；21、边框；22、底板；31、蛇形管；32、汇流管；51、电芯；52、安装支架；221、上层板；222、下层板；223、加强筋；224、第一排气孔；225、第二排气孔；511、正极柱；512、防爆阀；521、电芯固定部；522、水管限位槽。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实施方式提供一种动力电池模组以及包括该动力电池模组的车辆，具体的，车辆包括车体，动力电池模组可拆卸地安装在车体上。如图1所示，该动力电池模组包括上箱盖1、下箱体2、热管理***3、电气***、热失控防护***和储能单元5，上箱盖1和下箱体2围合形成一个腔体，热管理***3、电气***、热失控防护***和储能单元5都设置在该腔体中，上箱盖1和下箱体2能共同对该动力电池模组起到保护。储能单元5包括电芯51。

如图2和图3所示，作为主要承重单元的下箱体2包括密封连接的边框21和底板22，其中底板22是铝锭经过挤压和机器加工制造而成。底板22包括上层板221、下层板222以及加强筋223，加强筋223连接在上层板221和下层板222之间。下层板222与边框21之间通过搅拌摩擦焊和MIG焊等工艺实现密封，满足IP67的防护要求。在上层板221的中部设置有多个第一排气孔224，在上层板221的边缘处设置有多个第二排气孔225。为了保证电芯51安装的稳定性，第一排气孔224的轴线与电芯51的轴线相重合，即，安装后电芯51的底部边缘正好卡在第一排气孔224的边缘上。其中，下箱体2优选由六系铝合金经过挤压成型工艺并经过机加工和焊接等程序制成。

该动力电池模组的底板22包括上层板221、下层板222以及加强筋223，而且在上层板221上开设有第一排气孔224和第二排气孔225，热失控时，电芯51产生的气体由上层板221和下层板222之间的型腔流出，然后气体进入电池包内，再通过设置在边框21上的防爆阀溢出，达到电池热失控状态下不起火、不***的目的，为乘客提供足够的逃生时间，在显著提升***能量密度的同时提高了高集成和安全性，成本低，热失控防护效果好，使用寿命长，安全可靠。电芯51优选为圆柱电芯，低成本，能量密度高，生产效率高。

第一排气孔224的具体形状不限，能容纳电芯51的底部即可。当电芯51为圆柱电芯时，第一排气孔224为圆形；当电芯51为方形电芯时，第一排气孔224为方形；其它形状同理。第二排气孔225的具体形状不限，能排出热气即可，优选为圆形、矩形以及三角形，也可以根据上层板221边缘处可使用区域的形状和面积设计成不规则形状。

热失控防护***包括由金云母或白云母制成的隔热板4，隔热板4位于电芯51的顶部与上箱盖1的底部之间。准确地说，隔热板4配合第一排气孔224、第二排气孔225以及边框21上的防爆阀共同组成热失控防护***。隔热板4主要起到隔热阻燃的作用，能有效地阻隔热失控时电芯51产生的热量快速传递至上箱盖1，减缓或者避免上箱盖1受到热冲击而破裂，令该动力电池模组使用更安全。隔热板4优选为1—1.5mm厚的云母板，机械强度高，满足动力电池模组在各种使用工况下的性能要求。

在上述结构的基础上，如图4至图7所示，储能单元5还包括用于固定电芯51的安装支架52，其中，电芯51是存储能量和提供能量的核心元件。安装支架52包括电芯固定部521和水管限位槽522，电芯51设置在电芯固定部521中，冷却管路设置在水管限位槽522，用于为电芯51降温。电芯51的顶部设置有正极柱511，电芯51的底部设置有防爆阀512。电芯51优选为圆柱电芯，第一排气孔224优选为圆形孔，圆形的第一排气孔224的直径大于防爆阀512的直径且小于圆柱形的电芯51主体的直径。将防爆阀512设置在电芯51的底部，在发生热失控时气体从电芯51的底部流出，避免气体直接冲击上箱盖1，使用更安全，生产效率高。

为了提高电芯51安装后的稳定性，电芯固定部521与电芯51之间填充有导热结构胶。导热结构胶为两种胶水在使用时混合形成的，具有优良的导热性能和结构强度。用于组成导热结构胶的两种胶水的具体材料不限，现有技术中能同时起到导热和粘接作用的胶水均可。为了满足机械力和结构强度的要求，导热结构胶的导热系数优选为1.3—1.8w/m.k。

安装支架52上开设有导热结构胶导流口，导热结构胶导流口连通相邻的电芯固定部521，令导热结构胶能在储能单元5中顺畅流淌，从而填满整个储能单元5的内部，令电芯51安装得更稳定。另外，导热结构胶能将单个电芯51热失控产生的热量传递至整个动力电池模组中，防止热量聚集引起的热扩散，使用更安全。安装支架52优选由PC和玻璃纤维组成，成本低，生产效率高。

在上述结构的基础上，上箱盖1和下箱体2通过螺栓连接，具体的，上箱盖1的边缘为翻边结构，翻边上通过机加工形成通孔，下箱体2的边框上对应地设置有通孔，上箱盖1的通孔和下箱体2的通孔通过螺栓连接。

在上箱盖1和下箱体2之间设置有密封胶圈。安装时，上箱盖1和下箱体2紧密地扣合在一起，挤压位于两者之间的密封胶圈，从而保证上箱盖1和下箱体2之间不会留缝隙，密封性更好。

上箱盖1优选由复合材料PCM、SMC、三系或五系铝合金、或者钣金材质经过模压成型，强度高，重量轻。优选的，PCM的厚度为0.8—1.5mm或1—3mm，SMC材料的厚度在3—5mm或1—3mm，铝合金材质厚度在0.8—1.2mm，钣金材质厚度在0.8—1.2mm。

如图8和图9所示，热管理***3包括蛇形管31和汇流管32。蛇形管31和汇流管32焊接在一起，其内部相连通以形成用于流通冷却液的通道，冷却液用于为电芯51降温。热管理***3启停由电池管理***精确控制，确保电芯的温度始终处于合理的使用范围内。

安装支架52的侧面设置有水管限位槽522，蛇形管31的端头卡在水管限位槽522中，蛇形管31的主***于安装支架52的内部，蛇形管31与电芯51相接触。水管限位槽522对蛇形管31起到安装限位和导向的作用，填充导热结构胶后蛇形管31被牢牢地固定在安装支架52中，导热效果更好。

每个动力电池模组包括多个整体排列的电芯51，蛇形管31位于电芯51之间。每个电芯51至少与蛇形管31接触一次，导热结构胶填充在电芯51与蛇形管31之间，将电芯51与蛇形管31固定在一起的同时保证了良好的热传递能力，具有优良的均温效果，有利于提升动力电池模组的循环寿命。

在电芯51过热时，电芯51的热量依次传递到导热结构胶和蛇形管31上，由蛇形管31内流动的冷却液将热量带出；当电芯51的温度较低时，在相同的路径下进行热量的反向传递。冷却液优选为乙二醇与水的混合液体，成本低，冷却效率高。

在上述结构的基础上，电气***包括高压载流连接排和低压控制***，低压控制***包括低压线束和BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM的缩写，电池管理***)。电气***能进行电流的传递和电压、温度等信息的有效采集，由BMS进行精准管理能保证电池***安全有效地运行。

该动力电池模组的工作原理：当有电芯51发生热失控时，电芯51产生的高温高压气体从其底部的防爆阀512处喷出，气体经过底板22的第一排气孔224进入上层板221和下层板222之间的腔体中，再由上层板221边缘处的第二排气孔225排到动力电池模组的内部；在压力陡升的情况下，设置在下箱体2的边框21上的防爆阀开启，高温高压气体从该防爆阀处喷出，有效减缓动力电池模组内部的压力和温升速率。作为热失控防护***的云母板具备阻燃隔热的作用，可大大降低动力电池模组发生热扩散的风险，提高了动力电池模组的安全性。

该动力电池模组的生产过程：

第一步，制造储能单元5和热管理***3。将塑料制成的安装支架52倒置放置在水平工位上，将蛇形管31嵌入水管限位槽522中，将电芯51一一倒置(防爆阀512朝上)在电芯固定部521中，在电芯51的底部和安装支架52的底部涂上流动性差但粘结强度高的粘胶。将安装支架52、蛇形管31和电芯51整体结构翻转过来，形成防爆阀512朝下的正放。焊接BUSBAR等高压导流排(即高压载流连接排)和低压线束，从安装支架52的正面灌装导热结构胶。

第二步，将储能单元5和热管理***3放入下箱体2中，通过连接件将储能单元5和热管理***3的整体结构固定连接至下箱体2。

第三步，安装BDU和BMS等电气部件，固定低压线束和高压铜排。

第四步，安装电池箱用防爆阀、云母板和密封圈，然后安装上箱盖1。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种动力电池模组，包括上箱盖(1)、下箱体(2)、热管理***(3)、电气***、热失控防护***和储能单元(5)，所述上箱盖(1)和所述下箱体(2)围合形成用于容纳所述热管理***(3)、所述电气***、所述热失控防护***和所述储能单元(5)的腔体，所述储能单元(5)包括电芯(51)，其特征在于，所述下箱体(2)包括密封连接的边框(21)和底板(22)，所述底板(22)包括上层板(221)、下层板(222)以及加强筋(223)，所述加强筋(223)连接在所述上层板(221)和所述下层板(222)之间，在所述上层板(221)的中部设置有第一排气孔(224)，在所述上层板(221)的边缘处设置有第二排气孔(225)。

2.根据权利要求1所述的动力电池模组，其特征在于，所述热失控防护***包括由金云母或白云母制成的隔热板(4)，所述隔热板(4)位于所述电芯(51)的顶部与所述上箱盖(1)的底部之间。

3.根据权利要求1所述的动力电池模组，其特征在于，所述储能单元(5)还包括用于固定所述电芯(51)的安装支架(52)，所述安装支架(52)包括电芯固定部(521)和水管限位槽(522)；所述电芯(51)的顶部设置有正极柱(511)，所述电芯(51)的底部设置有防爆阀(512)；所述电芯(51)为圆柱电芯，所述第一排气孔(224)为圆形孔，所述第一排气孔(224)的直径大于所述防爆阀(512)的直径且小于所述电芯(51)主体的直径。

4.根据权利要求3所述的动力电池模组，其特征在于，所述电芯固定部(521)与所述电芯(51)之间填充有导热结构胶，所述安装支架(52)上开设有导热结构胶导流口，所述导热结构胶导流口连通相邻的所述电芯固定部(521)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的动力电池模组，其特征在于，所述上箱盖(1)和所述下箱体(2)通过螺栓连接，在所述上箱盖(1)和所述下箱体(2)之间设置有密封胶圈。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的动力电池模组，其特征在于，所述上箱盖(1)由复合材料PCM、SMC、三系或五系铝合金、或者钣金材质制成。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的动力电池模组，其特征在于，所述热管理***(3)包括蛇形管(31)和汇流管(32)，所述蛇形管(31)和所述汇流管(32)相连通以形成用于流通冷却液的通道。

8.根据权利要求7所述的动力电池模组，其特征在于，所述蛇形管(31)与所述电芯(51)相接触。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的动力电池模组，其特征在于，所述电气***包括高压载流连接排和低压控制***，所述低压控制***包括低压线束和BMS。

10.一种车辆，包括车体，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的动力电池模组，所述动力电池模组可拆卸地安装在所述车体上。

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