CN114421086B - 一种汽车动力锂离子电池模组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于汽车动力锂离子电池技术领域的汽车动力锂离子电池模组结构，所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体(2)与隔热板(21)形成多个安装腔体(22)，每个安装腔体(22)设置为能够***一个电芯(3)的结构，模组箱体(2)与隔热板(21)均设置为由隔热板件制成的结构，模组箱体(2)上部设置冷却油流道(4)，本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，能够可靠通过油冷实现电池模组冷却，不占用过多空间，散热效率高，有效延缓热量在电芯间传递的速度，避免故障电芯相邻的电芯温度过高而导致热失控扩散，确保热失控控制满足要求，保障驾乘人员安全。

Description

一种汽车动力锂离子电池模组结构
技术领域
本发明属于汽车动力锂离子电池技术领域，更具体地说，是涉及一种汽车动力锂离子电池模组结构。
背景技术
锂离子动力电池是新能源汽车中应用最为广泛的一种，在国家政策的扶持下保持高速发展态势，不断有重要技术难题被突破，加工制造业及销售规模也在逐步扩大。在使用中，锂离子电池会因内部电阻及化学反应产生少许热量，又因电池的充放电过程受温度影响较大，若偏离合适的工作温度区间，轻则降低电池寿命、减少电池容量，严重情况下更会诱发PET膜分解甚至短路，进而引发火灾。因此，电池热管理一直是动力锂离子电池应用中首要解决的问题之一。此外，对锂电池而言，最棘手的问题当属由各种因素引发的热失控，通常有：电池的过充过放和收到挤压、穿刺等。单个电芯在发生热失控后，所含的能量将在极短的时间内以热量的形式释放，并伴随产生大量气体喷射而出。若不采取适当手段，热失控电芯所产生的热量将会很快传递至相邻电芯，过高的温度将同样引发热失控，热失控扩散会导致更为严重的后果。根据国家出台的相应标准规范，应确保电池发生热失控并向乘员发出警报后，留五分钟以上的时间供乘员逃离车辆。这对极端情况下的热量控制提出了较高的挑战。在热管理中，常见的有风冷、水冷和油冷，以风冷成本最低，水冷应用最广泛。空冷一般是采用强制对流手段，大量空气通入电池包内部带走多余热量。但由于空气的密度很小，一定时间内能带走的热量有限，而且空冷的效果受环境温度影响较大，因此空冷的效果往往不尽如人意。常见的水冷模式是通过冷板的形式铺设在电池模组底端或侧面，一方面避免了水的导电性带来的安全隐患，另一方面水拥有较高的密度和比热容，在温度控制方面性能优良。但水冷对于可能存在的热失控问题却束手无策。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低，能够可靠实现电池模组冷却，不占用过多空间，散热效率高，有效延缓热量在电芯间传递的速度，避免故障电芯相邻的电芯温度过高而导致热失控扩散，确保热失控控制满足要求，保障驾乘人员安全的汽车动力锂离子电池模组结构。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种汽车动力锂离子电池模组结构，所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体内按间隙设置多个隔热板，模组箱体与隔热板形成多个安装腔体，每个安装腔体设置为能够***一个电芯的结构，模组箱体与隔热板均设置为由隔热板件制成的结构，模组箱体上部设置冷却油流道，冷却油流道底部的每个开口设置为能够卡装在一个电芯对应一个电极位置的结构，汽车动力锂离子电池的汇流排设置为能够浸入冷却油流道的冷却油内的结构。
所述的汽车动力锂离子电池模组结构的冷却油流道底部的每个开口卡装在一个电芯对应一个电极位置时，冷却油流道和电极连接处设置隔热绝缘垫片(绝热密封件)。
所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体设置在电芯外壳内，电芯外壳上设有可燃气体排放通道，可燃气体排放通道连通压力阀开口。
所述的模组箱体内的冷却油流道包括两个，一个冷却油流道底部的每个开口卡装在一个位置，另一个冷却油流道底部的每个开口卡装在一个位置。
所述的模组顶盖的弯折部设置为能够与模组箱体连接的结构，模组顶盖的弯折部与模组箱体连接时，每个冷却油流道设置为能够卡装在一个流道定位槽内的结构。
每个所述的冷却油流道一侧设置冷却油流道进油接口，每个冷却油流道另一侧设置冷却油流道出油接口。
模组箱体内的每块隔热板底部与模组箱体底部焊接，每块隔热板侧面与模组箱体内侧面焊接。
两个冷却油流道之间设置布置通道，模组顶盖侧面设置弯折部的位置设置汇流排布置开口。
所述的冷却油流道进油接口和冷却油流道出油接口分别连通电池包冷却油总管路。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，针对现有技术中的不足，提出改进方案。在汽车动力锂离子电池模组结构中，在热失控的应急手段方面，许多相关的生产厂家并未采取相当的重视。在电芯发生热失控后，最明显的特点之一是热量的急速增加。为避免热失控扩散，应尽可能延缓热量在电芯间传递的速度并在短时间内将热失控电芯所产生的热量排出受影响区域，以避免相邻电芯温度到达PET膜分解温度。为解决上述存在的问题，本发明提出一种新型的油冷式电池模组结构。该结构最显著的特点有二：一是采用油冷结构，冷却油的流道铺设在电芯顶端，将电极及汇流排完全包裹在内并密封；二是使用高性能的隔热材料将电芯除带电极一面的其余五面包围，模组顶端用于布置冷却油管道以及排布所需线路，并在最顶端封盖，是一种半封闭式电池模组结构。根据研究中得出的数据和应用中的经验，若使用性能优良的隔热材料将电芯不包含电极一面的其余五面全部覆盖，在正常使用中以及发生热失控后，所产生热量的绝大部分将通过未覆盖的顶部电极以及汇流排传递至外界。基于此，本发明创新性地以隔热材料作为半封闭式箱体，将电芯依次地以电极一段朝上，***箱体中。此外，为留有排布线路的空间，并确保发生热失控后能将因内部化学反应产生的大量气体及时排出，冷却油流道布置于模组顶部两侧，中间留空用于布线以及排气。本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，结构简单，成本低，能够可靠通过油冷实现电池模组冷却，不占用过多空间，散热效率高，有效延缓热量在电芯间传递的速度，避免故障电芯相邻的电芯温度过高而导致热失控扩散，确保热失控控制满足要求，保障驾乘人员安全。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构的***结构示意图；
图2为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体与冷却油流道连接时的结构示意图；
图3为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体的结构示意图；
图4为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体的侧视结构示意图；
图5为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构的俯视结构示意图；
图6为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构未放置电芯时的结构示意图；
图7为本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构的电芯外壳的俯视结构示意图；
附图中标记分别为：1、模组顶盖，2、模组箱体，21、隔热板，22、安装腔体，3、电芯，31、电极，32、汇流排，33、绝缘胶圈，4、冷却油流道，41、钎焊接板，45、流道定位槽，5、冷却油流道接口，51、冷却油流道进油接口，52、冷却油流道出油接口，6、压力阀开口。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1-附图7所示，本发明为一种汽车动力锂离子电池模组结构，所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体2内按间隙设置多个隔热板21，模组箱体2与隔热板21形成多个安装腔体22，每个安装腔体22设置为能够***一个电芯3的结构，模组箱体2与隔热板21均设置为由隔热板件制成的结构，隔热板件包括第一钛板层、陶瓷纤维层、第二钛板层，模组箱体2上部设置冷却油流道4，冷却油流道4底部的每个开口设置为能够卡装在一个电芯3对应一个电极31位置的结构，汽车动力锂离子电池的汇流排设置为能够浸入冷却油流道4的冷却油内的结构。上述结构，针对现有技术中的不足，提出改进方案。在汽车动力锂离子电池模组结构中，在热失控的应急手段方面，许多相关的生产厂家并未采取相当的重视。在电芯发生热失控后，最明显的特点之一是热量的急速增加。为避免热失控扩散，应尽可能延缓热量在电芯间传递的速度并在短时间内将热失控电芯所产生的热量排出受影响区域，以避免相邻电芯温度到达PET膜分解温度。为解决上述存在的问题，本发明提出一种新型的油冷式电池模组结构。该结构最显著的特点有二：一是采用油冷结构，冷却油的流道铺设在电芯顶端，将电极及汇流排完全包裹在内并密封；二是使用高性能的隔热材料将电芯除带电极一面的其余五面包围，模组顶端用于布置冷却油管道以及排布所需线路，并在最顶端封盖，是一种半封闭式电池模组结构。根据研究中得出的数据和应用中的经验，若使用性能优良的隔热材料将电芯不包含电极一面的其余五面全部覆盖，在正常使用中以及发生热失控后，所产生热量的绝大部分将通过未覆盖的顶部电极以及汇流排传递至外界。基于此，本发明创新性地以隔热材料作为半封闭式箱体，将电芯依次地以电极一段朝上，***箱体中。此外，为留有排布线路的空间，并确保发生热失控后能将因内部化学反应产生的大量气体及时排出，冷却油流道布置于模组顶部两侧，中间留空用于布线以及排气。本发明所提出的油冷方案，不仅能抑制热失控时可能发生的热扩散，更重要的是能够作为电池包正常使用时热管理方案，能将电芯工作时产生的热量带走，保证电芯/电池模组的温度处于平稳的范围内。隔热材料选用的要求为：(1)导热系数极低；(2)较为坚固，可抵抗热失控发生后可能的高速气流冲刷；(3)板面可塑性高，可吸收充、放电时电芯膨胀带来的结构上的影响。本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，结构简单，成本低，能够可靠通过油冷实现电池模组冷却，不占用过多空间，散热效率高，有效延缓热量在电芯间传递的速度，避免故障电芯相邻的电芯温度过高而导致热失控扩散，确保热失控控制满足要求，保障驾乘人员安全。
所述的汽车动力锂离子电池模组结构的冷却油流道4底部的每个开口卡装在一个电芯3对应一个电极31位置时，冷却油流道4和电极31连接处设置绝缘橡胶圈33。所述的模组箱体2内的多个电芯3阳极电极位于同一侧，多个电芯3阴极电极位于同一侧，冷却油流道4包括两个，一个冷却油流道4底部的每个开口卡装在一个阳极电极位置，另一个冷却油流道4底部的每个开口卡装在一个阳极电极位置。上述结构，油冷利用电池***的现有油冷***即可，引入电芯进行冷却，循环流动冷却。而在冷却油流道和电极连接处使用绝缘橡胶圈，可以进行可靠的绝缘和密封处理。冷却油流道4可靠覆盖电极。
所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体2设置在电芯外壳内，电芯外壳上设有可燃气体排放通道，可燃气体排放通道连通压力阀开口6。上述结构，电芯外壳上设有压力阀，以及可燃气体排放通道，一旦发生热失控，电芯在短时间内产生大量高温气体，导致电芯内部压力急速上升，此时压力阀打开，气体排出电芯之外；可燃气体排放通道用于排出气体，同时可作为铺设信号、控制线路的空间。如图7的俯视结构图所示，中间圆角方形部分即为压力阀开口6。
所述的汽车动力锂离子电池模组结构还包括模组顶盖1，模组顶盖1每侧分别设置向下的弯折部，模组顶盖1下部设置两道流道定位槽45，弯折部设置为能够与模组箱体2连接的结构。所述的模组顶盖1的弯折部设置为能够与模组箱体2连接的结构，模组顶盖1的弯折部与模组箱体2连接时，每个冷却油流道4设置为能够卡装在一个流道定位槽45内的结构。每个所述的冷却油流道4一侧设置冷却油流道进油接口51，每个冷却油流道4另一侧设置冷却油流道出油接口52。上述结构，当电池模组正常工作时，电芯产生的少量热量传递至顶部电极以及汇流排，继而由冷却油流道内的冷却油带走。若某个电芯发生热失控，由钛和陶瓷纤维组成的隔热单元可以极大程度地减缓热量传递至相邻电芯的速度。同时冷却油可快速将大量热量稀释并转移离开当前区域。汇流排上设置肋片起到加快换热速度的作用。这样，有效提高电芯模组的安全性能，保障驾乘人员安全。
模组箱体2内的每块隔热板21底部与模组箱体2底部焊接，每块隔热板21侧面与模组箱体2内侧面焊接。上述结构，隔热板与模组箱体可靠焊接连接，形成用于放置每个电芯的腔体，确保可靠封闭。
两个冷却油流道4之间设置布置通道，模组顶盖1侧面设置弯折部的位置设置汇流排布置开口。所述的冷却油流道进油接口51和冷却油流道出油接口52分别连通电池包冷却油总管路。上述结构，冷却油来自于电池包冷却油总管路，从冷却油流道进油接口51进入，实现热量带走，再从冷却油流道出油接口52出，回到电池包冷却油总管路。这样，电池模组在工作过程中，冷却油循环实现冷却。
本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，如图1所示，展示了锂离子动力电池模组结构，可见电芯与隔热板交替布置，且隔热板与模组箱体共同组成一个半封闭式结构，将电芯除带电极一端完全包裹。冷却油流道将电芯顶端的电极及汇流排完全包含在内。冷却油流道由冷却油流道接口连接至电池包冷却油总管路。进一步地，冷却油流道通过钎焊接板加强与模组箱体结合的牢固性。左右两端覆盖冷却油流道，中间留空便于铺设其他线路并用作发生热失控时的排气通道。进一步地，模组顶盖在适当位置侧面留有用于布置模组间汇流排的开口。当电池模组正常工作时，电芯产生的少量热量传递至顶部电极以及汇流排，继而由冷却油流道内的冷却油带走。若某个电芯发生热失控，由钛和陶瓷纤维组成的隔热单元可以极大程度地减缓热量传递至相邻电芯的速度。同时冷却油可快速将大量热量稀释并转移离开当前区域。进一步地，汇流排上的肋片可以起到加快换热速度的作用。这样，有效提升电池模组结构的性能。
本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，针对现有技术中的不足，提出改进方案。在汽车动力锂离子电池模组结构中，在热失控的应急手段方面，许多相关的生产厂家并未采取相当的重视。在电芯发生热失控后，最明显的特点之一是热量的急速增加。为避免热失控扩散，应尽可能延缓热量在电芯间传递的速度并在短时间内将热失控电芯所产生的热量排出受影响区域，以避免相邻电芯温度到达热失控触发温度。为解决上述存在的问题，本发明提出一种新型的油冷式电池模组结构。该结构最显著的特点有二：一是采用油冷结构，冷却油的流道铺设在电芯顶端，将电极及汇流排完全包裹在内并密封；二是使用高性能的隔热材料将电芯除带电极一面的其余五面包围，模组顶端用于布置冷却油管道以及排布所需线路，并在最顶端封盖，是一种半封闭式电池模组结构。根据研究中得出的数据和应用中的经验，若使用性能优良的隔热材料将电芯不包含电极一面的其余五面全部覆盖，在正常使用中以及发生热失控后，所产生热量的绝大部分将通过未覆盖的顶部电极以及汇流排传递至外界。基于此，本发明创新性地以隔热材料作为半封闭式箱体，将电芯依次地以电极一段朝上，***箱体中。此外，为留有排布线路的空间，并确保发生热失控后能将因内部化学反应产生的大量气体及时排出，电池模组冷却油流道布置于模组顶部两侧，中间留空用于布线以及排气。本发明所述的汽车动力锂离子电池模组结构，结构简单，成本低，能够可靠通过油冷实现电池模组冷却，不占用过多空间，散热效率高，有效延缓热量在电芯间传递的速度，避免故障电芯相邻的电芯温度过高而导致热失控扩散，确保热失控控制满足要求，保障驾乘人员安全。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种汽车动力锂离子电池模组结构，其特征在于：所述的汽车动力锂离子电池模组结构的模组箱体(2)内按间隙设置多个隔热板(21)，模组箱体(2)与隔热板(21)形成多个安装腔体(22)，每个安装腔体(22)设置为能够***一个电芯(3)的结构，模组箱体(2)与隔热板(21)均设置为由隔热板件制成的结构，模组箱体(2)上部设置冷却油流道(4)，冷却油流道(4)底部的每个开口设置为能够卡装在一个电芯(3)对应一个电极(31)位置的结构，汽车动力锂离子电池的汇流排设置为能够浸入冷却油流道(4)的冷却油内的结构；
模组顶盖(1)的弯折部设置为能够与模组箱体(2)连接的结构，模组顶盖(1)的弯折部与模组箱体(2)连接时，每个冷却油流道(4)设置为能够卡装在一个流道定位槽(45)内的结构；
两个冷却油流道(4)之间设置布置通道，模组顶盖(1)侧面设置弯折部的位置设置汇流排布置开口；
隔热板件包括第一钛板层、陶瓷纤维层、第二钛板层；
隔热材料将电芯除带电极一面的其余五面包围；
以隔热材料作为半封闭式箱体，将电芯依次地以电极一段朝上，***箱体中。
2.根据权利要求1所述的汽车动力锂离子电池模组结构，其特征在于：所述的汽车动力锂离子电池模组结构的冷却油流道(4)底部的每个开口卡装在一个电芯(3)对应一个电极(31)位置时，冷却油流道(4)和电极(31)连接处设置隔热绝缘垫片(33)。
3.根据权利要求1或2所述的汽车动力锂离子电池模组结构，其特征在于：所述的模组箱体(2)内的冷却油流道(4)包括两个，一个冷却油流道(4)底部的每个开口卡装在一个对应电极位置，另一个冷却油流道(4)底部的每个开口卡装在一个对应电极位置。
4.根据权利要求1或2所述的汽车动力锂离子电池模组结构，其特征在于：每个所述的冷却油流道(4)一侧设置冷却油流道进油接口(51)，每个冷却油流道(4)另一侧设置冷却油流道出油接口(52)。
5.根据权利要求1或2所述的汽车动力锂离子电池模组结构，其特征在于：模组箱体(2)内的每块隔热板(21)底部与模组箱体(2)底部焊接，每块隔热板(21)侧面与模组箱体(2)内侧面焊接。
6.根据权利要求4所述的汽车动力锂离子电池模组结构，其特征在于：所述的冷却油流道进油接口(51)和冷却油流道出油接口(52)分别连通电池包冷却油总管路。
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