CN116345051A - 一种多面冷却电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种多面冷却电池模组。所述多面冷却电池模组包括：电池组，由多块电芯沿垂直于所述电芯的大面方向堆叠而成；至少两块换热板，每块所述换热板与所述电池组的其中一个侧面相贴合，所述换热板内适于容纳换热介质；挡胶件，贴附于相邻两块所述电芯的大面之间，所述挡胶件至少部分的环绕设置于所述电芯的大面的周向边缘，并靠近所述换热板的位置分布，所述挡胶件适于阻挡胶体进入相邻两块所述电芯的大面之间。本发明提供的多面冷却电池模组，能够使所述挡胶件阻挡胶体进入相邻两块所述电芯的大面之间，起到防止溢胶的效果，从而避免溢胶压住电芯极片而引发安全问题的情况发生。

Description

一种多面冷却电池模组
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种多面冷却电池模组。
背景技术
随着电动汽车市场的快速发展，动力电池的容量平台逐渐增大，为了缩短动力电池的充电时间，增加电动汽车使用的便利性，动力电池快速充电方案应运而生。然而快速充电导致电池产热和发热问题会非常严重，为了提高动力电池的快速散热性能，现有技术中采用增加冷却板以对电池模组进行多面冷却的方式，来提高散热能力，并通过在散热板和电池之间涂抹导热结构胶以提高导热效果。
但对于采用CTP方案(CTP，即Cell To PACK(电池-电池包)，是将电池直接集成到电池包中，从而省去了中间的模组架构的电池装配方案，简化了PACK的结构，提高了空间利用率)的电池，为了简化结构采用无成组力的方案，通过堆叠工装直接将电芯安装到PACK中，这样电芯之间会自然形成间隙，在采用多面散热的冷却板时，导热结构胶容易溢进电芯间隙中，进而容易导致溢胶压住电芯极片而引发安全问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中导热结构胶容易溢进电芯间隙中造成安全隐患的缺陷，从而提供一种能够防止导热结构胶向电芯间隙溢胶的多面冷却电池模组。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种多面冷却电池模组，包括：
电池组，由多块电芯沿垂直于所述电芯的大面方向堆叠而成；
至少两块换热板，每块所述换热板与所述电池组的其中一个侧面相贴合，所述换热板内适于容纳换热介质；
挡胶件，贴附于相邻两块所述电芯的大面之间，所述挡胶件至少部分的环绕设置于所述电芯的大面的周向边缘，并靠近所述换热板的位置分布，所述挡胶件适于阻挡胶体进入相邻两块所述电芯的大面之间。
可选的，所述挡胶件构造为L型，每两个所述挡胶件成对设置并围合形成口字型；
每对所述挡胶件位于相邻两块所述电芯的大面之间，并与所述电芯的大面共同围合形成中空腔；
所述挡胶件适于阻挡胶体进入所述中空腔内。
可选的，所述挡胶件由弹性材质制成，所述挡胶件的反弹力F满足：F＝σ*A，其中，σ为所述挡胶件在极限状态的压缩应变对应的反弹应力，A为所述挡胶件受压区域的面积；
且所述挡胶件的反弹力F满足：F≤F夹，其中，F夹为夹持工装在夹持堆叠状态的所述电池组时产生的摩擦力。
可选的，所述挡胶件的最大压缩率ηmax满足：
Figure BDA0004158190260000021
其中，X为相邻所述电芯的间隙尺寸，L为相邻所述电芯之间额外设置的填充物的厚度，A为所述挡胶件的厚度公差，B为所述填充物的厚度公差，C1为相邻所述电芯中第一个所述电芯的位置度公差，C2为相邻所述电芯中第二个所述电芯的位置度公差，D为所述电芯的厚度公差，H为所述挡胶件的初始设计厚度。
可选的，所述挡胶件的最小压缩率ηmin满足：
Figure BDA0004158190260000031
可选的，所述挡胶件包括软质泡棉。
可选的，所述换热板包括位于所述电池组底部的底面换热板，以及与所述底面换热板相邻并位于所述电池组两侧的第一换热板和第二换热板，所述第一换热板和第二换热板均与所述电芯的大面相垂直。
可选的，所述多面冷却电池模组还包括适于连通所述底面换热板、所述第一换热板和所述第二换热板的换热管组。
可选的，所述多面冷却电池模组还包括：CCS组件，所述CCS组件与所述电芯电连接。
可选的，所述多面冷却电池模组包括无成组力模组。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的多面冷却电池模组，通过在相邻两块所述电芯的大面之间贴附有挡胶件，使所述挡胶件至少部分的环绕设置于所述电芯的大面的周向边缘，并靠近所述换热板的位置分布，从而能够使所述挡胶件阻挡胶体进入相邻两块所述电芯的大面之间，起到防止溢胶的效果，从而避免溢胶压住电芯极片而引发安全问题的情况发生。
2.本发明提供的多面冷却电池模组，所述挡胶件能够与多块换热板进行配合，起到阻挡多个侧面进入相邻两块所述电芯的大面之间的胶体的作用，保证相邻两块所述电芯的大面之间无溢胶。
3.本发明提供的多面冷却电池模组，所述挡胶件构造为L型，每两个所述挡胶件成对设置并围合形成口字型；从而与所述电芯的大面共同围合形成中空腔，两个所述挡胶件收尾相连，保证胶体无法从两个所述挡胶件的连接缝隙处进入，提高挡胶效果。L型挡胶件粘贴更便捷，人工成本更低，且L型挡胶件围合形成口字型时折损率更低，L形粘贴是最具性价比的粘贴办法，有更高的粘贴效率和更低的损耗率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多面冷却电池模组的整体结构示意图；
图2为本发明多面冷却电池模组的分解状态示意图；
图3为本发明挡胶件的示意图；
图4为本发明换热板与换热管的示意图；
图5为本发明单块换热板的示意图。
附图标记说明：
1-绝缘膜，2-CCS组件，3-换热板，31-第一换热板，32-第二换热板，33-底面换热板，34-挂耳，35-板材基体，36-喷涂层，4-电池组，41-电芯，5-换热管组，6-输出极防护件，7-挡胶件，8-填充物。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
结合图1-图5所示，本实施例提供的多面冷却电池模组，包括：
电池组4，由多块电芯41沿垂直于所述电芯41的大面方向堆叠而成；
至少两块换热板3，每块所述换热板3与所述电池组4的其中一个侧面相贴合，所述换热板3内适于容纳换热介质；
挡胶件7，贴附于相邻两块所述电芯41的大面之间，所述挡胶件7至少部分的环绕设置于所述电芯41的大面的周向边缘，并靠近所述换热板3的位置分布，所述挡胶件7适于阻挡胶体进入相邻两块所述电芯41的大面之间。
可选的，所述电芯41可以为方壳电池，所述电芯41的大面具体可以为方壳电池的长高面，多块电芯41沿垂直于所述电芯41的大面方向堆叠形成电池组4，并在相邻两块所述电芯41的大面之间贴附有挡胶件7，从而换热板3与所述电池组4的侧面相粘贴时，能够通过挡胶件7阻挡胶体进入相邻两块所述电芯41的大面之间，起到防止溢胶的效果，从而避免溢胶压住电芯极片而引发安全问题的情况发生。
需要说明的，挡胶件7靠近所述换热板3的位置分布，指的是，挡胶件7在设置于所述电芯41的大面的周向边缘时，挡胶件7所在的边缘为设置有换热板3一侧的边缘。例如，当电池组4的底面与左侧面对应设置有换热板3时，所述挡胶件7设置于相邻两块所述电芯41的大面之间，并具体分布于电芯41的底面与左侧面的周向边缘，从而使所述挡胶件7与所述换热板3的位置相对应，起到直接挡胶的效果。
此外，在电池组4夹持安装进入箱体时，位于电芯之间的所述挡胶件7能够起到缓冲作用。
本实施例提供的多面冷却电池模组，通过在相邻两块所述电芯41的大面之间贴附有挡胶件7，使所述挡胶件7至少部分的环绕设置于所述电芯41的大面的周向边缘，并靠近所述换热板3的位置分布，从而能够使所述挡胶件7阻挡胶体进入相邻两块所述电芯41的大面之间，起到防止溢胶的效果，从而避免溢胶压住电芯极片而引发安全问题的情况发生。
此外，所述挡胶件7能够与多块换热板3进行配合，起到阻挡多个侧面进入相邻两块所述电芯41的大面之间的胶体的作用，保证相邻两块所述电芯41的大面之间无溢胶。
具体地，结合图3所示，所述挡胶件7构造为L型，每两个所述挡胶件7成对设置并围合形成口字型；
每对所述挡胶件7位于相邻两块所述电芯41的大面之间，并与所述电芯41的大面共同围合形成中空腔；
所述挡胶件7适于阻挡胶体进入所述中空腔内。
每两个所述挡胶件7成对设置并围合形成口字型，从而与所述电芯41的大面共同围合形成中空腔，两个所述挡胶件7收尾相连，保证胶体无法从两个所述挡胶件7的连接缝隙处进入，提高挡胶效果。
本实施例采用的L型挡胶件7粘贴更便捷，人工成本更低，且L型挡胶件7围合形成口字型时折损率更低，L形粘贴是最具性价比的粘贴办法，有更高的粘贴效率和更低的损耗率。
本实施例采用的L型挡胶件7相比于回型框挡胶方式或者无挡胶的方式，能够起到更好的挡胶效果。其中，回型框挡胶方式在电芯EOL阶段(EOL是汽车电子产品下线前的功能检测)可能导致电芯极片应力过大，引发电芯发生析锂等问题；而无挡胶的方式，容易导致电芯之间溢胶，导致溢胶压住电芯极片而引发安全问题。
具体地，所述挡胶件7由弹性材质制成，所述挡胶件7的反弹力F满足：F＝σ*A，其中，σ为所述挡胶件7在极限状态的压缩应变对应的反弹应力，A为所述挡胶件7受压区域的面积；
且所述挡胶件7的反弹力F满足：F≤F夹，其中，F夹为夹持工装在夹持堆叠状态的所述电池组4时产生的摩擦力。
通过使挡胶件7的反弹力F小于等于夹持工装在夹持堆叠状态的所述电池组4时产生的摩擦力，从而能够保证电池组4的顺利夹持，方便将电池组4安装进入箱体内。
可选的，所述挡胶件7极限状态的压缩量可以根据挡胶件7的厚度公差、电芯间隙公差、电芯间填充物厚度公差等确定，具体如下。
具体地，所述挡胶件7的最大压缩率ηmax满足：
Figure BDA0004158190260000081
其中，X为相邻所述电芯41的间隙尺寸，L为相邻所述电芯41之间额外设置的填充物8的厚度，A为所述挡胶件7的厚度公差，B为所述填充物8的厚度公差，C1为相邻所述电芯41中第一个所述电芯41的位置度公差，C2为相邻所述电芯41中第二个所述电芯41的位置度公差，D为所述电芯41的厚度公差，H为所述挡胶件7的初始设计厚度。
其中，位置度公差指关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量。在本实施例中，C1为相邻所述电芯中第一个所述电芯的位置度公差，即表示第一个所述电芯与它的基准放置位置之间的偏差度；C2为相邻所述电芯中第二个所述电芯的位置度公差，即表示第二个所述电芯与它的基准放置位置之间的偏差度。
作为具体的实现形式，相邻所述电芯41的间隙尺寸X的取值范围可以为4mm≤X≤5mm，并具体可以选取：4.1mm或4.3mm或4.5mm或4.7mm，本实施例中优选采用X＝4.3mm。
相邻所述电芯41之间额外设置的填充物8的厚度L的取值范围可以为2.5mm≤L≤3.5mm，并具体可以选取：2.8mm或3.1mm或3.3mm或3.5mm，本实施例中优选采用L＝3.1mm。
所述挡胶件7的厚度公差A可以为：±0.1mm
所述填充物8的厚度公差B可以为：±0.2mm；
相邻所述电芯41中第一个所述电芯41的位置度公差C1可以为：±0.2mm；
相邻所述电芯41中第二个所述电芯41的位置度公差C2可以为：
±0.2mm；
所述电芯41的厚度公差D可以为：±0.3mm；
所述挡胶件7的初始设计厚度H的取值范围可以为2mm≤H≤3mm，并具体可以选取：2.2mm或2.4mm或2.6mm或2.8mm，本实施例中优选采用H＝2.4mm。
具体地，所述挡胶件7的最小压缩率ηmin满足：
Figure BDA0004158190260000101
额外的，在设计初期，所述挡胶件7的初始设计厚度可以在挡胶件7的材质确定后，通过兼顾最大压缩率和最小压缩率两种情况，并选取挡胶件反弹应力。其中，最大反弹应力应小于设备给电芯侧面的摩擦力，最小反弹应力应满足胶水给挡胶件的挤压力，挡胶件不弹开；例如本实施例中挡胶件反弹应力应满足：σ≥10Kpa@10％、σ≤150Kpa@90％，即在10％压缩率条件下挡胶件反弹应力≥10Kpa,在90％压缩率条件下挡胶件反弹应力≤150Kpa，进而根据最大压缩率和最小压缩率反向获得所述挡胶件7的初始设计厚度。
额外的，可以根据上述压缩率确认挡胶件的反弹应力，根据反弹应力确认挡胶件的反弹力。
具体地，所述挡胶件7包括软质泡棉。并具体的，所述挡胶件7可以选用低反弹力的泡棉。
作为变形，所述挡胶件7的材质可以更换为其他具有高压缩率、低反弹力的泡棉，如三聚氰胺泡棉、高弹PU泡棉和硅泡棉等。
可选的，所述填充物8的材质可以更换为陶瓷气凝胶毡、玻纤气凝胶毡、预氧丝气凝胶毡等保温隔热材料。
具体地，结合图2、图4所示，所述换热板3包括位于所述电池组4底部的底面换热板33，以及与所述底面换热板33相邻并位于所述电池组4两侧的第一换热板31和第二换热板32，所述第一换热板31和第二换热板32均与所述电芯41的大面相垂直。
可选的，所述换热板3的数量可以为三块，从而与电池组4的三个侧面相贴合，保证所述电池组4的冷却效果。相比于仅在电芯底部进行水冷版粘贴实现散热难以保证动力电池在充放电过程中有效的将热量散掉，本实施例通过采用三面散热的形式，在电芯的底面及两个侧面分别粘贴水冷板，能够保证电芯充放电过程中热量迅速散掉。
具体地，所述多面冷却电池模组还包括适于连通所述底面换热板33、所述第一换热板31和所述第二换热板32的换热管组5。
结合图2、图4所示，所述第一换热板31通过导热结构胶粘贴在电池组4的左侧面；所述第二换热板32通过导热结构胶粘贴在电池组4的右侧面；所述第一换热板31和所述第二换热板32通过换热管组5连接起来，保证侧面冷面形成冷却回路，并具体的，所述换热管组5包括位于下方的进液口，和位于上方的出液口，降低流速保证电芯有更充分的散热时间；所述底面换热板33通过导热结构胶粘贴在电池组4的底部。所述底面换热板33和侧面水冷板的进出液口分别与水泵连接。
可选的，所述换热板3的板材基体35为型材结构，每个换热板3内部形成两个腔体，且两个腔体相联通，实现过流散热。所述板材基体35外表面形成有喷涂层36，所述喷涂层36能够起到导热绝缘防腐的作用。所述板材基体35的一端设置有挂耳34，所述挂耳34适于对所述换热板3进行固定安装。
具体地，所述多面冷却电池模组还包括：CCS组件2，所述CCS组件2与所述电芯41电连接。其中所述CCS组件2由上层绝缘膜、下层绝缘膜、汇流排、温感支架、柔性电路板、导热泡棉、温感等组成。可选的，CCS组件可以更换其他方案，如吸塑方案、注塑方案和热压方案；柔性电路板可以更换为其他方案，如FPC、FDC和FFC等方案。可选的，所述CCS组件2中的铝巴焊接在电池组的电芯41上，实现导电连接。
额外的，所述CCS组件2上粘贴有绝缘膜1，所述绝缘膜1能够起到绝缘防护作用，其材料可以包括陶瓷纤维垫、PC板、上盖等材料或者结构。
额外的，所述多面冷却电池模组还包括：输出极防护件6，所述输出极防护件6固定在箱体的端板或者边梁上面，起到对输出极的遮盖防护作用。
具体地，所述多面冷却电池模组包括无成组力模组。相比于模组采用轧带和端板的方式进行固定，无成组力模组通过堆叠工装直接将电芯安装到PACK中，成本更为低廉。可以更好的保证模组的一致性。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多面冷却电池模组，其特征在于，包括：
电池组，由多块电芯沿垂直于所述电芯的大面方向堆叠而成；
至少两块换热板，每块所述换热板与所述电池组的其中一个侧面相贴合，所述换热板内适于容纳换热介质；
挡胶件，贴附于相邻两块所述电芯的大面之间，所述挡胶件至少部分的环绕设置于所述电芯的大面的周向边缘，并靠近所述换热板的位置分布，所述挡胶件适于阻挡胶体进入相邻两块所述电芯的大面之间。
2.根据权利要求1所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述挡胶件构造为L型，每两个所述挡胶件成对设置并围合形成口字型；
每对所述挡胶件位于相邻两块所述电芯的大面之间，并与所述电芯的大面共同围合形成中空腔；
所述挡胶件适于阻挡胶体进入所述中空腔内。
3.根据权利要求1所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述挡胶件由弹性材质制成，所述挡胶件的反弹力F满足：F＝σ*A，其中，σ为所述挡胶件在极限状态的压缩应变对应的反弹应力，A为所述挡胶件受压区域的面积；
且所述挡胶件的反弹力F满足：F≤F夹，其中，F夹为夹持工装在夹持堆叠状态的所述电池组时产生的摩擦力。
4.根据权利要求3所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述挡胶件的最大压缩率ηmax满足：
Figure FDA0004158190250000011
其中，X为相邻所述电芯的间隙尺寸，L为相邻所述电芯之间额外设置的填充物的厚度，A为所述挡胶件的厚度公差，B为所述填充物的厚度公差，C1为相邻所述电芯中第一个所述电芯的位置度公差，C2为相邻所述电芯中第二个所述电芯的位置度公差，D为所述电芯的厚度公差，H为所述挡胶件的初始设计厚度。
5.根据权利要求4所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述挡胶件的最小压缩率ηmin满足：
Figure FDA0004158190250000021
6.根据权利要求1-5任意一项所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述挡胶件包括软质泡棉。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述换热板包括位于所述电池组底部的底面换热板，以及与所述底面换热板相邻并位于所述电池组两侧的第一换热板和第二换热板，所述第一换热板和第二换热板均与所述电芯的大面相垂直。
8.根据权利要求7所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述多面冷却电池模组还包括适于连通所述底面换热板、所述第一换热板和所述第二换热板的换热管组。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述多面冷却电池模组还包括：CCS组件，所述CCS组件与所述电芯电连接。
10.根据权利要求1所述的多面冷却电池模组，其特征在于，所述多面冷却电池模组包括无成组力模组。
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