CN209461544U

CN209461544U - 一种电池装置

Info

Publication number: CN209461544U
Application number: CN201920646276.5U
Authority: CN
Inventors: 陈锋; 史国进
Original assignee: Suzhou Bluestone New Power Co Ltd
Current assignee: Suzhou Bluestone New Power Co Ltd
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-10-01
Anticipated expiration: 2029-05-07

Abstract

本实用新型提供一种电池装置，涉及电池技术领域。电池装置包括外壳和设置于外壳内的电芯，外壳包括位于电芯上方的顶板，电池装置包括设置于电芯和顶板之间的半导体制冷器，顶板内部设置有液冷腔，液冷腔内设置有用于增大换热面积的凸台结构，液冷腔用于供冷却液体通过。本电池装置传热效率较高，方便调节温度。

Description

一种电池装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池装置。

背景技术

锂离子动力电池组件为车用动力能源，是目前国际上电动汽车动力发展的主要方向之一。但是由于锂离子电池组在工作运行过程中，产生大量的热导致电池组温度升高，影响电池的安全性和使用寿命。为了使电池组控制在合理的温度环境下，必须对电池组进行有效的热平衡和散热，以保证电池使用过程中的寿命和持续放电的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的包括提供一种电池装置，其传热效率较高，方便调节温度。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种电池装置，包括外壳和设置于外壳内的电芯，外壳包括位于电芯上方的顶板，电池装置包括设置于电芯和顶板之间的半导体制冷器，顶板内部设置有液冷腔，液冷腔内设置有用于增大换热面积的凸台结构，液冷腔用于供冷却液体通过。

进一步地，上述顶板包括第一板和第二板，第二板连接于第一板远离半导体制冷器的一侧，第一板设置有凹槽，凸台结构设置于凹槽内，凹槽的两端延伸至第一板的边缘，第二板和凹槽的内壁共同形成液冷腔。

进一步地，上述半导体制冷器包括多个TEC片，多个 TEC片之间并联。

进一步地，上述TEC片的热侧和冷侧分别设置有导热硅脂。

进一步地，上述凸台结构包括多个凸台群，凸台群与 TEC片一一对应。

进一步地，上述凸台群包括至少1个第一圆柱体。

进一步地，上述凸台群包括多个第二圆柱体和多个第三圆柱体，第二圆柱体的直径小于第一圆柱体的直径，多个第二圆柱体围绕第一圆柱体布置；第三圆柱体的直径小于第二圆柱体的直径，多个第三圆柱体围绕第二圆柱体布置。

进一步地，上述电池装置包括铝板和隔热棉，铝板设置于电芯和半导体制冷器之间，隔热棉设置于铝板和顶板之间且隔热棉设置有容纳半导体制冷器的容置槽。

进一步地，上述外壳包括底板，底板内设置有液冷腔。

进一步地，上述电芯与底板之间设置有半导体制冷器。

本实用新型实施例的有益效果包括：

电池装置包括外壳和设置于外壳内的电芯，外壳包括位于电芯上方的顶板，电池装置包括设置于电芯和顶板之间的半导体制冷器，顶板内部设置有液冷腔，液冷腔内设置有用于增大换热面积的凸台结构，液冷腔用于供冷却液体通过。本电池装置通过半导体制冷器和液冷腔的协同工作以对电芯的冷却或加热，将电池温度控制在一定范围内，同时液冷腔内设置有凸台结构，有效增大换热面积，传热效率提高，从而方便对电池进行温度调节。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例中电池装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中电池装置的***图；

图3为本实用新型实施例中顶板的第一视角的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中顶板的第二视角的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中顶板的A－A面剖视图。

图标：100－电池装置；110－外壳；111－侧板；112－顶板； 113－液冷腔；114－底板；115－第一板；116－第二板；117－凹槽；118－冷却液入口；119－冷却液出口；120－凸台结构； 121－凸台群；123－第一圆柱体；125－第二圆柱体；127－第三圆柱体；130－电芯；150－半导体制冷器；152－TEC片； 160－铝板；170－隔热棉；172－容置槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于层区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

锂离子动力电池组在工作运行过程中，产生大量的热导致电池组温度升高，影响电池的安全性和使用寿命。电池组***内部的温度积累形成的高温环境，会使电池组的性能急剧衰减，电池组内部的温度不均，会导致电池内部的一致性差异，影响电池***的使用寿命。另外，当电池受环境温度影响降低至零度以下时，对电池进行直接充电会导致对电池的不可逆损伤，严重影响电池性能和寿命。因此，需要将电池组控制在合理的温度环境下，以保证电池寿命和持续放电的稳定性。

请参照图1和图2，为解决上述问题，本实施例提供一种电池装置100，包括外壳110和设置于外壳110内的电芯130。外壳110包括位于电芯130上方的顶板112。电池装置100包括设置于电芯130和顶板112之间的半导体制冷器150。顶板112内部设置有液冷腔113，液冷腔113 内设置有用于增大换热面积的凸台结构120，液冷腔113 用于供冷却液体通过。

其中，外壳110包括底板114。具体地，外壳110包括侧板111、顶板112以及底板114。侧板111围设于电芯 130的四周，顶板112连接于侧板111的一侧，底板114 连接于侧板111的另一侧，电芯130被封装于侧板111、顶板112和底板114共同围成的箱式结构内。电芯130表面设置有温度采集点。

请参照图3、图4和图5，顶板112包括第一板115和第二板116。具体地，第二板116连接于第一板115远离半导体制冷器150的一侧。第一板115设置有凹槽117，第二板116和凹槽117的内壁共同形成液冷腔113，凸台结构120设置于凹槽117内。凹槽117的两端延伸至第一板115的边缘，以使第一板115和第二板116连接在一起后在顶板112的两端形成冷却液入口118和冷却液出口119。另外，凹槽117中部的宽度大于两端的宽度，以尽量增大液冷腔113的体积从而增大换热面积。

在同种流量情况下，为在有限的体积内尽量增大换热面积，同时为避免冷却液的流动阻力增加过快，液冷腔113 内设置凸台结构120。凸台结构120包括多个凸台群121，多个凸台群121之间间隔设置。凸台群121包括至少1个第一圆柱体123。凸台群121包括多个第二圆柱体125和多个第三圆柱体127。第二圆柱体125的直径小于第一圆柱体123的直径，多个第二圆柱体125围绕第一圆柱体123 布置。第三圆柱体127的直径小于第二圆柱体125的直径，多个第三圆柱体127围绕第二圆柱体125布置。第一圆柱体123、第二圆柱体125、第三圆柱体127均连接于第一板 115的凹槽117内且与第二板116接触，增大了第一板115 的传热面积，从而有效提高冷却液在所述液冷腔113内的换热效率。利用圆柱扰流合理控制阻力系数，避免冷却液的流动阻力增加过快。

在本实施例中，凸台结构120包括4个凸台群121，每个凸台群121包括1个第一圆柱体123、8个第二圆柱体 125、64个第三圆柱体127。第一圆柱体123的直径为9mm，第二圆柱体125的直径是3mm，第三圆柱体127的直径是 1mm。73个圆柱体形成规则的9×9矩阵。可以理解，在其他实施例中，第一圆柱体123、第二圆柱体125、第三圆柱体127的个数和排布情况可根据实际传热要求而设定，仅需保证达到增大换热面积并合理减小沿程阻力损失的效果即可。在其他实施例中，也可以只设置第一圆柱体123，或者只设置第一圆柱体123和第二圆柱体125，仅需满足实际传热需求即可。

半导体制冷器150设置于电芯130和顶板112之间。半导体制冷器150包括多个TEC片152，多个TEC片152 之间并联。TEC(ThermoelectricCooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生“热”侧和“冷”侧。是制冷还是加热，以及制冷、加热的速率，由通过它的电流方向和大小来决定。因此，半导体制冷器150能够通过切换电极连接以调整电流方向从而调整热侧和冷侧的位置，以满足对电池加热或冷却的不同需求。

在本实施例中，与顶板112接触的TEC片152为4个， 4个TEC片152依次间隔设置。TEC片152型号为TEC12706，规格为40＊40mm。顶板112内的凸台群121与TEC片152 一一对应，以增大与TEC片152的换热面积。为减小接触热阻，TEC片152的热侧和冷侧分别设置有导热硅脂。此外，为方便温度测试，TEC片152的热侧和冷侧均设置有温度测试点以方便控制TEC片152的工作。

为均匀传热并保证正常的热传导，电池装置100包括铝板160和隔热棉170。铝板160设置于电芯130和半导体制冷器150之间，用于保护电芯130的同时均匀电芯130 与其他部件的传热。TEC片152的一侧接触铝板160，另一侧接触顶板112，以将电芯130的热量传递于顶板112或者对电芯130进行加热。隔热棉170设置于铝板160和顶板112之间且隔热棉170设置有容纳半导体制冷器150的容置槽172，TEC片152嵌设于容置槽172内。隔热棉170 还设置有用于走线的走线槽。隔热棉170用于避免铝板160 和顶板112在未放置TEC片152的部位的直接接触，从而避免对换热产生不利影响。

可以理解，为使电池温度更均匀，电芯130的另一侧也可设置相应的温控组件。具体地，底板114内也设置有液冷腔113。底板114的结构与顶板112完全相同且与顶板112对称设置。电芯130与底板114之间也设置有包含 4个TEC片152的半导体制冷器150。电池装置100顶侧和底侧完全对称设置，即电芯130两侧分别设置铝板160，铝板160背离电芯130的一侧均设置有半导体制冷器150。两侧的半导体制冷器150分别与顶板112、底板114接触传热，以更好地对电芯130的温度进行控制和平衡。

电池装置100的工作原理和工作过程如下：

当电芯130工作过程中其表面温度采集点采集的温度超过40℃时，开启电芯130两侧的半导体制冷器150进行制冷。TEC片152的冷侧接触铝板160以和电芯130传热。在此过程中，可设定TEC片152的冷侧温度为40－55℃，此时可暂不向顶板112和底板114内通入冷却液进行液冷。 TEC片152两侧温差越大，传热效率越低。当TEC片152 表面的冷热两侧的温度测试点测量的温度差值超过30℃时，为了提高效率，增大散热能力，向顶板112和底板114内通入冷却液，开启液冷散热。顶板112和底板114内的液冷腔113内设置有凸台结构120，合理减小沿程阻力损失的同时进一步有效增大液冷腔113与半导体制冷器150之间的换热面积，减小TEC片152两侧温差，从而辅助电芯 130散热。

受外界环境较低温度的影响，当电芯130表面温度采集点采集的温度低于0℃时，尤其锂离子电池在充电时，切换为TEC片152供电的正负极，即可实现TEC片152的冷热侧切换，使热侧接触铝板160，冷侧接触顶板112和底板114。此时，TEC片152对电芯130进行加热。通过控制***控制TEC片152的温度，并对电芯130温度进行监测，将电芯130加热到0℃以上后再进行充电，以确保电芯130低温充电的安全可靠。

电池装置100通过设置液冷腔113和半导体制冷器150 以实现对电芯130的散热或加热，从而在不同的情况下均能对电池装置100的温度进行合理控制。液冷腔113内设置凸台结构120，合理减小沿程阻力损失的同时进一步有效增大液冷腔113与半导体制冷器150之间的换热面积，减小TEC片152两侧温差，从而辅助电芯130散热。电池装置100传热效率较高，方便调节温度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电池装置，包括外壳和设置于所述外壳内的电芯，其特征在于，所述外壳包括位于所述电芯上方的顶板，所述电池装置包括设置于所述电芯和所述顶板之间的半导体制冷器，所述顶板内部设置有液冷腔，所述液冷腔内设置有用于增大换热面积的凸台结构，所述液冷腔用于供冷却液体通过。

2.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述顶板包括第一板和第二板，所述第二板连接于所述第一板远离所述半导体制冷器的一侧，所述第一板设置有凹槽，所述凸台结构设置于所述凹槽内，所述凹槽的两端延伸至所述第一板的边缘，所述第二板和所述凹槽的内壁共同形成所述液冷腔。

3.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述半导体制冷器包括多个TEC片，多个所述TEC片之间并联。

4.根据权利要求3所述的电池装置，其特征在于，所述TEC片的热侧和冷侧分别设置有导热硅脂。

5.根据权利要求3所述的电池装置，其特征在于，所述凸台结构包括多个凸台群，所述凸台群与所述TEC片一一对应。

6.根据权利要求5所述的电池装置，其特征在于，所述凸台群包括至少1个第一圆柱体。

7.根据权利要求6所述的电池装置，其特征在于，所述凸台群包括多个第二圆柱体和多个第三圆柱体，所述第二圆柱体的直径小于所述第一圆柱体的直径，多个所述第二圆柱体围绕所述第一圆柱体布置；所述第三圆柱体的直径小于所述第二圆柱体的直径，多个所述第三圆柱体围绕所述第二圆柱体布置。

8.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述电池装置包括铝板和隔热棉，所述铝板设置于所述电芯和所述半导体制冷器之间，所述隔热棉设置于所述铝板和所述顶板之间且所述隔热棉设置有容纳所述半导体制冷器的容置槽。

9.根据权利要求1－8中任意一项所述的电池装置，其特征在于，所述外壳包括底板，所述底板内设置有所述液冷腔。

10.根据权利要求9所述的电池装置，其特征在于，所述电芯与所述底板之间设置有所述半导体制冷器。