CN102201727A - 一种电动汽车液冷电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车液冷电源模块，包括两块液冷散热板及安装于两块液冷散热板之间的多个电芯，液冷散热板上设有和其内腔连通的总进液管和总出液管，液冷散热板的内侧面有一层导热层。多个呈L型的散热铝板布置在电芯之间，散热铝板的横面位于两两电芯之间，散热铝板的竖面和液冷散热板上的导热层贴合。电芯的顶面和其上方的散热铝板之间安装有减震片，电芯的底面和其下方的散热铝板之间安装有导热片。本发明结构紧凑，所占空间小，散热效果不易受外界气温及风速等的影响，散热均匀、散热效果好。而且具有很好的减震性能，确保电芯的一致性，达到保护电芯的目的，有效提高电芯性能，延长电芯寿命。

Description

一种电动汽车液冷电源模块

技术领域

本发明涉及电动汽车制造领域，尤其涉及一种有利于散热且散热均匀、提高电芯性能、延长电芯寿命的电动汽车液冷电源模块。

背景技术

当前我国汽车市场快速发展，然而随着汽车保有量的增加，能源和环保的压力也日益加大。发展新能源汽车来逐渐取代传统的内燃机汽车成为了人们的共识和行业的热点话题。这可以减少CO2的排放量、减缓全球温室效应、优良的电池性能有助于改善汽车的整体性能。锂离子电池具有工作电压高、比能量高、比功率大、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，引领新一代高性能充电电池。

目前国内外的很多动力电池厂家的都将车用电池设计成小的电池盒的形式，这样确实方便在空间很有限的汽车上布置，但是这种单体电池会带来以下的问题：1）电池之间的连接复杂、笨重而且增加额外的电源系统的重量和成本；2）单体电池在车上的固定方式不好，不能很好地保护电池，会直接影响电池的一致性、寿命等性能；3）由于电池连接不同造成不同的车型的电池管理系统需要重新设计；4）电源系统由许多单体电池组成，而单体电池的热特性各不相同，他们的排列封装方式不同热特性也不同，造成电池每块电芯以及整个电源系统的内部与外围的温差很大，影响电芯的性能。

特别是热管理的问题，锂离子动力电池工作时产生了大量的热量，没有或者忽视热管理对于电池的一致性、充放电性能等产生很大的影响，直接影响到汽车整车的使用性能。

由于锂电池的优良性能，包含锂离子电池的电池组越来越多地在汽车和各种电子设备上应用。让电池保持一个较长的生命周期，锂离子电池在一个最佳温度存储和运行是非常重要的。不过锂离子电池在超出环境温度范围内使用可能是无法避免的。由于上述原因，由多个电池或电池单元组装，从一个电芯到下一个出现明显的温度差异显而易见，这不利于电池组的性能。为了增加整个电池组寿命，电芯必须低于所需的临界温度。

但是现在传统的电源系统大部分不采用散热或冷却系统，有些也是仅采用简单的自然风或者强制风冷却，目前风冷方式散热存在的主要问题是占用空间大、受外界气温、风速等影响，很容易造成散热不均，或者只是电池表面散热，而电池内部没有风流过的地方无法散去热量，这对电源系统整体性能尤其是电芯的性能和寿命影响很大。

发明内容

本发明主要解决传统的电源系统大部分不采用散热或冷却系统，有些也是仅采用简单的自然风或者强制风冷却，从而造成所占空间大、易受外界气温、风速等的影响，散热不均匀，散热效果不理想，对电源系统整体性能尤其是电芯的性能和寿命影响很大的技术问题；提供一种结构紧凑、所占空间小、不易受外界气温及风速等的影响、散热均匀、散热效果好、提高电芯性能、延长电芯寿命的电动汽车液冷电源模块。

本发明同时解决原有电动汽车用电池模块不具有减震设备，不能很好地保护电芯，会直接影响电芯的一致性、寿命等性能的技术问题；提供一种通过增设减震设备，从而能很好地保护电芯，确保电芯的一致性，有效延长使用寿命的电动汽车液冷电源模块。

本发明还解决原有电动汽车采用多个单体电池，连接复杂且笨重，在车上的固定方式不好，而单体电池的热特性各不相同，它们的排列封装方式不同热特性也不同，造成每块电芯以及整个电源系统的内部与外围的温差很大，影响电芯的性能的技术问题；提供一种采用模块化结构，便于安装到电动汽车上，安装稳定且牢固，而且减少电气连接，更加方便有效地进行电池的热管理，更容易实现大规模生产的电动汽车液冷电源模块。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括若干电芯，所述的电芯之间安装有导热装置，所述的导热装置和液冷设备相连。电芯产生的热量通过导热装置传递给液冷设备，液冷设备内的冷却液吸热，通过冷却液的流动将热量带走，从而达到整个电源模块的冷却效果，提高电芯的性能，延长寿命，从而提高电动汽车整个电源系统的可靠性。采用液冷方式，结构可以做得很紧凑，占用空间小，不易受外界气温及风速等的影响，散热均匀，散热效果好。

作为优选，所述的液冷设备包括液冷散热板，液冷散热板上设有和液冷散热板的内腔连通的总进液管和总出液管。冷却液从总进液管流入液冷散热板，吸走导热装置传来的热量后，再从总出液管流走。

作为优选，所述的导热装置包括若干呈L型的散热铝板，散热铝板的横面位于两两电芯之间，散热铝板的竖面和所述的液冷设备相连。散热铝板既起到支承电芯的作用，又起到传热作用。

作为优选，所述的电芯的顶面和其上方的散热铝板之间设有减震片，电芯的底面和其下方的散热铝板之间设有导热片。电芯产生的热量通过导热片传递给散热铝板，再由散热铝板传递给液冷散热板。每个电芯和散热铝板之间都有减震片，在搬运或汽车颠簸行驶中起到很好的保护电芯的作用，确保电芯的一致性，有效延长电芯的使用寿命。由于电芯表面的不平整，为了增大电芯表面和散热铝板表面之间的接触面积，将导热片置于两者之间作为填缝材料。

导热片所用材料可选择导热硅酯和导热硅胶片。导热硅酯是一种热界面材料，当它填入粗糙、不平的接触表面时，将消除表面之间的空隙，因此使接合处热阻减少，使热源温度减低。导热硅酯在常态时是粘稠状流体，有不同的导热系数可以选择，导热系数一般在0.5～6.0之间，绝缘等级在20KV/MM左右。阻燃等级在V-0，可以有效地降低电池起火的可能。工作温度在-40～80摄氏度之间性能稳定，满足具体的使用工况。导热硅胶片在导热原理中和硅酯接近，不同的是它成固体片状结构，可以背胶贴在电芯的表面，在拆装和清洁程度上有优势。它的绝缘能力和阻燃能力和导热硅酯接近。

减震材料的选取大方向是弹性良好，有一定支撑性，永久回弹力好，绝缘，阻燃，工作温度在电池范围内无不良变化。防水，性价比高等等。可选择使用两种选型材料，一为聚乙烯发泡材料，一为聚胺酯发泡材料。

作为优选，所述的液冷散热板的内侧面设有导热层，所述的散热铝板的竖面和所述的导热层贴合。电芯产生的热量通过导热片传递给散热铝板，再由散热铝板传递给导热层，最后由导热层传递给液冷散热板。确保传递热量的效果更好，散热效果更理想。导热层的选材和导热片类同。

作为优选，所述的电源模块的一侧设有一块柔性线路板，所述的电芯的正、负电极分别通过该柔性线路板电连接，柔性线路板的一侧设有电源模块总正极，柔性线路板的另一侧设有电源模块总负极，电芯的正极和电源模块总正极相连，电芯的负极和电源模块总负极相连。采用柔性线路板，有效减少电气连接，整个电源模块整齐、整洁，确保整个电源模块有很好的整体性，便于安装到电动汽车上，连接更加牢固，也便于维修和维护，更容易实现大规模生产。

本发明的有益效果是：通过液冷设备、导热装置和电芯的巧妙连接及布置，使得整个电源模块结构紧凑，所占空间小，散热效果不易受外界气温及风速等的影响，散热均匀、散热效果好。而且具有很好的减震性能，确保电芯的一致性，达到保护电芯的目的，有效提高电芯性能，延长电芯寿命。同时采用模块化结构，便于安装到电动汽车上，安装稳定且牢固，而且电气连接简洁、整齐，维护方便，有利于实现大规模生产。

附图说明

图1是本发明的一种立体结构示意图。

图2是本发明的一种侧视放大结构示意图。

图3是本发明中电芯的上、下连接结构的一种立体分解结构示意图。

图中1.电芯，2.液冷散热板，3.总进液管，4.总出液管，5.散热铝板，6.减震片，7.导热片，8.导热层，9.柔性线路板，10.电源模块总正极，11.电源模块总负极。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种电动汽车液冷电源模块，如图1所示，包括左、右两块液冷散热板2及安装于两块液冷散热板2之间的38块电芯1，38块电芯用两个相互用卡扣卡紧的塑料件固定，最上面的电芯的上方放置一块金属板，金属板上方再安装有一个LECU电池管理系统，金属板起隔离强电干扰作用。每个电源模块一个LECU可以更好地发挥模块化设计的优势，避免了目前电源系统由于电池单体排布不同造成重复设计的问题。电芯的极耳正负首尾相连，电芯极耳外侧用厚2mm的铜条压紧，该方式极耳接触面大，极大地降低电芯连接接触电阻。采用这样的电芯极耳连接方式可以很方便地从目前的机械连接向电芯极耳激光焊接过渡。每块液冷散热板2的顶部安装有和其内腔连通的总进液管3和总出液管4，液冷散热板2的内侧面有一层导热层8。如图2、图3所示，多个呈L型的散热铝板5交错相对地布置在两两电芯之间，散热铝板5的横面位于两两电芯1之间，散热铝板5的竖面和液冷散热板2上的导热层8贴合。电芯1的顶面和其上方的散热铝板5之间安装有减震片6，电芯1的底面和其下方的散热铝板5之间安装有导热片7。电动汽车液冷电源模块的前侧（即电芯的电极所在的方向）安装有一块柔性线路板9，柔性线路板9的一侧安装有一个电源模块总正极10，柔性线路板9的另一侧的顶部安装有一个电源模块总负极11。电芯1的正、负电极分别通过该柔性线路板9电连接，电芯1的正极和电源模块总正极10相连，电芯1的负极和电源模块总负极11相连。柔性线路板背面贴片热敏电阻，有效检测电芯极耳的温度，使得结构更加紧凑、安装方便、提高了工作效率。柔性线路板的板基材料是聚脂或聚酰亚胺，其特点是柔性好，可弯曲成90°安装，其厚度一般为0.1mm左右，所占体积小，节省空间。

电芯产生的热量通过导热片传递给散热铝板，再由散热铝板传递给液冷散热板上的导热层，因为液冷散热板为铝制，热量直接由导热层传至液冷散热板内的冷却液，然后被冷却液吸收。冷却液由总进液管流入液冷散热板，冷却液吸热后，又从总出液管处流出，热量最终由冷却液带出。

总进液管也可以进行分流，对电动汽车电源系统内的若干个电源模块子系统进行冷却。

本发明也可以在原风冷电源模块基础上进行改造，只需要在原风冷散热系统内加入以上部件，同时对散热铝片稍作结构改进或更换即可。

本发明结构紧凑，所占空间小，散热效果不易受外界气温及风速等的影响，散热均匀、散热效果好。而且具有很好的减震性能，确保电芯的一致性，达到保护电芯的目的，有效提高电芯性能，延长电芯寿命。同时采用模块化结构，便于安装到电动汽车上，安装稳定且牢固，而且电气连接简洁、整齐，维护方便，有利于实现大规模生产。

Claims (6)

1.一种电动汽车液冷电源模块，包括若干电芯（1），其特征在于所述的电芯（1）之间安装有导热装置，所述的导热装置和液冷设备相连。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车液冷电源模块，其特征在于所述的液冷设备包括液冷散热板（2），液冷散热板（2）上设有和液冷散热板的内腔连通的总进液管（3）和总出液管（4）。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车液冷电源模块，其特征在于所述的导热装置包括若干呈L型的散热铝板（5），散热铝板（5）的横面位于两两电芯（1）之间，散热铝板（5）的竖面和所述的液冷设备相连。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车液冷电源模块，其特征在于所述的电芯（1）的顶面和其上方的散热铝板（5）之间设有减震片（6），电芯（1）的底面和其下方的散热铝板（5）之间设有导热片（7）。

5.根据权利要求3所述的一种电动汽车液冷电源模块，其特征在于所述的液冷散热板（2）的内侧面设有导热层（8），所述的散热铝板（5）的竖面和所述的导热层（8）贴合。

6.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车液冷电源模块，其特征在于所述的电源模块的一侧设有一块柔性线路板（9），所述的电芯（1）的正、负电极分别通过该柔性线路板（9）电连接，柔性线路板（9）的一侧设有电源模块总正极（10），柔性线路板（9）的另一侧设有电源模块总负极（11），电芯（1）的正极和电源模块总正极（10）相连，电芯（1）的负极和电源模块总负极（11）相连。

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