CN102544567A - 带有液冷系统的动力电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池,公开了一种带有液冷系统的动力电池模块,包括电池模块外壳[1]内安装有电池组[2],在电池组[2]的一侧具有冷却剂流入管道[3]和流出管道[4],冷却剂流入管道[3]通过冷却剂入口[5]与压力泵连接;冷却剂流出管道[4]通过冷却剂出口[6]与换热器相连;电池组[2]的每个单体电池上安装有散热片,散热片内具有散热流道,通过液冷部件与冷却剂流入管道[3]和流出管道[4]连接。本发明解决了现有技术存在的工艺复杂、制造成本高、冷却效果不明显等问题,取得了减小电池组尺寸、简化制作工艺、节省加工成本,以及散热效率高等有益效果。

Description

带有液冷系统的动力电池模块技术领域[0001] 本发明涉及电池,具体涉及用于电动车辆和混合动力车辆的动力电池模块。 背景技术[0002] 对于被用来作为电动车(EV)及混合电动车(HEV)电源的二次电池,必须具有高输出和大容量的特性,因此,将多个小型二次电池彼此串联或并联在一起构成电池模块,并且多个电池模块彼此串联或并联在一起构成电池组。由于二次电池芯储存的能量密度很高, 并且组成模块时需要紧凑排列,所以工作过程中产生了大量的不易散失的热量,导致电池性能衰减及安全性降低,因此需要提供一种用于冷却高输出高容量电池组的冷却系统。[0003] 近年来,电动汽车用动力电池组广泛使用风冷散热方式,但是风冷的散热效率低, 噪声大,散热不均勻,因此并不适用于锂离子动力电池组的冷却。[0004] 韩国专利申请200580032124. 7公开了一种电池组冷却系统,在该系统中制冷剂的引入部分和制冷剂的排放部分定位于该电池组冷却系统的相同侧,且多个电池模块中的每一个均具有单独的制冷剂通道,从而使制冷剂以恒定的流速经过电池的多个电芯,降低了电池芯之间的温度变化,并且减小了整个电池系统的尺寸。但是,该系统的制冷剂通道结构复杂、制造成本较高。[0005] 日本专利申请200880003138. X公开了一种电池冷却装置,通过流体流动单元使与发动机的进气和排气不同的流体流动并直接或间接地与电池接触,因此即使电池产生大量的热量,也能够用流体冷却该电池。并且利用发动机的进气排气引起的气压变化使流体流动或汽轮机旋转带动泵使制冷剂流动,无需额外设置用于流体流动的能源。该技术方案同样存在工艺复杂、成本高的问题。[0006] 上述现有技术使用的液冷方案基本上都要设计流道,工艺复杂,成本增加,冷却效果不明显。尤其是钢壳或铝壳的锂离子二次电池,因为有游离态的电解液存在,所以金属壳体带电,组成模块以后单体电池之间必须充分绝缘,如对电池组整体冷却则要通过一层绝缘层,大大降低了冷却效果;如对单个电池冷却,则需特殊流道设计,其工艺复杂,成本大大增加,并且增加了尺寸空间。发明内容[0007] 为了解决现有技术的电动汽车用电池组存在的工艺复杂、制造成本高、冷却效果不明显等问题,本发明的目的在于提供一种带有液冷系统的动力电池模块。利用本发明,将液体冷却系统引入到电池组模块中,可以有效散热,极大地提高了冷却效率;并且使得电池单体之间的温度差异性较小,从而增强了电池组的循环一致性,提高了电池组循环的寿命。[0008] 为了达到上述发明目的,本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种带有液冷系统的动力电池模块,该装置包括:[0009] 电池模块外壳内安装有电池组,在电池组的一侧具有冷却剂流入管道和冷却剂流出管道;冷却剂流入管道通过安装在机壳外的冷却剂入口与压力泵相连;冷却剂流出管道通过安装在机壳外的冷却剂出口与换热器相连。
[0010] 上述电池组由若干个单体电池通过金属连接片和紧固螺钉电连接组成;电池组的外部包覆有一层绝缘层,通过结构件固定在外壳内;每个单体电池上安装有散热片,散热片上安装有液冷部件;液冷部件具有散热流道入口和散热流道出口,散热流道入口和散热流道出口通过散热片内部的散热流道连接。上述冷却剂流入管道通过子入口与散热流道入口连接。上述冷却剂流出管道通过子出口与散热流道出口连接。
[0011] 本发明一种带有液冷系统的动力电池模块,由于采取上述的技术方案,电池模块具有冷却装置,包含散热流道入口以及散热流道出口,通过流动的冷却剂带走电池组工作过程中产生的热量,冷却剂在模块内部通过冷却管道的分流作用分别流经单体电池散热片上的液冷部件,电池的热量通过散热片传递到液冷部件,液冷部件与冷却剂再进行热量交换,由于冷却剂通过多通冷却管道的并联作用,其流经每个单体电池的散热片上的液冷部件时流速与温度相同,可以起到均衡温度的效果。因此,本发明取得了以下有益效果:
[0012] 1、电池模块中的液冷部件结构简单,降低了电池组尺寸,简化了电池组液冷系统中的流道设计,节省了设计和加工成本;
[0013] 2、电池模块中的冷却管道具有多通并联设计,通过液冷部件组成冷却子系统,冷却剂流经每个单体电池的流速与温度的一致性良好,可以有效避免温度不均衡造成电池组性能上的衰减,提高了电池组的循环寿命和安全性;
[0014] 3、电池模块中的绝缘隔板具有尺寸和数量可调的凸台,为电池膨胀预留了空间, 进一步提高了电池组的安全性和循环寿命;
[0015] 4、采用液体冷却,散热效果好,搭配转速较低的风扇,工作噪声大大降低;
[0016] 5、电池模块结构简单,散热效率高,适合大功率大容量放电需求,因此,本发明的电池组模块可以用作电动车辆和混合电动车辆的电源。
附图说明
[0017] 图1为本发明一种带有液冷系统的动力电池模块的结构图;
[0018] 图加为电池组结构图;
[0019] 图2b为电池组分解图;
[0020] 图3为散热片的简图;
[0021] 图4为绝缘隔板的简图;
[0022] 图5为冷却剂流入管道和流出管道的结构示意图。 具体实施方式
[0023] 下面结合附图说明本发明的优选实施例.
[0024] 图1为本发明一种带有液冷系统的动力电池模块的结构图,如图1的实施例所示, 该装置包括:
[0025] 电池模块外壳1内安装有相互电连接的电池组2,在电池组2的一侧具有冷却剂流入管道3和冷却剂流出管道4,上述冷却剂流入管道3与安装在机壳外与压力泵相连的冷却剂入口 5连接;上述冷却剂流出管道4与安装在机壳外的冷却剂出口 6连接;冷却剂出口 6 与换热器相连。[0026] 图加为电池组2的结构图,如图加所示,单体电池8通过金属连接片9和紧固螺钉10进行电连接组成电池组2,电池组2的外部包覆有一层耐高温耐腐蚀的绝缘层11,通过结构件7固定在外壳1内;电池组的一侧具有并列的液冷部件12,液冷部件12具有散热流道入口 13和散热流道出口 14。
[0027] 图2b为电池组2的分解图,如图2b所示,单体电池8之间由带有凸台17的绝缘隔板15隔开以达到绝缘的效果,每个单体电池8上安装有散热片16,散热片16上安装有液冷部件12 ;单体电池8的热量通过散热片16传导给液冷部件12。
[0028] 图3为散热片16的简图,如图3所示,具有液冷部件12的散热片16安装在单体电池8外壳的一侧,液冷部件12可以通过铆接、焊接或其他连接方式与散热片16紧密固定。 液冷部件12具有散热流道入口 13和散热流道出口 14 ;散热流道入口 13和散热流道出口 14通过散热片16内部的散热流道连接。上述散热片为侧面封闭的L型导热板半包覆于单体电池8表面,散热片16由具有高热传导系数的金属制成,如铝、铜等。液冷部件12可以在单体电池制作时直接焊接或其他机械连接方式安装在单体电池的表面上;也可以铆接或焊接在散热片16上,液冷部件可根据模块尺寸需要及单体电池热量分布调整位置,当液冷部件直接安装在单体电池表面时,则模块可以省略散热片。
[0029] 图4为绝缘隔板15的简图,该隔板优选环氧板或PET等具有高强度耐腐蚀的绝缘材料,绝缘隔板表面具有一定数量的凸台17,凸台17的高度、大小和数量可随单体电池8的型号不同而调整。该绝缘隔板既可以起到绝缘的效果又可以在凸台的作用下为电池膨胀预留空间,提高了系统结构的稳定性。
[0030] 图5为冷却剂流入管道3和冷却剂流出管道4的结构示意图,如图5的实施例所示,该管道包括一个主入口或主出口 18,在与每个单体电池8上的散热片16的对应处设置有子出口或子入口 19。冷却剂流入管道3通过主入口 18与冷却剂入口 5连接;另通过子入口 19与散热流道入口 13连接。冷却剂流出管道4通过主出口 18与冷却剂流出管道4连接;另通过子出口 19与散热流道出口 14连接。通过该管道,冷却剂可以分流和汇流,与每个单体电池组成一个个的冷却子系统。管道与冷却剂出入口经螺母固定后还要涂覆防水密封胶以保证工作过程中无冷却剂渗漏现象。
[0031] 下面进一步对本发明的工作过程进行描述。
[0032] 冷却剂在压力泵的作用下,从电池模块外壳1上的冷却剂入口 5、主入口 18进入冷却剂流入管道3,流入管道3具有若干子出口 19,与单体电池8的数量一一对应。单体电池 8将热量经散热片16传导给液冷部件12,冷却剂从流入管道3的子入口 19流入到相应的液冷部件12的散热流道入口 13,通过液冷部件12内部的流道进行热量交换,然后升温后的冷却剂从液冷部件12的散热流道出口 14流出到冷却剂流出管道4的子出口 19,从各个单体电池8流出的升温后的冷却剂经汇流后从冷却剂流出管道4的主出口 18流经机构外壳 1上的冷却剂出口 6进入到换热器。通过换热器的作用,冷却剂的温度迅速下降,在水泵的作用下再次进入系统循环冷却。冷却剂的流速可以通过电池组工作过程中的温度控制CAN 通信到水泵压力控制系统。
[0033] 如上所述,本发明的电池组冷却系统在内部分成了若干并联的冷却子系统,可以有效的控制冷却过程中的温度差异。液冷散热片的应用可以使冷却过程直接作用于电池表面,大大提升了散热效果。[0034] 本发明实施例所述的电池组由多个单体电池串联或并联组成,所述电池没有具体限制,可从可充电的二次电池中自由选取。本发明的电池优选锂离子二次电池,锂聚合物二次电池,或镍金属二次电池。
[0035] 本发明实施例所述的单体电池通过两端封闭的L型散热片传导热量,散热片与单体电池直接接触,导热效果良好,优选薄铝板。散热片侧壁与液冷部件的连接采用铆接、或焊接方式,液冷部件具有一个散热流道入口和一个散热流道出口,通过内部的冷却剂流通管道连接,可以起到热量传导的作用。
[0036] 为了起到绝缘作用,本发明实施例所述的散热片外侧与相邻单体电池之间由具有凸台的绝缘隔板隔开,凸台的大小和高度可随单体电池的型号不同调整,绝缘隔板由耐高温耐腐蚀的绝缘材料制成,优选环氧板或PET材质。既可以起到一定的强度作用,也可以保证绝缘,凸台的设计又为电池预留了膨胀空间,并且加工成本低廉。
[0037] 本发明实施例中的制冷剂可以从各种冷却流体中自由选取,例如绝缘油、纯水、不冻液等,优选纯水作为制冷剂。
[0038] 本发明实施例所述的冷却剂流入或流出管道为多通道的软管,具体可以根据需要设计通道数量,也就是电池组内的单体电池个数,优选树脂材质。
[0039] 本发明实施例所述的冷却系统经过冷却通道与液冷部件的作用在内部分成若干的冷却子系统对单体电池进行冷却,这种一对一的方式可以极大地提高冷却效果,子系统内部流道是并联形式,不会影响冷却剂流速,因此电池温度均一性良好,不会因为温度不均衡造成电池组性能上的衰减。
[0040] 本发明实施例所述的冷却系统由于换热器的表面积很大,所以只需要低转速的风扇对其进行散热就能起到不错的效果,因此水冷大多搭配转速较低的风扇,此外,水泵的工作噪声一般也不会很明显,这样整体的散热系统与风冷系统相比就非常的安静了。
[0041] 本发明的范围不受所述具体实施方案限制,所述实施方案只作为阐明本发明各方面的单个例子,本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上,本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本发明的多种改进,所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。

Claims (7)

1. 一种带有液冷系统的动力电池模块,其特征在于,该装置包括:电池模块外壳[1]内安装有电池组[2],在电池组[2]的一侧具有冷却剂流入管道[3] 和冷却剂流出管道W],冷却剂流入管道[3]通过安装在机壳[1]外的冷却剂入口 [5]与压力泵相连;冷却剂流出管道[4]通过安装在机壳[1]外的冷却剂出口 [6]与换热器相连;所述的电池组[2]由若干个单体电池[8]通过金属连接片[9]和紧固螺钉[10]电连接组成;电池组[2]的外部包覆有一层绝缘层[11],通过结构件[7]固定在外壳[1]内;每个单体电池[8]上安装有散热片[16],散热片[16]上安装有液冷部件[12];液冷部件[12] 具有散热流道入口 [13]和散热流道出口 [14],散热流道入口 [13]和散热流道出口 [14]通过散热片[16]内部的散热流道连接;所述的冷却剂流入管道[3]通过子入口与所述的散热流道入口 [13]连接;所述的冷却剂流出管道[4]通过子出口与所述的散热流道出口 [14]连接。
2.如权利要求1所述的动力电池模块,其特征在于:所述的单体电池[8]之间由带有凸台[17]的绝缘隔板[15]隔开;绝缘隔板[15]优选环氧板或PET材料。
3.如权利要求1所述的动力电池模块,其特征在于:所述的冷却剂流入管道[3]和冷却剂流出管道[4]为多通道的软管,包括一个主入口或主出口 [18],分别与冷却剂入口 [5] 或冷却剂出口 [6]连接;在与每个单体电池[8]上的散热片[16]的对应处设置有子入口或子出口 [19],分别与散热流道入口 [13]或散热流道出口 [14]连接;所述的冷却剂流入管道[3]和冷却剂流出管道[4]优选树脂材质。
4.如权利要求1所述的动力电池模块,其特征在于:所述的液冷部件[12]可以在单体电池[8]制作时直接焊接或其他机械连接方式安装在单体电池[8]的表面上;也可以通过铆接、焊接或其他连接方式与散热片[16]紧密固定。
5.如权利要求1所述的动力电池模块,其特征在于:所述的制冷剂可以是各种冷却流体,包括绝缘油、纯水、不冻液,优选纯水作为制冷剂。
6.如权利要求1所述的动力电池模块,其特征在于:所述的单体电池[8]优选锂离子二次电池,锂聚合物二次电池,或镍金属二次电池。
7.如权利要求1所述的动力电池模块,其特征在于:所述的散热片[16]为侧面封闭的 L型导热板,半包覆于单体电池[8]的表面;所述的散热片[16]采用铝、铜,或其它具有高热传导系数的金属材料。
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