CN105489804A - 动力电池组的电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种动力电池组的电池模块，包括：外壳组件，所述外壳组件具有电池容纳腔和风道单元；软包装锂离子电池，软包装锂离子电池装于外壳组件的电池容纳腔内，软包装锂离子电池的正、负极极耳分别焊接有正、负极引流金属条，正、负极引流金属条露出外壳组件；热交换系统，热交换系统包括集热平板、热管和鳍片，集热平板装于外壳组件的电池容纳腔内，且与软包装锂离子电池表面紧密贴合，热管固定在集热平板上，且热管具有延伸至集热平板之外的第一段，鳍片装在第一段上，且鳍片位于风道单元中。本发明的动力电池组的电池模块，解决了目前电动汽车、电动大巴车、电动公交车所使用的动力电池散热不好或温度过低造成的无法充电、放电的问题。

Description

动力电池组的电池模块
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种动力电池组的电池模块。
背景技术
现有动力电池的电池组基本使用单体电池直接连接、或添加防护外壳，散热速度取决于电池的防护材料的热传导速度，如果使用纯粹的塑料电池外壳，热量将很难从电池本体上散出，同时电池的极耳因充放电倍率的升高而温度急剧升高，造成电池极耳与电池铝塑膜之间的粘接塑胶融化，使电池漏液，发生电池失效或起火的危险。使用金属外壳的模块电池，其组成的电池箱重量将十分沉重，不具备实际使用的优点，且金属外壳易造成电池箱内部短路，从而发生火灾等隐患。
目前，电动自行车、电动摩托车、电动小汽车、电动大巴车、电动公交车所使用的动力电池组多为风冷、水冷或自然冷却的电池组，且使用的温度范围受到电池本身自有的使用温度的范围限制，会发生电池组在温度寒冷的地区无法充电或者无法放电的情况；在温度高的地区电池组控制系统保护同样造成无法充电或者放电，情况严重的轻则电池组损坏，重则整车损坏的后果。
发明内容
针对上述现有技术现状，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种动力电池组的电池模块，解决目前电动汽车、电动大巴车、电动公交车所使用的动力电池散热不好或温度过低造成的无法充电、放电的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种动力电池组的电池模块，包括：
外壳组件，所述外壳组件具有电池容纳腔和风道单元；
软包装锂离子电池，所述软包装锂离子电池装于所述外壳组件的电池容纳腔内，所述软包装锂离子电池的正极极耳和负极极耳分别焊接有正极引流金属条和负极引流金属条，所述正极引流金属条和所述负极引流金属条露出所述外壳组件；
热交换系统，所述热交换系统包括集热平板、热管和鳍片，所述集热平板装于所述外壳组件的电池容纳腔内，且与所述软包装锂离子电池表面紧密贴合，所述热管固定在所述集热平板上，且所述热管具有延伸至所述集热平板之外的第一段，所述鳍片装在所述第一段上，且所述鳍片位于所述风道单元中。
在其中一个实施例中，所述热管还包括第二段，所述第二段与所述软包装锂离子电池的正极极耳或负极极耳相对。
在其中一个实施例中，所述第二段沿横向延伸，所述第二段的第一端与所述第一段连接，所述热管还包括自所述第二段的第二端沿纵向延伸至所述集热平板中部的第三段以及自第三段端部沿横向向背对所述第二段侧延伸至所述集热平板边缘的第四段。
在其中一个实施例中，所述集热平板与所述软包装锂离子电池接触面之间设置有绝缘导热材料。
在其中一个实施例中，所述集热平板与所述软包装锂离子电池的正极极耳或负极极耳相对的位置设置有绝缘导热硅胶垫。
在其中一个实施例中，包括两个所述风道单元和两个所述热交换系统，两个所述风道单元分别位于所述电池容纳腔的两侧，两个所述热交换系统分别位于所述软包装锂离子电池的两侧，且两个所述热交换系统的所述鳍片分别位于两个所述风道单元中。
在其中一个实施例中，所述外壳组件与所述软包装锂离子电池的正极极耳或负极极耳相对的位置设置有耐高温橡胶垫。
在其中一个实施例中，所述外壳组件包括相扣合的第一外壳和第二外壳，且所述第一外壳和所述第二外壳焊接在一起。
在其中一个实施例中，所述外壳组件的顶部设置有装配防转螺母。
在其中一个实施例中，所述外壳组件的侧面上设置有用于安装螺柱的预埋防转螺母。
与现有技术相比，本发明提供的动力电池组的电池模块，软包装锂离子电池充放电过程产生的热量通过热交换系统传导到电池外部，使用强制空气流动的方法散发到模块外部；同时针对于寒冷地区，锂离子电池无法充电、无法放电的弊端，使用外部热量通过热交换系统给电池加热，使单体电池处于最佳的工作温度，从而有效改善寒冷地区电动车辆无法充电放电的问题。
综上，本发明提供的动力电池组的电池模块，通过热交换系统对电池组内电池的整体降温或者整体加温，从而保证电池组工作最佳的温度范围内，使电池发挥最好的性能，使整车达到最优性能。
本发明附加技术特征所具有的有益效果将在本说明书具体实施方式部分进行说明。
附图说明
图1为本发明实施例中的动力电池组的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中的动力电池组去掉顶面板后的立体结构示意图；
图3为本发明实施例中的动力电池组去掉顶面板、正面面板及背面面板后的立体结构示意图；
图4为本发明实施例中的动力电池组的电池模块的立体结构示意图；
图5为本发明实施例中的动力电池组的电池模块的局部剖视图；
图6和图7为本发明实施例中的动力电池组的第一外壳的立体结构示意图，其中，图6为从外朝内看的状态，图7为从内朝外看的状态；
图8为本发明实施例中的动力电池组的软包装锂离子电池的立体结构示意图；
图9为本发明实施例中的动力电池组的热交换系统的立体结构示意图；
图10和图11为本发明实施例中的动力电池组的正面面板的立体结构示意图，其中，图10为从内朝外看的状态，图11为从外朝内看的状态。
附图标记说明：10-电池模块；11-外壳组件；11a-电池容纳腔；11b-风道单元；111-第一外壳；112-第二外壳；12-软包装锂离子电池；13-预埋防转螺母；14-装配防转螺母；15-正极引流金属条；16-热交换系统；16a-集热平板；16b-热管；16b1-第一段；16b2-第二段；16b3-第三段；16b4-第四段；16c-鳍片；17-绝缘导热硅胶垫；18-耐高温橡胶垫；19-负极引流金属条；20-动力电池组；21-正面面板；21a-正面进风口；21b-正面出风口；21c-正面固定孔；22-背面面板；22a-背面进风口；22b-背面出风口；22c-背面固定孔；23-顶面板；24-导风罩；25-风机；26-加热装置；27-总正极金属板；28-总负极金属板；29-螺柱；30、金属绑扎带。
具体实施方式
下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-3所示，本发明其中一个实施例中的动力电池组20包括若干电池模块10、正面面板21、背面面板22、顶面板23、强制通风散热及电池组加热装置、总正极金属板27及总负极金属板28，若干电池模块10叠置在一起，并通过三条金属绑扎带30固定。
如图4-9所示，电池模块10主要由外壳组件11、软包装锂离子电池12及两个热交换系统16组成，其中，所述外壳组件11由第一外壳111和第二外壳112扣合在一起，并通过超声波焊接固定，两者之间形成电池容纳腔11a和风道单元11b。较优地，风道单元11b为两个，两个风道单元11b分别位于电池容纳腔11a的两侧，若干电池模块10叠置在一起后，所有电池模块10的风道单元11b组成两个风道，电池模块10之间的空隙使用密封圈(图中未示出)进行密封，防止风压下降。所述软包装锂离子电池12装于所述外壳组件11的电池容纳腔11a内，所述软包装锂离子电池12的正极极耳和负极极耳分别焊接有正极引流金属条15和负极引流金属条19，所述正极引流金属条15和所述负极引流金属条19露出所述外壳组件11；
两个所述热交换系统16分别位于软包装锂离子电池12的两侧，热交换系统16包括集热平板16a、热管16b和鳍片16c，所述集热平板16a采用铝材料制成，所述集热平板16a的大小与软包装锂离子电池12的大小一致，所述集热平板16a与所述软包装锂离子电池12一侧的表面紧密贴合，所述集热平板16a与所述软包装锂离子电池12接触面之间设置有绝缘导热材料(如喷涂铁氟龙图层或陶瓷涂层，或使用耐高温的绝缘铁氟龙胶带、玻璃纤维胶带进行绝缘处理)，以降低接触热阻。较优地，所述集热平板16a与所述软包装锂离子电池12的正极极耳或负极极耳相对的位置设置有绝缘导热硅胶垫17，防止集热平板16a接触电池极耳部位。所述热管16b通过焊接固定在所述集热平板16a上，所述热管16b具有延伸至所述集热平板16a之外的第一段16a1，所述鳍片16c装在所述第一段16a1上，且所述鳍片16c位于所述风道单元11b中。鳍片16c材质可为铝质或铜质，鳍片16c可增加与空气接触的面积，使传导效率更高。软包装锂离子电池12充放电过程产生的热量，传导至具有高导热系数的集热平板16a，再传导至热管16b的蒸发段；当热管16b温度达到其启动温度后，其内部工作液体发生相变；工作液体因其高的汽化潜热而带走蒸发段吸收的热量；工作介质到达热管16b冷凝段后，热量由鳍片16c表面通过与空气对流散发出去，从而使工作介质液化；工作液体因热管16b吸液芯毛细作用重新返回蒸发段；如此循环，达到了散热的目的。当需要加热时，热空气给鳍片16c加热，通过热管16b内的工作介质将热量传导到软包装锂离子电池12上，从而达到加热软包装锂离子电池12的目的。较优地，所述热管16b还包括第二段16b2，所述第二段16b2与所述软包装锂离子电池12的正极极耳或负极极耳相对。由于软包装锂离子电池12的正极极耳或负极极耳产生的热量较大，所述第二段16b2与所述软包装锂离子电池12的正极极耳或负极极耳相对，可以快速将正极极耳或负极极耳处的热量带走。进一步地，所述热管16b还包括第三段16b3和第四段16b4，所述第四段16b4自集热平板16a远离风道单元11b的边缘的中部沿横向向风道单元11b侧延伸至集热平板16a中部，并通过沿纵向延伸的第三段16b3与所述第二段16b2连接。这种结构的热管16b符合电池温度场分布特性，散热效果好。
较优地，所述外壳组件11的顶部设置有用于固定顶面板23的装配防转螺母14，所述外壳组件11的侧面上设置有用于安装螺柱29的预埋防转螺母13。
结合图1-2、10-11所示，正面面板21和背面面板22分别安装在若干电池模块10的正面和背面，正面面板21上设置有正面进风口21a、正面出风口21b及正面固定孔21c，正面出风口21b与第一个风道的出口连通，螺钉穿过正面固定孔21c旋入螺柱29中将正面面板21。背面面板22上设置有背面进风口22a、背面出风口22b及背面固定孔22c，背面出风口22b与第二个风道的出口连通，螺钉穿过背面固定孔22c旋入螺柱29中将背面面板22固定。
强制通风散热及电池组加热装置为两组，两组强制通风散热及电池组加热装置分别安装在正面面板21和背面面板22的内侧，分别同时给电池组内部的单体模块的正极极耳及正面和负极极耳及背面加热或者散热。强制通风散热及电池组加热装置包括导风罩24、风机25和加热装置26，导风罩24的进口与正面面板21的正面进风口21a或背面面板22的背面进风口22a连通，导风罩24的出口与风机25的进风口连通，风机25的出风口与加热装置26的加热通道的进口连通，加热通道的出口与正面面板21的正面出风口21b或背面面板22的背面出风口22b连通。正面面板21的正面进风口21a和背面面板22的背面进风口22a与导风罩24及导风罩24与加热装置26之间的间隙均由密封圈密封，防止漏气及灰尘进入电池组内部。本实施例中的风机25为涡轮风扇。由此可见，该动力电池组具有两套，两套散热/加热系统分别负责电池正极极耳或负极极耳及对应的软包装锂离子电池面进行散热或者加热，因此散热/加热效果好。
总正极金属板27和总负极金属板28分别从正面面板21和背面面板22的顶部露出，较优地，总正极金属板27和总负极金属板28分别与电池模块10的正极引流金属条15和负极引流金属条19激光焊接，激光焊接可使电池的充、放电倍率做到单体电池的极限，避免因机械连接的电阻造成的能量损失，避免因内阻过高造成的热失控。
顶面板23固定在若干电池模块10的顶部，起保护作用。
本发明的动力电池组20的工作原理如下：
当动力电池组20内部温度升高时，控制系统控制风机25旋转使冷空气通过正面面板21的正面进风口21a和背面面板22的背面进风口22a从导风罩24进入加热装置26的加热通道，因为是散出内部热量，加热装置26的加热丝不工作，冷空气进入若干电池模块10形成的风道，将风道中的鳍片16c上的热量带走，从而降低软包装锂离子电池12的正极极耳和负极极耳及软包装锂离子电池12表面的温度，换热后的热空气从正面面板21的正面出风口21b和背面面板22的背面出风口22b流出。
反之，当动力电池组20内部温度过低时，控制系统打开风机25和加热装置26的加热丝，风机25旋转使冷空气通过正面面板21的正面进风口21a和背面面板22的背面进风口22a从导风罩24进入加热装置26的加热通道，加热装置26的加热丝将冷空气加热后，进入若干电池模块10形成的风道中，将风道中的鳍片16c加热，从而将软包装锂离子电池12的正极极耳和负极极耳及软包装锂离子电池12表面加热，换热后的冷空气从正面面板21的正面出风口21b和背面面板22的背面出风口22b流出。
综上，本发明的动力电池组具有以下有益效果：
1、本发明的动力电池组的电池模块具有热交换系统，软包装锂离子电池12充放电过程产生的热量通过热交换系统传导到电池外部，使用强制空气流动的方法散发到模块外部；同时当气温比较低需要加热时，使用外部热量通过热交换系统给电池加热，使单体电池处于最佳的工作温度，从而有效改善寒冷地区电动车辆无法充电放电的问题。从而解决了目前电动汽车、电动大巴车、电动公交车所使用的动力电池散热不好或温度过低造成的无法充电、放电的问题。
2、本发明的动力电池组，软包装锂离子电池12的正极极耳或负极极耳不发热或热量很快的通过热交换系统传导到电池外部，使用强制空气流动的方法散发到模块外部，可以适用于高倍率充、放电的电池。
3、本发明的动力电池组，多个电池模块组合在一起后，热交换系统的鳍片安装位的空腔部位会形成风道；电池模块组合后焊接电池组的引流金属板，使用金属扎带进行成组处理，添加辅助配件后即可直接用于装车使用，无须再增加电池组的外箱。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力电池组的电池模块，其特征在于，包括：
外壳组件(11)，所述外壳组件(11)具有电池容纳腔(11a)和风道单元(11b)；
软包装锂离子电池(12)，所述软包装锂离子电池(12)装于所述外壳组件(11)的电池容纳腔(11a)内，所述软包装锂离子电池(12)的正极极耳和负极极耳分别焊接有正极引流金属条(15)和负极引流金属条(19)，所述正极引流金属条(15)和所述负极引流金属条(19)露出所述外壳组件(11)；及
热交换系统(16)，所述热交换系统(16)包括集热平板(16a)、热管(16b)和鳍片(16c)，所述集热平板(16a)装于所述外壳组件(11)的电池容纳腔(11a)内，且与所述软包装锂离子电池(12)表面紧密贴合，所述热管(16b)固定在所述集热平板(16a)上，且所述热管(16b)具有延伸至所述集热平板(16a)之外的第一段(16a1)，所述鳍片(16c)装在所述第一段(16a1)上，且所述鳍片(16c)位于所述风道单元(11b)中。
2.根据权利要求1所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述热管(16b)还包括第二段(16b2)，所述第二段(16b2)与所述软包装锂离子电池(12)的正极极耳或负极极耳相对。
3.根据权利要求2所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述第二段(16b2)沿横向延伸，所述第二段(16b2)的第一端与所述第一段(16a1)连接，所述热管(16b)还包括自所述第二段(16b2)的第二端沿纵向延伸至所述集热平板(16a)中部的第三段(16b3)以及自第三段(16b3)端部沿横向向背对所述第二段(16b2)侧延伸至所述集热平板(16a)边缘的第四段(16b4)。
4.根据权利要求1所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述集热平板(16a)与所述软包装锂离子电池(12)接触面之间设置有绝缘导热材料。
5.根据权利要求1所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述集热平板(16a)与所述软包装锂离子电池(12)的正极极耳或负极极耳相对的位置设置有绝缘导热硅胶垫(17)。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，包括两个所述风道单元(11b)和两个所述热交换系统(16)，两个所述风道单元(11b)分别位于所述电池容纳腔(11a)的两侧，两个所述热交换系统(16)分别位于所述软包装锂离子电池(12)的两侧，且两个所述热交换系统(16)的所述鳍片(16c)分别位于两个所述风道单元(11b)中。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述外壳组件(11)与所述软包装锂离子电池(12)的正极极耳或负极极耳相对的位置设置有耐高温橡胶垫(18)。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述外壳组件(11)包括相扣合的第一外壳(111)和第二外壳(112)，且所述第一外壳(111)和所述第二外壳(112)焊接在一起。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述外壳组件(11)的顶部设置有装配防转螺母(14)。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的动力电池组的电池模块，其特征在于，所述外壳组件(11)的侧面上设置有用于安装螺柱(29)的预埋防转螺母(13)。
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