CN105826634B - 一种动力电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池系统，包括电池模组，电池模组包括单体电池、固定机构及导热层，其中，固定机构包括两个对称的骨架，骨架上设置有一面敞开、五面包围的槽，两个骨架通过槽从两侧夹持单体电池，且单体电池的顶面、底面以及两个相对的侧面分别与槽的四个侧壁之间密封配合；导热层由相变材料制成，填充于槽的底壁与单体电池另两个相对的侧面中的一个之间；上述动力电池系统，单体电池与槽之间形成容纳导热层的密封夹层，对导热层进行包裹支撑，导热层能够与单体电池直接接触，从而使保护导热层在电池模组运行时免受损害，延长使用寿命的同时，使其起到良好稳定的散热作用。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种动力电池系统。
背景技术
随着能源危机以及环境污染问题的日趋严重，运用较为清洁的电力替代常规的化石燃料作为汽车能源已经成为一种重要的发展方向，已经受到越来越多的关注。电池技术作为电动汽车的关键技术之一，电池使用寿命及运行时的稳定程度都会直接影响电动汽车的稳定性及安全性。
电动汽车的动力电池系统一般由电池模组以及加装在电池模组上的管理系统、支撑及防护系统、充放电转换接驳装置等构成，其中，电池模组一般包括多个单体电池，在使用过程中，各个单体电池产生的热量会积聚在电池模组内部，使电池模组温度升高，如果产生的热量不能及时地散出，会导致电池模组局部温度升高，这对电池模组中单体电池的性能、电池模组整体的使用寿命造成严重的影响，严重时可能因为局部热失控，而引起起火、爆炸。
现有技术中，有一种冷却方式为相变材料冷却，利用相变材料高潜热来储蓄电池产生的热量，然后将热量从相变材料中散出达到散热的目的，这种冷却方式均温效果好，能够有效的降低电池模组内各单体电池间的温差，传热性能好，散热效率高，结构简单，成本低廉，容易生产制造，因此具有较为广阔的运用前景。但是目前的相变材料冷却方式还存在一些问题，要么将相变材料充灌至夹层中，使夹层与电池模组接触，但是夹层与电池模组之间存在较大的接触热阻，传热效率低，且不便于生产制造，要么使相变材料直接与电池模组接触，降低了接触热阻，提高了传热效率，但是又没有对相变材料形成有效可靠的保护支撑，导致自身强度较低的相变材料在电池模组运行过程中容易受到损害，寿命低，不利于对电池模组进行持续稳定的散热。
因此，如何改善动力电池系统中电池模组的冷却结构，使其结构简单，便于生产制造，散热效率高，且具有较长的寿命，能够持续稳定的发挥作用，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种动力电池系统，以达到使其冷却结构简单，便于生产制造，散热效率高，且具有较长的寿命，能够持续稳定的发挥作用的目的。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：
一种动力电池系统，包括电池模组，所述电池模组包括：
单体电池；
固定机构，包括两个对称的骨架，所述骨架上设置有一面敞开、五面包围的槽，两个所述骨架通过所述槽从两侧夹持所述单体电池，且所述单体电池的顶面、底面以及两个相对的侧面分别与所述槽的四个侧壁之间密封配合；
导热层，由相变材料制成，填充于所述槽的底壁与所述单体电池另两个相对的侧面中的一个之间。
优选地，两个所述骨架相互背离的表面上设置有散热翅片。
优选地，两个所述骨架相互背离的表面的四个角处均设置有承力柱，且所述承力柱的高度不小于所述散热翅片的高度。
优选地，还包括具有空腔的电池箱，所述空腔内安置有所述电池模组。
优选地，还包括风道底座，所述风道底座为中空的框体，设置于所述电池模组的底部与所述空腔底壁之间并在所述电池模组的底部与所述空腔底壁之间形成风道。
优选地，还包括控温组件，所述控温组件包括控制器、温度传感器以及降温装置，所述温度传感器与所述控制器的信号输入端相连，用于检测所述电池模组或者所述单体电池的温度，所述控制器的信号输出端与所述降温装置相连。
优选地，所述降温装置为风扇，所述风扇安装于所述电池箱顶部的通风孔中，用于将所述空腔内的空气抽出。
优选地，所述电池箱的侧壁底部还开设有若干个进风孔。
优选地，所述控温组件还包括与所述控制器的信号输出端连接的加热装置。
优选地，所述加热装置为碳纤维发热电缆，所述碳纤维发热电缆的两端分别固定于所述电池箱的相对的两个侧壁上。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的动力电池系统，包括电池模组，电池模组包括单体电池、固定机构以及导热层，其中，固定机构包括两个对称的骨架，骨架上设置有一面敞开、五面包围的槽，两个骨架通过槽从两侧夹持单体电池，且单体电池的顶面、底面以及两个相对的侧面分别与槽的四个侧壁之间密封配合；导热层由相变材料制成，填充于槽的底壁与单体电池另两个相对的侧面中的一个之间；上述动力电池系统，以由相变材料制成的导热层作为主要的散热手段，单体电池与槽配合后，两者之间会形成一个容纳导热层的密封夹层，从而对导热层进行包裹支撑，保护导热层在电池模组运行时免受损害，延长其使用寿命，使其能够持续稳定的起到良好的散热作用，并且由于单体电池的接线柱一般设置于其顶面上，因此，单体电池与骨架配合后，其分别与槽的四个侧壁配合的顶面、底面以及两个相对侧面的一部分会露在骨架外，可通过与空气接触进行散热，从而起到增强散热效果的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的动力电池系统中电池模组的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的动力电池系统中电池模组的内部结构示意图；
图3为本发明实施例提供的动力电池系统中电池模组的导热层的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的动力电池系统中两相邻电池模组之间的位置关系的局部放大示意图；
图5为本发明实施例提供的具有电池箱的动力电池系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的具有电池箱的动力电池系统的内部结构示意图；
图7为本发明实施例提供的具有电池箱的动力电池系统的风道底座的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种动力电池系统，以达到使其冷却结构简单，便于生产制造，散热效率高，且具有较长的寿命，能够持续稳定的发挥作用的目的。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的动力电池系统中电池模组的结构示意图；图2为本发明实施例提供的动力电池系统中电池模组的内部结构示意图；图3为本发明实施例提供的动力电池系统中电池模组的导热层的结构示意图。
本发明实施例提供的一种动力电池系统，包括电池模组，电池模组包括单体电池3、固定机构以及导热层5。
其中，固定机构包括两个对称的骨架1，骨架1上设置有一面敞开、五面包围的槽1a，两个骨架1通过槽1a从两侧夹持单体电池3，且单体电池3的顶面、底面以及两个相对的侧面分别与槽1a的四个侧壁之间密封配合；导热层5由相变材料制成，填充于槽1a的底壁与单体电池3另两个相对的侧面中的一个之间。
与现有技术相比，本发明实施例提供的电池模组，以由相变材料制成的导热层5作为主要的散热手段，单体电池3与槽1a配合后，两者之间会形成一个容纳导热层5的密封夹层，从而对导热层5进行包裹支撑，保护导热层5在电池模组运行时免受损害，延长其使用寿命，使其能够持续稳定的起到良好的散热作用，并且由于单体电池3的接线柱一般设置于其顶面上，因此，单体电池3与骨架1配合后，其分别与槽1a的四个侧壁配合的顶面、底面以及两个相对侧面的一部分会露在骨架1外，可通过与空气接触进行散热，从而起到增强散热效果的作用。
通常情况下，一个电池模组中会包含多个单体电池，因此，骨架上需要相应地开设多个槽，由于槽壁的存在，两相邻单体电池之间会形成一可供空气流通的风道，从而增强散热效果，并且可通过调整槽壁的厚度来调整风道的宽度，从而实现对散热能力进行调节。
为了提高骨架1的散热效果，尽快将导热层5中的热量导出，在本发明实施例中，两个骨架1相互背离的表面上设置有散热翅片2，散热翅片2既可以与骨架1为一体结构，也可以作为一个独立的配件可拆卸地安装在骨架1上，进一步地，散热翅片2的高度、其与骨架1表面之间的夹角以及其长度方向与骨架1长度方向的夹角等可以根据需要进行调整，在本发明中不做限定。
除了增加散热翅片2外，还可以在导热层5的表面、单体电池3的表面或者槽1a的内壁上涂覆导热材料，如导热硅胶等，减少接触热阻，提高散热效率。
动力电池系统中一般会包括多个上述的电池模组，为了避免在组装过程中，两个相邻的电池模组上的散热翅片2碰撞受损，影响散热效果，在本发明实施例中，两个骨架1相互背离的表面的四个角处均设置有承力柱4，且承力柱4的高度不小于散热翅片2的高度，在将多个电池模组组装为动力电池系统时，两个相邻的电池模组上的承力柱4相互抵触，避免散热翅片2之间接触碰撞，造成损伤，同时，请参阅图4，图4为本发明实施例提供的动力电池系统中两相邻电池模组之间的位置关系的局部放大示意图，承力柱4可以使两相邻的电池模组之间形成风道以增强散热效果，并且通过调整承力柱4的高度能够实现对风道宽度的调整。
为了对电池模组进行保护及支撑，在本发明实施例中，请参阅图5和图6，图5为本发明实施例提供的具有电池箱的动力电池系统的结构示意图，图6为本发明实施例提供的具有电池箱的动力电池系统的内部结构示意图，还包括具有空腔的电池箱6，空腔内安置有电池模组。从图中可以看出，电池箱6包括顶盖62以及下箱体61，顶盖62与下箱体61围成空腔，电池箱6结构简单，便于制作。
上述的电池箱6结构只是本发明提供的一种优选实施方案，其还可以采用其他的结构，比如上下对称的扣合状结构，或者由上盖、下盖以及中空筒状框架围成等等，只要能够实现对电池模组的支撑及保护即可，可根据实际需求而定，这里就不再一一举例说明。
在将电池模组装入电池箱6后，电池模组底部与电池箱6空腔的底壁之间距离较小，不利于电池模组底部的散热，容易导致电池模组内部温度不均，因此，在本发明实施例中，请参阅图7，图7为本发明实施例提供的具有电池箱的动力电池系统的风道底座的结构示意图，动力电池系统还包括风道底座8，风道底座8为中空的框体，设置于电池模组的底部与空腔底壁之间并在电池模组的底部与空腔底壁之间形成风道。风道底座8可以采用多种结构，只要能够将电池模组架离空腔底壁即可，从图中可以看出，在本发明实施例所提供的风道支架，围成框体的其中两个相对的边条的高度要高于另两个相对的边条，从而将电池模组架起。
为了进一步的加强动力电池系统的散热效果，在本发明实施例中，动力电池系统还包括控温组件，控温组件包括控制器、温度传感器以及降温装置，温度传感器与控制器的信号输入端相连，用于检测电池模组或者单体电池3的温度，控制器的信号输出端与降温装置相连，这样，当电池模组内的温度过高，超过预先设定的值时，控制器启动降温装置加快散热，在由相变材料构成的导热层5散热的基础上，对电池模组进行二次散热，提高电池模组的散热效率，保证电池模组的正常工作。
降温装置可以采用多种结构。比如液冷、风冷等等，在本发明实施例中，为了简化结构，便于制造，降温装置为风扇7，设置有，风扇7可以安装于电池箱6的顶部、侧壁、底部等位置，用于将电池箱6内温度较高的空气抽出，或者用于将电池箱6外温度较低的空气引入电池箱6内，加强空气流通，通过空气将热量带走实现散热。在本发明实施例中，风扇7安装于电池箱6顶部的通风孔6a中，用于将空腔内的空气抽出。
为了进一步优化上述技术方案，加强空气流通，在本发明实施例中，电池箱6的侧壁底部还开设有若干个进风孔6b，这样，当风扇7启动抽出电池箱6内的空气时，电池箱6内将形成负压，外部空气在压差的作用下通过进风孔6b进进入电池箱6内，并依次经过风道底座8上的风道以及两相邻电池模组间的风道再从通风孔6a中流出，从而将电池模组中的热量带出，提高散热效果。
进一步地，在冬季较为寒冷的地区，动力电池系统常常由于低温导致电池容量下降，影响电池的正常工作及续航里程，因此，在本发明实施例中，控温组件还包括与控制器的信号输出端连接的加热装置，当在低温环境中启动动力电池系统时，温度传感器将采集到的温度信号发送至控制器，当这一温度低于预先设定的值时，控制器启动加热装置对电池模组进行加温，使其达到合适的温度释放电池容量，工作一段时间后，电池模组自身也释放出热量，这时电池模组内部温度上升，这时温度传感器将采集到的温度数据发送至控制器，控制器根据这一数据调整加热装置的功率或者停止加热。
进一步优化上述技术方案，在本发明实施例中，加热装置为碳纤维发热电缆9，如图6中所示，碳纤维发热电缆9的两端分别固定于电池箱6的相对的两个侧壁上，通过远红外辐射对电池模组进行加热。当然，加热装置也可以为电阻丝等，只要能够对电池模组进行加热，都在本发明的保护范围内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种动力电池系统，其特征在于，包括电池模组、风道底座(8)、控温组件以及具有空腔的电池箱(6)，所述空腔内安置有所述电池模组，所述风道底座(8)为中空的框体，设置于所述电池模组的底部与所述空腔底壁之间并在所述电池模组的底部与所述空腔底壁之间形成风道，所述电池模组包括：
单体电池(3)；
固定机构，包括两个对称的骨架(1)，所述骨架(1)上设置有一面敞开、五面包围的槽(1a)，两个所述骨架(1)通过所述槽(1a)从两侧夹持所述单体电池(3)，且所述单体电池(3)的顶面、底面以及两个相对的侧面分别与所述槽(1a)的四个侧壁之间密封配合；
导热层(5)，由相变材料制成，填充于所述槽(1a)的底壁与所述单体电池(3)另两个相对的侧面中的一个之间；
所述控温组件包括控制器、温度传感器以及降温装置，所述温度传感器与所述控制器的信号输入端相连，用于检测所述电池模组或者所述单体电池(3)的温度，所述控制器的信号输出端与所述降温装置相连。
2.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，两个所述骨架(1)相互背离的表面上设置有散热翅片(2)。
3.根据权利要求2所述的动力电池系统，其特征在于，两个所述骨架(1)相互背离的表面的四个角处均设置有承力柱(4)，且所述承力柱(4)的高度不小于所述散热翅片(2)的高度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的动力电池系统，其特征在于，所述降温装置为风扇(7)，所述风扇(7)安装于所述电池箱(6)顶部的通风孔(6a)中，用于将所述空腔内的空气抽出。
5.根据权利要求4所述的动力电池系统，其特征在于，所述电池箱(6)的侧壁底部还开设有若干个进风孔(6b)。
6.根据权利要求1-3任一项所述的动力电池系统，其特征在于，所述控温组件还包括与所述控制器的信号输出端连接的加热装置。
7.根据权利要求6所述的动力电池系统，其特征在于，所述加热装置为碳纤维发热电缆(9)，所述碳纤维发热电缆(9)的两端分别固定于所述电池箱(6)的相对的两个侧壁上。
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