CN108807730A - 分层式电动汽车电池包 - Google Patents

Abstract

一种分层式电动汽车电池包，包括：产热域、散热域以及隔板，其中，产热域为电池部分；散热域为散热片部分，散热域包覆有前后开口的壳体；隔板位于电池部分与散热片部分之间，将分层式电动汽车电池包分隔为产热域和散热域。本公开的分层式电动汽车电池包对电池包进行了分层结构设计，将电池部分与散热功能件分区隔离，可省去很多出于安全防护考虑的绝缘、密封部件，同时，冷媒不会对电池造成机械损伤、化学腐蚀、电化学腐蚀等物理、化学侵害，对电池的防护性提高，及提高了整体的安全性，又可延长电池包的使用寿命。

Description

分层式电动汽车电池包

技术领域

本公开属于新能源电动汽车电力储存领域，具体涉及一种分层式电动汽车电池包。

背景技术

为适应夏季的高温环境，电动汽车的电池包需要进行散热设计，以保持锂离子电池工作于适宜的环境中。在散热方面，目前常用的散热方式主要有四种：自然散热、强制风冷、液冷和制冷剂直接冷却(简称直冷)。

自然散热是利用电池周围的空气及所接触固体结构件作为热传输介质，相应地，散热方式为空气的自然对流散热和固体结构件的热传导。最终将热量传输到大气环境中。

强制风冷是利用风机将冷空气引入到电池包内，冷空气可为大气环境空气或汽车空调冷风。冷风以一定流速掠过电池或模组表面，将热量传输到大气环境空气中。

液冷方式是电池直接或间接与液体冷媒接触，液体冷媒带走电池工作所产生热量，在循环回路中设置换热器，将热量传输到大气环境中，或者间接地先传输到汽车空调的蒸发器，再借助汽车空调将热量散失到大气环境中。

直冷方式是为电池包设计空调冷却剂循环支路，利用空调冷却剂的蒸发相变带走热量，热量通过空调的冷凝器再散失到大气环境中。

这四种散热方式的缺点如下：

自然散热，轻量化、紧凑性、密封性是目前电池包产品的三项重要设计指标，而这三个方面均对自然散热产生严重的削弱作用。紧凑性使得电池周围的空气有限，且空气的流动能力被削弱，密封性使得电池周围被加热空气无法直接流入大气环境空气中，轻量化使得电池接触的固体件更倾向于选择导热较差的塑料件。因此自然散热效率较低。

强制风冷，冷风流通与电池之间或电池模组之间的空隙中，流动阻力较大，实际布置中，难以实现各个电池散热状况一致，部分电池会处于冷风流动的“死区”位置，电池散热的均匀性较差，会导致电池充放电的一致性较差。

液冷，在选择液体工质时，需要对传热能力、绝缘性、使用温度范围、黏性，甚至其可燃性、毒性等物理、化学等方面的特性进行全方面的综合考察。受空间及质量所限，液冷系统在设计中，会涉及到小尺寸零件的设计配合、连接、固定，小流道流动阻力大等问题，且对液冷系统的密封性、机械强度等方面要求较高。因此，液冷系统存在流动阻力大、各个单体电池间温差较大、工质泄露、电气线路短路等缺点。

直冷，由于发生相变传热，散热效率最高。但目前由于成本高、技术不成熟等缺点，目前在电池包产品设计中未得到广泛应用。

以上现有技术共同的缺点为：对动力电池的防护措施有所欠缺。冷却媒介(空气或液体)直接或间接地流经电池周围(自然散热和强制风冷中冷风会直吹电池散热，液冷和制冷中冷却液流淌于紧贴电池的冷却管道中)，电池组合冷却媒介、冷却配件处于一个区域内，冷却媒介极易对电池造成机械损伤、化学腐蚀、电化学腐蚀等伤害，极易造成动力电池及整个电池包性能下降、寿命缩短，甚至会进一步造成短路危险，安全性不高。现有技术在散热和安全防护这两方面统筹性不足，对散热技术有所偏重，而在安全防护方面的考虑和措施明显不足。

公开内容

本公开提供了一种分层式电动汽车电池包，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

本公开提供了一种分层式电动汽车电池包，包括：产热域，其为电池部分；散热域，其为散热片部分；以及隔板，其位于电池部分与散热片部分之间，将分层式电动汽车电池包分隔为产热域和散热域；其中，产热域和散热域之间连接有传热件，其穿过隔板上的孔隙，建立起产热域和散热域之间的热传递联系。

在本公开的一些实施例中，散热域包覆具有前后开口的壳体，作为冷媒的进出通道。

在本公开的一些实施例中，当冷媒为空气时，流通通道进、出口设置风扇和均流孔板或均流导叶。

在本公开的一些实施例中，当冷媒为蒸馏水、去离子水、酒精或制冷剂时，流通通道进、出口设置驱动液泵和均流孔板或均流导叶。

在本公开的一些实施例中，分层式电动汽车电池包由若干个单体电池排列形成，单体电池包括：电池，其作为热源，在工作时会有一部分电能转化为热量，使电池升温；散热片，其向冷媒散热；以及传热件，其下段与热源电池接触，其上段与散热片相接触；其中，热量由电池传输到传热件上，再传输到散热片上，并最终散失到散热片所在的冷媒环境中。

在本公开的一些实施例中，电池的发热面与传热件之间、传热件与散热片之间填充有胶类、脂类、石墨类、液态金属或柔性导热板材料。

在本公开的一些实施例中，传热件为导热金属板、热管、平板热管或微槽群复合相变传热装置。

在本公开的一些实施例中，散热片为槽道形散热片、齿形散热片或针肋散热片。

在本公开的一些实施例中，散热片为金属材质。

在本公开的一些实施例中，产热域和散热域均可会划分为多个部分。

从上述技术方案可以看出，本公开的分层式电动汽车电池包至少具有以下有益效果其中之一：

(1)对电池包进行了分层结构设计，将电池部分与散热功能件分区隔离，可省去很多出于安全防护考虑的绝缘、密封部件，同时，冷媒不会对电池造成机械损伤、化学腐蚀、电化学腐蚀等物理、化学侵害，对电池的防护性提高，及提高了整体的安全性，又可延长电池包的使用寿命；

(2)由于对电池包进行了分层结构设计，产热部件(电池)和散热部件(散热片)分区域布置，可以省去很多出于安全防护考虑的绝缘部件，电池部分的紧凑性提高，可使得电池包单位体积内承载更多电量，电池包整体的能量密度提高；

(3)由于对电池包进行了分层结构设计，产热部件(电池)和散热部件(散热片)分区域布置，在产热域(电池部分)中电池和电池之间不会有附加的绝缘部件或隔离间隙，这样就可以使电池、传热件依次紧贴排列，不同温度的电池之间也可以在温度梯度作用下进行导热，从而提高了电池包整体的温度一致性、均匀性；

(4)电池包在实际装配时，冷媒流通方向与车辆行驶方向一致，当电池包产热功率不大，散热要求不高时，散热冷媒可为空气(在流通通道入口进行过滤、净化、干燥等处理)，利用汽车行驶时与大气环境的相对速度形成自然风进行散热，可达到节约能量、延长续航的效果。

附图说明

图1为本公开实施例中分层式电动汽车电池包的示意图。

图2为图1中单体电池的结构图。

图3a为槽道形散热片示意图。

图3b为齿形散热片示意图。

图3c为针肋散热片示意图。

图4为图1中电池包分层示意图。

图5为产热域与散热域“一对多”关系。

图6为产热域与散热域“多对一”关系。

图7产热域与散热域“多对多”关系。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-产热域； 2-散热域；

3-隔片； 4-电池；

5-散热片； 6-传热片。

具体实施方式

本公开提供了一种分层式电动汽车电池包，包括：产热域、散热域以及隔板，其中，产热域为电池部分；散热域为散热片部分，散热域包覆有前后开口的壳体；隔板位于电池部分与散热片部分之间，将分层式电动汽车电池包分隔为产热域和散热域。本公开的分层式电动汽车电池包对电池包进行了分层结构设计，将电池部分与散热功能件分区隔离，可省去很多出于安全防护考虑的绝缘、密封部件，同时，冷媒不会对电池造成机械损伤、化学腐蚀、电化学腐蚀等物理、化学侵害，对电池的防护性提高，及提高了整体的安全性，又可延长电池包的使用寿命。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种分层式电动汽车电池包。图1为本公开一实施例分层式电动汽车电池包的结构示意图。如图1所示，本公开分层式电动汽车电池包包括：产热域1，其为电池部分；散热域2，其为散热片部分，包覆有前后开口的壳体；以及隔板3，其位于所述电池部分与散热片部分之间，将分层式电动汽车电池包分隔为产热域1和散热域2；其中，所述电池和所述散热片之间连接有传热件，其穿过隔板上的孔隙，建立起产热域与散热域之间的热传递联系。

以下分别对本实施例分层式电动汽车电池包的各个组成部分进行详细描述。

如图1所示，对散热域2包覆具有前后进出口的壳体，从而形成了冷媒流通通道，按箭头所示方向或反方向，单程流通，冷媒可以为空气冷媒或液体冷媒(包括蒸馏水、去离子水、酒精、制冷剂等满足防腐、安全等设计要求的液体工质)。当热量到达散热片后，依靠散热片与冷媒的温差，两者进行对流换热，热量散失到冷媒之中。

图2为图1中单体电池的结构图。如图2所示，单体电池包括：方形电池4、散热片5以及传热件6。其中，电池4作为热源，在工作时会有一部分电能转化为热量，使电池升温；散热片5为金属材质，为向冷媒散热部件，其具体形式可为槽道形散热片(如图3a所示)、齿形散热片(如图3b所示)、针肋散热片(如图3c所示)或其它有扩展表面面积以提高散热作用的散热片；传热件6，将热量由电池传输到散热片，并使热量最终散失到冷媒中，实现异地取热，这是散热的电池冷却机制。

传热件6为导热金属板、热管、平板热管、微槽群复合相变传热装置或其它可实现高效传热的部件。如图2所示，传热件下段(定义为取热段)与热源电池接触，热量由电池传输到传热件上；传热件上段(定义为散热段)与散热片相接触，热量由传热件传输到散热片上，并最终将热量散失到散热片所在的冷媒环境中。

电池发热面与传热件之间、传热件与散热片之间填充有胶类、脂类、石墨类、液态金属或柔性导热板材料。石墨为片状或粉状，液态金属在对电池及相关附件不构成损坏情况下，加热至一定温度变为液态，填充入接触面后再恢复至室温变为固态，填充的导热材料可以消除或减小接触热阻。

图4为图1中电池包分层示意图。对图2所示的电池4、传热件6、散热片5所形成的单元结构进行2排5列排列，就组成了大容量的电池包。如图4所示，一开孔隔板将电池包分隔为电池部分(产热域)和散热片部分(散热域)。传热件穿过隔板上的孔隙(孔隙余量做好密封处理)，建立起产热域与散热域之间的热传递联系。然后将电池整体置于一腔体，腔体与隔板连接处做好密封处理，这样，电池整体处于一个独立于外部环境、与冷媒不相接触的区域中。整个电池包总体上呈现出产热域与散热域相隔离的上下分层结构。

在实际装配时，冷媒流通方向与车辆行驶方向一致。当电池包产热功率不大，散热要求不高时，散热冷媒可为空气(在流通通道入口进行过滤、净化、干燥等处理)，利用汽车行驶时与大气环境的相对速度形成自然风进行散热；若自然风不能满足要求时，冷媒在流通通道出入口处需加设冷媒驱动设备和冷媒均流措施，例如风机(冷媒为空气时)或液泵(冷媒为液体工质)加设均流孔板或均流导叶或其它均流装置。

本实施例中分层式电动汽车电池包进行散热的方法为：电池产生的热量通过热传导方式传输到传热件的取热段，取热段通过热传导(导热金属板)或相变换热(热管、平板热管、微槽群复合相变传热装置)的方式，将热量继续传输至散热片，进而至冷媒流体，在对流换热的过程中热量由冷媒带走。此即为热量从电池传输到冷媒，以实现为电池散热的整个过程。

至此，本公开一实施例分层式电动汽车电池包介绍完毕。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明分层式电动汽车电池包有了清楚的认识。

需要注意的是，产热域和散热域均可划分为几个部分，产热域与散热域会形成“一对多”、“多对一”、“多对多”的关系，分别如图5～7所示。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

综上所述，本公开提供了一种分层式电动汽车电池包，包括：产热域、散热域以及隔板，其中，产热域为电池部分；散热域为散热片部分，散热域包覆有前后开口的壳体；隔板位于电池部分与散热片部分之间，将分层式电动汽车电池包分隔为产热域和散热域。本公开的分层式电动汽车电池包对电池包进行了分层结构设计，将电池部分与散热功能件分区隔离，可省去很多出于安全防护考虑的绝缘、密封部件，同时，冷媒不会对电池造成机械损伤、化学腐蚀、电化学腐蚀等物理、化学侵害，对电池的防护性提高，及提高了整体的安全性，又可延长电池包的使用寿命。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分层式电动汽车电池包，其特征在于，包括：

产热域(1)，其为电池部分；

散热域(2)，其为散热片部分；以及

隔板(3)，其位于所述电池部分与散热片部分之间，将所述分层式电动汽车电池包分隔为产热域(1)和散热域(2)；

其中，所述产热域(1)和所述散热域(2)之间连接有传热件，其穿过隔板上的孔隙，建立起产热域(1)和散热域(2)之间的热传递联系。

2.根据权利要求1所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述散热域(2)包覆具有前后开口的壳体，作为冷媒的进出通道。

3.根据权利要求2所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

当冷媒为空气时，流通通道进、出口设置风扇和均流孔板或均流导叶。

4.根据权利要求2所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

当冷媒为蒸馏水、去离子水、酒精或制冷剂时，流通通道进、出口设置驱动液泵和均流孔板或均流导叶。

5.根据权利要求1所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述分层式电动汽车电池包由若干个单体电池排列形成，所述单体电池包括：

电池(4)，其作为热源，在工作时会有一部分电能转化为热量；

散热片(5)，其向冷媒散热；以及

传热件(6)，其下段与热源电池接触，其上段与所述散热片(5)相接触；

其中，热量由所述电池(4)传输到所述传热件(6)上，再传输到所述散热片(5)上，并最终散失到散热片(5)所在的冷媒环境中。

6.根据权利要求5所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述电池(4)的发热面与所述传热件(6)之间、所述传热件(6)与所述散热片(5)之间填充有胶类、脂类、石墨类、液态金属或柔性导热板材料。

7.根据权利要求5或6所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述传热件(6)为导热金属板、热管、平板热管或微槽群复合相变传热装置。

8.根据权利要求5或6所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述散热片(5)为槽道形散热片、齿形散热片或针肋散热片。

9.根据权利要求5或6所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述散热片(5)为金属材质。

10.根据权利要求1～6任一项所述的分层式电动汽车电池包，其特征在于，

所述产热域(1)和所述散热域(2)均可会划分为多个部分。