CN108963380A - 一种变间距液冷式锂离子电池模组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变间距液冷式锂离子电池模组结构。模组由多个圆柱形电芯及其组件构成，单体电芯排布间距由里向外逐渐递减。电池模组的排列形状呈正六边形，冷却管道贯穿电池模组中心处的预留圆形通道对中心电芯进行冷却。电池模组两端分别设有上下侧固定板，内侧涂有阻燃涂层，两侧固定板由固定销对位连接。上侧固定板采用了盒状结构，两侧不封闭，形成了通风通道。上侧固定板设置的烟雾浓度传感器和温度传感器可以实时监测电池模组内部的温度和烟雾浓度。本发明解决模组内部电池温度过高的问题，降低热失控发生的概率。当单体电芯热失控后，该结构还可以延缓单体与单体之间、模组与模组之间的热失控传播，提高了动力电池的使用安全性。

Description

一种变间距液冷式锂离子电池模组结构
技术领域
本发明涉及锂离子电池模组排列和冷却结构的设计，具体是一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构。
背景技术
锂离子电池作为一种更高效、更环保的电源储存设备已深入应用到电动汽车领域。然而，现实中多项安全事件和研究都表明：在电芯成组后的应用过程之中，锂离子电池模组和电池包的高能量密度性能会给汽车的安全性带来较大的影响。
电芯排布密集且散热条件不同，故模组内部通常存在热积累现象，易造成中心电池的温度过高。个别电芯在高负荷工作条件由于温度过高还会产生一系列的副反应，在短时间内释放出大量的热量，导致温度急剧攀升，并伴随烟气、火焰、爆炸等危险现象。由于模组内部紧凑，个别发生热失控的电芯会作为热源加热周围的电芯，单体的爆炸还会对周围电芯造成机械冲击，从而造成热失控的传播。电池发生热失控时产生的烟气具有强烈的毒性，产生的火焰几乎所有的灭火剂都无法完全将其扑灭，故其会给人身安全和财产造成严重的危害。
鉴于上述分析，从排列布置和冷却结构的角度设计合理的电池模组是如今被视为提高电池工作性能，避免热积累和热失控的有效方法之一。
发明内容
针对背景技术中提出的问题，本发明的目的在于设计提供一种变间距液冷式锂离子电池模组结构的技术方案。该理念和技术方案可以应用于圆柱形电池模组、电池包，设计的使用对象是高镍、高能量密度电池。本设计对电池排布和电池模组冷却形式进行合理设计，可以有效地降低电池模组内部电芯热量的聚集与传播，有效解决电动汽车在使用过程中的安全问题。
一种变间距液冷式锂离子电池模组结构，包括多个圆柱形电芯(4)，其特征在于：电芯以变间距的方式依次排列。排布间距由里向外逐渐递减，递减规律符合等差数列。电池模组两端分别设有上下侧固定板，两侧固定板由固定销(2)校对连接。上侧固定板采用了盒状结构，两侧不封闭，形成了通风通道(7)。通风通道内设有烟雾浓度传感器(5)。温度传感器(9)通过上侧固定板留有的小孔插入电池模组内部监测温度。电池模组的排列形状呈正六边形，在电池模组的中心处无电池，预留有一定的空间。冷却管道贯穿电池模组中心处的预留空间对中心电池进行冷却。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述六边形排布来源于六个等边三角形电池模组的拼接组合。每一个等边三角形电池模组的电芯排布为变间距，由里到外的间距变化遵循等差递减数列。中心处两排电芯的间距为8mm，由里向外相邻两排电芯的间距逐排递减2mm，直至最后两排的间距为2mm，从而构成内疏外密的变间距结构。模组共由60块圆柱形电芯构成。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述上下侧固定板与电池排列形状一样，材质为ABS塑料。固定板上具有与电池模组阵型一致的镂空圆孔，圆孔半径与圆柱形电芯半径一致，圆孔深度均为5mm。电芯的上下两端分别卡在固定板的镂空圆孔上。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述上侧固定板采用了通风通道和固定圆孔一体设计。通风通道与固定板形状一致，通风口在两侧，通道高度为4mm，起到保护电芯和散热作用。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述上下六边形的固定板表面涂有阻燃涂层。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述通风通道的左右两侧分别设有两个烟雾传感器，通过监测烟雾浓度对电池的热失控进行监测。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述通风通道上表面设有四个探针式温度传感器，穿过通风管道伸入电池模组内部，对其不同位置的温度进行实时监测。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述电池模组采用了内置冷却管道的结构，电池组和固定板的中心位置不排布电池，留有圆形通道，以便液冷管的伸入。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述冷却管道采用螺旋式，旨在增大冷却管道与电池模组内部过热空气的接触面积，促进换热。螺旋冷却管半径为3mm，轴向节距为10mm。
所述的一种变间距液冷式锂离子电池模组的结构，其特征在于：所述螺旋形冷却水管需采用耐300℃高温以上的聚酯材料，冷却剂为乙二醇溶液。
附图说明
图1为电池模组中电芯的排列示意图。
图2为一种变间距液冷式锂离子电池模组的主视图。
图3为一种变间距液冷式锂离子电池模组的左视图。
图4为一种变间距液冷式锂离子电池模组的俯视图。
图5为一种变间距液冷式锂离子电池模组的立体图。
图中：1-上侧固定板、2-固定销、3-下侧固定板、4-电芯、5-烟雾传感器、6-阻燃涂层、7-通风通道、8-螺旋液冷管道、9-温度传感器、10-圆形通道。
具体实施方式
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：
如图所示，该变间距液冷式锂离子电池模组由多个圆柱形电芯及其组件(4)构成。电池模组两端分别设有上下侧固定板(1)(3)，内侧涂有阻燃涂层(6)，两侧固定板由固定销(2)校对连接。上侧固定板采用了盒状结构，两侧不封闭，形成了通风通道(7)。通道内侧分别设有两个烟雾浓度传感器(5)，上侧设有四个探针式温度传感器(9)。螺旋式液冷管道(8)贯穿电池模组中心处的预留圆形通道(10)。
本发明一种变间距液冷式锂离子电池模组结构的工作原理是：电芯(4)之间间距内宽外窄的设计会在电动汽车高负荷工作时很大程度地减少模组内部电芯单体的热积累。两侧固定板(1)(3)通过固定销(2)的连接可以有效地固定电池。在通风通道(7)中可以对电池模组进行电连接。该设计既可以防止雨水直接接触电芯，还可以加强散热。通过中间设置被动式液冷管道(8)进一步削弱了中心的热量积累，极大地降低了热失控发生的概率。模组上侧的四个探针式温度传感器(9)对电池的工作温升进行实时监测，温升数据可以作为冷却剂流速的调节信号。通过调整冷却剂流速，这种变间距模组结构在不同高倍率放电过程中，可以使中心电池与最外围电池的最大温差控制在5℃内，同时最高温度控制在20～40℃。故相比于电芯等间距排列方式，这种结构在降低整体温度的同时，极大地改善了内部电池温度过高、整体温差大的现象。
在一些滥用条件下，当电池模组内部的电芯单体发生热失控时，高温的电解液从泄压阀多次喷射，电芯燃烧产生火焰，并伴随具有强烈毒性的烟气。电芯间距内宽外窄的设计可以有效地延缓单体与单体之间热失控传播的速度。通风通道的设计可以拦截高温电解质，防止其喷射到其他模组上，减缓了模组与模组之间的热失控传播。两侧固定板的设计可以有效固定电芯及电芯组件，防止单体爆炸时对其他电芯造成机械冲击。同时阻燃涂层(6)的设置以及ABS材料的选择在热失控的条件下使模组不易因高温而发生结构变形。通道中的烟雾传感器(5)可以通过采集烟雾浓度从而在单体电芯失控时向驾驶员发出警报。相比于传统的电芯等间距排列方式，这种变间距结构可以在一个电芯热失控后延缓单体与单体、模组与模组之间的热失控传播速度，降低热失控的峰值温度，增加人逃生以及采取措施的时间。

Claims (10)

1.一种变间距液冷式锂离子电池模组结构，包括多个圆柱形电芯(4)，其特征在于：电芯以变间距的方式依次排列；排布间距由里向外逐渐递减，递减规律符合等差数列；电池模组两端分别设有上下侧固定板，两侧固定板由固定销(2)校对连接；上侧固定板采用了盒状结构，两侧不封闭，形成了通风通道(7)；通风通道内设有烟雾浓度传感器(5)；温度传感器(9)通过上侧固定板留有的小孔插入电池模组内部监测温度；电池模组的排列形状呈正六边形，在电池模组的中心处无电池，预留空间；冷却管道贯穿电池模组中心处的预留空间对中心电池进行冷却。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述六边形排布来源于六个等边三角形电池模组的拼接组合；每一个等边三角形电池模组的电芯排布为变间距，由里到外的间距变化遵循等差递减数列；中心处两排电芯的间距为8mm，由里向外相邻两排电芯的间距逐排递减2mm，直至最后两排的间距为2mm，从而构成内疏外密的变间距结构。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述上下侧固定板具有与电池模组阵型一致的镂空圆孔，圆孔半径与圆柱形电芯半径一致，电芯的上下两端分别卡在上下侧固定板的镂空圆孔上。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
通风通道高度为4mm。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
上下侧固定板内表面均涂有阻燃涂层。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
所述通风通道的左右两侧分别设有两个烟雾传感器，通过监测通风通道内的烟雾浓度对电池的热失控进行监测。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
所述通风通道上表面设有四个探针式温度传感器，穿过通风管道伸入电池模组内部，对其不同位置的温度进行实时监测。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
所述电池模组采用了内置冷却管道的冷却结构，电池组和固定板的中心位置不排布电池，留有圆形通道，以便液冷管的伸入。
9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
所述冷却管道采用螺旋式，螺旋冷却管半径为3mm，轴向节距为10mm。
10.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
冷却管道需采用耐300℃高温以上的聚酯材料，冷却剂为乙二醇溶液。
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