CN109449347B - 一种锂离子动力电池模组及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种锂离子动力电池模组及其设计方法，电池模组包括模组端板、绝缘板、打包带和蓄电池，所述电池模组还包括涂胶底板，所述蓄电池胶接在所述涂胶底板上，所述涂胶底板上包括底板导热胶区域和分布在所述底板导热胶区域两侧的底板结构胶区域，所述蓄电池的侧板包括侧板导热胶区域和分布在侧板导热胶区域两侧的侧板结构胶区域，所述底板导热胶区域与侧板导热胶区域连通，所述侧板结构胶区域和底板结构胶区域连通。本发明在保证结构强度的基础上，降低蓄电池模组或PACK的整体温度、并且降低不同蓄电池之间的温差。

Description

一种锂离子动力电池模组及其设计方法

技术领域

本发明涉及电池散热技术领域,具体地说是一种锂离子动力电池模组及其设计方法。

背景技术

众所周知，在新能源汽车行业动力电池领域，合理的冷却系统设计至关重要。冷却系统的作用不仅仅是降低单体蓄电池温度，也要均衡各单体蓄电池之间的温度。

为提升PACK(包装组，封装包)能量密度并且兼顾IP67的防护标准，自然冷却的方式成为目前纯电动车辆，尤其是纯电动公交车和纯电动大巴车的首选冷却方式，但是自然冷却散热效率是很低的；并且为了增加动力电池的能量密度，在新型材料、新型电池商业化前，电池单体的外形做的很大，热量很容易积聚在电池内部得不到有效释放；因此纯电动公交、纯电动大巴等车型使用的能量型PACK很容易产生电池高热的现象。另外由于不同单体蓄电池所处的散热环境不同，单体蓄电池之间普遍存在温差；这两方面原因会导致PACK或模组中单体蓄电池温差升高，且蓄电池总体温度上升，带来安全隐患。空气的导热系数很低，仅约0.023W/(m·K)，仅靠单体电池之间以及电池与底部端板或者与箱体之间的空气散热是肯定不够的。

为了适应车辆正常行驶过程中的振动、跌落、挤压等安全测试，模组或者PACK各部分之间也需要具有一定的结构稳定性。单体、端板等结构件的固定主要通过端板夹紧和打包带捆绑等方式来实现。为保证各部件的结构稳定性，一般采用高粘接强度的结构胶。

如上所述，单体电池之间，单体电池与底板之间既需要结构胶固定，又需要导热胶高效传输热量。目前市面上的结构胶的粘接强度大但是导热效率差，而导热胶的导热效率高但粘接强度差，同一胶体很难兼顾到高粘接强度和高散热效率。兼顾粘接和导热的胶体，主要靠进口，成本很高。

发明内容

本发明实施例中提供了一种锂离子动力电池模组及其设计方法，以解决现有技术中锂离子动力电池组散热效果差、电池固定不牢固的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种锂离子动力电池模组，包括模组端板、绝缘板、打包带和蓄电池，所述电池模组还包括涂胶底板，所述蓄电池胶接在所述涂胶底板上，所述涂胶底板上包括底板导热胶区域和分布在所述底板导热胶区域两侧的底板结构胶区域，所述蓄电池的侧板包括侧板导热胶区域和分布在侧板导热胶区域两侧的侧板结构胶区域，所述底板导热胶区域与侧板导热胶区域连通，所述侧板结构胶区域和底板结构胶区域连通。

进一步地，所述底板导热胶区域和侧板导热胶区域均施加导热胶，所述底板结构胶区域和侧板结构胶区域均施加结构胶。

进一步地，所述蓄电池的施胶侧板为面积最大的侧板。

进一步地，所述蓄电池包括若干电池单体，相邻电池单体通过施胶侧板胶连接。

进一步地，所述底板导热胶区域施加的导热胶为有机硅、环氧树脂胶、聚氨酯胶和填缝剂中的一种或多种胶体；侧板导热胶区域施加的导热胶为有机硅、环氧树脂胶、聚氨酯胶或填缝剂中的一种或多种胶体。

进一步地，所述底板结构胶区域施加的结构胶为丙烯酸结构胶、聚氨酯结构胶或环氧结构胶中的一种或多种胶体；所述侧板结构胶区域施加的结构胶为丙烯酸结构胶、聚氨酯结构胶或环氧结构胶中的一种或多种胶体。

进一步地，所述底板结构胶区域包括第一底板结构胶区域和第二底板结构胶区域，所述第一底板结构胶区域和第二底板结构胶区域对称分布在底板导热胶区域的两侧；

所述侧板结构胶区域包括第一侧板结构胶区域和第二侧板结构胶区域，所述第一侧板结构胶区域和第二侧板结构胶区域分布在侧板导热胶区域的两侧。

本发明第二方面提供了一种锂离子动力电池组的设计方法，包括以下步骤：

在蓄电池单体的侧板设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域，且结构胶涂胶区域分布在导热胶涂胶区域的两侧；

将蓄电池胶接到涂胶底板上，在涂胶底板上设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域，且结构胶涂胶区域分布在导热胶涂胶区域的两侧；

将涂胶底板上的导热胶涂胶区域与蓄电池侧板的导热胶涂胶区域连通，涂胶底板上的结构胶涂胶区域与蓄电池侧板的结构胶涂胶区域连通。

进一步地，设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域的具体过程为：

通过结构仿真分析，确定蓄电池与涂胶底板固定所需要的粘结力；

选用结构胶，并根据所述选用结构胶的粘结强度计算需要的结构胶区域的面积；

根据涂胶区域的总面积和所述结构胶区域的面积确定导热胶区域的面积；

通过热管理仿真分析，确定整车运行时蓄电池单体所需的散热量；

根据所述散热量和导热胶区域的面积计算所需导热胶的导热系数。

进一步地，另一种设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域的具体过程为：

通过热管理仿真分析，确定整车运行时蓄电池单体所需的散热量；

选用导热胶，根据所选导热胶的导热系数和所述散热量计算导热胶区域的面积；

根据涂胶区域的总面积和所述导热胶区域的面积确定结构胶区域的面积；

通过结构仿真分析，确定蓄电池与涂胶底板固定所需要的粘结力；

根据所述粘结力和结构胶区域的面积，确定所需结构胶的强度。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、通过在涂胶底板和蓄电池侧板设置不同的涂胶区域，且相应的涂胶区域连通，在保证结构强度的基础上，降低蓄电池模组或PACK的整体温度、并且降低不同蓄电池之间的温差。

2、蓄电池工作环境温度对其寿命影响较大，经过长期的试验和使用经验得知，如果保证电池工作时的温度在20℃～45℃范围内，其使用寿命可保证达到设计寿命。控制蓄电池温差，可有助于增强蓄电池一致性，使每块单体蓄电池的能量尽可能发挥到最大，延长蓄电池的使用寿命。

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，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明电池模组的结构示意图；

图2是本发明蓄电池侧板涂胶区域示意图；

图3是本发明涂胶底的板涂胶区域示意图；

图4是本发明所述方法的流程示意图。

图中，1模组端板、2打包带、3绝缘板、4涂胶底板、401第一底板结构胶区域、402底板导热胶区域、403第二底板结构胶区域、5蓄电池、6侧板、601第一侧板结构胶区域、602侧板导热胶区域、603第二侧板结构胶区域、7模组底板。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1-3所示，本发明的锂离子动力电池模组包括模组端板1、打包带2、绝缘板3、涂胶底板4、若干蓄电池5和模组底板7，蓄电池组的两侧分别依次设置绝缘板3和模组端板1，打包带2缠绕在模组端板1外侧，起固定作用。蓄电池5胶接在涂胶底板4上，涂胶底板4上包括底板导热胶区域402和分布在底板导热胶区域402两侧第一底板结构胶区域401和第二底板结构胶区域403，蓄电池的侧板6包括侧板导热胶区域602和分布在侧板导热胶区域602两侧的第一侧板结构胶区域601和第二侧板结构胶区域603。底板导热胶区域402和侧板导热胶区域602连通，第一底板结构胶区域401和第一侧板结构胶区域601连通，第二底板结构胶区域403和第二侧板结构胶区域603连通。

侧板6是蓄电池5侧板中面积最大的面。每个蓄电池单体的两个侧板6均为施胶区域。各侧板6相互接触，图1中为了更好的看出涂胶情况，将蓄电池单体进行间隔示意。且为保证蓄电池受力均匀，侧板导热胶区域602位于侧板6的中间部位，第一侧板结构胶区域601和第二侧板结构胶区域603对称分布在侧板导热胶区域602的两侧。

第一侧板结构胶区域601和第二侧板结构胶区域603均施加结构胶，结构胶为满足动力电池使用需求的高粘接强度胶体，可以使用丙烯酸结构胶、聚氨酯结构胶或环氧结构胶以及其他满足动力电池使用条件的胶体。结构胶的施胶工艺可以是手工涂胶、自动化设备涂胶，也可以直接使用合适的双面胶将相邻两个蓄电池贴紧在一起。第一侧板结构胶区域601和第二侧板结构胶区域603施加的结构胶可以只使用同一种结构胶，也可以使用粘接强度不同的两种甚至多种胶体。

在侧板导热胶区域602施加导热系数高、热阻低的胶体材料，用于均衡蓄电池单体之间的热量；侧板导热胶区域602施加的胶体可以是导热率很高的填缝剂、有机硅、环氧树脂胶、聚氨酯胶等其他满足动力蓄电池使用条件的胶体；侧板导热胶区域602的施胶工艺可以手工涂覆、自动化设备涂覆或者灌胶等其他的形式。

将模组端板1、绝缘板2、蓄电池5以及打包带组装形成电磁模组，放置在涂胶底板4上。

涂胶底板4的底板导热胶区域402与侧板导热胶区域602连通，且底板导热胶区域402的宽度与侧板导热胶区域602的宽度相同。第一底板结构胶区域401与第一侧板结构胶区域601连通，且第一底板结构胶区域401的宽度与第一侧板结构胶区域601的宽度相同。第二底板结构胶区域403与第二侧板结构胶区域603连通，且第二底板结构胶区域403的宽度与第二侧板结构胶区域603的宽度相同。

底板导热胶区域402施加导热胶，导热胶体可以是导热率很高的填缝剂、有机硅、环氧树脂胶、聚氨酯胶等其他满足动力蓄电池使用条件的胶体。底板导热胶区域402的施胶工艺可以手工涂覆、自动化设备涂覆或者灌胶等其他的形式。

第一底板结构胶区域401和第二底板结构胶区域403均施加结构胶，可以只使用同一种结构胶，也可以使用粘接强度不同的两种甚至多种胶体。可以使用丙烯酸结构胶、聚氨酯结构胶或环氧结构胶以及其他满足动力电池使用条件的胶体；结构胶的施胶工艺可以是手工涂胶、自动化设备涂胶。

蓄电池侧板上的导热区域和涂胶底板上的导热区域连通，形成连续的导热路径。蓄电池工作工程中产生的热量便可通过该连续的导热通路传导出模组之外，达到更好的散热和均温效果。

如图4所示，本发明锂离子动力电池模组的设计方法包括：

S1,在蓄电池单体的侧板设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域，且结构胶涂胶区域分布在导热胶涂胶区域的两侧；

S2,将蓄电池胶接到涂胶底板上，在涂胶底板上设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域，且结构胶涂胶区域分布在导热胶涂胶区域的两侧；

S3,将涂胶底板上的导热胶涂胶区域与蓄电池侧板的导热胶涂胶区域连通，涂胶底板上的结构胶涂胶区域与蓄电池侧板的结构胶涂胶区域连通。

步骤S1和步骤S2中设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域的第一种实现方式为：

通过结构仿真分析，确定蓄电池与涂胶底板固定所需要的粘结力；

选用结构胶，并根据所述选用结构胶的粘结强度计算需要的结构胶区域的面积；

根据涂胶区域的总面积和所述结构胶区域的面积确定导热胶区域的面积；

通过热管理仿真分析，确定整车运行时蓄电池单体所需的散热量；

根据所述散热量和导热胶区域的面积计算所需导热胶的导热系数。

步骤S1和步骤S2中设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域的第二种实现方式为：

通过热管理仿真分析，确定整车运行时蓄电池单体所需的散热量；

选用导热胶，根据所选导热胶的导热系数和所述散热量计算导热胶区域的面积；

根据涂胶区域的总面积和所述导热胶区域的面积确定结构胶区域的面积；

通过结构仿真分析，确定蓄电池与涂胶底板固定所需要的粘结力；

根据所述粘结力和结构胶区域的面积，确定所需结构胶的强度。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种锂离子动力电池模组的设计方法，其特征是，包括以下步骤：

将蓄电池胶接到涂胶底板上，在涂胶底板上设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域，且结构胶涂胶区域分布在导热胶涂胶区域的两侧；

在蓄电池单体的侧板设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域，且结构胶涂胶区域分布在导热胶涂胶区域的两侧；

将涂胶底板上的导热胶涂胶区域与蓄电池侧板的导热胶涂胶区域连通，涂胶底板上的结构胶涂胶区域与蓄电池侧板的结构胶涂胶区域连通；

设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域的具体过程为：

通过结构仿真分析，确定蓄电池与涂胶底板固定所需要的粘结力；

选用结构胶，并根据所述选用结构胶的粘结强度计算需要的结构胶区域的面积；

根据涂胶区域的总面积和所述结构胶区域的面积确定导热胶区域的面积；

通过热管理仿真分析，确定整车运行时蓄电池单体所需的散热量；

根据所述散热量和导热胶区域的面积计算所需导热胶的导热系数；

设置导热胶涂胶区域和结构胶涂胶区域的具体过程为：

通过热管理仿真分析，确定整车运行时蓄电池单体所需的散热量；

选用导热胶，根据所选导热胶的导热系数和所述散热量计算导热胶区域的面积；

根据涂胶区域的总面积和所述导热胶区域的面积确定结构胶区域的面积；

通过结构仿真分析，确定蓄电池与涂胶底板固定所需要的粘结力；

根据所述粘结力和结构胶区域的面积，确定所需结构胶的强度。