CN109509852A - 电池包 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池包，包括电池箱以及收容于所述电池箱内的电池模组，所述电池箱内还收容有：布置在所述电池模组顶部的冷却体，布置在所述电池模组底部的加热体，插设于所述电池模组中、且其上下两端分别与所述冷却体和所述加热体热连接的导热片；所述导热片内部设有封闭内腔，并在该封闭内腔中封装有相变液体。本申请这种电池包能够被快速而高效地加热升温和冷却降温，同时具有很好的温度均一性。

Description

电池包

技术领域

本申请涉及一种电池包。

背景技术

动力电池是电动汽车的核心元件，动力电池的质量与效率直接关系和影响到电动汽车的质量与效果。锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、自放电率低及无记忆效应等显著优点，因此市场上的电动汽车电池组大多采用锂离子电池作为动力电池。但是，锂离子电池的适应温度能力较差，温度过高或过低都将引起电池寿命的较快衰减，大大降低锂电池的容量和循环寿命，加快电池的损耗，直接影响电池组的续航里程和使用成本，严重的还会引发热失控，带来严重的安全隐患，为人们带来了诸多不便。

传统箱体电池(或称电池包)为了保证箱体内电池模组的温度在合适范围内，会为其配置加热和冷却设备。当电池温度过低时，加热设备为电池加热升温；当电池温度过高时，冷却设备吸收电池热量使电池降温。

相变换热是指利用液体工质吸收热量转变为气体工质以汽化潜热的形式传递大量热量的一种换热方式。与显热相比，汽化潜热可携带大量热量，因此可高效地进行热量交换。热管或均热板是利用汽化潜热进行高效换热的典型装置，具有很高的导热率。在电池模组各单体电池的缝隙中插设热管或均热板，并设置与热管或均温板接触的加热/冷却装置，可迅速带走模组中单体电池产生的热量或快速对模组中各单体电池进行加热，并且可以保证模组中各单体电池之间较好的温度一致性。但热管或均热板普遍存在抗重力差的问题，当热管或均热板的蒸发端在上、冷凝端在下时其良好的导热性难以发挥，传热效果差。

发明内容

本申请目的是：针对上述问题，本申请提出一种能够被快速而高效地加热升温和冷却降温、同时具有良好温度均一性的电池包。

本申请的技术方案是：

一种电池包，包括电池箱以及收容于所述电池箱内的电池模组，所述电池箱内还收容有：

布置在所述电池模组顶部的冷却体，

布置在所述电池模组底部的加热体，以及

插设于所述电池模组中、且其上下两端分别与所述冷却体和所述加热体热连接的导热片；

所述导热片内部设有封闭内腔，并在该封闭内腔中封装有相变液体。

本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述封闭内腔的竖向尺寸不小于所述导热片竖向尺寸的二分之一。

所述相变液体为电子氟化液。

所述导热片为铝型材或者由铜管压扁封口而制成。

所述电池模组包括若干电池单体，所述导热片插设于所述电池单体间的缝隙中、并与所述电池单体接触布置。

所述电池模组包括若干个电池模块，所述导热片插设于所述电池模块间的缝隙中、并与所述电池模块接触布置。

所述冷却体为其内流通冷水的冷水板或冷水管，所述加热体为其内流通热水的热水板或热水管。

所述冷却体内的水流通道通过循环水管与布置在所述电池箱外部的换热器相连接，所述加热体内的水流通道通过循环水管与布置在所述电池箱外部的换热器相连接。

所述冷却体和所述加热体均为铜质盘管。

所述冷却体与所述电池模组之间夹设有与所述冷却体直接接触的上均热板以及与所述电池模组直接接触的上导热缓冲层，所述上导热缓冲层布置于所述上均热板的下方、并且二者直接接触；

所述加热体与所述电池模组之间夹设有与所述加热体直接接触的下均热板以及与所述电池模组直接接触的下导热缓冲层，所述下导热缓冲层布置于所述下均热板的上方、并且二者直接接触；

所述上导热缓冲层和下导热缓冲层均为柔性结构，所述导热片的上、下两端分别与所述上导热缓冲层和所述下导热缓冲层抵靠连接。

本申请具有以下优势：

1、本申请将冷却体布置在箱内电池模组的顶部，将加热体布置在箱内电池模组的底部，并在电池模组中插设上下两端分别与冷却体和加热体导热连接的内部封装有相变液体的导热片。在实际应用时，无论是由加热体对箱内电池模组进行加热升温，还是由冷却体对箱内电池模组进行冷却降温，导热片总是蒸发端在下，冷凝端在上，导热片内部的相变传热介质总能够非常顺畅的上下流动，传热效果好，可以有效避免热管或均热板无法逆重力传热的问题，减小电池模组在竖直方向的温差。

2、导热片内部设置相变液体可大大加快其传热速率，从而迅速吸收其周围各个电池单体的热量或者将热量迅速传递给其周围的各个电池单体。

3、导热片可由铝管压扁后封口而制成，在封口之前先抽真空再将一定量的相变液体注入管内，制作方便易加工。

4、导热片内部的传热介质采用无毒环保、绝缘、不易燃的电子氟化液，即便导热片因意外而发生破损，泄露的电子氟化液并不会导致电池短路起火，安全性大大提高。

5、因为本申请中的冷却体和加热体并不同时工作，故而与冷却体对应的那台换热器和与加热体对应的那台换热器可采用同一构件，如此可简化结构，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例一中电池包的分解结构示意图；

图2为本申请实施例一中盘管式冷却体与上均热板的配合结构示意图；

图3为本申请实施例一中电池包的局部结构示意图；

图4为本申请实施例二中电池包的局部结构示意图；

图5为申请实施例二中导热块的结构示意图；

其中：1-电池箱，101-箱体，102-箱盖，2-电池模组，201-电池单体，3-冷却体，4-加热体，5-导热片，6-上均热板，601-槽道，7-上导热缓冲层，8-下均热板，9-下导热缓冲层，10-导热块。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例一：

图1至图3示出了本申请这种电池包的一个具体实施例，与传统电池包相同的是，该电池包也包括电池箱1以及收容于电池箱内的电池模组2。其中电池箱1由顶部敞口的箱体101和设于箱体敞口处的箱盖102构成，箱盖102与箱体101通过螺栓可拆卸锁紧连接。电池模组2有多个串并联组合在一起的电池模块构成，而每个电池模块又由多个圆柱形的电池单体201构成。

本实施例的关键改进在于，在电池箱1内还布置有：吸收电池模组2的热量而使电池模组降温的冷却体3、为电池模组2加热而使其升温的加热体4、插设于电池模组2中的导热片5。其中，冷却体3布置在电池模组2的顶部，而加热体4布置在电池模组的底部，导热片2插设于电池模组2中、而且导热片2的上下两端分别与前述冷却体3和加热体4热连接。导热片5内部带有封闭内腔，并在封闭内腔中密封填充有作为传热介质的相变液体。

如果在寒冷的冬季，电池模组2温度过低需要被加热升温，则底部的加热体4工作(冷却体3不工作)，向中空的导热片5放热。因导热片5下端部首先获得加热体4传递的热量，故而导热片5封闭内腔底部的相变液体(传热介质)温度首先升高而汽化。汽化后的高温的传热介质因密度较小而自然向上流动，并在向上流动的过程中将其吸收的热量传递给路径上的电池单体。因为汽化的传热介质在上升过程中不断放出热量，故而其温度逐渐降低，到达导热片5封闭内腔上端位置时因温度较低而凝结液化，液化后的导热介质因密度较大沿导热片5内腔壁向下回流，回流至底部的液态传热介质(即上述的相变液体)因受到附近加热体4的加热而再次汽化，如此往复，借助相变液体的相变移动而实现将热量由电池模组底部向顶部的传输，实现热量的逆重力传输，将热量相对均匀地传递给电池模组的各个部分，避免电池模组的竖向温差过大。

如果在炎热的夏季，电池模组2温度较高需要散热降温，则顶部的冷却体3工作(加热体4不工作)吸收导热片5的热量。因冷却体3首先吸收导热片5上端部的热量，故而导热片5封闭内腔顶部的气态(或气液混合态)的相变传热介质的温度首先降低而凝结液化。液化后的低温的液态传热介质因密度较大而向下回流，并在向下回流的过程中吸收路径上各电池单体的热量，而使各电池单体温度降低，同时传热介质自身因吸收电池热量而温度升高。当传热介质到达导热片5封闭内腔下端位置时因温度较高而汽化为气态，气态的导热介质因密度较小而向上流动。当气态导热介质再次流至导热片5封闭内腔上端位置时，再次受到附近冷却体3的冷却而凝结液化，如此往复，借助相变液体的相变移动而吸收电池模组各个部分的热量，整体降低电池模组的温度，避免电池模组的竖向温差过大。

由上不难看出，无论是由加热体4对箱内电池模组进行加热，还是由冷却体3对箱内电池模组进行冷却，导热片5总是蒸发端在下，冷凝端在上，传热效果好，可以有效避免导热片5无法逆重力传热的问题。

导热片5内部设置相变液体可大大加快其传热速率，从而迅速吸收其周围各个电池单体的热量或者迅速将热量传递给其周围的各个电池单体。其结构和工作原理类似于均热板。

上述这种结构形式的导热片5由铜管压扁后封口而制成——扁平热管。当然，在封口之前需对其抽真空再将一定量的相变液体注入管内。该导热片5也可以由铝型材制成。

为了让导热片5内部封装的相变液体(传热介质)在换热作业时的竖向行程尽可能大，从而尽可能多的与电池单体发生高速率的热交换，应将前述导热片5的封闭内腔设置的尽可能大，尤其是封闭内腔的竖向尺寸最好与导热片5的竖向尺寸尽可能接近。

上述的导热片5布置有多块，有一部分导热片5直接插设于电池单体201间的缝隙中、并与这些电池单体201接触布置。还有一部分导热片5插设于相邻电池模块间的缝隙中、并与电池模块接触布置(具体地，与电池模块外缘边处的电池单体相接触)。即一部分导热片5直接插设在电池模块内部，而另一部分导热片5插设在相邻电池模块之间(位于电池模块侧部)。

本实施例中，导热片5内部封装的相变液体为电子氟化液，电子氟化液具有无毒环保、绝缘、不易燃的特性，即便导热片5因意外而发生破损，泄露的电子氟化液并不会导致电池短路起火，安全性大大提高。

上述冷却体3为其内流通冷水的冷水管。该冷水管通过循环水管与布置在电池箱1外部的换热器相连接，利用换热器吸热而使管内水分降温，从而保证流入冷水管中的水分始终为低温的冷水。为保证水分的循环流动，在前述循环水管上设置循环水泵。当然，该冷却体3也可以采用其他结构形式，比如带有冷水流道、并流通冷水的冷水板。

上述加热体4为其内流通热水的热水管。该热水管也通过循环水管与布置在电池箱1外部的同一或另一换热器相连接，利用换热器放热而使管内水分升温，从而保证流入热水管中的水分始终为高温的热水。当然，该加热体4也可以采用其他结构形式，比如带有热水流道、并流通热水的热水板，再比如由外置电源带动的电热板或电热膜。当然，也可以是直接在盘管式加热体4外包覆电加热膜，利用电加热膜对加热体4和电池模组加热。

考虑到本实施例中冷却体3和加热体4并不同时工作，故而与冷却体3对应的那台换热器和与加热体4对应的那台换热器可以是同一构件，该换热器具有加热和吸热两种工作模式，类似于空调。

进一步地，上述冷却体3和加热体4均为多段折弯的盘管结构，而且为铜质盘管。采用盘管结构可增加其换热面积，提高换热速率。而采用铜管，是考虑到铜的延展性较好，发生碰撞时铜质盘管一般发生弯曲变形，不易断裂漏水，进一步增强整个电池包的安全性。

上述与加热体4相连的换热器可以是设置于循环水管上的PTC加热器。

本实施例中，上述冷却体3与电池模组2并非直接接触布置，而是在二者之间夹设有上均热板6和上导热缓冲层7。其中，上导热缓冲层7布置于上均热板6的下方、并且二者直接接触。上均热板6与冷却体3直接接触，上导热缓冲层7与电池模组2直接接触。

加热体4与电池模组2也不直接接触，而是在二者之间夹设有下均热板8和下导热缓冲层9。其中，下导热缓冲层9布置在下均热板8的下方、而且二者直接接触。下均热板8与所述加热体4直接接触，下导热缓冲层9与电池模组2直接接触。

上述的上均热板6和下均热板8内部均带有封闭内腔，并且封闭内腔中也填充有为相变物质的电子氟化液。借助均热板传热均匀、温度一致性高的特点，提升了冷却体3、加热体4与电池模组2之间的换热均匀性，提升电池模组2各部分的温度均一性。

本实施例的上均热板6和下均热板8均为铝制吹胀结构，是一个内壁具有微细结构的真空腔体。电池包运行发热时，腔体里的冷却液在低真空度的环境中受热后开始产生冷却液的汽化现象，此区域可看作蒸发区，此时吸收热能并且体积迅速膨胀，气相的冷却介质迅速充满整个腔体，当气相工质接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结的现象。借由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热，凝结后的冷却液会借由微结构的毛细管道再回到蒸发热源处，此运作将在腔体内周而复始进行。

上、下均热板内作为均热介质的电子氟化液具有无毒环保、绝缘、不易燃的特性，即便均热板因意外而发生破损，泄露的电子氟化液并不会导致电池短路起火，安全性大大提高。

上述的上导热缓冲层7和下导热缓冲层9均为柔性结构(柔软体)，前述导热片5的上、下两端分别与该柔软的上导热缓冲层7和下导热缓冲层9直接抵靠连接。之所以设置柔软的导热缓冲层，是为了借助该导热缓冲层间接地让均热板和电池模组大面积接触换热，提升换热效率。不难理解，冷却体3和加热体4不仅通过导热片5与电池模组2的电池单体201进行热交换，同时还在没有导热片5的辅助下与电池模组顶层电池单体和底层电池单体发生热交换。

本实施例中，上述的上导热缓冲层7和下导热缓冲层9均为导热性能优良的硅胶垫片。

上面已经介绍，本实施例的冷却体3和加热体4均为多段折弯的盘管结构。为了增大冷却体3与上均热板6的换热接触面积，提高二者的换热速率，在上均热板6背离电池模组2的那一侧(即上侧面)设置有与盘管式冷却体相适配的槽道601，作为冷却体3的盘管嵌装于该槽道601中，如图2。同样地，在下均热板8背离电池模组2的那一侧(即下侧面)设置有与盘管式加热体相适配的槽道，作为加热体4的盘管嵌装于该槽道中。

上述导热片5与电池单体201之间填充有导热绝缘材料，该导热绝缘材料包括但不限于导热膏，以增大导热片5与电池单体201间的有效接触面积，减小接触热阻。

导热片5竖向贯穿电池模组2，导热片5上、下两端均带有水平折弯边，而且上、下端的水平折弯边分别抵靠贴合模组上侧的上导热缓冲层和下侧的下导热缓冲层。

此外，本实施例在电池箱体内部六个面上均贴附有隔热材料，以便降低能耗，提升冷却或加热效率，对电池模组进行更好的冷却或加热。

实施例二：

本实施例这种电池包与上述实施例一的结构基本相同，主要不同在于本实施例中导热片5的结构形式，具体地：参照图4和图5所示，本实施例中导热片5呈S型盘绕贴合设置于同一列电池单体之间，其与电池单体的接触面积更大，导热效果好。而且导热片5的两端为无折弯的竖直结构，其通过设置于模组底部和顶部的导热块10与导热缓冲层5接触连接。这种结构形式的导热片5内部电子氟化液的回流能力更强，具有更好的导热效果。

上述导热块10为一般采用铝、铝合金、铜或铜合金材质，其通过导热绝缘胶与导热片5端部固定连接。导热块10与导热片5接触的那一侧具有两个对称的、与两相邻电池单体外壁面贴合的圆弧形凹槽，中心具有供导热片5端部插入固定的插槽；导热块10与导热缓冲层5接触一侧为平面结构，以便与导热缓冲层大面积贴合接触。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池包，包括电池箱(1)以及收容于所述电池箱内的电池模组(2)，其特征在于，所述电池箱(1)内还收容有：

布置在所述电池模组(2)顶部的冷却体(3)，

布置在所述电池模组(2)底部的加热体(4)，以及

插设于所述电池模组(2)中、且其上下两端分别与所述冷却体(3)和所述加热体(4)热连接的导热片(5)；

所述导热片(5)内部设有封闭内腔，并在该封闭内腔中封装有相变液体。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述相变液体为电子氟化液。

3.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述导热片(5)为铝型材或者由铜管压扁封口而制成。

4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池模组(2)包括若干电池单体(201)，所述导热片(5)插设于所述电池单体(201)间的缝隙中、并与所述电池单体(201)接触布置。

5.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池模组(2)包括若干个电池模块，所述导热片(5)插设于所述电池模块间的缝隙中、并与所述电池模块接触布置。

6.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述冷却体(3)为其内流通冷水的冷水板或冷水管，所述加热体(4)为其内流通热水的热水板或热水管。

7.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，所述冷却体(3)内的水流通道通过循环水管与布置在所述电池箱(1)外部的换热器相连接，所述加热体(4)内的水流通道通过循环水管与布置在所述电池箱(1)外部的换热器相连接。

8.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，所述冷却体(3)和所述加热体(4)均为铜质盘管。

9.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，

所述冷却体(3)与所述电池模组(2)之间夹设有与所述冷却体(3)直接接触的上均热板(6)以及与所述电池模组(2)直接接触的上导热缓冲层(7)，所述上导热缓冲层(7)布置于所述上均热板(6)的下方、并且二者直接接触；

所述加热体(4)与所述电池模组(2)之间夹设有与所述加热体(4)直接接触的下均热板(8)以及与所述电池模组(2)直接接触的下导热缓冲层(9)，所述下导热缓冲层(9)布置于所述下均热板(8)的上方、并且二者直接接触；

所述上导热缓冲层(7)和所述下导热缓冲层(9)均为柔性结构，所述导热片(5)的上、下两端分别与所述上导热缓冲层(7)和所述下导热缓冲层(9)抵靠连接。