CN109638213A - 液冷式圆柱电芯电池模组 - Google Patents

液冷式圆柱电芯电池模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液冷式圆柱电芯电池模组，包括电池主体和中空的紧固件，所述电池主体包括若干串联的电池模块，所述紧固件穿过若干串联的电池模块并锁紧，所述中空的紧固件内通入冷却液体；所述电池模块包括电芯单元，所述电芯单元包括若干单体圆柱电芯，所述电芯单元的两端分别设有导热骨架。本发明提供了一种液冷式圆柱电芯电池模组，电芯正负极之间直接串联一起，大大简化生产制造过程中的装配问题，提高生产效率；取消正负极之间的跨接铜片或铝片，提升了模组的能量密度；同时本发明模组中间流通液体冷却整个模组，冷却系统和电气系统分开，提高电池模组的安全性；冷却系统和紧固系统合二为一，减少零件数量，提高模组的能量密度。

Description

液冷式圆柱电芯电池模组
技术领域
本发明属于圆柱电芯电池模组技术领域，特别是涉及一种液冷式圆柱电芯电池模组。
背景技术
目前圆柱型电芯的模组成组模式比较多的是自然冷却方式。液冷模组比较典型的方案就是特斯拉的蛇形管液冷方案。但蛇形管液冷方案(如图1所示，以18650电芯的37P9S模组为例)具有以下缺点：(1)、其18650电芯2串并联需要电芯正负极上下交替装配，其每37个电芯的正极朝上，相邻的37个电芯正极朝下，这给生产制造装配过程增加了难度,使得很容易电芯方向装配错误造成整个模组报废；(2)蛇形管3装配过程比较麻烦，在电芯装配到下支架后,因为蛇形管需要绝缘处理以及为了消除制造公差其侧壁需要贴导热硅胶垫,因此造成蛇形管和电芯之间需要过盈装配，造成蛇形管的装配困难,其很难实现自动化生产，造成生产效率低下成本过高；(3)因为电芯正负极之间需要串联因此需要串联跨接铜片4,造成铜片需要过多，重量增加,使得整个模组的成组效率降低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是一种液冷式圆柱电芯电池模组，电芯正负极之间直接串联一起，大大简化生产制造过程中的装配问题，提高生产效率；取消正负极之间的跨接铜片或铝片，提升了模组的能量密度；同时本发明模组中间流通液体冷却整个模组，冷却系统和电气系统分开，提高电池模组的安全性；冷却系统和紧固系统合二为一，减少零件数量，提高模组的能量密度。
为解决上述技术问题，本发明的采用的一个技术方案如下：
本发明提供了一种液冷式圆柱电芯电池模组，所述电池模组包括电池主体和中空的紧固件，所述电池主体包括若干串联的电池模块，所述紧固件穿过若干串联的电池模块并锁紧，所述中空的紧固件内通入冷却液体；
所述电池模块包括电芯单元，所述电芯单元包括若干单体圆柱电芯，所述若干单体圆柱电芯并列排布且相邻所述单体圆柱电芯之间具有间隙，所述电芯单元的两端分别设有导热骨架，所述导热骨架包括若干导热通孔，所述导热通孔与所述单体圆柱电芯一一对应。
进一步地说，所述电池模块还包括支架和镍片，所述支架设于导热骨架的外侧，所述镍片设于所述支架的外侧，所述支架具有若干与单体圆柱电芯一一对应的支架通孔，所述单体圆柱电芯的两端分别依次穿过导热骨架和支架后与镍片固定连接。
进一步地说，所述紧固件为中空的螺杆，所述螺杆穿过串联的若干电池模块且其两端通过螺母紧固。
进一步地说，所述冷却液体为冷却液或水。
进一步地说，所述螺杆的内壁设有若干自其一端延伸至另一端的凸条，所有所述凸条呈环状均匀分布于螺杆的内壁。
进一步地说，所述导热骨架由若干导热片叠合铆接连接，所述导热片的厚度为相邻单体圆柱电芯之间距离的1/3-1/2,所述导热骨架的厚度为相邻单体圆柱电芯之间距离的5-10倍。
进一步地说，所述电芯单元的单体圆柱电芯的排列方式为矩形阵列排列或心型错位排列。
进一步地说，所述单体圆柱电芯为心型错位排列，所述导热骨架的导热通孔为心型错位排列，所述导热骨架还包括若干能够穿设紧固件的销孔，所述导热通孔围绕销孔层层环状排布，且任一所述导热通孔与其最接近的销孔之间的距离不超过5层，所述销孔外围的导热通孔皆设有导热硅胶且导热硅胶的面积逐层增加。
进一步地说，所述销孔外周的第一层的所有导热通孔内分别设有第一导热硅胶，所述第一导热硅胶的面积为导热通孔内壁面积的1/3；所述销孔外周的第二层的所有导热通孔内分别设有第二导热硅胶，所述第二导热硅胶的面积为导热通孔内壁面积的2/3；所述销孔外周的第三层及以外的所有导热通孔内分别设有第三导热硅胶，所述第三导热硅胶的面积与导热通孔内壁的面积相同。
进一步地说，所述电池模组还包括两端部绝缘板和两模组端板，两所述端部绝缘板分别设于电池主体的两侧，两所述模组端板分别设于两端部绝缘板的外侧。
本发明的有益效果如下：
本发明通过紧固件穿过若干串联的电池模块并锁紧，取消串联跨接铜片或铝片，模组结构紧凑，提高模组成组的能量密度；再者，每个电池模块包括若干单体圆柱电芯，若干单体圆柱电芯并列排布，电池模块装配简单，容易实现自动化提高生产效率；紧固件设为中空且内部通入冷却液体，冷却系统和电气系统分开，提高了模组的安全性；冷却系统和紧固系统合二为一，减少了零件数量，提高了模组的能量密度；电池模块设有导热骨架，进一步提高冷却效果佳；
更佳的是，导热骨架的导热通孔内设有导热硅胶，来吸收导热硅胶和单体圆柱电芯之间的配合间隙，同时增加导热能力；再者，为使得每个电池模块的电芯温度尽量均匀，因此通过设计离紧固件越远其硫化的导热硅胶与单体圆柱电芯的接触面积越大，离紧固件越近硫化的导热硅胶与单体圆柱电芯接触的面积越小，以此种方式来控制一个小模块的每个电芯之间的温差问题；
更佳的是，导热骨架采用心型错位排列，结构紧凑，能力密度高；
更佳的是，由于导热通孔之间的距离为1mm，而5-10mm厚度的导热骨架的散热效率与能量密度比较均衡；而，制作5-10mm厚度的导热骨架，只能采用单个导热片采用0.3或0.5mm的铝板冲压而成，然后由若干导热片叠合铆接而成，避免导热片太厚造成冲压撕裂，此种设计具有实用性；
更佳的是，紧固件的内壁设有若干沿其长度方向分布的凸条，增加紧固件与冷却液体之间的接触面积来增强其热交换能力；且本发明采用多根紧固件，可以同时对电池模组的各个部位同时冷却。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为特斯拉蛇形管水冷电池模组的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的分解图；
图4为本发明的电池模块的结构示意图；
图5为本发明的导热骨架的结构示意图；
图6为本发明的导热片的结构示意图；
图7为图5中A1的放大图；
图8为本发明的紧固件的结构示意图；
图9为图7中A2的放大图；
附图中各部分标记如下：
电池模组1、电池模块11、电芯单元110、塑料支架111、单体圆柱电芯1111、镍片112、导热骨架114、导热片1141、第一导热硅胶1142、第二导热硅胶1143、第三导热硅胶1144、销孔1147、导热通孔1148、紧固件12、凸条121、正极金属片141、负极金属片142、端部绝缘板15和模组端板16。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种液冷式圆柱电芯电池模组，如图2-图9所示，所述电池模组1包括若干串联的电池模块11和中空的紧固件12，所述紧固件穿过若干串联的电池模块并锁紧，所述中空的紧固件内通入冷却液体；
所述电池模块包括电芯单元110，所述电芯单元包括若干单体圆柱电芯1111，所述若干单体圆柱电芯并列排布且相邻所述圆柱电芯之间具有间隙，所述电芯单元的两端分别设有导热骨架114，所述导热骨架具有若干导热通孔1148，所述导热通孔与所述单体圆柱电芯一一对应。
所述电池模组还包括两端部绝缘板15和两模组端板16，两所述端部绝缘板分别设于电池主体的两侧，两所述模组端板分别设于两端部绝缘板的外侧。
所述电池模组还包括连接电池主体正极的正极金属片141和连接电池主体负极的负极金属片142，所述正极金属片和负极金属片皆设于电池主体的端部且位于电池主体与端部绝缘板之间。
所述金属片为铜片或铝片。
本实施例中，以18650圆柱电芯为例，其采用66并2串心型错位排布(此排布为示意排布，可根据需求排布)，即每一电芯单元皆包括左侧一串66个电芯和右侧一串66个电芯，左侧的66个电芯的电极与右侧的66个电芯的电极反向，若干电池模块串联时，左侧的电芯全部串联，右侧的电芯全部串联，然后通过跨接铜片/铝片将左侧电芯和右侧电芯串联，当电芯单元采用两串电芯时，串联后的电池模组的正负极位于同一侧，则，正极金属片和负极金属片位于电池主体同侧，正、负极金属片分别连接电池主体的正、负极。
所述电池模块还包括支架111和镍片112，所述支架设于导热骨架的外侧，所述镍片设于所述支架的外侧，所述支架具有若干与单体圆柱电芯一一对应的支架通孔，所述单体圆柱电芯的两端分别依次穿过导热骨架和支架后与镍片固定连接。
所述支架为塑料支架。
所述的单体圆柱电芯和镍片之间的固定连接为焊接。
所述紧固件为中空的螺杆，所述螺杆穿过串联的若干电池模块且其两端通过螺母紧固。
所述紧固件为铝管、铝合金管或铜合金管。
本实施例中，所述紧固件使用6082-T6的铝材料，但不仅限于此。
所述冷却液体为冷却液或水。
所述螺杆的内壁设有若干自其一端延伸至另一端的凸条121，所有所述凸条呈环状均匀分布于螺杆的内壁。
所述凸条的截面为锯齿状。
所述导热骨架由若干导热片1141叠合铆接连接，所述导热片的厚度为相邻圆柱电芯之间距离的1/3-1/2,所述导热骨架的厚度为相邻圆柱电芯之间距离的5-10倍。
所述导热骨架的制造，导热片使用0.3或0.5mm冷轧铝板冲压成型，导热骨架的厚度控制在5-10mm,导热通孔冲压成型直径内侧需要达到90％以上的光亮带。
所述电芯单元的单体圆柱电芯的排列方式为矩形阵列排列或心型错位排列。
所述紧固件设有若干根。
所述单体圆柱电芯为心型错位排列，所述导热骨架的导热通孔为心型错位排列，所述导热骨架的导热通孔围绕紧固件层层环状排布，且任一所述导热通孔与其最接近的紧固件之间的距离不超过5层，所述紧固件外层的导热通孔皆设有导热硅胶且导热硅胶的面积逐层增加。
所述的导热硅胶为注塑硫化形成。
所述单体圆柱电芯为心型错位排列，所述导热骨架的导热通孔为心型错位排列，所述导热骨架还包括若干能够穿设紧固件的销孔1147，所述导热通孔围绕销孔层层环状排布，且任一所述导热通孔与其最接近的销孔之间的距离不超过5层，所述销孔外围的导热通孔皆设有导热硅胶且导热硅胶的面积逐层增加。
所述销孔外周的第一层的所有导热通孔内分别设有第一导热硅胶1141，所述第一导热硅胶的面积为导热通孔内壁面积的1/3；所述销孔外周的第二层的所有导热通孔内分别设有第二导热硅胶1142，所述第二导热硅胶的面积为导热通孔内壁面积的2/3；所述销孔外周的第三层及以外的所有导热通孔内分别设有第三导热硅胶1143，所述第三导热硅胶的面积与导热通孔内壁的面积相同。
所述销孔内设有的导热硅胶的面积与销孔内壁的面积相同。
为了使得导热骨架与单体圆柱电芯之间消除制造公差，为了使得距离紧固件不同距离的单体圆柱电芯温差较小，硫化一圈的导热硅胶壁厚为0.3-0.5mm。
所述第一导热硅胶包括多个第一导热硅胶凸块，所有所述第一导热硅胶凸块均匀分布于第一层导热通孔内壁。
所述第一导热硅胶凸块至少设有3个。
所述第二导热硅胶包括多个第二导热硅胶凸块，所有所述第二导热硅胶凸块均匀分布于第二层导热通孔内壁。
所述第二导热硅胶凸块至少设有3个。
本实施例中，选用18650圆柱电芯，其单体圆柱电芯之间的间距在1mm左右，导热骨架的厚度控制在5-10mm时，散热效率与能量密度比较均衡。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述电池模组(1)包括电池主体和中空的紧固件(12)，所述电池主体包括若干串联的电池模块(11)，所述紧固件穿过若干串联的电池模块并锁紧，所述中空的紧固件内通入冷却液体；
所述电池模块包括电芯单元(110)，所述电芯单元包括若干单体圆柱电芯(1111)，所述若干单体圆柱电芯并列排布且相邻所述单体圆柱电芯之间具有间隙，所述电芯单元的两端分别设有导热骨架(114)，所述导热骨架包括若干导热通孔(1148)，所述导热通孔与所述单体圆柱电芯一一对应。
2.根据权利要求1所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述电池模块还包括支架(111)和镍片(112)，所述支架设于导热骨架的外侧，所述镍片设于所述支架的外侧，所述支架具有若干与单体圆柱电芯一一对应的支架通孔，所述单体圆柱电芯的两端分别依次穿过导热骨架和支架后与镍片固定连接。
3.根据权利要求1所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述紧固件为中空的螺杆，所述螺杆穿过串联的若干电池模块且其两端通过螺母紧固。
4.根据权利要求1或3所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述冷却液体为冷却液或水。
5.根据权利要求3所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述螺杆的内壁设有若干自其一端延伸至另一端的凸条(121)，所有所述凸条呈环状均匀分布于螺杆的内壁。
6.根据权利要求1所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述导热骨架由若干导热片(1141)叠合铆接连接，所述导热片的厚度为相邻单体圆柱电芯之间距离的1/3-1/2,所述导热骨架的厚度为相邻单体圆柱电芯之间距离的5-10倍。
7.根据权利要求1所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述电芯单元的单体圆柱电芯的排列方式为矩形阵列排列或心型错位排列。
8.根据权利要求1所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述单体圆柱电芯为心型错位排列，所述导热骨架的导热通孔为心型错位排列，所述导热骨架还包括若干能够穿设紧固件的销孔(1147)，所述导热通孔围绕销孔层层环状排布，且任一所述导热通孔与其最接近的销孔之间的距离不超过5层，所述销孔外围的导热通孔皆设有导热硅胶且导热硅胶的面积逐层增加。
9.根据权利要求8所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述销孔外周的第一层的所有导热通孔内分别设有第一导热硅胶(1141)，所述第一导热硅胶的面积为导热通孔内壁面积的1/3；所述销孔外周的第二层的所有导热通孔内分别设有第二导热硅胶(1142)，所述第二导热硅胶的面积为导热通孔内壁面积的2/3；所述销孔外周的第三层及以外的所有导热通孔内分别设有第三导热硅胶(1143)，所述第三导热硅胶的面积与导热通孔内壁的面积相同。
10.根据权利要求1所述的液冷式圆柱电芯电池模组，其特征在于：所述电池模组还包括两端部绝缘板(15)和两模组端板(16)，两所述端部绝缘板分别设于电池主体的两侧，两所述模组端板分别设于两端部绝缘板的外侧。
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