CN110649193A - 一种耐低温电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐低温电池模组，本发明在电芯组(1)的多个电芯之间采用具有电气绝缘和减振性能的导热填缝材料(2)填充不规则的间隙和凹凸表面，其次在前述处理过的电芯组(1)周边及底部紧密布置嵌入相变储能材料特制散热器(12)，然后在嵌入相变储能材料金属散热器(12)周边及底部布置低温隔热材料(14)，并在周边及底部嵌入布置半导体制冷片，然后在电芯组(1)上部布置低温隔热材料(4)，最后在低温隔热材料(4)外布置金属等加固材料组成的外壳箱体。本发明充分利用了电池模组内的热能，并在耗费电量不多的情形下主动加热维持电芯温度环境，实现了耐低温电池模组，可节省电芯充电的次数、充电量和时间。

Description

一种耐低温电池模组
技术领域
本发明涉及电池模组技术领域，尤其涉及一种在低温环境应用的耐低温电池模组。
背景技术
目前，世界各国都在大力发展新能源汽车，新能源汽车特别是纯电动汽车的发展曾经几起几落，技术路线多元探索，锂离子电池后来居上，技术超出预期，全球纯电驱动汽车市场发展迅速。但是在电动汽车的日常使用中，严寒天气堪称噩梦。低温环境下，动力电池的活性会明显减低，充放电的效率也会大受影响，当电池电芯温度在0℃环境，电池容量下降20％左右，此外车内暖风大幅提升了能耗，影响电动汽车的最终续航能力。经过实测，纯电动汽车在冬季(-5℃及以下)的续航表现相比平时要打5-7折。
目前，低温的负面影响从电芯本身不容易解决。一个办法是通过技术开发，提高电芯本身的耐低温能力，但是需要时间。其次就是主动配备单独针对动力电池包的温控系统，人为的为电池包创造一个最适宜其发挥效能的“温室环境”。电池包温控系统主要作用是确保在夏季和冬季用车时电池处于最佳工作状态，解决极端天气条件下的出行和充电问题。
目前，电池包温控系统没有从实质上解决动力电池在低温状态下电池活性降低导致的储能下降问题。由于锂电池等只有温度在25℃到35℃之间，才可以极大提高输出功率和能量回收，电池从高寒状态加热到20-35℃，其所需的电量都由电池本身供给，所以更会大大影响电池的整体续航能力。对于短途来讲，因电池包温控系统的多次启动耗电，整体续航下降更为明显。
发明内容
为了克服现有动力电池包技术尚不适应冬季寒冷天气的现状，以及现有电池温控系统的耗电量问题，解决动力电池在低温状态下电池活性降低导致的储能下降问题，本发明提出一种耐低温电池模组。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种耐低温电池模组，其特征在于，其包括：电芯组、导热填缝材料、半导体制冷片、低温隔热材料、传感器、智能控制板、输出电极组合、组合侧板、前后组合板、底部壳体、上盖板、嵌入相变储能材料金属散热器；将多个电芯在嵌入相变储能材料金属散热器上进行整齐排列构成所述电芯组，在所述多个电芯之间填入导热填缝材料，再在电芯组四周安装嵌入相变储能材料金属散热器并与底部的嵌入相变储能材料金属散热器紧固连接，在底部壳体上布置低温隔热材料，在底部壳体上面的低温隔热材料上安装半导体制冷片，安装时，应当将半导体制冷片底部的低温隔热材料去除，以使得半导体制冷片的冷面与底部壳体紧密接触，将前述组装的带散热器的电芯组放置在布置完半导体制冷片的低温隔热材料和半导体制冷片上，再在嵌入相变储能材料金属散热器的四周安装组合侧板和前后组合板，将电芯组电极进行串并联连接并布置传感器用于测量电芯组的温度、电流、电压，再将电芯组连接智能控制板，并将电芯组连接热输出电极组合，在电芯组上部布置绝缘材料后，再由内向外布置低温隔热材料和安装顶部上盖板，形成所述耐低温电池模组。
本发明的有益效果是，在电池模组内部提供一个冬暖保温的工作环境，通过在冬天寒冷时时充分利用储存在相变材料中的余热及主动加热控制温度来保证电池容量和延长电池寿命，确保电池模组内电芯的合理温度范围，在不耗费太多电池电量的前提下，显著提升电池冬季续航能力和提高电池的充电效率。
本发明提高了电池组内部热量的利用效率，符合节能环保的理念，可以促进新能源汽车特别是纯电动汽车的普及发展以及低温情况下的应急启动、野外照明、笔记本电脑、电台等电子产品的连续供电使用。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是本发明的整体结构组成示意图；
图3是图2中本发明的电芯组的组成示意图；
图4是本发明采用单体电芯产品示意图；
图5是本发明采用一种电芯组示意图；
图6是本发明电池模组产品示意图。
图中：1.电芯组，2.导热填缝材料，3.半导体制冷片，4.低温隔热材料，5.传感器，6.智能控制板，7.输出电极组合，8.组合侧板，9.前后组合板，10.底部壳体，11.上盖板，12.嵌入相变储能材料金属散热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。
图1是本发明的原理图，结合图2-图6详细说明本发明的实施方式。本发明所述一种耐低温电池模组包括电芯组1、导热填缝材料2、半导体制冷片3、低温隔热材料4、传感器(其用于测量温度、电流、电压)5、智能控制板6、输出电极组合7、组合侧板8、前后组合板9、底部壳体10、上盖板11、嵌入相变储能材料金属散热器12。
参考图2，首先根据目标产品的技术指标选择图4(实际应用时并不限于图中)中示例的一种单体电芯，按目标产品电池模组输出电压及电池储能要求计算出所需单体电芯数量，将多个电芯参照图5在嵌入相变储能材料金属散热器12上进行整齐排列组合，在所述多个电芯之间填入导热填缝材料2，再在电芯组1四周安装嵌入相变储能材料金属散热器12并与底部的嵌入相变储能材料金属散热器12紧固连接。在底部壳体10上布置低温隔热材料4，在底部壳体10上面的低温隔热材料4上安装半导体制冷片3，安装时，半导体制冷片3底部低温隔热材料4应被去除，以保证半导体制冷片3的冷面与底部壳体10紧密接触，同时要确保低温隔热材料4和半导体制冷片3的厚度硬度一致。将前述组装的带散热器的电芯组1放置在布置完半导体制冷片3的低温隔热材料4和半导体制冷片3上，再在嵌入相变储能材料金属散热器12的四周安装组合侧板8和前后组合板9，将电芯组电极进行串并联连接并布置传感器5用来测量温度、电流、电压，再将电芯组1连接智能控制板6，并将电芯组1连接热输出电极组合7，在电芯组1上部布置绝缘材料后，再由内向外布置低温隔热材料4和安装顶部上盖板11，形成图6式样的耐低温电池模组。
本发明中，输出电极组合7包括热继电器、旁路继电器及线路连接，组合侧板8和前后组合板9由低温隔热材料4和加固外壳粘接组成，其中低温隔热材料4中间部分与加固外壳间布置半导体制冷片3。
智能控制板6能够在低温环境下控制所述半导体制冷片3对电芯组1进行加热，并能够对加热工作时间进行自动控制。智能控制板6还能够在高温环境下控制半导体制冷片3对电芯组1进行制冷，并能够对制冷工作时间进行控制。智能控制板6在极高温情况下断开输出电极组合7和控制启动输出电极组合7中旁路继电器。
本发明中，半导体制冷片3也可由PTC加热片替代，但无法实现高温时对电芯组的制冷功能。此时，智能控制板6在低温环境下控制所述PTC加热片对电芯组1进行加热，并能够对加热工作时间进行自动控制。
本发明中，嵌入相变储能材料金属散热器12也可在金属散热器内外侧粘接相变储能材料实现。金属散热器可以是例如铝镁合金散热器。
本发明的工作原理：本发明针对冬季电芯充电后静止放置会因寒冷导致活性降低储存能量显著下降、一般电芯工作(充放电)适宜温度范围在15-35℃的要求以及电池模组在工作(充放电)时会产生大量热能等问题。对此，本发明一是通过电池模组箱体内布置隔热材料及输出电极间增加热继电器等措施显著减少环境与电芯之间的热交换实行主动保温；二是通过采用相变储能材料吸收热能在环境温度下降后缓慢释放储存的热能延长电池模组的降温过程；三是在检测到电芯温度低于适宜温度时半导体制冷片启动加热功能，在耗费电量不多的情形下主动维持电芯在适宜的温度环境。
本发明充分利用了电池模组内的热能，以及在耗费电量不多的情形下主动加热维持电芯温度环境，实现了耐低温电池模组，可提高电池模组在低温环境中的电池活性和维持储能不显著下降，从而实现节省电芯充电的次数、充电量和时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐低温电池模组，其特征在于，其包括：电芯组(1)、导热填缝材料(2)、半导体制冷片(3)、低温隔热材料(4)、传感器(5)、智能控制板(6)、输出电极组合(7)、组合侧板(8)、前后组合板(9)、底部壳体(10)、上盖板(11)、嵌入相变储能材料金属散热器(12)；
将多个电芯在嵌入相变储能材料金属散热器(12)上进行整齐排列构成所述电芯组(1)，在所述多个电芯之间填入导热填缝材料(2)，再在电芯组(1)四周安装嵌入相变储能材料金属散热器(12)并与底部的嵌入相变储能材料金属散热器(12)紧固连接，在底部壳体(10)上布置低温隔热材料(4)，在底部壳体(10)上面的低温隔热材料(4)上安装半导体制冷片(3)，安装时，应当将半导体制冷片(3)底部的低温隔热材料(4)去除，以使得半导体制冷片(3)的冷面与底部壳体(10)紧密接触，将前述组装的带散热器的电芯组(1)放置在布置完半导体制冷片(3)的低温隔热材料(4)和半导体制冷片(3)上，再在嵌入相变储能材料金属散热器(12)的四周安装组合侧板(8)和前后组合板(9)，将电芯组(1)电极进行串并联连接并布置传感器(5)用于测量电芯组(1)的温度、电流、电压，再将电芯组(1)连接智能控制板(6)，并将电芯组(1)连接热输出电极组合(7)，在电芯组(1)上部布置绝缘材料后，再由内向外布置低温隔热材料(4)和安装顶部上盖板(11)，形成所述耐低温电池模组。
2.根据权利要求1所述的耐低温电池模组，其特征在于，在底部壳体(10)上面低温隔热材料(4)上安装半导体制冷片(3)时，应当确保低温隔热材料(4)和半导体制冷片(3)的厚度硬度相同。
3.根据权利要求1所述的耐低温电池模组，其特征在于，输出电极组合(7)包括热继电器、旁路继电器及连接线路。
4.根据权利要求1所述的耐低温电池模组，其特征在于，组合侧板(8)和前后组合板(9)由低温隔热材料(4)和加固外壳粘接组成，其中在低温隔热材料(4)中间部分布置半导体制冷片(3)。
5.根据权利要求1所述的耐低温电池模组，其特征在于，智能控制板(6)在低温环境下控制所述半导体制冷片(3)对电芯组(1)进行加热，并对加热工作时间进行自动控制；智能控制板(6)在高温环境下控制半导体制冷片(3)对电芯组(1)进行制冷，并对制冷工作时间进行控制；智能控制板(6)在极高温情况下断开输出电极组合(7)和控制启动输出电极组合(7)中旁路继电器。
6.根据权利要求1所述的耐低温电池模组，其特征在于，所述半导体制冷片(3)由PTC加热片替代，智能控制板(6)在低温环境下控制所述PTC加热片对电芯组(1)进行加热，并对加热工作时间进行自动控制。
7.根据权利要求1所述的耐低温电池模组，其特征在于，嵌入相变储能材料金属散热器(12)由在金属散热器内外侧粘接相变储能材料实现。
8.根据权利要求7所述的耐低温电池模组，其特征在于，嵌入相变储能材料金属散热器(12)由在铝镁合金散热器内外侧粘接相变储能材料实现。
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