CN111370811A - 一种锂离子电池模组及其散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种锂离子电池模组及其散热方法，所述锂离子电池模组，包括多个锂离子电池，还包括：预设数量的热管及风冷散热器；所述热管压合于所述锂离子电池的极耳汇流排上，所述热管和所述锂离子电池的极耳汇流排之间设有导热硅胶垫，所述热管内部置有受热气化的相变材料；所述风冷散热器和所述热管一一对应设置，用于对气化的所述相变材料散热。本发明实施例提供的锂离子电池模组及其散热方法，通过在极耳汇流排上压合内置有相变材料的热管，并将热管连接风冷散热器，集成极耳散热、风冷散热和热管技术，融合了不同散热方式的优点，确保锂离子电池模组工作在舒适且安全的温度区间，保证电池间温度的一致性，同时不出现极耳局部过热现象。

Description

一种锂离子电池模组及其散热方法

技术领域

本发明涉及电池散热技术领域，具体涉及一种锂离子电池模组及其散热方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的进步，锂离子电池在电动汽车、纯电动公交车、有轨电车及无轨电车等电动交通工具上的应用越发广泛，同时，由于热滥用引起的锂离子电池安全事故也频繁出现。因此，锂离子电池的散热设计成为了工程应用的热门问题。

目前，国内外不同厂商和研究机构针对电动汽车用锂离子电池模组的散热设计提出了各种各样的方法，但是对用于轨道交通等大功率应用领域的锂离子电池模组的散热设计研究较少。在大倍率应用场景下，锂离子电池会表现出不同的温升特性。考虑到锂离子电池的安全性、充放电性能、寿命都与温度密切相关，因此，适合大倍率应用条件下的锂离子电池模组的有效散热非常必要。

发明内容

为解决大倍率应用条件下锂离子电池模组的有效散热问题，本发明实施例提供一种锂离子电池模组及其散热方法。

第一方面，本发明实施例提供一种锂离子电池模组，包括多个锂离子电池，还包括：预设数量的热管及风冷散热器；所述热管压合于所述锂离子电池的极耳汇流排上，所述热管和所述锂离子电池的极耳汇流排之间设有导热硅胶垫，所述热管内部置有受热气化的相变材料；所述风冷散热器和所述热管一一对应设置，用于对气化的所述相变材料散热。

进一步地，所述热管为扁平热管。

进一步地，所述预设数量的热管平行设置。

进一步地，所述热管由第一子热管和第二子热管构成，所述第一子热管和所述第二子热管通过铝条加紧。

进一步地，用铝条加紧后的所述第一子热管和所述第二子热管用绝缘矽胶垫包裹。

进一步地，所述热管利用弹簧压片固定于所述锂离子电池的极耳汇流排上。

进一步地，所述弹簧压片和所述绝缘矽胶垫之间设置有PC片。

进一步地，所述热管与所述风冷散热器通过环氧树脂焊接。

第二方面，本发明实施例提供一种锂离子电池模组的散热方法，包括：与锂离子电池的极耳汇流排压合的热管中的相变材料受热气化，将所述极耳及与所述极耳连接的电芯的热量导出；受热气化后的所述相变材料流至风冷散热器遇冷液化，所述风冷散热器与空气对流换热，最终将热量导出。

本发明实施例提供的锂离子电池模组及其散热方法，通过在极耳汇流排上压合内置有相变材料的热管，并将热管连接风冷散热器，集成极耳散热、风冷散热和热管技术，融合了不同散热方式的优点，确保锂离子电池模组工作在舒适且安全的温度区间，保证电池间温度的一致性，同时不出现极耳局部过热现象。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的锂离子电池模组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的锂离子电池模组的热管所在部位的左视图；

图3是本发明实施例提供的锂离子电池模组的散热方法流程图；

图4是本发明实施例提供的锂离子电池模组的散热方法的实验效果图；

1-热管； 2-风冷散热器； 3-极耳；

4-导热硅胶垫； 5-铝条； 6-绝缘矽胶垫；

7-弹簧压片； 8-PC片； 9-极耳汇流排；

10-第一子热管； 20-第二子热管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的锂离子电池模组的结构示意图。图2是本发明实施例提供的锂离子电池模组的热管所在部位的左视图。如图1、图2所示，所述锂离子电池模组包括多个锂离子电池(图中未示出)，还包括预设数量的热管1和风冷散热器2；所述锂离子电池极耳3用所述极耳汇流排9焊接，所述热管1压合于所述极耳汇流排9上；所述热管1和所述锂离子电池的极耳汇流排9之间设有导热硅胶垫4，所述热管1内部置有受热气化的相变材料；所述风冷散热器2和所述热管1一一对应设置，用于对气化的所述相变材料散热。

所述热管1的数量与锂离子电池模组中的锂离子电池的数量有关。锂离子电池的数量越多，则其排布的排数可能就越多。热管1需要压合在锂离子电池的极耳汇流排9上，热管1为管状结构，可以同时压合在多个极耳汇流排9上。但是为便于热管1的有效固定，热管1的宽度或直径不宜过大，这也是可能需要设置多个热管1的原因。

极耳3连接锂离子电池的电芯，采用极耳散热方式，利用极耳3的良导热率以及与电芯内部较小的接触热阻，将电芯热量从极耳3上导出，控制电芯内部温升及温度梯度，防止大电流工作时极耳3温度局部过热。

所述热管1内部置有受热气化的相变材料。采用热管技术，电池工作过程中热管1中的相变材料受热气化，流至风冷散热器2端遇冷液化。利用相变过程超高的换热效率，提升散热系统的换热能力，提高电池模组间温度的均一性。

对应于每个所述热管1对应设置有风冷散热器2，所述风冷散热器2用于对气化的所述相变材料散热。采用风冷散热方式，利用流动的冷空气与风冷散热器2之间的对流换热带走热量，达到散热目的，同时降低系统成本。

所述热管1和所述风冷散热器2一一对应设置，不仅便于设备安装，而且保证了有效散热。

所述热管1和所述锂离子电池的极耳汇流排9之间设有导热硅胶垫4。对热管1和极耳汇流排9之间进行特殊绝缘处理，防止极耳汇流排9与热管1直接接触发生短路，且不影响极耳汇流排9与热管1之间的传热。具体可通过在热管1表面贴敷一层高导热系数的导热硅胶垫4，起到绝缘且导热的作用，同时利用导热硅胶垫4的厚度和可形变性，能够补平极耳汇流排9与热管1间的间隙，增大接触面积。导热硅胶垫4的厚度可以为1.5mm。

热管1可以采用导热性好的材料制成，如金属铜。本发明实施例实现了将电芯产生的热量从极耳3传导至热管1，再由热管1导出。

本发明实施例通过在极耳汇流排上压合内置有相变材料的热管，并将热管连接风冷散热器，集成极耳散热、风冷散热和热管技术，融合了不同散热方式的优点，确保锂离子电池模组工作在舒适且安全的温度区间，保证电池间温度的一致性，同时不出现极耳局部过热现象。

进一步地，基于上述实施例，所述热管1为扁平热管。为保证热管1与极耳汇流排9的热接触面积，热管1可以采用扁平形状的热管。

进一步地，基于上述实施例，所述预设数量的热管1平行设置。

可以根据锂离子电池模组的结构布置热管1。在锂离子电池模组中多排锂离子电池平行布置时，可以相应地平行设置热管1，从而便于热管1的安装，且避免材料浪费。

进一步地，基于上述实施例，所述热管1由第一子热管10和第二子热管20构成，所述第一子热管10和所述第二子热管20通过铝条5加紧。

为保证热管1和极耳汇流排9的有效压合，实现有效散热，所述热管1可以通过并排的第一子热管10和第二子热管20来构成，所述第一子热管10和所述第二子热管20通过铝条5加紧。可以通过将两根直径10mm的圆柱形热管拍扁至5mm厚，得到第一子热管10和第二子热管20，以增大其与极耳汇流排9的接触面积，除与极耳汇流排9接触面外，其余部分用铝条5加紧。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过由第一子热管和第二子热管构成热管，进一步保证了热管和极耳汇流排的有效压合，增强散热效果。

进一步地，基于上述实施例，用铝条加紧后的所述第一子热管10和所述第二子热管20用绝缘矽胶垫6包裹。先用一层薄绝缘矽胶垫6将铝条加紧后的所述第一子热管10和所述第二子热管20包裹起来，，然后再在热管1和极耳汇流排9之间设置导热硅胶垫4，防止由于震动，摩擦或者老化引起的导热硅胶垫4绝缘失效，增加绝缘强度。所述绝缘矽胶垫6可以是0.15mm厚。

进一步地，基于上述实施例，所述热管1利用弹簧压片7固定于所述锂离子电池的极耳汇流排9上。使用弹簧压片7对极耳汇流排9和热管1之间进行加固处理，减小极耳汇流排9和热管1之间的接触热阻。所述弹簧压片7可以设置于所述绝缘矽胶垫6外部。

进一步地，基于上述实施例，所述弹簧压片7和所述绝缘矽胶垫6之间设置有PC片8。在弹簧压片7和绝缘矽胶垫6之间垫入一层PC片8，起绝缘和支撑作用。

进一步地，基于上述实施例，所述热管1与所述风冷散热器2通过环氧树脂焊接。将所述热管1与所述风冷散热器2通过环氧树脂焊接，以减小所述热管1与所述风冷散热器2的接触热阻。

本发明实施例提出的锂离子电池模组，考虑了大功率应用场景下的散热需求，充分结合极耳散热、风冷散热和热管技术的优势，避免了大倍率应用时电池极耳局部过热的情况，有效控制了电池工作时的温升及温度差异，确保电池工作在安全舒适的温度。同时通过特殊的设计方法解决了极耳汇流排与热管之间的绝缘问题和接触强度问题，以及热管和散热器之间的接触问题。

图3是本发明实施例提供的锂离子电池模组的散热方法流程图。如图3所示，所述方法包括：

步骤101、与锂离子电池的极耳汇流排压合的热管中的相变材料受热气化，将所述极耳及与所述极耳连接的电芯的热量导出；

步骤102、受热气化后的所述相变材料流至风冷散热器遇冷液化，所述风冷散热器与空气对流换热，最终将热量导出。

锂离子电池模组中的电池在工作过程中产生热量，温度升高；电池产生的热量从极耳传导至与极耳汇流排压合的热管上；热管中的相变材料受热气化，吸收大量热量；气化的相变材料在压差的推动下流向散热器端，遇冷液化，释放大量热量；散热器与空气发生对流换热，最终将热量导出。

图4是本发明实施例提供的锂离子电池模组的散热方法的实验效果图。如图4所示，展示了在7C倍率充电、最大6C倍率放电、有效倍率3.3C、室温25℃的工况下进行实验验证的结果。据本领域应用要求，电芯本体要求55℃以下，极耳大于70℃属于局部过热。因此，从图4中可以看出，在大倍率应用场景中，本发明提出的锂离子电池模组的散热方法能够有效控制电池温升及温度差异；同时有效抑制持续大倍率充电时极耳处产生的温度尖峰。

综上所述，本发明实施例集成了极耳散热、风冷散热及热管技术，充分结合各种方法的优点，在锂离子电池的大倍率应用过程中起到了良好的散热效果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池模组，包括多个锂离子电池，其特征在于，还包括：预设数量的热管及风冷散热器；

所述热管压合于所述锂离子电池的极耳汇流排上，所述热管和所述锂离子电池的极耳汇流排之间设有导热硅胶垫，所述热管内部置有受热气化的相变材料；

所述风冷散热器和所述热管一一对应设置，用于对气化的所述相变材料散热。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述热管为扁平热管。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述预设数量的热管平行设置。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述热管由第一子热管和第二子热管构成，所述第一子热管和所述第二子热管通过铝条加紧。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池模组，其特征在于，用铝条加紧后的所述第一子热管和所述第二子热管用绝缘矽胶垫包裹。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述热管利用弹簧压片固定于所述锂离子电池的极耳汇流排上。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述弹簧压片和所述绝缘矽胶垫之间设置有PC片。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述热管与所述风冷散热器通过环氧树脂焊接。

9.一种锂离子电池模组的散热方法，其特征在于，包括：

与锂离子电池的极耳汇流排压合的热管中的相变材料受热气化，将所述极耳及与所述极耳连接的电芯的热量导出；

受热气化后的所述相变材料流至风冷散热器遇冷液化，所述风冷散热器与空气对流换热，最终将热量导出。

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