CN111934053A - 一种电动汽车用可拼接式电池模组及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车用可拼接式电池模组及其工作方法，包括盖子、外壳体和液冷模块，液冷模块置于外壳体内并通过盖子封装；液冷模块包括多层并联连接的冷板，冷板内部中空，冷板上开设有贯通冷板用来放置电池的腔室，冷板的中心开设有冷却液入口孔，冷却液入口孔与内部中空连通，冷板的底面开设有连接内部中空的冷却液出口孔；液冷模块的底部设置有连接冷却液出口孔的冷却液输出管，盖子上设置有冷却液输入管道孔及出线孔。冷却液经过与上一层电池的换热后温度略微升高，每到下一层冷却能力会稍微削弱，使得靠近中心的电池冷却效果比远离中心的电池好一些，此设计正好平衡了所述两种情况之间的矛盾，最大程度保证各层电池之间的温差。

Description

一种电动汽车用可拼接式电池模组及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车用可拼接式电池模组及其工作方法，属于电动汽车电池管理技术领域。

背景技术

现阶段，随着化石能源的急剧减少和环境污染严重等问题的日益加剧，汽车行业面临巨大的挑战，传统汽车的驱动能源几乎都是燃油，因此发展新能源汽车以及相关技术的研究已经成为未来汽车发展的一个必然的趋势。而在现存的新能源汽车领域内，电动汽车以其独有的优势占据了新能源汽车的主要地位，其噪音小、零污染、节能效果好等诸多优势，使其成为新能源汽车的重要发展方向。

而电动汽车的核心部件是动力电池，其安全性、寿命、成本、效率等一系列因素直接决定了该电动汽车的性能与可靠性。作为电动汽车的主要能源供应，锂电池以其优良的性能成为电动汽车的首选；但锂电池本身对温度又特别的敏感，温度过低会减小电池的电容，增加电池的内阻，从而降低电池的充电效率；温度过高会使电池出现内短路，引发热失控，影响使用安全，严重时可能发生爆炸；而电池之间的温差会导致电池之间的损耗情况不同，从而加快电池的损耗程度，增加更换电池的频率，增加使用成本。因此，对锂电池进行合理的热管理，使锂电池能始终保持在适宜的工作温度区间，降低电池之间的温差成为电动汽车电池技术发展中一个急需解决的问题。

锂电池根据加工工艺不同分为方形电池、圆柱形电池和软包形电池，而其中圆柱形电池价格低、自动化程度高、产品一致性好等特点被广泛使用。根据对现有技术的了解，针对圆柱形电池，在现有的研究中，大部分侧重的只是电池的热管理，使电池处于一个合适的工作温度区间，关注的一般都是温度最低或者最高的电池，对电池的温均性并没有过度的深究。如专利号CN201920080091.7公开了一种圆柱电池的散热系统，该系统只将冷板模块置于电池组中间，然后连接导热翅片，这导致热量在传出过程中经过的环节过多，极大的影响了导热的效率，并且温均性得不到保证，靠近冷板处的电池温度低，但是远离冷板的电池温度就得不到保证，而且冷却液在冷板中的流程过长，导致后半段冷却液温度跟不上；再如专利号CN201621240471.0公开的一种散热圆柱电池，所设置的散热夹套，流向单一，同样并没有特别考虑电池的温均性的问题，冷却液从入口进入经过各个电池之后，已经被电池加热，温度已经升高，对靠后的电池冷却能力降低了很多，同样导致各个电池温度不均。诸如此类的问题还有很多，因此，发明一种散热效率高、散热效果好、能够最大程度保证电池之间的温差的电动汽车用圆柱型电池组系统显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种电动汽车用可拼接式电池模组，以解决现有的电动汽车用圆柱型电池的散热效果差、散热效率低、各个电池之间温差过大等问题，以保证电动汽车用圆柱型电池的性能和寿命；同时在电池模组外壳处添加了可用于电池模组随意拼接的卡槽结构，使得能够按照电动汽车的供电要求进行随意的组合。

本发明还提供上述一种电动汽车用可拼接式电池模组的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种电动汽车用可拼接式电池模组，包括盖子、外壳体和液冷模块，液冷模块置于外壳体内并通过盖子封装；

液冷模块包括多层并联连接的冷板，冷板内部中空，冷板上开设有贯通冷板用来放置电池的腔室，冷板的中心开设有冷却液入口孔，冷却液入口孔与内部中空连通，冷板的底面开设有连接内部中空的冷却液出口孔；

液冷模块的底部设置有连接冷却液出口孔的冷却液输出管，冷却液输出管从外壳体侧壁上开设的冷却液输出管道孔伸出，盖子上设置有冷却液输入管道孔及出线孔。

优选的，所述冷板上下层之间通过焊接并联。

优选的，所述盖子与外壳体通过螺栓固定连接。

优选的，所述冷板的底面四个边角处各设置有一个冷却液出口孔，相应地，液冷模块的四个边角处设置有四个冷却液输出管，外壳体侧壁上开设有四个冷却液输出管道孔。

优选的，所述外壳体的侧面为偶数正多边形，外壳体的侧面间隔设置连接卡槽凸槽和连接卡槽凹槽。此设计的好处是，采用连接卡槽凸槽和连接卡槽凹槽的方式，可以方便快捷地将多个电池模组拼接起来。

优选的，所述外壳体的边角处设置有边缘走线通道，边缘走线通道连通壳体底部进线孔。

优选的，所述放置电池的腔室均匀分布在以冷却液入口孔为中心的同心圆周上。

优选的，所述放置电池的腔室内壁设置有高导热绝缘硅胶膜。此设计的好处是，一方面可以保证电池放置时的稳定性，另一方面提高导热率。

优选的，所述液冷模块的底部设置有底部支撑架，外壳体内底面设置有底部支撑架卡槽，底部支撑架和底部支撑架卡槽插接连接。

优选的，所述底部支撑架在每个支撑单体电池的地方开有小于电池直径的通孔。此设计的好处是，首先节约了所使用的材料，其次减轻了电池模组的整体重量，最后为电池的接线提供了更加灵活的空间。

优选的，所述盖子、外壳体和底部支撑架均选用碳纤维复合材料制作而成。此设计的好处是，碳纤维复合材料密度相较于传统电动汽车用动力电池外壳体所使用的钣金材料密度小很多，能够大大减轻电池模组的重量，减少电动汽车所做的无用功，并且兼顾阻燃、隔热、耐电解液、绝缘还有密封等优良性能，利用此材料所制造的电池模组外壳体，能够解决阻燃、隔热、绝缘、电池泄漏等问题。

一种电动汽车用可拼接式电池模组的工作方法，在电池模组的腔室内放置好电池，然后将电池模具安装在电动汽车上并连接电路、控制系统及冷却液系统，其工作方法包括以下步骤：

当检测到电池温度高于设定值时，液冷模块开始工作，冷却液从液冷模块上端的冷却液入口流入，流经主流道，然后在各个并联的单层冷板中向四周发散流出，流经各个电池，对各个电池进行冷却之后，已经升温的冷却液汇集到各个冷却液出口孔，最后从下端的冷却液输出管流出；

当检测到电池温度低于设定值时，加热的介质经过液冷模块给电池进行加热，加热的介质从液冷模块上端的冷却液入口流入，流经主流道，然后在各个并联的单层冷板中向四周发散流出，流经各个电池，对各个电池进行升温之后，已经冷却的介质汇集到各个冷却液出口孔，最后从下端的冷却液输出管流出。

一种电动汽车，包括上述的可拼接式电池模组。

本发明的技术特点和有益效果：

1、本发明采用液体冷却的方式，相较空气冷却，冷却效率高，冷却效果更佳。

2、本发明电池模组可根据具体需求改变外形，可设计为四边形、六边形或者八边形，以满足使用需要，十分灵活。

3、本发明的冷却部分采用的是若干单层冷板层层焊接而成，这样做使得各个单层冷板之间组成并联结构，使得每层冷板的冷却液状况都完全相同，即冷却液从主流道流入经换热后从各个出口流出，并使得冷却液能最大程度和各层冷板的各个面相接触，最大程度利用换热面，充分提高换热效率。

4、本发明的冷却部分的每一单层冷板内的流道设计采用的是以中心为入口，冷却液由中心流入往四周发散，流经各处最终在若干出口流出，这样做的好处是，冷却液由中心向四周发散流出，使得在各个方向上冷却液的情况完全相同，使得在同一半径圆上的电池周围的冷却环境完全相同，各个单体电池之间几乎没有温差。

5、本发明液冷模块中冷却部分的进液口设置在上端，出液口设置在下端，这样设计的好处是，能够减少冷却液在冷却部分的能量损失，冷却液自上而下流过，能够利用冷却液自身的势能，保证冷却液在冷却部分的流速。

6、本发明液冷模块中冷却部分上的放置电池的腔室采取同心圆周布置，在同一圈层上的腔室的中心位于以冷却液入口中心为圆心的同一圆周上，不同圈层的腔室的中心所在的圆周互相为同心圆，这样做的好处为，传统的电池模组其中的电池，几乎都是位于中心的温度高，位于边缘的温度低，本发明这样设计，冷却液从中心流出，流经各圈层电池，经过与上一层电池的换热，冷却液温度略微升高，每到下一层冷却能力会稍微削弱，使得靠近中心的电池冷却效果比远离中心的电池好一些，此设计正好平衡了所述两种情况之间的矛盾，最大程度保证各层电池之间的温差。

7、本发明在电池表面和腔室内壁之间添加了一层高导热绝缘硅胶膜，这样做使得电池表面和腔室内壁能够充分的与高导热绝缘硅胶膜接触，保证换热面能够充分利用，避免了电池表面与腔室内壁直接接触所引起的由于加工精度问题所导致的接触不完全的问题，并且高导热绝缘硅胶膜的导热效率极高，大大提高了换热效率。

8、本发明的电池表面，除必要的上下两端正负极接线部分裸露在外，其圆柱面均被高导热绝缘硅胶膜包裹，使得电池的圆柱外边面全部参与与冷却部分的热交换，最大程度利用电池的可换热表面，极大提高与电池之间的换热效率。

9、本发明电池模组的外壳体表面四周设置有供电池模组可以两两之间随意拼接组合的连接卡槽，使得各个电池模组可以随意拼接，可按照具体要求随意组合成不同数目和形状，在使用时十分灵活方便。

10、本发明外壳体四周设计的连接卡槽采用上宽下窄的设计，这样做的好处是，电动汽车在行驶过程中会产生震动，这样设计使得相互连接的电池模组在震动下连接地更加紧实。

11、本发明盖子、外壳体和液冷模块中的底部支撑架所选用的材料是碳纤维复合材料，选用此材料的好处为，碳纤维复合材料密度相较于传统电动汽车用动力电池外壳体所使用的钣金材料密度小很多，能够大大减轻电池模组的重量，减少电动汽车所做的无用功，并且兼顾阻燃、隔热、耐电解液、绝缘还有密封等优良性能，利用此材料所制造的电池模组外壳体，能够解决阻燃、隔热、绝缘、电池泄漏等的问题，能够很好的满足电动汽车用动力电池外壳的各类使用要求。

12、本发明外壳体的四周每一边角处都设置有供电池走线的通道，使得电池底部接线不必汇集一处，使电池走线更加灵活。

附图说明

图1a为本发明电池模组的整体外观示意图。

图1b为本发明电池模组的开盖整体结构示意图。

图2为电池模组中盖子示意图。

图3a为电池模组液冷模块的整体示意图。

图3b为电池模组液冷模块中冷却部分的整体示意图。

图3c为电池模组液冷模块中冷却部分的单层冷板的内部示意图。

图3d为电池模组液冷模块中冷却部分的冷却液入口主流道剖视图。

图3e为电池模组液冷模块中冷却部分的冷却液出口流道剖视图。

图3f为电池模组液冷模块中底部支撑架的上部示意图。

图3g为电池模组液冷模块中底部支撑架的底部示意图。

图4a为电池模组外壳体的整体外观示意图。

图4b为电池模组外壳体的俯视图。

图5为六边形电池模组的开盖整体结构示意图。

图6为八边形电池模组的开盖整体结构示意图。

其中：1-盖子，2-外壳体，3-液冷模块，4-电池，5-高导热绝缘硅胶膜，11-冷却液输入管道孔，12-电池出线孔，13-螺纹孔，31-冷却部分，32-底部支撑架，311-冷却液输入管，312-腔室，313-冷板，314-冷却液输出管，3131-冷却液出口孔，3132-冷却液入口孔，21-壳体底部进线孔，22-冷却液输出管道孔，23-底部支撑架卡槽，24-螺纹孔，25-连接卡槽凸槽，26-边缘走线通道，27-连接卡槽凹槽。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1a至图4b所示，本实施例提供一种电动汽车用可拼接式电池模组，该电池模组包括盖子1、外壳体2、液冷模块3、圆柱型电池4和包裹在电池表面的高导热绝缘硅胶膜5。

本实施例中，圆柱型电池4以18650圆柱电池单体为例，如图1a和图1b所示，圆柱型电池4分别独立安置在液冷模块3中用来放置电池的腔室312内；盖子1和外壳体2分别在上下边缘处开有若干螺纹孔，盖子1和外壳体2采用螺栓连接；盖子1和外壳体2选用的材料是碳纤维复合材料，碳纤维复合材料密度相较于传统电动汽车用动力电池外壳体所使用的钣金材料密度小很多，能够大大减轻电池模组的重量，减少电动汽车所做的无用功，并且兼顾阻燃、隔热、耐电解液、绝缘还有密封等优良性能，利用此材料所制造的电池模组外壳体2，能够解决阻燃、隔热、绝缘、电池泄漏等的问题。

如图2所示，盖子1上开有冷却液输入管道孔11、电池出线孔12和螺纹孔13。

高导热绝缘硅胶膜5位于每一单体电池4和放置电池的腔室312内壁之间，覆盖在每一单体电池4的表面，另一面紧贴腔室312内壁。

如图3a所示，液冷模块3分为冷却部分31和底部支撑架32，冷却部分31由导热性能良好的铝合金材料制成，底部支撑架32由碳纤维复合材料制成。

如图3b所示，冷却部分31包括12层上下并联的冷板313，冷板内部中空，冷板的中心开设有冷却液入口孔3132，冷却液入口孔3132的外周开设有24个相互独立的放置电池的腔室312，在冷板底部的四个边角处各开设有一个连通内部中空的冷却液出口孔3131。其中，上下冷板之间的冷却液入口孔3132、腔室312、冷却液出口孔3131各自上下同轴贯通。12层单层冷板313层层焊接而成，使得各个单层冷板313之间组成并联结构，使得每层冷板的冷却液状况都完全相同，并使得冷却液能最大程度和各层冷板的各个面相接触，最大程度利用换热面，提高换热效率。

冷却部分31中冷却液输入管311设置在上端，插入盖子中间的冷却液输入管道孔11后与冷却液入口孔3132连接，四个冷却液输出管314设置在外壳体的下端的四个边角处，冷却液输出管314连接冷却液出口孔3131并穿出外壳体2，这样设计能够减少冷却液在冷却部分的能量损失，冷却液自上而下流过，能够利用冷却液自身的势能，保证冷却液在冷却部分的流速。

冷板上放置电池的腔室312均布设置，均匀分布在以冷却液入口孔3132为圆心的同心圆周上，本实施例中，24个腔室分布在3层圆周上，每层圆周上8个腔室，且8个腔室在同一圆周上也均匀分布。此设计的好处是，传统电池模组中的电池，几乎都是位于中心的温度高，位于边缘的温度低，本发明这样设计，冷却液从中心流出，流经各周电池，经过与上一周电池的换热，冷却液温度略微升高，每到下一周冷却能力会稍微削弱，使得靠近中心的电池冷却效果比远离中心的电池好一些，此设计正好平衡了所述两种情况之间的矛盾，最大程度保证各周电池之间的温差。

如图3c所示，为单层冷板313的内部结构，包含冷却液入口孔3132和冷却液出口孔3131；单层冷板313内的流道设计采用的是以中心为入口，冷却液由中心流入往四周发散，流经各处最终在四个出口流出。冷却液由中心向四周发散，使得在同一半径圆上的电池周围的冷却环境完全相同，各个单体电池之间几乎没有温差。

如图3d和图3e所示，冷却部分31上各个单层冷板313中的各个冷却液入口孔3132和冷却液出口孔3131组成相连通的主流道，用于冷却液的流通。

如图3f和图3g所示，底部支撑架32在每个支撑单体电池4的地方开有略小于电池直径的孔。这样做的好处是，首先节约了所使用的材料，其次减轻了电池模组的整体重量，最后为电池的接线提供了更加灵活的空间。

如图4a所示，外壳体2侧面为四边形，外壳体2包括壳体底部进线孔21、冷却液输出管道孔22、底部支撑架卡槽23、螺纹孔24、连接卡槽凸槽25、边缘走线通道26和连接卡槽凹槽27，其中，边缘走线通道26和壳体底部进线孔21是相通的。

外壳体2四周设计的连接卡槽凸槽25和连接卡槽凹槽27采用上宽下窄的设计，且连接卡槽凸槽25与连接卡槽凹槽27相接触的侧面为斜面，保证连接的牢固性。电动汽车在行驶过程中会产生震动，此设计使得相互连接的电池模组在震动下连接地更加紧实。

外壳体2内底面设置有四个底部支撑架卡槽23，用来插接液冷模块底部的底部支撑架32，使得底部支撑架32的位置被固定，使得液冷模块3在外壳体2内部更加稳定，避免不必要的晃动。

实施例2：

一种电动汽车用可拼接式电池模组，结构如实施例1所述，其不同之处在于：外壳体2的侧面设置成六边形，如图5所示，或设置成八边形，如图6所示。可满足不同的空间需求。

实施例3：

一种电动汽车用可拼接式电池模组的工作方法，在实施例1所述的电池模组的腔室内放置好电池，然后将电池模具安装在电动汽车上并连接电路、控制系统及冷却液系统，其工作方法包括以下步骤：

当检测到电池4温度高于设定值时，液冷模块3开始工作，冷却液从液冷模块3上端的冷却液入口流入，流经主流道，然后在各个并联的单层冷板313中向四周发散流出，流经各个电池4，对各个电池进行冷却之后，已经升温的冷却液汇集到各个冷却液出口孔3131，最后从下端的冷却液输出管314流出；

当检测到电池4温度低于设定值时，经过加热的介质经过液冷模块给电池进行加热，加热的介质从液冷模块上端的冷却液入口流入，流经主流道，然后在各个并联的单层冷板313中向四周发散流出，流经各个电池4，对各个电池4进行升温之后，已经冷却的介质汇集到各个冷却液出口孔3131，最后从下端的冷却液输出管314流出。

液冷模块采用冷却液向四周发散式流动和多个单层冷板并联的方式，可以最大程度上减小电池的温差，提升电池的温均性。

实施例4：

一种电动汽车，包括实施例1或实施例2所述的可拼接式电池模组。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，包括盖子、外壳体和液冷模块，液冷模块置于外壳体内并通过盖子封装；

液冷模块包括多层并联连接的冷板，冷板内部中空，冷板上开设有贯通冷板用来放置电池的腔室，冷板的中心开设有冷却液入口孔，冷却液入口孔与内部中空连通，冷板的底面开设有连接内部中空的冷却液出口孔；

液冷模块的底部设置有连接冷却液出口孔的冷却液输出管，冷却液输出管从外壳体侧壁上开设的冷却液输出管道孔伸出，盖子上设置有冷却液输入管道孔及出线孔。

2.如权利要求1所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述冷板的底面四个边角处各设置有一个冷却液出口孔，相应地，液冷模块的四个边角处设置有四个冷却液输出管，外壳体侧壁上开设有四个冷却液输出管道孔。

3.如权利要求1所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述外壳体的侧面为偶数正多边形，外壳体的侧面间隔设置连接卡槽凸槽和连接卡槽凹槽。

4.如权利要求1所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述外壳体的边角处设置有边缘走线通道，边缘走线通道连通壳体底部进线孔。

5.如权利要求1所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述放置电池的腔室均匀分布在以冷却液入口孔为中心的同心圆周上。

6.如权利要求1所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述放置电池的腔室内壁设置有高导热绝缘硅胶膜。

7.如权利要求1所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述液冷模块的底部设置有底部支撑架，外壳体内底面设置有底部支撑架卡槽，底部支撑架和底部支撑架卡槽插接连接。

8.如权利要求7所述的电动汽车用可拼接式电池模组，其特征在于，所述底部支撑架在每个支撑单体电池的地方开有小于电池直径的通孔。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的电动汽车用可拼接式电池模组的工作方法，在电池模组的腔室内放置好电池，然后将电池模具安装在电动汽车上并连接电路、控制系统及冷却液系统，其工作方法包括以下步骤：

当检测到电池温度高于设定值时，液冷模块开始工作，冷却液从液冷模块上端的冷却液入口流入，流经主流道，然后在各个并联的单层冷板中向四周发散流出，流经各个电池，对各个电池进行冷却之后，已经升温的冷却液汇集到各个冷却液出口孔，最后从下端的冷却液输出管流出；

当检测到电池温度低于设定值时，加热的介质经过液冷模块给电池进行加热，加热的介质从液冷模块上端的冷却液入口流入，流经主流道，然后在各个并联的单层冷板中向四周发散流出，流经各个电池，对各个电池进行升温之后，已经冷却的介质汇集到各个冷却液出口孔，最后从下端的冷却液输出管流出。

10.一种电动汽车，包括权利要求1-8任一项所述的可拼接式电池模组。

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