CN112670616A - 电池包温控系统的导热垫、温控系统及设置导热垫的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导热垫，其用于电池包的温控系统，尤其是直冷系统，其中，所述导热垫适于设置在电池包的电池单元与温控系统的温控单元之间，以实现电池单元与温控单元之间的热传递，所述导热垫被构造成适于能够通过改变其组成材料的局部物理特性和/或化学特性来实现电池单元与温控单元的相应部分之间的热传递的匹配。本发明还涉及一种用于电池包的温控系统，尤其是直冷系统，以及涉及一种用于将导热垫设置于电池包中的方法。

Description

电池包温控系统的导热垫、温控系统及设置导热垫的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电池包的温控系统的、尤其是直冷系统的导热垫。此外，本发明还涉及一种用于电池包的温控系统以及一种用于将导热垫设置于电池包中的方法。

背景技术

目前，在以电能驱动的电动车辆中通常使用动力电池。动力电池的性能对温度变化比较敏感。由于车辆上的装载空间有限，而车辆所需电池数目较大，因而电池必须紧密排列连接。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，动力电池会以不同倍率放电，由于电池在充放电过程中本身会产生一定热量，因而导致温度上升，而温度的升高又会影响电池的诸多特性参数，例如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。又由于动力电池会以不同生热速率产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，因而导致电池运行环境温度复杂多变。动力电池的冷却性能直接影响电池的效率，同时也会影响电池寿命和使用安全性。因此，需要对动力电池进行有效冷却。

对动力电池的冷却通常采用三种常见的技术手段：风冷，水冷和直冷。风冷系统之前被一些汽车制造商使用，然而由于电池容量不断增大和对动力电池冷却效果的要求不断提高，目前普遍使用水冷技术方案来加热或冷却动力电池。虽然水冷技术方案能够实现均匀的温度分布，然而换热效率低，且由于需要设置用于水冷的附加部件，因而导致部件多，空间需求大。

替代地，另一解决方案是直冷方案，该直冷方案利用空调压缩机中的冷却介质直接进行热交换，从而热交换效率比水冷方案高，且由于利用现有的空调压缩机，使得集成度大大提高。然而在直冷技术方案中，由于冷却板的温度分布不均匀，导致冷却效果受到很大影响。此外还会导致电池的局部出现温度峰值，因而大大影响电池的使用寿命。由于该技术限制，导致目前直冷系统大多用于小电池包(Battery Pack)，例如混合动力车辆的电池包，以便控制温度，而几乎没有用于纯电动车辆长里程的大电池包。

现有技术的一些电池水冷系统的冷却板上有铺设导热垫或者涂抹导热胶。但是，现有技术这些导热垫或导热胶通常是一个整体，采用相同的导热系数均匀铺设在冷却板上。因此对于电池包发热量分布不同的情况而言无法有效地冷却电池包，使得局部出现温度过高甚至导致电池损坏的危险。

因此，随着纯电动车辆的技术发展以及对具有更大容量或者说能实现更长里程以及具有更长使用寿命的电池包的需求不断提高，需要一种能够应用于更普遍的电池系统的且在实现温度分布均匀的同时具有高集成度的温控系统。

发明内容

在该背景下，根据本发明提出一种用于电池包温控的高效方案，所述方案不仅能够克服现有技术方案中的不足，而且能够高效地对电池包进行温控，尤其是冷却。

根据本发明的一个方面，提供一种用于电池包的温控系统的、尤其是直冷系统的导热垫。根据本发明，所述导热垫适于设置在电池包的电池单元与温控系统的温控单元之间，以实现电池单元与温控单元之间的热传递，其中，所述导热垫被构造成适于能够通过改变其组成材料的局部物理特性和/或化学特性来实现电池单元与温控单元的相应部分之间的热传递的匹配。

本发明的基本构思在于，在不引入其他结构材料或者说不结合其他结构的情况下，能够通过导热垫的自身组成材料的局部特性改变来实现预期的、尤其均匀的热传递和热量分布，使得导热垫可以有针对性地设置于用于电池包的温控系统的温控单元上，从而实现电池单元与温控单元的相应部分之间的热传递的匹配，并从而保证电池包的有效且适于工况的温控。通过该技术方案，能够更广泛将本发明的导热垫应用于电池包中，更确切地说，能够更广泛将本发明的温控系统应用于不同的电池包中，尤其是体积更大、容量更大的电池包中，尤其是纯电动车辆的电池包中。

在本发明的范畴内，“电池”，“动力电池”，“电池包”，“电池组”以及“电池系统”可以同义地使用。

根据本发明的一个实施方式设置，所述导热垫单层或多层地构造。

根据本发明的另一实施方式设置，所述导热垫的热传递特性至少基于其组成材料的压实密度来调整。也就是说，在不将其他结构材料或者说其他构件引入、尤其插入或者包入导热垫材料中的情况下，通过以导热垫的自身组成材料的不同材料量来压实导热垫，实现导热垫至少局部不同的压实密度，从而调整导热垫的热传递特性，即导热率。

根据本发明的一个可选的实施方式设置，所述导热垫由电绝缘的导热材料、尤其硅胶制成。通过使用电绝缘的导热材料，避免潜在的绝缘失效风险，从而能够提高电池包系统的整体安全性。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述导热垫被构造成胶粘于电池单元和/或温控单元。通过简单地胶粘连接，能够可靠地将导热垫设置在温控单元上和/或电池单元上。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述导热垫构造成拼接式结构。在此，导热垫不必需构造为一个整体，而是可以由多个导热垫拼接而成，因此可以针对各个单个导热垫单独地设计它们的热传递特性，从而通过拼接连接灵活、简单并且匹配地实现整个导热垫的非均匀的热传递特性。此外，这些导热垫可以以相同的方式和方法制造，由此简化了制造成本。

根据本发明的另一可选的实施方式设置，所述导热垫具有恒定的厚度。通常，电池包的装配需要在一个标准的装配平面上，通过具有恒定厚度的导热垫，保证了装配平面的一致性。

根据本发明的一个可选的实施方式设置，导热垫能够具有任意形状和大小，例如四边形、三角形或星形等。由此能够实现导热垫的灵活拼接。此外通过导热垫的不同大小和/或不同尺寸，能够精确地匹配于温控单元与电池单元之间的热交换，从而确保电池包的非常均匀的热量分布。

根据本发明的另一方面，提供一种用于电池包的温控系统，尤其是直冷系统，所述温控系统包括：温控单元和根据本发明的导热垫，其中，所述导热垫设置在所述温控单元的朝向电池包的电池单元的一侧上。

根据本发明的一个实施方式，所述温控单元包括温控板组件，所述温控组件包括：温控介质流入口、温控介质流出口以及温控板，在所述温控板中设置有温控介质流动通道。

根据本发明的又一方面，提供一种用于将根据本发明的导热垫设置于电池包中的方法，所述方法包括以下步骤：

求取电池包的电池单元的热量分布图；

求取温控系统的温控单元的热量分布图；

根据电池单元的热量分布图和温控单元的热量分布图求取热交换；

基于所述热交换确定温控单元上的热量分布不均匀的区域；

将具有相应热传递特性的导热垫设置、例如胶粘在温控单元的所述区域上，以实现预期的、尤其是均匀的热量分布。

根据本发明的一个实施方式，电池单元的热量分布图基于电池包的电芯数据、外部环境温度、充放电工况、电芯发热系数等通过模拟仿真来求取。

根据本发明的另一实施方式，温控单元的热量分布图基于温控介质的流量和分布、温控介质流动通道的直径和分布、温控介质的膨胀系数等通过模拟仿真来求取。

由此能够基于实际测量数据对电池单元以及温控单元的热量分布图进行模拟，简化地而又高效且准确地确定电池单元的热量分布的不均匀性，从而能够有针对性地应用本发明的导热垫。

本发明的更多的特征从权利要求、附图和附图的描述中变得显而易见的。在上述说明中提到的特征和特征组合以及在下文的附图描述中提到的和/或只在附图中示出的特征和特征组合不仅可以以相应指定的组合使用，而且可以在不脱离本发明的范围的情况下以其它组合使用。因此，下述内容也视作被本发明涵盖和公开：这些内容未在附图中明确示出并未被明确解释，而是源自由来自所解释的内容的分离的特征所组成的组合并由这些组合产生。下述内容和特征组合也被视作是被公开的：其不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征。此外，下述内容和特征组合被视作尤其被上文内容所公开：其超出或偏离权利要求的引用关系中所限定的特征组合。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。在附图中：

图1示出了根据本发明的单个导热垫的示意图；

图2示出了在拼接状态下的根据本发明的导热垫的示意图；

图3示出了根据本发明的用于电池包的温控系统的示意图；

图4示出了用于将根据本发明的导热垫设置于电池包中的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施方式对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。

图1中示出了根据本发明的一个示例性实施例的单层导热垫的示意图。该导热垫具有大致长方形的形状并且在其沿着长方形形状的长边方向的两个端部上示例性地分别具有一个拼接部，例如呈凹部或凸部的形式。根据本发明的一个示例性实施例，所述导热垫适于设置在电池包的电池单元与温控系统的温控单元之间，以实现电池单元与温控单元之间的热传递，所述导热垫被构造成适于能够通过改变其组成材料的局部物理特性和/或化学特性来实现电池单元与温控单元的相应部分之间的热传递的匹配。在该示例性实施例中，导热垫单层地构造。然而替代地，导热垫也可以层叠地构造，其中，多个导热垫应具有相同的形状以及相同的拼接部。

图2示例性示出了在拼接状态下的根据本发明的一个示例性实施例的导热垫的示意图。在图2中示例性地仅示出两个导热垫，它们在其相应的端部上分别构造有彼此对应的或者说互补的拼接部，用于以拼接的方式实现两个导热垫之间的连接。在图2中还以示意性方式示出两个导热垫的横截面。其中，以黑点的密集程度表示导热垫的材料组成的压实密度。从图2中可见，左边导热垫的组成材料的压实密度大于右边导热垫的组成材料的压实密度。在此，通过改变导热垫组成材料的压实密度能够调整导热垫的热传递特性。本领域的技术人员可以理解，压实密度越大，则热传递特性越高，即导热率越大。由此，通过拼接多个不同的导热垫，能够在整个导热垫的不同部位上实现不同的热传递特性。在该示例性实施例中，导热垫由电绝缘的硅胶制成。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于电池包的温控系统的温控单元的示意图。在此，温控系统是一种直冷系统。由图3可以看出，所述温控单元包括冷却板组件，所述冷却板组件包括：冷却介质流入口、冷却介质流出口以及冷却板，在所述冷却板中设置有冷却介质流动通道。

根据本发明的一个示例性实施例，导热垫可以是一种胶粘的导热垫，以粘接的方式实现了导热垫在冷却板和/或电池单元上的布置。通过设置在冷却板上的导热垫，可以实现冷却板与电池单元之间的热传递。

图4示出根据本发明的一个示例性实施例的用于将根据本发明的导热垫设置于电池包中的方法的流程图。在第一步骤中，求取电池包的电池单元的热量分布图。电池单元的热量分布图可以基于电池单元的电芯数据、外部环境温度、充放电工况、电芯发热系数等相关参数通过模拟仿真来求取。模拟仿真例如可以通过有限元分析软件，如ANSYS来实现。在第二步骤中，求取温控系统的温控单元的热量分布图。温控单元的热量分布图基于温控介质的流量和分布、温控介质流动通道的直径和分布、温控介质的膨胀系数等通过模拟仿真来求取。在此，同样可以基于有限元分析来实现模拟仿真。在第三步骤中，根据电池单元的热量分布图和温控单元的热量分布图求取热交换。在第四步骤中，基于所述热交换确定温控单元上的热量分布不均匀的区域。由此例如可以清楚地获知，电池包的哪些区域中的热交换不足，尤其是哪些区域存在过热情况。在第五步骤中，将具有相应热传递特性的导热垫设置、例如胶粘在温控单元上。在此导热垫具有恒定的厚度。由此，在将其设置在温控单元上时，保证了基于标准装配面所实现的一致性。在此，基于所获知的热量分布不均匀的区域，有针对性地选择具有热传递特性更好的、即压实密度更大的导热垫，并将其相应于上述热量不均匀的区域进行拼接，使得所拼接的导热垫各个部分的热传递特性基本上与温控单元上的各个区域的热量分布相匹配，从而整体上实现均匀的热量分布或者说与电池包各个部分的不同发热区域相匹配。

对于本领域的技术人员而言，本发明的其它优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施方式。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (10)

1.一种导热垫，用于电池包的温控系统，尤其是直冷系统，其中，所述导热垫适于设置在电池包的电池单元与温控系统的温控单元之间，以实现电池单元与温控单元之间的热传递，其中，所述导热垫被构造成适于能够通过改变其组成材料的局部物理特性和/或化学特性来实现电池单元与温控单元的相应部分之间的热传递的匹配。

2.根据权利要求1所述的导热垫，其中，

所述导热垫单层或多层地构造；和/或

所述导热垫的热传递特性至少基于其组成材料的压实密度调整。

3.根据权利要求1或2所述的导热垫，其中，

所述导热垫由电绝缘的导热材料、尤其硅胶制成；和/或

所述导热垫被构造成胶粘于电池单元和/或温控单元。

4.根据上述权利要求之一所述的导热垫，其中，

所述导热垫构造成拼接式结构。

5.根据上述权利要求之一所述的导热垫，其中，

所述导热垫具有恒定的厚度。

6.一种用于电池包的温控系统，尤其是直冷系统，所述温控系统包括：

温控单元；和

根据权利要求1至5之一所述的导热垫；

其中，所述导热垫设置在所述温控单元的朝向电池包的电池单元的一侧上。

7.根据权利要求6所述的温控系统，其中，

所述温控单元包括温控板组件，所述温控板组件包括温控介质流入口、温控介质流出口以及温控板，在所述温控板中设置有温控介质流动通道。

8.一种用于将根据权利要求1至5之一所述的导热垫设置于电池包中的方法，包括以下步骤：

求取电池包的电池单元的热量分布图；

求取温控系统的温控单元的热量分布图；

根据电池单元的热量分布图和温控单元的热量分布图求取热交换；

基于所述热交换确定温控单元上的热量分布不均匀的区域；

将具有相应热传递特性的导热垫设置、例如胶粘在温控单元的所述区域上，以实现预期，尤其是均匀的热量分布。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，电池单元的热量分布图基于电池包的电芯数据、外部环境温度、充放电工况、电芯发热系数通过模拟仿真来求取。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，温控单元的热量分布图基于温控介质的流量和分布、温控介质流动通道的直径和分布、温控介质的膨胀系数通过模拟仿真来求取。

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