CN113036265B - 一种带热管的电池模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电池领域的一种带热管的电池模组，包括上壳、下壳及中间的电芯堆叠组件，电芯堆叠组件包括沿左右方向并排堆叠的至少两组电芯单元，每组电芯单元包括至少一个电芯；电芯单元的左右侧均设置有隔热层，电芯单元的底部与下壳的内底面之间设有导热胶；至少一组电芯单元中的至少一个电芯的前后端面中的至少一端面上贴附有导热垫，导热垫的外侧设有热管，热管下端与下壳之间涂有热管导热胶；电芯堆叠组件与上壳之间设置有云母上盖板，云母上盖板的周边向下弯折并完全罩住电芯堆叠组件的上方边缘。本发明可封堵电芯单元的四周，防止单个电芯单元着火破坏其他电芯单元以及外界铜排安装面周边的支撑结构等，达到良好的防止热失控的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，具体是一种带热管的电池模组。
背景技术
NCM三元软包动力电池制成的电池模组由于能量密度高得到广泛使用。电池模组中一般设置多组电芯单元，根据客户需求，一组电芯单元中设置若干数量的三元软包电芯。三元软包电芯在过充，过热，内短路，挤压，冲击等各种原因引起的异常条件下容易发生热失控甚至起火。单个电芯起火后，会引起电芯单元中其他电芯的热失控，并在模组内部引发其他电芯单元的热失控，进而引发整个模组的热失控导致起火甚至爆炸，威胁整车和车内人员的安全。因此，如何防止、延迟电池模组热失控的发生成为一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带热管的电池模组，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带热管的电池模组，包括上壳与下壳，所述上壳、下壳固定连接构成周向侧面封闭的空腔，空腔中设置有电芯堆叠组件，电芯堆叠组件包括沿左右方向并排堆叠的至少两组电芯单元，每组电芯单元包括至少一个电芯；电芯单元的左右侧均设置有隔热层，电芯单元的底部与下壳的内底面之间设有导热胶；至少一组电芯单元中的至少一个电芯的前后端面中的至少一端面上贴附有导热垫，导热垫的外侧设有热管，热管下端与下壳之间涂有热管导热胶；电芯堆叠组件与上壳之间设置有云母上盖板，云母上盖板的周边向下弯折并完全罩住电芯堆叠组件的上方边缘。
作为本发明的改进方案，为了进一步地防止电池着火时影响到外界，所述电芯堆叠组件的前后端分别设有与上壳、下壳固连的前端盖、后端盖；所述云母上盖板包括上板，上板的前侧设有挡住前端盖与上壳连接处的前卷边，后侧设有挡住后端盖与上壳连接处的后卷边，左右两侧设有分别包住左右端部的电芯上方边缘的侧卷边。
作为本发明的改进方案，为了提高阻燃隔热效果，所述隔热层为第一隔热层或第二隔热层或第三隔热层；所述第一隔热层为气凝胶垫，设置在相邻的两组电芯单元之间；第二隔热层为由云母侧板与泡棉组成的复合隔热层，设置在电芯单元与下壳的左右内侧壁之间；第三隔热层为泡棉层，设置在电芯堆叠组件中间，平分左右同等数量的电芯单元。
作为本发明的改进方案，为了加强对电池模组与电路板的保护，所述云母上盖板与上壳之间设置有FPC总成，且云母上盖板上开设有使FPC总成与电芯相连接的NTC插入孔，所述NTC插入孔上覆盖有云母补丁。
作为本发明的改进方案，为了进一步地提高绝缘安全性能，电芯堆叠组件的前端与前端盖之间、后端与后端盖之间均设有极耳支架，极耳支架上固定铜排，铜排连接各电芯的电极引出端；所述极耳支架与铜排之间设有绝缘罩，绝缘罩通过卡扣安装在极耳支架上，前端盖、后端盖、绝缘罩上对应前后两侧铜排的安装部位分别开设有避让部位。
作为本发明的改进方案，为了进一步地保护铜排，防止铜排与模组的前端盖、后端盖接触导致模组短路，还包括铜排陶瓷护套，铜排陶瓷护套采用内嵌结构，并安装在绝缘罩对应铜排安装部位的避让部位。
作为本发明的改进方案，为了便于排放热失控时产生的气流，所述云母上盖板与上壳上还开设有若干导气孔。
作为本发明的改进方案，为了增强防火性能，所述上壳、下壳为钣金件，通过焊接固定，且上壳朝向电芯堆叠组件的内侧面涂有防火漆，下壳朝向电芯堆叠组件的内侧面涂有绝缘漆。
作为本发明的改进方案，为了增强防火性能，所述前端盖、后端盖为压铸件，均与上壳、下壳通过焊接固定，且前端盖、后端盖朝向电芯堆叠组件的内侧面上均涂有绝缘漆。
作为本发明的改进方案，为了避免导热胶溢出，并保护电芯的底部前后边缘，所述导热胶的前后端部设有固定在下壳内底面上的橡胶垫。
有益效果：当单个电芯单元发生热失控故障时，模组内部产生气流、烟雾、火星及火焰，本发明可以通过云母上盖板防止电芯单元起火后火焰破坏模组的上壳、前端盖、后端盖与上壳的焊缝，通过电芯单元左右侧的隔热层、前后侧的导热垫、热管以及底部的导热胶防止火焰影响到其他电芯单元以及外界铜排安装面周边的支撑结构等，由于电芯单元的四周均被封堵，因此可以达到良好的延迟、防止热失控的效果。
附图说明
图1为本发明的整体外部结构示意图；
图2为本发明的爆炸结构示意图；
图3为本发明云母上盖板的结构示意图；
图4为本发明极耳支架的结构示意图；
图5为本发明导热垫、热管与电芯堆叠组件连接的结构示意图；
图6为本发明极耳支架与绝缘罩、前端盖连接时的结构示意图。
图中：1-上壳；2-下壳；3-前端盖；4-后端盖；5-电芯；6-第三隔热层；7-第一隔热层；8-第二隔热层；9-铜排；901-熔断机构；10-极耳支架；11-绝缘罩；12-云母上盖板；1201-前卷边；1202-侧卷边；1203-上板；1204-后卷边；1205-NTC插入孔；1206-导气孔；13-橡胶垫；14-导热胶；15-铜排陶瓷护套；16-主连接器陶瓷背板；17-云母补丁；18-FPC；19-主连接器；20-导热垫；21-热管；22-热管导热胶。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
参见图1-2，一种带热管的电池模组，包括上壳1与下壳2，上壳1、下壳2固定连接构成周向侧面封闭的空腔，空腔中设置有电芯堆叠组件，作为一种优选的实施方式，上壳1与下壳2为钣金件，通过焊接固定，上壳1朝向电芯堆叠组件的内侧面均涂有防火漆，下壳2朝向电芯堆叠组件的内侧面涂有绝缘漆。
电芯堆叠组件包括沿左右方向并排堆叠的多组电芯单元，每组电芯单元均包括至少一个电芯5。电芯5的数量依照实际需求设置，譬如，电芯5总数共24个，电芯单元设置6组，一组电芯单元包括4个堆叠的电芯，可以达到标定电压50V。电芯5的总数量也可以设置成20个、18个、12个等。本实施方式以6组电芯单元、每组包括4个电芯为例进行说明。
电芯堆叠组件的前后端分别设有前端盖3、后端盖4。作为一种优选的实施方式，前端盖3与后端盖4为压铸件，均与上壳1、下壳2通过焊接固定，且前端盖3、后端盖4朝向电芯堆叠组件的内侧面上均涂有绝缘漆，用于提高电池模组的电气绝缘性能。
如图4-6所示，电芯堆叠组件的前端与前端盖3之间、后端与后端盖4之间均设有极耳支架10，极耳支架10为塑料开模件，其上方固定有铜排9，铜排9连接各电芯5的电极引出端，为方便起见，连接电芯5正极的铜排9可称之为正极铜排，连接电芯5负极的铜排称之为负极铜排。作为一种优选的实施方式，正极铜排上设有熔断机构，当电池模组因短路导致电流过大时，熔断机构因电阻较高，在大电流下产生大量的焦耳生热，热量使熔断机构温度上升，当温度升高到熔断机构材质的熔点之上后，熔断机构发生熔断，导致电流断路，防止电池模组内电芯5的温度因大电流持续升高而发生热失控。
作为一种优选的实施方式，极耳支架10朝向电芯堆叠组件的内侧面上设置橡胶垫片(图中未示出)，用于防止极耳支架破裂后刺穿电芯5。
电芯单元5的左右两侧分别设有隔热层，具体来说，隔热层可以为第一隔热层7或第二隔热层8或第三隔热层6。电池模组的内部空间有限，不可能每两个电芯5之间均采用隔热层隔离，因此在相邻的两组电芯单元之间设置第一隔热层7，第一隔热层7为气凝胶垫，用于用于防止单组电芯组件热失控时影响到其他组的电芯组件。为了防止火焰烧毁从内到外烧毁上壳1、下壳2构成的空腔，第二隔热层8为由云母侧板与泡棉组成的复合隔热层，设置在电芯单元与空腔的左右内侧壁之间，起防护作用。第三隔热层6为泡棉层，设置在电芯堆叠组件中间，平分左右各6组的电芯单元，当电芯5作业膨胀时，电芯5左右表面(表面积最大)受到的压力很大，因此采用泡棉6进行缓冲，也可起到隔热的作用。复合隔热层、气凝胶垫、泡棉层均可防止火焰和高温从内到外烧穿和融化模组下壳2的侧面及上壳1与下壳2的焊缝。
电芯5底部与下壳2内底面之间设有导热胶14，导热胶14起到保护电芯5底部的作用。导热胶14的前后端部设有固定在下壳2内底面上的橡胶垫13，橡胶垫13不仅用于防止导热胶14从前端盖3、后端盖4底部溢出，还可以保护电芯5底部的前后边缘处的弯折尖角不因与下壳2磨损破裂而发生漏液。
作为一种优选的实施方式，参见图5，为了防止电芯5温升过高、电芯5温度冷热不均、铜排9及电芯5的极耳产生的热量或正极铜排9熔断机构产生的额外热量损坏电芯5，每组电芯单元中的每个电芯5前后端面均贴附有导热垫20，导热垫20的外测设有热管21，热管21可采用铜材质。由于电芯堆叠组件中多个电芯5紧密堆叠，因此导热垫20、热管21密集排布，近似形成平面结构。
导热垫20将电芯5热量传递到热管21，热管21呈竖向设置，可以从上到下将电芯5的热量传递，热管21下端与下壳2之间涂有热管导热胶22，可通过热管导热胶22将热量传递到下壳2，下壳2的底部外侧可以增设电池包冷却板，从而将热量排出。当电池模组的前后端面受到挤压或冲击破坏时，热管21可起到缓冲作用，保护电芯5不被破碎的极耳支架10的尖端断口刺破外生内短路，导热垫20同样起到缓冲作用力的作用，提高电池模组安全性。当某一电芯5发生热失控时，热管21形成的屏障可阻挡电芯5喷出的火焰及喷射物质喷向铜排9或烧毁绝缘罩11，引发铜排9与铜排9之间或铜排9与前端盖3的外短路，导致进一步的热失控。
作为一种优选的实施方式，为了减轻电池模组的重量，避免空间拥挤，导热垫20及热管21可以仅设在与正极铜排连接的电芯5的端面上，防止正极铜排熔断机构产生的额外热量损坏电芯5，引发热失控。而在一些对电池模组挤压不大的场合，也可以仅仅在左右侧局部的几组电芯单元中，选择一些电芯5安装导热垫20、热管21。
电芯堆叠组件与上壳1之间设置有云母上盖板12，云母上盖板12为开模件，其周边向下弯折并完全罩住电芯堆叠组件的上方边缘。具体地，如图3所示，云母上盖板12包括上板1203，上板1203的前侧设有前卷边1201，后侧设有后卷边1204，左右两侧分别设有侧卷边1202。前卷边1201遮掩挡住前端盖3与上壳1的连接处，后卷边1204遮掩挡住后端盖4与上壳1的连接处，左侧的侧卷边1202包在左端部的电芯5的上方左边缘(电芯5的左右边缘采用圆滑设计，呈弧面)，右侧的侧卷边1202包在右端部的电芯5的上方右边缘。极耳支架10的上端同样被前卷边1201、后卷边1204遮掩，防止火焰破坏铜排安装面周边的支撑结构以及前端盖3、后端盖4与上壳1的焊缝。
因此，电池模组内，所有电芯单元的上方被上板1203覆盖，前后侧与极耳支架10之间设置导热垫20与热管21，底部通过导热胶14保护，裸露的上壳1与前端盖3的焊缝被前卷边1201遮挡，后端盖4与上壳1之间的焊缝通过后卷边1204遮挡，两侧的侧卷边1202覆盖在第一组电芯单元与第六组电芯单元最边部电芯5的上侧弯折边缘，中间的电芯单元之间则通过气凝胶垫阻燃隔离。当电池模组内某一组电芯单元中的某一电芯5着火时，前卷边1201、后卷边1204、侧卷边1202、上板1203、隔热层以及导热胶14等配合，将火焰限制在着火的电芯单元处，防止火焰从内到外影响到其他电芯单元以及整个电池模组。上板1203与上壳1内侧面的防火漆共同配合，可以阻止火焰和高温烧穿和熔化模组上壳1。
作为一种优选的实施方式，云母上盖板12与上壳1上还开设有若干导气孔1206，当单个电芯5燃烧产生火焰时，火焰燃烧产生的气体从导气孔1206排出，燃烧产生的喷射物质则喷向上端盖，由于导气孔1206开设在上方，可以较好地引导火焰喷射气体、燃烧物，确保排出通道通畅，不被燃烧产生的物质阻塞。降低电池模组前后左右方向的振动，提高稳定性。
云母上盖板12与上壳1之间设置有FPC总成，FPC总成包含FPC 18、主连接器19、PCB板、NTC(negative temperature coefficient,负温度系数)热敏电阻、NTC保护泡棉、焊接镍片和保险装置等。上板1203上开设有使FPC总成与电芯5相连接的NTC插入孔1205，NTC插入孔1205上覆盖有云母补丁17。云母补丁17防止火焰和高温通过NTC插入孔1205损坏上壳1。
作为一种优选的实施方式，极耳支架10与铜排9之间设有绝缘罩11，绝缘罩11同样为塑料开模件。绝缘罩11通过卡扣安装在极耳支架10上，用于增强模组的电气绝缘性能，前端盖3、后端盖4、绝缘罩11上对应前后两侧铜排9的安装部位分别开设有避让部位。优选地，绝缘罩11朝向电芯堆叠组件的内侧面上设置橡胶层(图中未示出)，起到进一步保护铜排11的作用，也可以进一步提高电气绝缘性能。
作为一种优选的实施方式，为了保护铜排9的引出极的塑料在一段时间内不被火焰和高温损坏，导致铜排9与前端盖3接触导致模组外短路，铜排9通过铜排陶瓷护套15保护，铜排陶瓷护套15为开模件，采用内嵌结构，并安装在绝缘罩11对应铜排9安装部位的避让部位。
作为一种优选的实施方式，极耳支架10上安装主连接器陶瓷背板16，主连接器陶瓷背板16为开模件，包裹主连接器19正对电芯5的面。当模组热失控时，主连接器陶瓷背板16保护主连接器19在一段时间内不被火焰和高温损坏，从而使热失控发生后模组的数据采集功能仍能在一段时间内保持正常。
本发明中电芯单元的四周均被封堵，可以达到良好的延迟、防止热失控的效果。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种带热管的电池模组，包括上壳(1)、下壳(2)及中间的电芯堆叠组件，电芯堆叠组件包括沿左右方向并排堆叠的至少两组电芯单元，每组电芯单元包括至少一个电芯(5)；其特征在于，电芯单元的左右侧均设置有隔热层，电芯单元的底部与下壳(2)的内底面之间设有导热胶(14)；至少一组电芯单元中的至少一个电芯(5)的前后端面中的至少一端面上贴附有导热垫(20)，导热垫(20)的外侧设有热管(21)，热管(21)下端与下壳(2)之间涂有热管导热胶(22)；电芯堆叠组件与上壳(1)之间设置有云母上盖板(12)，云母上盖板(12)的周边向下弯折并完全罩住电芯堆叠组件的上方边缘；所述隔热层为第一隔热层(7)或第二隔热层(8)或第三隔热层(6)；所述第一隔热层(7)为气凝胶垫，设置在相邻的两组电芯单元之间；第二隔热层(8)为由云母侧板与泡棉组成的复合隔热层，设置在电芯单元与下壳的左右内侧壁之间；第三隔热层(6)为泡棉层，设置在电芯堆叠组件中间，平分左右同等数量的电芯单元。
2.根据权利要求1所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述电芯堆叠组件的前后端分别设有与上壳(1)、下壳(2)固连的前端盖(3)、后端盖(4)；所述云母上盖板(12)包括上板(1203)，上板(1203)的前侧设有挡住前端盖(3)与上壳(1)连接处的前卷边(1201)，后侧设有挡住后端盖(4)与上壳(1)连接处的后卷边(1204)，左右两侧设有分别包住左右端部的电芯(5)上方边缘的侧卷边(1202)。
3.根据权利要求1所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述导热胶(14)的前后端部设有固定在下壳(2)内底面上的橡胶垫(13)。
4.根据权利要求1或2所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述云母上盖板(12)与上壳(1)之间设置有FPC总成，且云母上盖板(12)上开设有使FPC总成与电芯(5)相连接的NTC插入孔(1205)，所述NTC插入孔(1205)上覆盖有云母补丁(17)。
5.根据权利要求1所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述云母上盖板(12)与上壳(1)上还开设有若干导气孔(1206)。
6.根据权利要求2所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述电芯堆叠组件的前端与前端盖(3)之间、后端与后端盖(4)之间均设有极耳支架(10)，极耳支架(10)上固定铜排(9)，铜排(9)连接各电芯(5)的电极引出端；所述极耳支架(10)与铜排(9)之间设有绝缘罩(11)，绝缘罩(11)通过卡扣安装在极耳支架(10)上，前端盖(3)、后端盖(4)、绝缘罩(11)上对应前后两侧铜排(9)的安装部位分别开设有避让部位；连接电芯(5)正极的铜排(9)上设有熔断机构。
7.根据权利要求6所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，还包括铜排陶瓷护套(15)，铜排陶瓷护套(15)采用内嵌结构，并安装在绝缘罩(11)对应铜排(9)安装部位的避让部位。
8.根据权利要求1所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述上壳(1)、下壳(2)为钣金件，通过焊接固定，且上壳(1)朝向电芯堆叠组件的内侧面涂有防火漆，下壳(2)朝向电芯堆叠组件的内侧面涂有绝缘漆。
9.根据权利要求2所述的一种带热管的电池模组，其特征在于，所述前端盖(3)、后端盖(4)为压铸件，均与上壳(1)、下壳(2)通过焊接固定，且前端盖(3)、后端盖(4)朝向电芯堆叠组件的内侧面上均涂有绝缘漆。
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