CN113571803B - 一种电池模组及电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池冷却技术领域，公开了一种电池模组及电池系统。所述电池模组包括容纳壳体，容纳壳体的侧壁上开设有若干通孔，容纳壳体内设置有至少两个单体电芯，至少两个单体电芯沿预设方向排布，相邻的单体电芯之间设置有间隙，容纳壳体浸没于冷却液中，冷却液能从容纳壳体上各个方向的通孔顺畅地进入容纳壳体内，并流动至单体电芯之间的间隙中，冷却液能够充分地与单体电芯的表面接触，以迅速地吸收并带走单体电芯产生的热量，大大地提高了对单体电芯的冷却效率，能够满足高能量密度的电池的冷却需求。本发明的电池模系统，通过设置上述的电池模组，能够保证良好的散热效果，提高使用寿命。

Description

一种电池模组及电池系统

技术领域

本发明涉及电池冷却技术领域，尤其涉及一种电池模组及电池系统。

背景技术

目前，对高能量密度、高倍率放电的电池模组需求越来越迫切，但是在相同的模组空间内，高倍率的放电产生的热量较多，如果电池的冷却系统不能及时、均匀地将热量有散出，会造成模组之间温度分布不一致，这样会加剧电池的内阻和容量不一致，对使用寿命带来负面影响，严重时会带来安全隐患。现有技术中的电池模组难以保证在高能量密度时良好的散热效果。

因此，亟需一种电池模组和电池系统来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提出一种电池模组，散热效果好、安全性高。

本发明的第二个目的在于提出一种电池系统，其通过设置上述的电池模组，能够保证良好的散热效果，提高使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电池模组，包括容纳壳体，所述容纳壳体的侧壁上开设有若干通孔，所述容纳壳体内设置有至少两个单体电芯，至少两个所述单体电芯沿预设方向排布，相邻的所述单体电芯之间设置有间隙，所述容纳壳体浸没于冷却液中；所述冷却液通过所述通孔进入所述容纳壳体中。

可选地，所述电池模组还包括导热片，至少一个所述单体电芯的侧面贴合设置有所述导热片，优选的，所述导热片的导热系数大于所述冷却液的导热系数。

可选地，至少一组相邻的两个所述单体电芯间设置有一个所述导热片，所述导热片的两侧分别与两个所述单体电芯相对的侧面贴合，所述导热片内开设有用于所述冷却液流动的通道。

可选地，至少一组相邻的两个所述单体电芯间设置有两个所述导热片，两个所述导热片分别对应与一个所述单体电芯的侧面贴合设置，两个所述导热片之间设置有用于所述冷却液流动的间隙。

可选地，所述导热片包括：

本体部，与所述单体电芯的侧面贴合设置；

弯折部，与所述本体部连接，所述弯折部与所述容纳壳体连接。

可选地，所述电池模组还包括支撑架，所述支撑架包括能够配合连接的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件各支撑一个所述单体电芯，所述第一支撑件支撑的所述单体电芯朝向所述第二支撑件的一侧贴合设置有所述导热片，所述第二支撑件支撑的所述单体电芯朝向所述第一支撑件的一侧贴合设置有所述导热片。

可选地，设置在同一个所述支撑架内的两个所述导热片之间抵接有间隔条，以使两个所述导热片间形成用于所述冷却液流动的间隙。

可选地，所述间隔条包括：

间隔部，夹设在两个所述导热片之间；

连接部，与所述间隔部的端部连接，所述连接部与所述支撑架连接。

可选地，相邻两个所述支撑架支间夹设有泡棉。

一种电池系统，包括至少一个所述的电池模组，还包括冷却仓，所述冷却仓内设置有可循环使用的冷却液，所述电池模组设置在所述冷却仓并浸没于所述冷却液。

本发明有益效果为：

本发明的电池模组，容纳壳体浸没于冷却液，且容纳壳体的侧壁上设置若干通孔，故冷却液能从容纳壳体上各个方向的通孔顺畅地进入容纳壳体内，并流动至单体电芯之间的间隙中，冷却液能够充分地与单体电芯的表面接触，以迅速地吸收并带走单体电芯产生的热量，大大地提高了对单体电芯的冷却效率，能够满足高能量密度的电池的冷却需求。

本发明的电池模系统，通过设置上述的电池模组，能够保证良好的散热效果，提高使用寿命。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的电池模组的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的电池模组的分解结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的多个支撑有单体电芯的支撑架组装状态的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的多个支撑有单体电芯的支撑架分开状态的结构示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的支撑架、导热片及间隔条的结构示意图。

图中：

1-容纳壳体；11-前侧板；12-后侧板；13-左侧板；14-右侧板；15-盖板；16-底板；

2-导热片；21-本体部；22-弯折部；

3-支撑架；31-第一支撑件；32-第二支撑件；

4-间隔条；41-间隔部；42-连接部；

5-泡棉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种电池模组和电池系统，电池系统包括冷却仓、冷却装置及至少一个电池模组，冷却仓设置有进液口和出液口，至少一个电池模组设置在冷却仓内，冷却装置能够将冷却液从进液口注入到冷却仓内，冷却液将电池模组浸没并在冷却仓内循环后从出液口排出至冷却装置内，冷却装置将排出的冷却液降温后再次通入进液口中，以实现冷却液的循环利用，优选地，如图1和图2所示，电池模组包括容纳壳体1，容纳壳体1的侧壁上开设有若干通孔，容纳壳体1内设置有至少两个单体电芯，至少两个单体电芯沿预设方向(图2中X向)排布，相邻的单体电芯之间设置有间隙，容纳壳体1浸没于冷却仓内的冷却液中，冷却液通过通孔顺畅地进入容纳壳体1内，并流动至单体电芯之间的间隙中。

由于单体电芯之间设置有间隙，冷却液能够进入到相邻的单体电池之间，充分地与单体电芯的表面接触，以迅速地吸收并带走单体电芯产生的热量，大大地提高了对单体电芯的冷却效率，能够满足高能量密度的电池的冷却需求。

在电池模组中，单体电芯的温度分布并非理想状态下的均匀分布，位于电芯阵列中间位置处的电芯更容易形成热量积聚。令人意外的，单体电芯在宽度方向(图2中Z向)和长度方向(图2中Y向)的热扩散和传导系数远大于在厚度方向(图2中X向)上的热扩散和传导系数，因此电芯在宽度方向和长度方向形成均匀、稳定的热扩散通道是有利的。

优选地，如图3-图5所示，电池模组还包括支撑架3，所述支撑架3的个数n＝单体电芯个数m/2；所述支撑架3包括第一支撑件31和第二支撑件32，所述第一支撑件31和所述第二支撑件32各支撑一个单体电芯并结合形成一个整体，从而对单体电芯实现稳定的支撑。

可选地，本实施例中，第一支撑件31和第二支撑件32具有间隙，和/或相邻的支撑架3之间具有间隙，第一支撑件31和第二支撑件32上均设置有安装部，单体电芯固定于安装部。具体地，安装部为开设在第一支撑件31和第二支撑件32上的安装孔，单体电芯安装于安装孔内，从而在实现单体电芯的固定的同时，使单体电芯较大的侧面(即单体电芯的长边和宽边形成的侧面)能够处于不被第一支撑件31或第二支撑件32覆盖住的状态，此时单体电芯较大的侧面朝向间隙，冷却液流入间隙，以与单体电芯较大的侧面直接接触形成换热界面，从而高效地对单体电芯进行降温。

此处所指的安装孔仅仅是示例性的描述，技术人员可以理解，任何能使得冷却液从第一支撑件31和第二支撑件32的间隙，和/或支撑架3之间的间隙后能接触到单体电芯侧面的结构均能用于本申请，包括但不限于设置于第一支撑件31和第二支撑件32上设置定位沉槽、多个通孔等方式。

本申请对所述第一支撑件31和所述第二支撑件32的具体连接方式没有特别限定，作为一种实施方式，所述第一支撑件31和所述第二支撑件32为一体成型，一体成型可以是整体结构为一体式，也可以通过焊接等非可拆卸的形式将第一支撑件31和第二支撑件32进行连接；作为一种优选的实施方式，所述第一支撑件31和所述第二支撑件32通过可拆卸的连接方式连接，本申请对连接方式的结构或种类没有特别限定，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的可拆卸连接结构均能用于本申请中，如卡扣等。

作为一种实施方式，所述安装孔具有与单体电芯长度方向相一致的第一长边和第二长边，与所述单体电芯宽度方向相一致的第一宽边和第二宽边，与所述单体电芯厚度方向相一致的第一厚度边和第二厚度边；所述长边具有长度L，所述宽边具有宽度W，所述厚度边具有高度H；

优选地，所述单体电芯的厚度h1大于所述厚度边的高度H，以使得模组能将预紧力施加到单体电芯上。

优选地，所述第一高边和第一厚度边形成的表面上设置有第一凹槽，第二高边和第二厚度边形成的表面上设置有第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽均连通安装孔内和支撑架3外部，单体电芯的主体部分容纳在安装孔内，单体电芯的两个极耳分别从第一凹槽和第二凹槽伸出支撑架3外部，以便于与汇流排组件接触。

本申请对单体电池在所述安装部中的固定方式没有特别要求，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的固定方式均能用于本申请中，比如通过调整单体电芯与所述安装部结构的大小比例，使得单体电芯能在无损情况下刚好卡合在安装部中，或者通过胶类物质贴到安装部中。将单体电芯安装到安装部中的方式是已知的，此处不再赘述。

进一步地，本申请对冷却液的种类没有特别的限定，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的冷却液种类均能用于本申请中。冷却液选用绝缘性好、比热容大、不燃，且不与模组材质发生反应的液体，如氟化液。

作为一种实施方式，冷却仓还包括泄压回收装置和压力监测装置，压力监测装置检测到冷却仓的压力大于临界值时，所述泄压回收装置开始运作，气化的冷却液进入泄压回收装置。

当电池面临热失控风险时，电池温度异常升高，导致冷却液开始气化，由此使得所述冷却仓内压力上升，安全风险上升，通过泄压回收装置将部分或全部气化的冷却液转移出冷却仓，降低仓内压力，保障了电池系统的安全性能；同时泄压回收装置将气化的冷却液重新液化，循环使用，提高了冷却液的应用效率。

作为一种实施方式，所述泄压回收装置设置有阀门控制回路，当所述压力监测装置检测到冷却仓的压力大于临界值时，所述阀门控制回路开启，气化的冷却液进入泄压回收装置。

本申请对泄压回收装置的具体结构没有特别要求，只要能将气化的冷却液重新冷凝或压缩形成液态的冷却液即可。

如图2所示，容纳壳体1包括底板16、与底板16相对设置的盖板15，以及上下两端分别与底板16和盖板15连接的左侧板13、右侧板14、前侧板11及后侧板12，盖板15、底板16、左侧板13、右侧板14、前侧板11及后侧板12围成近似长方体的容纳壳体1。

优选地，所述左侧板13、右侧板14内侧分别设置有汇流排组件，所述单体电芯的所述极耳伸出所述支撑架3后与所述汇流排组件连接。

汇流排组件包括汇流排、汇流排支架、汇流排保护盖，汇流排的数量根据单体电芯的确定，汇流排固定于汇流排支架上，例如汇流排与汇流排支架通过热熔形成一体，安装方便且不易连接错误，汇流排支架与汇流排保护盖卡扣连接。电池模组还包括高低压信息采集模块和BMS电池管理系统，高低压信息采集模块与汇流排螺接，并通过高低压线束采集方式来实现高低压采集，高低压信息采集模块与BMS电池管理系统电连接，BMS电池管理系统通过电压、电流及温度检测等功能实现对电池模组的过压、欠压、过流、过高温和过低温保护，以保证电池模组的安全运行。

所述前侧板11和所述后侧板12对由多个所述单体电芯所形成的阵列形成夹持，以对电芯形成在X方向上的预紧力。

本申请对底板16、盖板15、左侧板13、右侧板14、前侧板11及后侧板12的连接方式没有特别限定，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的连接方式均能用于本申请中。包括但不限于焊接、螺接、卡扣等方式进行固定连接，只要保证由单体电芯所形成的电池阵列在X方向上收到持续的预紧力即可。

优选地，底板16、盖板15、左侧板13、右侧板14、前侧板11及后侧板12上分别开设有通孔，以便于冷却液能从各个方向进入到容纳壳体1内部，进而保证对多个单体电芯冷却的均匀性。本实施例中，通孔包括开设在盖板15上的三角形孔、开设在底板16上的长条孔、开设在左侧板13和右侧板14上的圆孔等，其他实施例中，通孔的形状、分布情况不做具体限定，在保证容纳壳体1机械强度和冷却液流动顺畅性的前提下合理设置即可。

优选地，如图4所示，相邻两个支撑架3之间夹设有泡棉5，即相当于位于一个支撑架3的单体电芯与位于相邻支撑架3的单体电芯之间夹设泡棉5，当单体电芯工作升温膨胀后，泡棉能够吸收电池鼓胀引起的应力，起到缓冲作用，同时，当电芯发生热失控时，泡棉能起到隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生；同时，在电芯发生起火时，泡棉的阻燃效果能够延缓火势蔓延，增加逃生时间。当然，其他实施例中，泡棉5也可以夹设在位于同一个支撑架3内的两个单体电芯之间，或者在支撑架3之间、同一个支撑架3内的两个单体电芯之间均设置泡棉5，根据实际需要选择设置即可，在此不做限定。

本申请对泡棉的种类没有特别限定，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的泡棉种类均能用于本申请中，包括但不限于PU(聚氨酯)、CR(氯丁橡胶)、EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)和PE(聚乙烯)。

优选地，如图5所示，电池模组还包括导热片2，至少一个单体电芯的侧面贴合设置有导热片2；

优选地，所述导热片2的导热系数大于冷却液的导热系数，从而使单体电芯与导热片2接触的位置相对于其与冷却液接触的位置而言散热速度更快，从而实现单体电芯在侧面上的温度分布更为均匀，进一步提高单体电芯的冷却效果。当然，后续冷却液再进一步对导热片2进行冷却。具体而言，本实施例中，导热片2可以选用金属铝材质，导热效果好且质量轻，有助于提升电池系统的质量能量密度。进一步地，导热片2与单体电芯贴合的一侧为电绝缘面，从而避免单体电芯出现短路等问题，具体地，所述导热片2与所述单体电芯的贴合表面喷涂有绝缘漆，从而提高电池模组的安全性。

进一步优选地，如图5所示，所述导热片2的面积大于单体电芯的侧面面积；由于所述导热片2的导热系数大于冷却液的导热系数，因此，单体电芯降温冷却的热阻集中于单体电芯和导热2片之间与导热片2与冷却液之间，提高导热片2面积相当于提高了单体电芯与冷却液之间的换热面积，进一步提高冷却效率。如图5所示，导热片2包括本体部21和弯折部22，本体部21与单体电芯的侧面贴合设置，弯折部22与本体部21连接，弯折部22与支撑架3连接，使得整体结构更加紧凑，并进一步扩大单体电芯的散热面积，提高单体电芯的冷却效果。具体而言，本实施例中，导热片2的上下两端分别设置一个弯折部22，且弯折部22所在平面垂直于本体部21所在的平面。

优选地，在本实施例中，如图5所示，至少一组相邻的两个单体电芯间设置有两个导热片2，两个导热片2分别对应与一个单体电芯的侧面贴合设置，两个导热片2之间设置有用于冷却液流动的间隙，每个导热片2对应带走一个单体电芯的热量，而在导热片2间隙流动的冷却液能带走导热片2的热量，散热效率更高。本实施例中，位于同一个支撑架3内的两个单体电芯之间均设置两个导热片2，同一个支撑架3内，第一支撑件31支撑的单体电芯朝向第二支撑件32的一侧贴合设置一个导热片2，第二支撑件32支撑的单体电芯朝向第一支撑件31的一侧贴合设置一个导热片2，而两个支撑架3之间的单体电芯则夹设泡棉5。

进一步地，为了保证两个导热片2之间形成间隙，如图5所示，设置在同一个支撑架3内的两个所述导热片2之间抵接有间隔条4，间隔条4的设置使两个导热片2之间形成用于冷却液流动的间隙，结构简单且能保证间隙与可靠性。可选地，间隔条4可以是直接靠预计力夹紧在两个导热片2之间。本实施例中，间隔条4连接在支撑架3上，从而保证间隔条4位置的稳定性。具体地，间隔条4包括间隔部41和连接部42，间隔部41夹设在两个导热片2之间，连接部42连接在间隔部41的上下两端，连接部42与支撑架3连接，从而实现整个间隔条4的固定连接。本实施例中，如图4所示，间隔条4的连接部42压在导热板的弯折部22上，并通过紧固件将两者同时固定在支撑架3的上、下端面上，使得导热片2和间隔条4可同步实现位置固定，结构简单、操作方便。需要说明的是，两个导热片2之间的间隙大小可以通过调节间隔部41的厚度实现，也可以通过调节连接部42的长度实现。优选地，两个导热片2之间设置有多个间隔条4，保证导热片2不同位置处间隙的均匀性，进而保证导热片2散热的均匀性，本实施例中，两个导热片2之间间隔设置有三个间隔条4，其他实施例中，两导热片2之间的间隔条4的数量不做具体限定。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电池模组，其特征在于，包括容纳壳体（1），所述容纳壳体（1）的侧壁上开设有若干通孔，所述容纳壳体（1）内设置有至少两个单体电芯，至少两个所述单体电芯沿预设方向排布，相邻的所述单体电芯之间设置有间隙，所述容纳壳体（1）浸没于冷却液中，所述冷却液通过所述通孔进入所述容纳壳体内；所述电池模组还包括导热片（2），至少一个所述单体电芯的侧面贴合设置有所述导热片（2），所述导热片（2）的导热系数大于所述冷却液的导热系数；所述电池模组还包括支撑架（3），所述支撑架（3）包括能够配合连接的第一支撑件（31）和第二支撑件（32），所述第一支撑件（31）和所述第二支撑件（32）各支撑一个所述单体电芯，所述第一支撑件（31）支撑的所述单体电芯朝向所述第二支撑件（32）的一侧贴合设置有所述导热片（2），所述第二支撑件（32）支撑的所述单体电芯朝向所述第一支撑件（31）的一侧贴合设置有所述导热片（2）；设置在同一个所述支撑架（3）内的两个所述导热片（2）之间抵接有间隔条（4），以使两个所述导热片（2）间形成用于所述冷却液流动的间隙；所述间隔条（4）包括：间隔部（41），夹设在两个所述导热片（2）之间；连接部（42），与所述间隔部（41）的端部连接，所述连接部（42）与所述支撑架（3）连接。

2.如权利要求1所述的电池模组，其特征在于，至少一组相邻的两个所述单体电芯间设置有一个所述导热片（2），所述导热片（2）的两侧分别与两个所述单体电芯相对的侧面贴合，所述导热片（2）内开设有用于所述冷却液流动的通道。

3.如权利要求1所述的电池模组，其特征在于，至少一组相邻的两个所述单体电芯间设置有两个所述导热片（2），两个所述导热片（2）分别对应与一个所述单体电芯的侧面贴合设置，两个所述导热片（2）之间设置有用于所述冷却液流动的间隙。

4.如权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述导热片（2）包括：

本体部（21），与所述单体电芯的侧面贴合设置；

弯折部（22），与所述本体部（21）连接，所述弯折部（22）与所述容纳壳体（1）连接。

5.如权利要求1所述的电池模组，其特征在于，相邻两个所述支撑架（3）支间夹设有泡棉（5）。

6.一种电池系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1-5任一项所述的电池模组，还包括冷却仓，所述冷却仓内设置有可循环使用的冷却液，所述电池模组设置在所述冷却仓并浸没于所述冷却液。

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