CN113690510A - 一种圆柱电池模组的防爆液冷结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，包括：塑料框架、灌封胶、导热结构胶和防爆液冷板。将圆柱电池模组的锂离子电芯的两端分别固定在两个所述塑料框架上，并注入所述灌封胶填充电芯间隙。所述防爆液冷板设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板内流通有制冷液以对各个电芯进行散热，所述防爆液冷板设有多个液冷流道和防爆通道，所述防爆通道与电芯同轴设置，所述液冷流道使所述防爆液冷板内部的制冷液的流场分布呈区域分割。所述防爆液冷板分别通过所述导热结构胶与所述塑料框架和电芯端部粘接固定。本发明能提高圆柱电池模组高效热管理及热失控安全，增加圆柱电池的使用寿命。

Description

一种圆柱电池模组的防爆液冷结构
技术领域
本发明涉及汽车电池的技术领域，尤其涉及一种圆柱电池模组的防爆液冷结构。
背景技术
现有电动汽车使用的锂离子电池的性能与寿命极大地受到工作温度的影响，过高过低的温度都会降低锂离子电池的性能和寿命。目前市场上圆柱电池具有工艺成熟，卷绕工艺自动化程度高，极片分切不良率低，能够实现定向爆炸，安全性高等优势，受到国内外不少OEM的青睐，尤其是近期更新迭代的大圆柱无极耳方案大幅提升了电池能量及功率性，补齐了圆柱电池作为动力电池的短板，未来将更具竞争力。长期以来圆柱电池采用侧面冷却方案，蛇形管盘绕于圆柱电池间隙，冷却液流经蛇形管空腔对电池进行散热。基于21700电池模组试验实测表明，侧面冷却方案难以应对圆柱电池1.4C以上高倍率充放电散热问题，且蛇形管盘绕在电池间隙之间，一根蛇形管液冷电池数量众多，进出水附近电池温差较大；侧面冷却时，单个圆柱电池内部靠近冷却面与远离冷却面的温差较大(温差可以达到12℃)，这对电池使用寿命和性能发挥是不利的。当电池尺寸继续增大，采用侧面冷却的弊端愈发明显。因此，如何提高圆柱电池的散热均匀性和效率，具有重要的研究意义。
发明内容
本发明提供一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，解决现有圆柱锂离子电池采用侧面冷却方式存在散热效果不均匀的问题，能提高圆柱电池模组高效热管理及热失控安全，增加圆柱电池的使用寿命。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，包括：塑料框架、灌封胶、导热结构胶和防爆液冷板；
将圆柱电池模组的锂离子电芯的两端分别固定在两个所述塑料框架上，并注入所述灌封胶填充电芯间隙；
所述防爆液冷板设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板内流通有制冷液以对各个电芯进行散热，所述防爆液冷板设有多个液冷流道和防爆通道，所述防爆通道与电芯同轴设置，所述液冷流道使所述防爆液冷板内部的制冷液的流场分布呈区域分割；
所述防爆液冷板分别通过所述导热结构胶与所述塑料框架和电芯端部粘接固定。
优选的，所述防爆液冷板包括：上层板和下层板；
所述上层板为平面板，均匀设有所述防爆通道，所述上层板设有进水口和出水口；
所述下层板对应设置有所述防爆通道和所述液冷流道，所述下层板还设有流道密封面、防爆通道密封面和冷板密封面，以使制冷液在防爆液冷板内流动无泄漏；
所述上层板和所述下层板对齐贴合后钎焊密封。
优选的，所述冷板密封面设置在所述下层板的四周边缘，以在所述下层板的四周边缘形成密封凸起。
优选的，所述流道密封面沿所述液冷流道的边缘设置，以对所述下层板进行区域分隔。
优选的，所述防爆通道密封面环绕所述防爆通道设置。
优选的，所述防爆液冷板为金属铝材料制备。
优选的，所述液冷流道为直流式流道或盘绕式流道，每个所述液冷流道分别对应一个所述进水口和一个所述出水口。
优选的，所述防爆液冷板设置在电芯底部端面上，使电芯底部的防爆阀与所述防爆液冷板上的所述防爆通道相对应。
优选的，还包括：集流板；
所述集流板设置在圆柱电池模组的另一端面上，所述集流板与各个电芯的正极或负极点焊连接，以使圆柱电池模组内的各个电芯之间电连接。
优选的，还包括：固定钣金；
所述固定钣金置于所述塑料框架四周，用于将圆柱电池模组与电池包壳体固定。
本发明提供一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，采用防爆液冷板设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板设有多个液冷流道和防爆通道，并流通有制冷液以对各个电芯进行散热。解决现有圆柱锂离子电池采用侧面冷却方式存在散热效果不均匀的问题，能提高圆柱电池模组高效热管理及热失控安全，增加圆柱电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种圆柱电池模组的防爆液冷结构的示意图。
图2是本发明提供的防爆液冷板的上层板结构示意图。
图3是本发明提供的防爆液冷板的下层板结构示意图。
图4是图3的局部放大示意图。
图5是本发明提供的电芯结构示意图。
图6是本发明实施例提供的圆柱电池模组的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前锂离子电池采用侧面冷却方式存在散热不均匀的问题。本发明提供一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，采用防爆液冷板设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板设有多个液冷流道和防爆通道，并流通有制冷液以对各个电芯进行散热。解决现有圆柱锂离子电池采用侧面冷却方式存在散热效果不均匀的问题，能提高圆柱电池模组高效热管理及热失控安全，增加圆柱电池的使用寿命。
如图1～4所示，一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，包括：塑料框架4、灌封胶2、导热结构胶3和防爆液冷板5。将圆柱电池模组的锂离子电芯1的两端分别固定在两个所述塑料框架4上，并注入所述灌封胶2填充电芯间隙。所述防爆液冷板5设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板内流通有制冷液以对各个电芯进行散热，所述防爆液冷板5设有多个液冷流道和防爆通道，所述防爆通道与电芯同轴设置，所述液冷流道使所述防爆液冷板内部的制冷液的流场分布呈区域分割。所述防爆液冷板分别通过所述导热结构胶与所述塑料框架和电芯端部粘接固定。
具体地，灌封胶为低密度、阻燃、隔热材质，填充于电池间隙，当电池热失控时释放大量热量，电池间不做防护处理时，热失控电池会对周围电池释放大量辐射热，容易造成连锁反应，使模组甚至整包起火爆炸。当电池间隙被灌封胶填充后，具备低导热、阻燃特性的灌封胶能够削弱电池热失控时向周围电池的热量释放，大大降低模组或整包起火爆炸的风险。电池与集流板全部完成焊接后，从模组顶部注入灌封胶，填充电池间隙，经过一段时间反应后液态灌封胶固化，在模组中起到隔热、减振作用。导热结构胶用于电池与液冷板导热粘接，一方面电池与冷板通过导热结构胶固定，保证模组结构强度；另一方面连接电池与冷板传热通道，降低电池与液冷板界面热阻。塑料框架用于灌胶过程模组密封，塑料框架与冷板使用导热结构胶粘接密封，在灌封过程防止胶水泄露，同时对模组本身起防护作用。在电池模组的端部设置防爆液冷板以对各个电芯进行液冷，并在防爆液冷板防爆通道，保证电池热失控时排气通畅。同时对电池间隙使用灌封胶填充，实现单个电池热失控，模组不起火不爆炸，大大提升了模组热安全性能。本结构能解决现有圆柱锂离子电池采用侧面冷却方式存在散热效果不均匀的问题，能提高圆柱电池模组高效热管理及热失控安全，增加圆柱电池的使用寿命。
如图2～4所示，所述防爆液冷板包括：上层板51和下层板52。所述上层板51为平面板，均匀设有所述防爆通道511，所述上层板51设有进水口6和出水口7。所述下层板52对应设置有所述防爆通道521和所述液冷流道523，所述下层板52还设有流道密封面524、防爆通道密封面522和冷板密封面525，以使制冷液在防爆液冷板内流动无泄漏。所述上层板和所述下层板对齐贴合后钎焊密封。
进一步，所述冷板密封面设置在所述下层板的四周边缘，以在所述下层板的四周边缘形成密封凸起。
进一步，所述流道密封面沿所述液冷流道的边缘设置，以对所述下层板进行区域分隔。
进一步，所述防爆通道密封面环绕所述防爆通道设置。
进一步，所述防爆液冷板为金属铝材料制备。
在实际应用中，防爆液冷板由上下两层铝板钎焊而成，其中上层板为平面板，均匀开有防爆通道，通道所在的位置与电池底部防爆阀同轴且直径略大于防爆阀直径。上层板两端布置有进出水口，通过调整进出水口内径可以调整冷板内部流场分布，达到均匀散热效果。在下层板边缘设计密封面，流道与流道间设计密封面。与上层板一致的是，下层板同样均匀开有防爆通道，通道所在的位置与电池底部防爆阀同轴，直径略大于上层板防爆通道直径。在下层板防爆通道边缘统一设计密封平面，保证冷却液在冷板内流动无泄漏。以上密封平面与上层板使用钎焊工艺密封，密封面宽度根据焊接工艺需求可调。
进一步，所述液冷流道为直流式流道或盘绕式流道，每个所述液冷流道分别对应一个所述进水口和一个所述出水口。
在实际应用中，各流道流量分布调整可以通过修改流道宽度，深度等参数实现；流道数量可以根据模组大小，局部电池散热需求调整。其型状可以是直通式流道，也可以是盘绕式流道。防爆通道直径可根据电池防爆阀大小调整，下层板各密封面外形、宽度等可以根据焊接工艺需求进行调整。防爆液冷板厚度可以根据冷板是否需要承压做相应调整。
进一步，所述防爆液冷板设置在电芯底部端面上，使电芯底部的防爆阀与所述防爆液冷板上的所述防爆通道相对应。
在实际应用中，圆柱电芯1的正极11、负极12和防爆阀13的设置如图5所示，为保证电池模组中的电池热失控安全，防爆阀优先置于电池底部，电池壳体带负电。模组各电池之间采用集流板进行电连接，集流板与电池正极或者负极焊接工艺保证电池带防爆阀的底部无焊接，作为冷却专用面。为提升圆柱电池热管理性能，采用液冷板对电池底部进行冷却。底部冷却的关键在于匹配电池底部防爆阀的排气需求，防爆通道的设计可有效解决该问题，防爆阀、上层板防爆通道、下层板防爆通道直径依次增大可解决装配偏差带来的密封问题。下层板的液冷流道、防爆通道密封面采用挤压、冲压、吹胀或液胀工艺成型。
该结构还包括：集流板；所述集流板设置在圆柱电池模组的另一端面上，所述集流板与各个电芯的正极或负极点焊连接，以使圆柱电池模组内的各个电芯之间电连接。
如图6所示，该结构还包括：固定钣金8。所述固定钣金8置于所述塑料框架4四周，用于将圆柱电池模组与电池包壳体固定。
在实际应用中，如图6所示，将电芯与所述集流板焊接面朝向圆柱电池模组的下部，使电芯底部朝上，所述防爆液冷板置于圆柱电池模组的顶部。电池模组上层到下层依次为液冷板、导热填缝胶、圆柱电芯、塑料框架、固定板金。防爆液冷板置于电池模组顶部，其中上层板具有流道、防爆通道及进出水口设计，下层板为一平面铝板，具有防爆通道设计。电芯底部防爆阀朝上，防爆阀直径、下层板防爆通道直径、上层板防爆通道直径依次增大。电芯与集流板焊接面朝向模组下部，使电芯底部朝上作为专用冷却面。电芯与冷板之间填充导热填缝胶，不需要粘接强度，要求导热性能优良。
可见，本发明提供一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，采用防爆液冷板设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板设有多个液冷流道和防爆通道，并流通有制冷液以对各个电芯进行散热。解决现有圆柱锂离子电池采用侧面冷却方式存在散热效果不均匀的问题，能提高圆柱电池模组高效热管理及热失控安全，增加圆柱电池的使用寿命。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，包括：塑料框架、灌封胶、导热结构胶和防爆液冷板；
将圆柱电池模组的锂离子电芯的两端分别固定在两个所述塑料框架上，并注入所述灌封胶填充电芯间隙；
所述防爆液冷板设置在圆柱电池模组的电芯端面上，所述防爆液冷板内流通有制冷液以对各个电芯进行散热，所述防爆液冷板设有多个液冷流道和防爆通道，所述防爆通道与电芯同轴设置，所述液冷流道使所述防爆液冷板内部的制冷液的流场分布呈区域分割；
所述防爆液冷板分别通过所述导热结构胶与所述塑料框架和电芯端部粘接固定。
2.根据权利要求1所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述防爆液冷板包括：上层板和下层板；
所述上层板为平面板，均匀设有所述防爆通道，所述上层板设有进水口和出水口；
所述下层板对应设置有所述防爆通道和所述液冷流道，所述下层板还设有流道密封面、防爆通道密封面和冷板密封面，以使制冷液在防爆液冷板内流动无泄漏；
所述上层板和所述下层板对齐贴合后钎焊密封。
3.根据权利要求2所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述冷板密封面设置在所述下层板的四周边缘，以在所述下层板的四周边缘形成密封凸起。
4.根据权利要求3所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述流道密封面沿所述液冷流道的边缘设置，以对所述下层板进行区域分隔。
5.根据权利要求4所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述防爆通道密封面环绕所述防爆通道设置。
6.根据权利要求5所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述防爆液冷板为金属铝材料制备。
7.根据权利要求6所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述液冷流道为直流式流道或盘绕式流道，每个所述液冷流道分别对应一个所述进水口和一个所述出水口。
8.根据权利要求7所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，所述防爆液冷板设置在电芯底部端面上，使电芯底部的防爆阀与所述防爆液冷板上的所述防爆通道相对应。
9.根据权利要求8所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，还包括：集流板；
所述集流板设置在圆柱电池模组的另一端面上，所述集流板与各个电芯的正极或负极点焊连接，以使圆柱电池模组内的各个电芯之间电连接。
10.根据权利要求9所述的圆柱电池模组的防爆液冷结构，其特征在于，还包括：固定钣金；
所述固定钣金置于所述塑料框架四周，用于将圆柱电池模组与电池包壳体固定。
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