CN114284596A - 一种集成化电池总成、电动车辆及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种集成化电池总成、电动车辆及设计方法。包括电池箱体和设置在电池箱体内的电池包；电池包包括多个电池模块；电池模块包括电池模组、水管总成、水冷板总成和水管接头；电池箱体包括箱体前端板、箱体后端板、箱体底板和箱体侧板；水管总成设置在电池模组的两侧；水冷板总成设置在电池模组的底部和两侧，水冷板总成与水管总成连接；电池模组固定在水冷板总成上；水管接头设置在箱体前端板上，与水冷板总成的流道和水管总成连接。通过水冷板U型的设计，实现水冷板与箱体底板和箱体侧板集成，并且水管总成与下箱体侧板集成，将热管理功能与结构功能集成，整体方案无内置水管，降低了水管接头的泄露风险，并且可以根据需要进行组合设计。

Description

一种集成化电池总成、电动车辆及设计方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体的说是一种集成化电池总成、电动车辆及设计方法。

背景技术

当前，新能源汽车的发展前景非常广阔，但随着技术的发展，各种新能源汽车安全问题频出。动力电池作为新能源汽车的关键核心零部件，其集成化一直是行业难题。目前锂离子电池的零部件复杂繁多，无法实现集成化设计。

针对上述问题，公开号为CN209389112U的申请提供了一种电池包，包括两个以上的电池模组；电池模组均包括框架和容置于所述框架内的多个电池单体；相邻的框架之间固定设置有套筒；套筒具有用于穿设固定件的通道；固定件用于将所述电池包固定于整车。该申请提供的电池包，包括两个以上的电池模组，在实现电池包轻量化的同时，也提高了电池包在整车的连接强度。但该申请采用的技术方案在密封、防止热扩散方面存在不足。

公开号为CN209183581U的申请提供了一种用于车辆的动力电池系统，这种箱体包括：换热板；下框体，位于换热板上、下框体与换热板一汽形成向上的开口的收容电池的容置空间，换热板用于支撑电池并与电池进行热交换，下框体为具有中空腔的中空结构；防护板，位于换热板下方，从下方对换热板进行防护；自密封铆接元件，将防护板，换热板以及下框体固定在一起，自密封铆接元件沿上下方向穿过防护板和换热板，钦自密封铆接元件插入下框体并至少部分露出于下框体，自密封铆接元件在穿过防护板的第一位置进行密封，自密封铆接元件在插入下框体的第二位置进行密封。自密封铆接元件能在穿过防护板的第一位置和插入下框体的第二位置直接进行密封，解决了常规紧固件处的密封问题，简化组装过程并降低了成本。但该申请的电池无法实现集成化。

公开号为CN210403850U的申请公开了一种动力电池包及电动车，动力电池包包括托盘和设置在托盘的若干单体电池，单体电池沿第一方向排布，单体电池沿第二方向延伸；托盘包括沿第一方向延伸的第一侧和第二侧，第一侧和第二侧在第二方向上相对设置，还包括设置在托盘上的单体电池限位件，单体电池限位件包括邻近第一侧设置的第一限位件和邻近第二侧设置的第二限位件，第一限位件和第二限位件在单体电池的厚度、长度方向上对单体电池进行限位。电动车包括上述动力电池包。该申请由单体电池限位件在第一方向和第二方向上对单体电池形成限位，且能够同时对多个单体电池进行限位，有效提高组装动力电池包的效率，降低组装成本，但未能实现电池的集成化。

发明内容

本发明提供了一种集成化电池总成、电动车辆及设计方法，通过水冷板U 型的设计，实现水冷板与箱体底板和箱体侧板集成，水管总成与下箱体侧板集成，将热管理功能与结构功能集成，整体方案无内置水管，降低了水管接头的泄露风险，并且可以进行组合设计，通过单排的模组形成的小电池总成，在宽度方向上再增加一个小电池总成进行连接，形成大的电池总成，解决了现有电池零部件复杂繁多，无法实现集成化的问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一方面，提供了一种集成化电池总成，包括电池箱体和设置在电池箱体内的电池包；所述电池包包括多个电池模块；所述电池模块包括电池模组1、水管总成2、水冷板总成3和水管接头7；所述电池箱体包括箱体前端板4、箱体后端板6、箱体底板和箱体侧板；所述水管总成2设置在电池模组1的两侧；所述水冷板总成3设置在电池模组1的底部和两侧，水冷板总成3内部的流道与水管总成2连接；所述箱体前端板4设置在电池包的前端；所述箱体后端板6设置在电池包的后端；所述电池模组1固定在水冷板总成3上；所述水管接头7设置在箱体前端板4上，与水冷板总成3的流道和水管总成2连接所述电池模组1通过导热结构胶5与水冷板总成3连接。

所述电池模组1通过导热结构胶5与水冷板总成3连接；所述导热结构胶5 的粘接强度≥4MPa，导热系数≥0.2W/m*k。

所述水管总成2的水管上包含有与水冷板进行连接流道孔。

所述水冷板总成3包括多块水冷板；所述水冷板采用一体挤压成型工艺，呈“U”型，并且与箱体底板和箱体侧板集成。

每个所述电池模组1下匹配两块水冷板形成单个电池模块；多个电池模块形成电池包；通过改变电池模组下水冷板的数量、水冷板的长度实现平台化、模块化设计。

所述水管接头7有两个，其中一个为入水口，另一个为出水口，均一端水冷板总成3的流道和水管总成2连接，另一端与整车热管理器系统连接，形成完整的冷却液回路。

所述水管总成2、水冷板总成3均采用金属材料。

一方面，提供了一种电动车辆，包括一种集成化电池总成。

另一方面，提供了一种集成化电池总成的设计方法，用于设计集成化电池总成，包括以下步骤：

步骤一、将电池包的布置边界和性能需求做为设计输入；

步骤二、根据电池包的布置边界和性能需求匹配确定电池模块的数量，进一步确认电池模组1的数量；电池模块的单体尺寸叠加之后小于相应边界的 80％，电池模块的单体性能参数的叠加大于性能需求的110％；

步骤三、通过电池模组1的尺寸确定水冷板总成3的尺寸，通过电池模组1 的膨胀力大小确定水冷板总成3的厚度，其中水冷板总成3的厚度为3mm-15mm；

步骤四、通过水冷板总成3的接口尺寸即入水口和出水口的尺寸确定水管总成2的接口尺寸即入水口和出水口的尺寸，且水管总成2的上表面高于电池模组1的上表面30-40mm；

步骤五、通过水管总成2的流道设计箱体前端板4、箱体后端板6内部的流道，所述前端板4、箱体后端板6内部的流道与水管总成2的流道相连；

步骤六、对电池包进行电气安全、结构强度校核；

步骤七、校核成功后安装电池箱体完成集成化电池总成。

所述步骤三中要保证电池模组1的膨胀导致水冷板3的变形≤3％。

本发明的有益效果为：

1)本发明通过水冷板U型方案设计，实现水冷板与电池下箱体高度集成，解决了现有电池零部件复杂繁多，无法实现集成化的问题；

2)本发明的水管总成与下箱体侧板集成，采用将热管理功能与结构功能集成；整体方案无内置水管，降低了水管接头的泄露风险；

3)本发明的电池总成可以进行组合设计，通过单排的模组形成的小电池总成，在宽度方向上再增加一个小电池总成进行连接，形成大的电池总成，中间的水冷板可形成加厚纵梁，保证电池包的结构强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中单个电池模组的结构示意图；

图3为本发明中水冷板总成的结构示意图；

图4为本发明中冷却回路的示意图；

图5为冷却液回路示意图。

图中：

1、电池模组；

2、水管总成；

3、水冷板总成；

4、箱体前端板；

5、导热结构胶；

6、箱体后端板；

7、水管接头。

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。

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”、“左”、“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。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

实施例一

参阅图1，本实施例提供了一种集成化电池总成，包括电池箱体和设置在电池箱体内的电池包。所述电池包包括多个电池模块。

所述电池模块包括电池模组1、水管总成2、水冷板总成3和水管接头7；所述电池箱体包括箱体前端板4、箱体后端板6、箱体底板和箱体侧板。

所述水管总成2设置在电池模组1的两侧；所述水冷板总成3设置在电池模组1的底部和两侧，水冷板总成3内部的流道与水管总成2连接；所述箱体前端板4设置在电池包的前端；所述箱体后端板6设置在电池包的后端；所述电池模组1固定在水冷板总成3上；所述水管接头7设置在箱体前端板4上，与水冷板总成3的流道和水管总成2连接。

所述电池模组1通过导热结构胶5与水冷板总成3连接,实现电池模组1的固定安装。所述导热结构胶5的胶粘接强度≥4MPa导热系数≥0.2W/(m*k),既可以保证水冷板与电池模组之间的导热，又可以保证结构固定。

所述水管总成2采用的工艺包括但不限于一体挤压成型工艺，水管上包含有与水冷板进行连接的流道孔，并且与下箱体侧板集成；本发明采用将热管理功能与结构功能集成；整体方案无内置水管，降低了水管接头的泄露风险。

所述水冷板总成3包括多块水冷板；所述水冷板采用一体挤压成型工艺，呈“U”型，将整个电池模组1的三面包裹，并且与箱体底板和箱体侧板集成，该方案中位于模组两端的水冷板相当于箱体侧板，下箱体上无需单独的侧板结构；其中设置流道，解决了现有电池零部件复杂繁多，无法实现集成化的问题。

所述水冷板总成3的流道与水管总成2的流道连接。

所述水管接头7有两个，其中一个为入水口，另一个为出水口，均一端水冷板总成3的流道和水管总成2连接，另一端与整车热管理器系统连接，形成完整的冷却液回路。

所述水管总成2、水冷板总成3均采用高强度、易成型、导热性能好的金属材料，包括但不限于铝合金、铁合金、钛合金。

参阅图1和图5，所述箱体前端板4设置在电池包的前端。

参阅图1，所述导热结构胶5设置在电池模组1与水冷板总成3之间，主要作用是对电池模组1起到固定和传热作用。

参阅图1和图4，所述箱体后端板6设置在电池包的后端。

参阅图1和图5，所述水管接头7设置在箱体前端板4上，与水冷板总成3和水管总成2连接形成完整的冷却液回路。

所述水管接头7有两个，其中一个为入水口，另一个为出水口，均与整车热管理器系统连接。

每个所述电池模组1下匹配两块水冷板形成单个电池模块；多个电池模块形成电池包。通过改变电池模组1下水冷板的数量、水冷板的长度可以实现平台化、模块化设计。

参阅图1和图2，一种集成化电池总成可以根据需要设计成单排或者双排。

单排的集成化电池总成可以调整长度方向的单体电池模块个数来调整电池模组的长度；水冷板总成3通过调整挤出的长度调整水冷板的长度。

双排的集成化电池总成可以在单排的集成化电池总成的基础上，在宽度方向上再增加一排电池总成连接，形成大的电池总成，中间的水冷板可形成加厚纵梁，保证电池包的结构强度。

本发明可以通过调整电池模组1与水冷板总成3的长度可以适配不同尺寸的电池包，实现模块化设计。

实施例二

本实施例提供了一种电动车辆，包括实施例一中的集成化电池总成。电动车辆采用实施例一种的集成化电池总成，实现水管总成2与下箱体侧板集成，水冷板总成3与箱体底板和箱体侧板集成，并且电池总成可以进行组合设计，通过单排的模组形成的小电池总成，在宽度方向上再增加一个小电池总成进行连接，形成大的电池总成，中间的水冷板可形成加厚纵梁，保证电池包的结构强度，在保证电池总成的功能基础上，有效保证电池总成的安全，实现电池总成的轻量化设计，降低研发成本。

实施例三

一种集成化电池总成的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、将电池包的布置边界和性能需求做为设计输入；

步骤二、根据电池包的布置边界和性能需求匹配确定电池模块的数量，进一步确认电池模组1的数量；电池模块的单体尺寸叠加之后小于相应边界的 80％，电池模块的单体性能参数的叠加大于性能需求的110％；

步骤三、通过电池模组1的尺寸确定水冷板总成3的尺寸，通过电池模组1 的膨胀力大小确定水冷板总成3的厚度，其中水冷板总成3的厚度为3mm-15mm；

所述步骤三中要保证电池模组1的膨胀导致水冷板3的变形≤3。

步骤四、通过水冷板的接口尺寸确定水管总成2的接口尺寸，且水管总成2 的上表面高于电池模组1的上表面30-40mm；

步骤五、通过水管总成2的流道设计箱体前端板4、箱体后端板6内部的流道，所述前端板4、箱体后端板6内部的流道与水管总成2的水管接头相连；

步骤六、对电池包的进行电气安全、结构强度校核；

步骤七、校核成功后安装电池箱体完成集成化电池总成。

参阅图1，用本设计方法设计一种双排的集成化电池总成，根据电池包的布置边界和性能需求设计了由六组电池模组1组成的电池包，每排设置三个电池模组1，每个电池模组1下匹配两个水冷板，两排中间的水冷板可形成加厚纵梁，保证电池包的结构强度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成化电池总成，其特征在于，包括电池箱体和设置在电池箱体内的电池包；所述电池包包括多个电池模块；所述电池模块包括电池模组(1)、水管总成(2)、水冷板总成(3)和水管接头(7)；所述电池箱体包括箱体前端板(4)、箱体后端板(6)、箱体底板和箱体侧板；所述水管总成(2)设置在电池模组(1)的两侧；所述水冷板总成(3)设置在电池模组(1)的底部和两侧，水冷板总成(3)内部的流道与水管总成(2)连接；所述箱体前端板(4)设置在电池包的前端；所述箱体后端板(6)设置在电池包的后端；所述电池模组(1)固定在水冷板总成(3)上；所述水管接头(7)设置在箱体前端板(4)上，与水冷板总成(3)的流道和水管总成(2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成化电池总成，其特征在于，所述电池模组(1)通过导热结构胶(5)与水冷板总成(3)连接；所述导热结构胶(5)的粘接强度≥4MPa，导热系数≥0.2W/(m*k)。

3.根据权利要求1所述的一种集成化电池总成，其特征在于，所述水管总成(2)的水管上包含有与水冷板进行连接流道孔。

4.根据权利要求1所述的一种集成化电池总成，其特征在于，所述水冷板总成(3)包括多块水冷板；所述水冷板采用一体挤压成型工艺，呈“U”型，并且与箱体底板和箱体侧板集成。

5.根据权利要求4所述的一种集成化电池总成，其特征在于，每个所述电池模组(1)下匹配两块水冷板形成单个电池模块；多个电池模块形成电池包；通过改变电池模组下水冷板的数量、水冷板的长度实现平台化、模块化设计。

6.根据权利要求1所述的一种集成化电池总成，其特征在于，所述水管接头(7)有两个，其中一个为入水口，另一个为出水口，均一端水冷板总成(3)的流道和水管总成(2)连接，另一端与整车热管理器系统连接，形成完整的冷却液回路。

7.根据权利要求1所述的一种集成化电池总成，其特征在于，所述水管总成(2)、水冷板总成(3)均采用金属材料。

8.一种电动车辆，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的一种集成化电池总成。

9.根据权利要求1所述的一种集成化电池总成的设计方法，用于设计权利要求1-7任一项所述的集成化电池总成，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将电池包的布置边界和性能需求做为设计输入；

步骤二、根据电池包的布置边界和性能需求匹配确定电池模块的数量，进一步确认电池模组(1)的数量；电池模块的单体尺寸叠加之后小于相应边界的80％，电池模块的单体性能参数的叠加大于性能需求的110％；

步骤三、通过电池模组(1)的尺寸确定水冷板总成(3)的尺寸，通过电池模组(1)的膨胀力大小确定水冷板总成(3)的厚度，其中水冷板总成(3)的厚度为3mm-15mm；

步骤四、通过水冷板总成(3)的接口尺寸即入水口和出水口的尺寸确定水管总成(2)的接口尺寸即入水口和出水口的尺寸，且水管总成(2)的上表面高于电池模组(1)的上表面30-40mm；

步骤五、通过水管总成(2)的流道设计箱体前端板(4)、箱体后端板(6)内部的流道，所述前端板(4)、箱体后端板(6)内部的流道与水管总成(2)的流道相连；

步骤六、对电池包进行电气安全、结构强度校核；

步骤七、校核成功后安装电池箱体完成集成化电池总成。

10.根据权利要求9所述的一种集成化电池总成的设计方法，其特征在于，所述步骤三中要保证电池模组(1)的膨胀导致水冷板(3)的变形≤3％。

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