CN114361690A - 一种ctp构型的电池总成、电动车辆及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种CTP构型的电池总成、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CTP构型的电池模组、箱体横梁、水冷板、箱体前端板、导热结构胶、箱体后端板和水管接头；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；电池模组固定在水冷板上；电池箱体长度方向的电池模组通过箱体横梁隔开；电池箱体宽度方向的电池模组通过水冷板隔开；水管接头与水冷板的流道连接。本发明能实现水冷板与箱体侧板的集成，水冷板总成与箱体后端板、箱体前端板内部的流道结构形成封闭的热管理冷却液流道回路，外部连接水管接头，可以实现电池包内部干湿分离，无水管设计，提升装配性能，减少了因水管转换接头带来的泄露风险。

Description

一种CTP构型的电池总成、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CTP构型的电池总成、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CTP构型的电池总成、电动车辆及设计方法，通过电池单体侧躺与水冷板固定布置，实现水冷板与箱体侧板的集成，并且水冷板总成3与箱体后端板6、箱体前端板4内部的流道结构形成封闭的热管理冷却液流道回路，外部连接水管接头7，可以实现电池包内部干湿分离，无水管设计，提升装配性能，减少了因水管转换接头带来的泄露风险，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CTP构型的电池总成，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CTP构型的电池模组1、箱体横梁2、水冷板3、箱体前端板4、导热结构胶5、箱体后端板6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CTP构型的电池模组1侧躺布置，底部固定在水冷板3上；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；电池箱体长度方向的所述CTP构型的电池模组1通过箱体横梁2隔开；电池箱体宽度方向的所述CTP构型的电池模组1通过水冷板隔开；所述水管接头7设置在箱体前端板4上，与水冷板3的流道连接。
所述CTP构型的电池模组1通过导热结构胶5与水冷板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。
所述水冷板3采用挤压工艺成型，内部设置有多孔的流道，并且与箱体侧板集成。
所述箱体前端板4的内部设置有流道。
所述箱体后端板6的内部设置有流道。
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，所述入水口和出水口的一端与整车热管理器系统连接，另一端与箱体前端板4的流道、水冷板3的流道、箱体后端板6的流道连接，形成完整的冷却液回路。
通过调整CTP构型的电池模组1的数量和水冷板3的长度能适应不同的电池包长度。
一方面，提供了一种电动车辆，包括一种CTP构型的电池总成。
另一方面，提供了一种CTP构型的电池总成的设计方法，用于设计一种CTP构型的电池总成，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CTP构型的电池模组1的数量；
步骤三、通过CTP构型的电池模组1的数量确定水冷板3的数量，其中，与箱体侧板集成的水冷板布置一个CTP构型的电池模组1，中部的水冷板3布置两个CTP构型的电池模组1；
步骤四、通过CTP构型的电池模组1的数量、水冷板3的数量、CTP构型的电池模组1的膨胀力方向和大小确定箱体横梁2的位置与厚度；
步骤五、选择导热结构胶5的性能参数；通过CFD热管理计算和CAE的强度计算确定水冷板3的厚度和流道结构；
步骤六、通过水冷板3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内部的流道水冷板3的流道相连，并且与水管接头7连接；
步骤七、对电池包进行电气安全、结构强度校核；
步骤八、校核成功后安装电池箱体完成CTP构型的电池总成。
步骤四中承受模组膨胀力的大小计算横梁的厚度，其中，安全系数1.2；箱体的横梁与模组膨胀力的方向垂直；步骤五中根据导热需求选择导热结构胶5的导热系数，根据模组的固定需求选择粘接强度；其中，导热系数≥0.5W/mk，粘接强度≥8Mpa；水冷板3先选定一个初始值，厚度选择为8-12mm，流道宽度≤25mm，根据CAE和CFD计算进行迭代优化，不断调整，最终调整至仿真结果满足设计要求。
本发明的有益效果为：
1)本发明中CTP构型的电池模组1侧躺布置，CTP构型的电池模组1的底部与水冷板总成3的表面之间用导热结构胶5粘接，实现CTP构型的电池模组1的固定与安装。CTP构型的电池模组1的顶部处于相反的方向，这种方案有效提升安装集成度，且CTP构型的电池模组1发生热失控时，不会破坏电池上箱体，有效延缓热失控；
2)本发明中的水冷板3采用挤压工艺成型，形成多孔流道，与箱体侧板、集成，既可以实现结构固定功能，又可以实现热管理功能；
3)本发明中的水冷板3与箱体后端板6、箱体前端板4内部的流道结构形成封闭的热管理冷却液流道回路，外部连接水管接头7，可以实现电池包内部干湿分离，无水管设计，提升装配性能，减少了因水管转换接头带来的泄露风险。
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为本发明去掉箱体前端板的结构示意图；
图3为本发明部分结构的俯视示意图；
图4为本发明中冷却回路的示意图。
图中：
1、CTP构型的电池模组；
2、箱体横梁；
3、水冷板；
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和图2，本实施例提供了一种CTP构型的电池总成，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CTP构型的电池模组1、箱体横梁2、水冷板3、箱体前端板4、导热结构胶5、箱体后端板6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CTP构型的电池模组1侧躺布置，底部通过导热结构胶5固定在水冷板3上，实现CTP构型的电池模组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。CTP构型的电池模组1的顶部处于相反的方向。这种方案有效提升安装集成度，且CTP构型的电池模组1发生热失控时，不会破坏电池上箱体，有效延缓热失控。
参阅图3，所述水冷板3采用挤压工艺成型，内部设置有多孔的流道，并且与箱体侧板集成。所述水冷板3两侧都布置有CTP构型的电池模组1，可以节省安装空间，提升热管理的利用率，提升电池整体的集成度。
其中，位于箱体两端的水冷板3作为箱体的侧板，位于箱体中部的水冷板3作为箱体的纵梁。
箱体底板只是密封作用，没有结构固定作用。
电池箱体长度方向的所述CTP构型的电池模组1通过箱体横梁2隔开；电池箱体宽度方向的所述CTP构型的电池模组1通过水冷板隔开。
所述箱体前端板4设置在电池包的前端，内部设置有流道。
所述箱体后端板6设置在电池包的后端，内部设置有流道。
参阅图4，所述水管接头7设置在箱体前端板4上，有两个，其中一个为入水口，另一个为出水口，所述入水口和出水口的一端与整车热管理器系统连接，另一端与箱体前端板4的流道、水冷板3的流道、箱体后端板6的流道连接，形成完整的冷却液回路。
此种设计方法可以实现电池包内部干湿分离，无水管设计，提升装配性能，减少了因水管转换接头带来的泄露风险。
所述水冷板3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。
所述水冷板3可以调整长度，实现不同尺寸的CTP构型的电池模组1布置；所述CTP构型的电池模组1可以调整不同单体的个数，适应不同的电池包长度；通过水冷板3和CTP构型的电池模组1的调整，可以实现模块化设计，进行多种电池方案的适配。
实施例二
本实施例提供了一种电动车辆，包括实施例一中的一种CTP构型的电池总成。电动车辆采用实施例一种CTP构型的电池总成，通过电池单体侧躺与水冷板固定布置，实现水冷板与箱体侧板的集成，当CTP构型的电池模组1发生热失控时，不会破坏电池上箱体，有效延缓热失控，并且水冷板总成3与箱体后端板6、箱体前端板4内部的流道结构形成封闭的热管理冷却液流道回路，外部连接水管接头7，可以实现电池包内部干湿分离，无水管设计，提升装配性能，减少了因水管转换接头带来的泄露风险，解决了现有电池零部件复杂繁多，无法实现集成化的问题，并且保证了电池包的结构强度，在保证CTP构型的电池总成的功能基础上，有效保证电池总成的安全和电动车辆的安全，实现电池总成和电动车辆的轻量化设计，降低研发成本。
实施例三
一种CTP构型的电池总成的设计方法，用于设计一种CTP构型的电池总成，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CTP构型的电池模组1的数量；
步骤三、通过CTP构型的电池模组1的数量确定水冷板3的数量，其中，与箱体侧板集成的水冷板布置一个CTP构型的电池模组1，中部的水冷板3布置两个CTP构型的电池模组1；
步骤四、通过CTP构型的电池模组1的数量、水冷板3的数量、电池模组1的膨胀力方向和大小确定箱体横梁2的位置与厚度；
承受模组膨胀力的大小计算横梁的厚度，其中，安全系数1.2；箱体的横梁与模组膨胀力的方向垂直；
步骤五、选择导热结构胶5的性能参数；通过CFD热管理计算和CAE的强度计算确定水冷板3的厚度和流道结构；
根据导热需求选择导热结构胶5的导热系数，根据模组的固定需求选择粘接强度；其中，导热系数≥0.5W/mk，粘接强度≥8Mpa；水冷板3先选定一个初始值，厚度选择为8-12mm，流道宽度≤25mm，根据CAE和CFD计算进行迭代优化，不断调整，最终调整至仿真结果满足设计要求。
步骤六、通过水冷板3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内部的流道水冷板3的流道相连，并且与水管接头7连接；
步骤七、对电池包进行电气安全、结构强度校核；
步骤八、校核成功后安装电池箱体完成CTP构型的电池总成。
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CTP构型的电池总成，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CTP构型的电池模组(1)、箱体横梁(2)、水冷板(3)、箱体前端板(4)、导热结构胶(5)、箱体后端板(6)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CTP构型的电池模组(1)侧躺布置，底部固定在水冷板(3)上；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；电池箱体长度方向的所述CTP构型的电池模组(1)通过箱体横梁(2)隔开；电池箱体宽度方向的所述CTP构型的电池模组(1)通过水冷板隔开；所述水管接头(7)设置在箱体前端板(4)上，与水冷板(3)的流道连接。
2.根据权利要求1所述的一种CTP构型的电池总成，其特征在于，所述CTP构型的电池模组(1)通过导热结构胶(5)与水冷板(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CTP构型的电池总成，其特征在于，所述水冷板(3)采用挤压工艺成型，内部设置有多孔的流道，并且与箱体侧板集成。
4.根据权利要求3所述的一种CTP构型的电池总成，其特征在于，所述箱体前端板(4)的内部设置有流道。
5.根据权利要求4所述的一种CTP构型的电池总成，其特征在于，所述箱体后端板(6)的内部设置有流道。
6.根据权利要求5所述的一种CTP构型的电池总成，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，所述入水口和出水口的一端与整车热管理器系统连接，另一端与箱体前端板(4)的流道、水冷板(3)的流道、箱体后端板(6)的流道连接，形成完整的冷却液回路。
7.根据权利要求1所述的一种CTP构型的电池总成，其特征在于，通过调整CTP构型的电池模组(1)的数量和水冷板(3)的长度能适应不同的电池包长度。
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CTP构型的电池总成。
9.根据权利要求1所述的一种CTP构型的电池总成的设计方法，用于设计权利要求1-7任一项所述的一种CTP构型的电池总成，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CTP构型的电池模组(1)的数量；
步骤三、通过CTP构型的电池模组(1)的数量确定水冷板(3)的数量，其中，与箱体侧板集成的水冷板布置一个CTP构型的电池模组(1)，中部的水冷板(3)布置两个CTP构型的电池模组(1)；
步骤四、通过CTP构型的电池模组(1)的数量、水冷板(3)的数量、电池模组(1)的膨胀力方向和大小确定箱体横梁(2)的位置与厚度；
步骤五、选择导热结构胶(5)的性能参数；通过CFD热管理计算和CAE的强度计算确定水冷板(3)的厚度和流道结构；
步骤六、通过水冷板(3)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)内部的流道水冷板(3)的流道相连，并且与水管接头(7)连接；
步骤七、对电池包进行电气安全、结构强度校核；
步骤八、校核成功后安装电池箱体完成CTP构型的电池总成。
10.根据权利要求9所述的一种CTP构型的电池总成的设计方法，其特征在于，步骤四中承受模组膨胀力的大小计算横梁的厚度，其中，安全系数1.2；箱体的横梁与模组膨胀力的方向垂直；步骤五中根据导热需求选择导热结构胶(5)的导热系数，根据模组的固定需求选择粘接强度；其中，导热系数≥0.5W/mk，粘接强度≥8Mpa；水冷板3先选定一个初始值，厚度选择为8-12mm，流道宽度≤25mm，根据CAE和CFD计算进行迭代优化，不断调整，最终调整至仿真结果满足设计要求。
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