CN114597540A - 一种电池模组及车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种电池模组及车辆，涉及车辆工程领域，将散热组件设置在极柱处，散热组件与极柱进行热交换，直接对电池的极柱部位进行冷却或加热，提高了热管理效率，并且适用电池模组的通用化和模块化设计，适用于不同串并联结构的电池包，布置方式简单、灵活、可靠。该电池模组包括电池和散热组件，其中，电池包括极柱；散热组件设置在极柱上，用于对电池进行散热。该电池模组用于提供电能。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于车辆工程领域，尤其涉及一种电池模组及车辆。
背景技术
目前电动汽车大部分都配备锂离子动力电池，而锂电池对于温度十分敏感，并且基于三元材料的特性，其温度直接影响到基本性能和使用寿命。温度过高会加速锂电池的衰减速率，温度过低则充放电性能明显下降。因此实现锂电池可靠、高效的热管理尤为重要。
现有技术的电池液冷板大都单独布置在电池包内部或与下底板集成，通过导热垫与电池模组散热面进行热交换实现电池的加热或冷却，电池一般垂直布置在电池模组的内部发热部位在单体极柱附近，而受电池单体内部结构影响，在垂直方向的导热性较差，因此，在模组底部对电池单体进行冷却或加热效率较低且电池模组上盖一般都采用塑料盖板，没有额外防护，这样的结构在电池单体发生热失控时，很快会扩散至其它单体、模组乃至整个电池包，并且由电芯防爆阀喷出的高温高压的气体或火焰，会冲破电池包上盖板，进而蔓延至整个车辆，留给乘客的安全时间较为仓促。
发明内容
本申请实施例提供了一种电池模组及车辆，将散热组件设置在极柱处，散热组件与极柱进行热交换，直接对电池的极柱部位进行冷却或加热，提高了热管理效率，并且适用电池模组的通用化和模块化设计，适用于不同串并联结构的电池包，布置方式简单、灵活、可靠。
为了达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请提供了一种电池模组，包括电池和散热组件，其中，电池包括极柱；散热组件设置在极柱上，用于对电池进行散热。
本申请实施例提供的电池模组，由于电池发热部位大多都位于极耳和极柱附近，极柱与极耳位于同一侧，因此将散热组件设置在极柱上，用于将极耳和极柱上的热量直接传递到散热组件上，减少了热量的传递距离，缩短了热量的传递时间，相比相关技术中的将散热组件放置在电池的底部，在电池的垂直方向导热性差，导致散热组件在电池底部进行冷却或加热的效率较低的情况，本申请直接将散热组件设置在电池的主要发热部位极耳和极柱处，使得极耳和极柱上的热量可直接传递到散热组件上，再通过散热组件传递到外面，当电池需要加热时，位于极耳和极柱处的散热单元相当于一个隔热层，阻隔了电池与外界之间的热量交换，提高了热管理效率。即，本申请提供的电池模组将散热组件设置在极柱处，散热组件与极柱进行热交换，直接对电池的极柱部位进行冷却或加热，提高了热管理效率，并且适用电池模组的通用化和模块化设计，适用于不同串并联结构的电池包，布置方式简单、灵活、可靠。
在本申请的一种可能实现方式中，散热组件包括液冷板，液冷板内充设有冷却液，液冷板设置在极柱上。
本申请实施例提供的电池模组，液冷板的散热功率大，能够及时导出电池工作中产生的多余热量，避免过量升温的发生，且液冷板的密封可靠性高，液冷板内充设有高换热效率的冷却液，可以迅速对电池的极柱或者极耳部位进行冷却或加热。
在本申请的一种可能实现方式中，液冷板上设置有进水口和出水口，进水口和出水口用于连接软管。
本申请实施例提供的电池模组，在电池模组的使用过程中往往是多个电池模组并联或者串联使用，冷却液需要按照液冷板之间的串联管路或者并联管路流经液冷板，因此在液冷板上设置进水口和出水口，进水口和出水口用于连接软管，如此设置，使得各个液冷板之间的温差减小，导致电池模组之间的温差也相应减小。
在本申请的一种可能实现方式中，进水口和出水口设置在液冷板靠近极柱的一侧。
本申请实施例提供的电池模组，进水口和出水口用于连接软管，软管根据液冷板之间串联或者并联关系进行布置，需要耗费一定空间，为了提高电池模组的空间利用率，将进水口和出水口设置在液冷板靠近极柱的一侧，使得水管布置在液冷板的下侧，不会占用电池模组的整体空间高度。
在本申请的一种可能实现方式中，电池上设有极柱的一侧设置有泄压区域，液冷板上设置有灭火口，灭火口与泄压区域的位置一一对应。
本申请实施例提供的电池模组，将灭火口与泄压区域位置对应设置，当液冷系统正常工作，其内部的压力不足以冲破灭火口，可以保证冷却液的正常流动，当电池发生热失控时，泄压区域打开喷出高温高压的气体可以冲破灭火口，使得阻燃冷却液通过灭火口处喷洒在发生热失控的电池上，起到一定的阻燃降温效果。
在本申请的一种可能实现方式中，包括有箱体，箱体内设有容纳腔，用于容纳电池，箱体为开口设置，液冷板的两侧设置有折边，箱体上设置有扣合部，折边与扣合部配合，用于将液冷板固定在箱体上。
本申请实施例提供的电池模组，将电池放置在箱体的容纳腔内，有利于电池的规则摆放，且在液冷板的两侧设置有折边，箱体上设置有扣合部，折边与扣合部配合，将液冷板固定在箱体上，液冷板与箱体卡扣连接，方便拆卸和更换电池或液冷板，提高了管理效率。
在本申请的一种可能实现方式中，液冷板由金属材料制成。
本申请实施例提供的电池模组，当电池发生热失控时，很快就扩散的至其它电池、模组的部分并且由高温气压喷出的气体或者火焰会冲破液冷板，因此，液冷板选用金属材料制成，可承受一定时间的冲击，方便乘客逃生。
在本申请的一种可能实现方式中，散热单元包括导热垫，导热垫由绝缘材料制成，导热垫设置在极柱和液冷板之间，用于将极柱的热量传递到液冷板上。
本申请实施例提供的电池模组，液冷板与极柱都为刚性件，不易安装固定，因此，在极柱和液冷板之间设置导热垫，由于导热垫的应用环境较为特殊，因此，选用由绝缘材料制成的导热垫。
在本申请的一种可能实现方式中，包括隔热板，隔热板设置在散热单元远离极柱的一侧。
本申请实施例提供的电池模组，将隔热板设置在散热单元远离极柱的一侧，可以有效的隔离散热单元与外侧空气的接触，使得散热单元的热交换都通过电池的一侧进行，提高整体的换热效率，同时降低热量的损失，提高电池模组的保温效果。
第二方面，本申请提供了一种车辆，包括动力系统和第一方面提供的电池模组，电池模组与动力系统电联接，用于向动力系统提供电能。
本申请实施例提供的车辆，由于包括了第一方面提供的电池模组，因此，具有同样的技术效果，即，将散热组件设置在极柱处，散热组件与极柱进行热交换，直接对电池的极柱部位进行冷却或加热，提高了热管理效率，并且适用电池模组的通用化和模块化设计，适用于不同串并联结构的电池包，布置方式简单、灵活、可靠。
附图说明
图1为本申请实施例提供的电池模组的总体示意图；
图2为本申请实施例提供的电池模组的爆炸图；
图3为本申请实施例提供的电池模组中液冷板与电池的位置示意图之一；
图4为本申请实施例提供的电池模组液冷板与电池的位置示意图之二。
附图标记
1-电池；11-极柱；12-泄压区域；2-散热组件；21-液冷板；211-进水口；212-出水口；213-灭火口；214-折边；22-云母板；3-箱体；31-扣合部；4-隔热板；5-汇流排；6-柔性电路板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
在本申请实施例中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
车辆分为乘用车和商用车，乘用车在其设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身行李和临时物品，包括驾驶员座位在内，乘用车最多不超过9个座位，乘用车分为以下11种车型，主要有：普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、舱背乘用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车。商用车在设计和技术特性上用于运送人员和货物，并且可以牵引挂车，但乘用车不包括在内。主要有：客车、半挂牵引车、货车。
本申请以电动汽车为例，电动汽车按照燃料的种类分为燃料电池汽车(FCEV)、混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(BEV)。燃料电池汽车是以燃料电池作为动力电源，燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆；混合动力汽车是从可消耗的燃料或者可再充电能或者能量储存的装置，采用混合动力后可按平均需要的功率来确定内燃机的最大功率。而纯电动汽车是由电动机驱动的汽车。
目前，电动汽车大部分都匹配锂离子动力电池，锂离子电池是镍铬电池、镍氢电池的三倍，铅酸电池的两倍，具有电压高、重量轻，寿命长和范围宽等优点且使用无污染，但锂电池对于温度十分敏感，并且由于三元材料的特性，其中，三元材料是又三种化学成分(元素)，组分(单质及化合物)或部分(零件)组成的材料整体，包括合金、无机金属材料、有机材料、高分子符合材料等，其温度会直接影响电池的基本性能和使用寿命。温度过高会加速锂电池的衰减速率，温度过低则充放电性能明显下降，因此实现锂电池可靠、高效的热管理尤为重要。
电动汽车的基本结构包括发动机、底盘、车身和轮胎，发动机是动力的动力装置，由两大机构五大系组成，曲柄连杆机构、配气机构、冷却西、燃料供给系、店获悉、启动系组成，而底盘的作用则是支撑和安装汽车发动机及其各部分的组成，车身是安装在底盘的车架上，用于向驾驶员、旅客乘坐或装载货物，换句话说，发动机也可称为动力系统，电动汽车需要运行，需要动力系统进行工作，因此，本申请提供了一种电池模组，电池模组与电动汽车的动力系统电联接，用于向电动汽车提供电能。
本申请提供了一种电池模组，参照图1和图2，包括电池1和散热组件2，其中，电池1包括极柱11；散热组件2，散热组件2设置在极柱11上，用于对电池1进行散热。
请参照图1和图2，本申请实施例提供的电池模组，由于电池1发热部位大多都位于极耳和极柱11附近，因此将散热组件2设置在极柱11上，用于将极耳和极柱11上的热量直接传递到散热组件2上，减少了热量的传递距离，缩短了热量的传递时间，相比相关技术中的将散热组件放置在电池的底部，在电池的垂直方向导热性差，导致散热组件在电池底部进行冷却或加热的效率较低的情况，本申请直接将散热组件2设置在电池1的主要发热部位极耳和极柱11处，使得极耳和极柱11上的热量可直接传递到散热组件2上，再通过散热组件2传递到外面，当电池1需要加热时，位于极耳和极柱11处的散热单元相当于一个隔热层，阻隔了电池1与外界之间的热量交换，提高了热管理效率。即，本申请提供的电池模组将散热组件2设置在极柱11处，散热组件2与极柱11进行热交换，直接对电池1的极柱11部位进行冷却或加热，提高了热管理效率，并且适用电池模组的通用化和模块化设计，适用于不同串并联结构的电池包，布置方式简单、灵活、可靠。
参照图1和图2，需要具体说明的是，本申请实施例提供的电池模组中电池1的数量既可以为一个单体电池1，散热组件2直接设置在单体电池1的极柱11上，用于对单体电池1进行散热；也可以电池1的数量为多个，多个单体电池1组合放置，散热单元放置在多个单体电池极柱11的一侧，当电池1的数量为多个时，同样地，散热单元的数量既可以为一个，散热单元完全覆盖多个电池的极柱11，散热单元的数量也可以设置为多个，对应每个电池1上都覆盖着一个散热单元。对此，本申请不做限制。
如图1和图2所示，示例地，本申请提供了一种电池模组，电池1的数量为四个，散热单元的数量为一个进行介绍，电池模组包括由箱体3，箱体3内设置由容纳腔，用于容纳电池1，容纳腔的形状与四个电池1组合后的形状相同，箱体3为开口设置，四个电池1靠近极柱11的一侧连接有汇流排5，需要补充说明的是，汇流排5是一种进线的连接方式，增加了接触面积，减少了耗能，降低了温升，是一种传统的接线方式，且使用汇流排5的这种接线方式的通用性号、实用性强，具有安全可靠的优点，且采用纯铜制造、导电性高、接触电阻低，不会提高电池模组的设计成本。
接着，参照图1和图2，汇流排5的上侧会设置有柔性电路板6，柔性电路板6是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种高度可靠性、绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄且弯折性好的特点，为电池模组减少了重量和空间。
如图1和图2所示，其中，箱体3为开口设置，箱体3内设置有容纳腔，电池1可放置在容纳腔内，因此，箱体3既可以一体成型设计，也可以分体设计，选用一体成型设计，可以保证箱体3的牢固性，但制作成本较高，选用分体设计，可以降低制作箱体3的成本，但需要焊接，加工时间较长，可根据需求进行选取，本申请提供一种分体设计的方案，将箱体3分为箱体底板和箱体侧板，箱体侧板和箱体底板制作完成后焊接形成容纳腔用于容纳电池1。
参照图1和图2，散热单元设置在电池极柱11的一侧，用于对电池1进行冷却或加热，散热单元可以为液冷板21，在液冷板21内充设有冷却液，液冷板21设置在极柱11上。液冷板21的散热功率大，能够及时导出电池1工作中产生的多余热量，避免过量升温的发生，且液冷板21的密封可靠性高，液冷板21内充设有高换热效率的冷却液，可以迅速对电池1的极柱11或者极耳(极柱与极耳位于同一侧)部位进行冷却或加热。
如图1和图2所示，当散热单元为液冷板21时，液冷板21放置在箱体3开口的一侧，容纳腔用于容纳电池1，液冷板21设置在电池1极柱11的一侧，液冷板21需要与箱体3开口的一侧固定，固定的方式可选用焊接、螺栓连接或者卡扣连接，焊接既可以选用普通焊接或者激光焊接；螺栓连接，可在箱体3和液冷板21上设置螺纹孔，螺栓与螺纹孔配合使箱体3与液冷板21固定在一起；也可以设置卡扣连接，在液冷板21的两侧设置有折边214，箱体3上设置有扣合部31，折边214与扣合部31配合，将液冷板21固定在箱体3上，液冷板21与箱体3卡扣连接，方便拆卸和更换电池1或液冷板21，提高了管理效率。为了进一步提高箱体3与液冷板21连接的牢固，在液冷板21前后两侧设置有折边214，箱体3上设置有扣合部31的同时，在液冷板21左右两侧沿极柱11方向上设置有菱形凸起，液冷板21可卡接在箱体3与菱形凸起的位置，同时折边214与扣合部31配合，将液冷板21牢牢的固定在箱体3上。
参照图1和图2，电池1在使用过程中，不断的升温，当散热单元无法或者不能立即将热量传递出去时会导致电池1发生热失控的现象，很快就扩散的至其它电池模组的部分并且由高温气压喷出的气体或者火焰会冲破液冷板21，因此，液冷板21选用金属材料制成，可承受一定时间的冲击，方便乘客逃生。
如图1和图2所示，由于液冷板21为金属材料，电池1也为刚性材料，虽然将液冷板21设置在电池极柱11的一侧，但无法达到完全接触，而接触面积很大程度上决定了散热效率，因此，散热单元在包括液冷板21的同时还包括导热垫22，将导热垫22设置在极柱11和液冷板21之间，导热垫22同时与极柱11和液冷板21完全接触，使得接触面积大大提升，进一步的提高了散热单元的散热效率，由于导热垫22的应用环境较为特殊，需要应用到电池模组内，因此，选用由绝缘材料制成的导热垫22。
参照图1和图2，在本申请提供的一些实施例中，电池模组还包括隔热板4，将隔热板4设置在散热单元远离极柱11的一侧。因为可以有效的隔离液冷板21与外侧空气的接触，使得散热单元的热交换都通过电池1的一侧进行，提高整体的换热效率，同时降低热量的损失，提高电池模组的保温效果。
如图1和图2所示，当隔热板4为云母板(云母板与隔热板的标号相同)时，云母板4是由多硅白云母、石英、石榴石和金红石等组成，可出现钠长石、黝帘石及硬绿泥石等，石榴石富Fe和Mg，多硅白云母中的Si可达3.369，有绝缘及低损失的热阻功能，还是很好的黑体。选用云母板4可以起到两方面的作用，其一时基于云母板4时导热率很低的特性，相比选用其它类型的隔热板4，可以高效的隔离散热单元与外侧空气的接触，使得液冷板21的热交换都通过电池极柱11的一侧进行，提高了整体的换热效率，同时降低了热量的损失，提高了电池1内部保温效果，另一方面是云母板4自身的强度和阻燃性较好，在发生热失控时可以起到一定的防护效果。使热失控不会通过电池模组的上方短时间内蔓延和扩散到相邻的电池模组之间，增加电池包的安全时间。
参照图1和图2，具体地，云母板4既可以通过粘贴的方式直接与散热单元连接，也可在散热单元与云母板4上开设有螺纹孔，通过螺栓与螺纹孔配合将云母板4固定在散热单元上，也可在云母板4上设置有卡接部，在散热单元上设置扣接部，通过卡接部与扣合部31配合，使得云母板4与散热单元卡扣连接，云母板4还可以采用其他方式与散热单元连接，对此，本申请不做限制。
在本申请提供的一些其他的实施例中，参照图1和图2，汽车的动力系统需要的电能往往一个电池模组达不到，需要多个电池模组并联或者串联形成电池包，然而每个电池模组都设置一个液冷板21，液冷板21内充设有冷却液，液冷板21需要按照多个电池模组之间的并联管路或串联管路流经液冷板21，在流经的过程中，由于多个电池模组的热量并不完全相同，导致各个液冷板21之间的温差不同，有可能会存在温差较大的情况，为此，本申请提供了一种优选方案，液冷板21上设置有进水口211和出水口212，进水口211和出水口212用于连接软管。软管可根据多个电池模组之间串联管路或者并联管路进行设计，如此设置，使得各个液冷板21之间的温差减小，导致电池模组之间的温差也减小，进一步地提高了电池模组的热管理效率。
具体地，如图2和图3所示，进水口211和出水口212应该成对设置，进水口211和出水口212既可以设置一对，也可以设置多对，具体的设置数量取决于多个电池模组之间的串联管路和并联管路以及电池模组需要散热的效率决定。虽然进水口211和出水口212成对设置，但进水口211和出水口212的位置可随意设置，为了方便加工和制作，一般将进水口211和出水口212的位置设置在同一侧。
示例地，进水口211与出水口212用于连接软管，软管需要根据液冷板21之间串联关系或者并联关系进行布置，因此，进水口211和出水口212既可以设置在液冷板21远离极柱11的一侧，方便连接软管，也可以设置在液冷板21靠近极柱11的一侧，当其设置在液冷板21远离极柱11的一侧，水管布置在液冷板21远离极柱11的一侧，增加了电池模组的整体空间高度，且无法在外侧安装隔热板4，因此，将进水口211和出水口212设置在液冷板21靠近极柱11的一侧，使得水管布置在液冷板21的下侧，不会占用电池模组的整体空间高度，可以提高电池模组的空间利用率。
需要补充说明的是，参照图2、图3和图4，在电池1设计的过程中，电池1上会设置一个泄压区域12，该泄压区域12的厚度或者是承受压力的能力小于电池1其他部位，当然，泄压区域12的承受压力的最小能力能保证电池1的正常使用，且液冷系统正常工作，其内部的压力不足以冲破灭火口213，可以保证冷却液的正常流动，万一当电池1发生热失控时，液压区域会首先打开喷出气体，使得其快速蔓延到其他电池模组，因此，在液冷板21上设置有灭火口213，灭火口213与液压区域的位置一一对应，示例地，灭火口213的数量既可以设置一个也可以设置多个，当电池1发生热失控时，泄压区域12打开喷出高温高压的气体可以冲破灭火口213，使得阻燃冷却液通过灭火口213处喷洒在发生热失控的电池1上，起到一定的阻燃效果，延缓热失控的蔓延速度，增加电池模组的安全时间。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池模组，其特征在于，包括：
电池，所述电池包括极柱；
散热组件，所述散热组件设置在所述极柱上，用于对所述电池进行散热。
2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述散热组件包括液冷板，所述液冷板内充设有冷却液，所述液冷板设置在所述极柱上。
3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述液冷板上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口用于连接软管。
4.根据权利要求3所述的电池模组，其特征在于，所述进水口和所述出水口设置在所述液冷板靠近所述极柱的一侧。
5.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述电池上设有所述极柱的一侧设置有泄压区域，所述液冷板上设置有灭火口，所述灭火口与所述泄压区域的位置一一对应。
6.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，包括有箱体，所述箱体内设有容纳腔，用于容纳所述电池，所述箱体为开口设置，所述液冷板的两侧设置有折边，所述箱体上设置有扣合部，所述折边与所述扣合部配合，用于将所述液冷板固定在所述箱体上。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的电池模组，其特征在于，所述液冷板由金属材料制成。
8.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述散热单元包括导热垫，所述导热垫由绝缘材料制成，所述导热垫设置在所述极柱和所述液冷板之间，用于将所述极柱的热量传递到所述液冷板上。
9.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，包括隔热板，所述隔热板设置在所述散热单元远离所述极柱的一侧。
10.一种车辆，其特征在于，包括：
动力系统；
权利要求1～9中任一项所述的电池模组，所述电池模组与所述动力系统电联接，用于向所述动力系统提供电能。
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