CN115714215B - 一种具有热失控管理功能的软包电池组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有热失控管理功能的软包电池组，属于软包电池设备技术领域，包括固定机构、电池、上部冷却机构和下部冷却机构，所述的上部冷却机构安装在下部冷却机构上侧，上部冷却机构设置有上层箱，上层箱内部设置有多个空腔，每个空腔内均安装有一个电池，空腔体积大于电池的体积，上层箱的空腔上部设置有通孔，通孔形状与电池横截面一致，电池滑动安装在上层箱的空腔内，下部冷却机构设置有降温组件和下层箱，降温组件安装在下层箱内，通过降温组件对空腔内的电池进行降温，固定机构安装在上层箱上侧。

Description

一种具有热失控管理功能的软包电池组

技术领域

本发明涉及软包电池设备技术领域，特别涉及一种具有热失控管理功能的软包电池组。

背景技术

软包锂电池只是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。在结构上采用铝塑膜包装，在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开。软包电池组具有以下的优点：1.安全性能好，软包电池，而不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸。2.重量轻，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。3.容量大，软包电池较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%。4.内阻小，软包电池的内阻较锂电池小，国产软包电池芯的内阻最小可做到35mΩ以下，极大的降低了电池的自耗电。5.设计灵活，软包电池的形状可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号。

公告号为CN113381103B的中国发明专利公开了一种软包电池组模块，该发明的技术方案为：包括电芯模组，所述电芯模组外由防水防刺破材料灌封包裹，电芯模组的功率输出端和控制输出端甩线外接。该发明有效利用了薄膜包覆的密封性能和电芯或电池组本身的结构强度，取代了传统的壳式和骨架式的电池组模块形式，有效的进行电池组模块的封装处理，但是该发明在线路短路产生大量热量时，由于固定安装无法快速将热量排放出去，从而容易产生热失控，因此针对该缺陷发明了一种具有热失控管理功能的软包电池组。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有热失控管理功能的软包电池组，包括电池、固定机构、上部冷却机构和下部冷却机构，所述的上部冷却机构安装在下部冷却机构上侧，上部冷却机构设置有上层箱，上层箱内部设置有多个空腔，每个空腔内均安装有一个电池，空腔体积大于电池的体积，上层箱的空腔上部设置有通孔，上层箱通孔形状与电池横截面一致，上层箱的通孔尺寸大于电池的尺寸，电池滑动安装在上层箱的空腔内，上层箱的空腔内安装有温度传感器。

每个电池上侧固定安装有多个铁夹，固定架安装在上层箱上侧，固定机构设置有固定架，固定架内侧安装有多个磁铁，每个磁铁均位于铁夹上方；固定架侧面安装有接线板，电池的正负极在接线板的内侧滑动连接。

上部冷却机构还设置有升降组件，下部冷却机构设置有降温组件和下层箱，降温组件安装在下层箱内，通过降温组件对空腔内的电池进行降温，升降组件与上层箱空腔内的温度传感器电连接。

进一步地，所述的升降组件设置有孔板，所述的孔板固定安装在电池下侧，孔板设置有多个，每个孔板均滑动安装在上层箱的空腔内，上层箱的空腔内壁设置有滑槽，当孔板与滑槽最上端面接触时，电池的正负极与接线板脱离，此时铁夹上表面与磁铁接触，当孔板与滑槽最下端面接触时，电池的正负极与接线板接触。

进一步地，所述的孔板下侧固定安装有两个斜面块和平面块，每个斜面块和平面块为一组，每组斜面块和平面块在孔板下侧成对称分布，孔板上设置有多个通孔，孔板的通孔分布在电池的两侧并呈对称分布，所述的水冷板设置有两组，两组水冷板分别安装在上层箱相对的两侧，每组斜面块到同侧的水冷板与上层箱接触的侧面的距离小于平面块到同侧的水冷板与上层箱接触的侧面的距离。

进一步地，所述的斜面块斜面的竖直高度与上层箱空腔内壁滑槽长度一致，所述的斜面块斜面竖直方向最高处端点与平面块下表面重合，平面块下表面与上层箱下表面平行。

进一步地，所述的上层箱的每个空腔与下层箱连通，所述的升降组件还设置有电缸，电缸设置有两个，每个电缸均与上层箱空腔内的温度传感器电连接，每个电缸固定安装在上层箱下侧，每个电缸的伸长端固定安装有一个一体轴，一体轴轴线方向与电缸伸长端伸长方向垂直，每个一体轴外表面沿轴向方向等间距固定安装有多个滑动块，每相邻两个滑动块的距离与上层箱每两个空腔的距离相等，滑动块与平面块滑动连接，滑动块下侧固定安装有推块，推块靠近斜面块的端面为斜面，斜面块的斜面与推块的斜面斜度相等，推块侧面固定安装有封闭块，封闭块宽度与上层箱空腔宽度相等。

进一步地，所述的上部冷却机构还设置有多个水冷板，水冷板的数量为电池的两倍，每个电池的两侧分别滑动安装有一个水冷板，所述的降温组件设置有底板，所述的底板固定安装在下层箱内侧将下层箱封闭，底板上侧固定安装有多个风扇，风扇位于上层箱下方，底板上侧还固定安装有两个水箱，两个水箱位于风扇两侧，每个风扇均位于一个锥面筒内，每个锥面筒均固定安装在底板上侧，每个水箱侧面均固定安装有多个双头水管，双头水管的数量为电池数量的两倍，每个水冷板均与一个双头水管通过软管相连，每个水冷板内部设置有循环水路。

进一步地，所述的锥面筒内表面上部为锥面，水箱朝向锥面筒的下侧为斜面，水箱斜面的斜度与锥面筒锥面的锥度不相等。

进一步地，下层箱侧面沿边线方向等间距设置有多个散热孔，相邻两个散热孔的间距与上层箱相邻空腔的间距相等，所述的散热孔形状与封闭块横截面形状一致，散热孔下表面与封闭块下表面相平，散热孔上表面高于封闭块上表面。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明通过设置上部冷却机构和下部冷却机构实现了根据电池发生情况自动调整进风量，避免正常工作时风力过大对内部线路造成影响；（2）本发明通过设置升降组件和下部冷却机构的配合实现了当电池产生热量过大时自动将电池与接线部分断开，避免热量过高造成的热失控；（3）本发明通过设置升降组件和降温组件实现了风冷与水冷相互结合，通过风冷为水冷降温，水冷为风冷分担降温压力。

附图说明

图1为本发明总体结构正视图。

图2为本发明总体结构示意图。

图3为本发明上层箱与水冷板连接关系示意图。

图4为图3中A处局部放大示意图。

图5为本发明上部冷却机构侧视图。

图6为图5中A-A方向剖视图。

图7为本发明上部冷却机构俯视图。

图8为本发明电池与水冷板位置关系示意图。

图9为图8中B处局部放大示意图。

图10为本发明升降组件结构示意图。

图11为图10中C处局部放大示意图。

图12为本发明升降组件与电池连接关系示意图。

图13为本发明上层箱与下层箱位置关系示意图。

图14为图13中D处局部放大示意图。

图15为本发明平面块与滑动块连接关系示意图。

图16为本发明支撑柱位置关系示意图。

图17为本发明散热组件结构示意图。

附图标记：1-固定机构；2-电池；3-上部冷却机构；4-下部冷却机构；101-固定架；102-磁铁；103-接线板；104-铁夹；105-支撑柱；106-侧板；301-上层箱；302-水冷板；303-孔板；304-电缸；305-固定块；306-封闭块；307-推块；308-一体轴；309-斜面块；310-平面块；311-滑动块；401-下层箱；402-散热孔；403-双头水管；404-底板；405-锥面筒；406-水箱；407-风扇。

具体实施方式

下面结合并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如附图1～附图17所示，上部冷却机构3安装在下部冷却机构4上侧，上部冷却机构3设置有上层箱301，上层箱301内部设置有多个空腔，每个空腔内均安装有一个电池2，空腔体积大于电池2的体积，上层箱301的空腔上部设置有通孔，上层箱301通孔形状与电池2横截面一致，上层箱301通孔的尺寸大于电池2的尺寸，电池2滑动安装在上层箱301的空腔内，上层箱301的空腔内安装有温度传感器；每个电池2上侧固定安装有多个铁夹104，固定架101安装在上层箱301上侧，固定机构1设置有固定架101，固定架101固定安装在支撑柱105上侧，支撑柱105固定安装在侧板106上侧，侧板106固定安装在上层箱301侧面，固定架101内侧安装有多个磁铁102，每个磁铁102均位于铁夹104上方；固定架101侧面安装有接线板103，电池2的正负极在接线板103的内侧滑动连接；上部冷却机构3还设置有升降组件，下部冷却机构4设置有降温组件和下层箱401，降温组件安装在下层箱401内，通过降温组件对空腔内的电池2进行降温，升降组件与上层箱301空腔内的温度传感器电连接。

如附图2～附图15所示，升降组件设置有孔板303，孔板303固定安装在电池2下侧，孔板303设置有多个，每个孔板303均滑动安装在上层箱301的空腔内，上层箱301的空腔内壁设置有滑槽，当孔板303与滑槽最上端面接触时，电池2的正负极与接线板103脱离，此时铁夹104上表面与磁铁102接触，当孔板303与滑槽最下端面接触时，电池2的正负极与接线板103接触；孔板303下侧固定安装有两个斜面块309和平面块310，每个斜面块309和平面块310为一组，每组斜面块309和平面块310在孔板303下侧成对称分布，孔板303上设置有多个通孔，孔板303的通孔分布在电池2的两侧并呈对称分布，水冷板302设置有两组，两组水冷板302分别安装在上层箱301相对的两侧，每组斜面块309到同侧的水冷板302与上层箱接触的侧面的距离小于斜面块309到同侧的水冷板302与上层箱接触的侧面的距离，斜面块309下侧为斜面，斜面块309的斜面朝向平面块310；斜面块309斜面的竖直高度与上层箱301空腔内壁滑槽长度一致，斜面块309斜面竖直方向最高处端点与平面块310下表面重合，平面块310下表面与上层箱301下表面平行。

如附图2～附图16所示，上层箱301的每个空腔与下层箱401连通，升降组件还设置有电缸304，电缸304设置有两个，每个电缸304均与上层箱301空腔内的温度传感器电连接，每个电缸304固定安装在上层箱301下侧，每个电缸304的伸长端固定安装有一个一体轴308，一体轴308轴线方向与电缸304伸长端伸长方向垂直，每个一体轴308外表面沿轴向方向等间距固定安装有多个滑动块311，每相邻两个滑动块311的距离与上层箱301每两个空腔的距离相等，滑动块311与平面块310滑动连接，滑动块311下侧固定安装有推块307，推块307靠近斜面块309的端面为斜面，斜面块309的斜面与推块307的斜面斜度相等，推块307侧面固定安装有封闭块306，封闭块306宽度与上层箱301空腔宽度相等；下层箱401侧面沿边线方向等间距设置有多个散热孔402，相邻两个散热孔402的间距与上层箱301相邻空腔的间距相等，散热孔402形状与封闭块306横截面形状一致，散热孔402下表面与封闭块306下表面相平，散热孔402上表面高于封闭块306上表面，上层箱301下侧固定安装有多个固定块305，每个固定块305侧面均设置有通孔，固定块305侧面通孔形状与封闭块306横截面一致，固定块305通孔与封闭块306之间留有间隙，封闭块306滑动安装在固定块305通孔内侧，通过封闭块306的运动控制上层箱301空腔与下层箱401连通部分的间隙，初始状态下上层箱301空腔与下层箱401连通部分留有间隙。

如附图2～附图17所示，上部冷却机构3还设置有多个水冷板302，水冷板302的数量为电池2的两倍，每个电池2的两侧分别滑动安装有一个水冷板302，降温组件设置有底板404，底板404固定安装在下层箱401内侧将下层箱401封闭，底板404上侧固定安装有多个风扇407，每个风扇407均与电源相连，风扇407位于上层箱301下方，底板404上侧还固定安装有两个水箱406，两个水箱406位于风扇407两侧，每个风扇407均位于一个锥面筒405内，每个锥面筒405均固定安装在底板404上侧，每个水箱406侧面均固定安装有多个双头水管403，双头水管403的数量为电池2数量的两倍，每个水冷板302均与一个双头水管403通过软管相连，每个水冷板302内部设置有循环水路；锥面筒405内表面上部为锥面，水箱406朝向锥面筒405的下侧为斜面，水箱406斜面的斜度与锥面筒405锥面的锥度不相等，每个水箱406均与一个水泵相连。

本装置的工作原理如下。

（一）电池2工作时与水箱406相连的水泵和所有风扇407同时启动，通过风扇407产生的风力经过锥面筒405内壁上部锥面和水箱406下部斜面时产生紊流，紊乱的空气通过孔板303上的通孔吹入上层箱301的空腔对电池2进行降温，与此同时水箱406的冷却液体通过双头水管403流入水冷板302的循环水路，通过水冷板302与电池2的接触为电池2降温，并通过风扇407为水箱406内的冷却液体降温。

（二）当电池2由于线路故障发生短路而发热时，上层箱301空腔内的温度传感器监测到温度上升向电缸304发射电信号，电缸304启动，电缸304带动一体轴308运动，一体轴308带动滑动块311运动，滑动块311带动推块307运动，推块307带动封闭块306运动，通过封闭块306的运动将上层箱301的空腔与下层箱401连通间隙变大，从而使风扇407产生的空气更多的进入上层箱301的空腔内，从而更好的进行降温。

（三）当上层箱301空腔内的温度传感器监测到温度趋于稳定时，电缸304停止启动，当上层箱301空腔内的温度传感器监测到温度还继续持续升高时，电缸304继续启动，当滑动块311带动推块307运动到斜面块309接触时，在推块307的作用下斜面块309逐渐上升，斜面块309带动孔板303上升，当孔板303上升到与上层箱301空腔滑槽的最高端面接触时，电池2的正负极脱离接线板103，此时完成断电。

Claims (7)

1.一种具有热失控管理功能的软包电池组，包括电池（2），其特征在于：还包括固定机构（1）、上部冷却机构（3）和下部冷却机构（4），所述的上部冷却机构（3）安装在下部冷却机构（4）上侧，上部冷却机构（3）设置有上层箱（301），上层箱（301）内部设置有多个空腔，每个空腔内均安装有一个电池（2），空腔体积大于电池（2）的体积，上层箱（301）的空腔上部设置有通孔，上层箱（301）通孔形状与电池（2）横截面一致，上层箱（301）的通孔尺寸大于电池（2）的尺寸，电池（2）滑动安装在上层箱（301）的空腔内，上层箱（301）的空腔内安装有温度传感器；

每个电池（2）上侧固定安装有多个铁夹（104），固定架（101）安装在上层箱（301）上侧，固定机构（1）设置有固定架（101），固定架（101）内侧安装有多个磁铁（102），每个磁铁（102）均位于铁夹（104）上方；固定架（101）侧面安装有接线板（103），电池（2）的正负极在接线板（103）的内侧滑动连接；

上部冷却机构（3）还设置有升降组件，下部冷却机构（4）设置有降温组件和下层箱（401），降温组件安装在下层箱（401）内，通过降温组件对空腔内的电池（2）进行降温，升降组件与上层箱（301）空腔内的温度传感器电连接；

所述的升降组件设置有水冷板（302）和孔板（303），所述的孔板（303）固定安装在电池（2）下侧，孔板（303）设置有多个，每个孔板（303）均滑动安装在上层箱（301）的空腔内，上层箱（301）的空腔内壁设置有滑槽，当孔板（303）与滑槽最上端面接触时，电池（2）的正负极与接线板（103）脱离，此时铁夹（104）上表面与磁铁（102）接触，当孔板（303）与滑槽最下端面接触时，电池（2）的正负极与接线板（103）接触。

2.根据权利要求1所述的一种具有热失控管理功能的软包电池组，其特征在于：所述的孔板（303）下侧固定安装有两个斜面块（309）和平面块（310），每个斜面块（309）和平面块（310）为一组，每组斜面块（309）和平面块（310）在孔板（303）下侧成对称分布，孔板（303）上设置有多个通孔，孔板（303）的通孔分布在电池（2）的两侧并呈对称分布，所述的水冷板（302）设置有两组，两组水冷板（302）分别安装在上层箱（301）相对的两侧，每组斜面块（309）到同侧的水冷板（302）与上层箱接触的侧面的距离小于斜面块（309）到同侧的水冷板（302）与上层箱接触的侧面的距离。

3.根据权利要求2所述的一种具有热失控管理功能的软包电池组，其特征在于：所述的斜面块（309）斜面的竖直高度与上层箱（301）空腔内壁滑槽长度一致，所述的斜面块（309）斜面竖直方向最高处端点与平面块（310）下表面重合，平面块（310）下表面与上层箱（301）下表面平行。

4.根据权利要求3所述的一种具有热失控管理功能的软包电池组，其特征在于：所述的上层箱（301）的每个空腔与下层箱（401）连通，所述的升降组件还设置有电缸（304），电缸（304）设置有两个，每个电缸（304）均与上层箱（301）空腔内的温度传感器电连接，每个电缸（304）固定安装在上层箱（301）下侧，每个电缸（304）的伸长端固定安装有一个一体轴（308），一体轴（308）轴线方向与电缸（304）伸长端伸长方向垂直，每个一体轴（308）外表面沿轴向方向等间距固定安装有多个滑动块（311），每相邻两个滑动块（311）的距离与上层箱（301）每两个空腔的距离相等，滑动块（311）与平面块（310）滑动连接，滑动块（311）下侧固定安装有推块（307），推块（307）靠近斜面块（309）的端面为斜面，斜面块（309）的斜面与推块（307）的斜面斜度相等，推块（307）侧面固定安装有封闭块（306），封闭块（306）宽度与上层箱（301）空腔宽度相等。

5.根据权利要求2所述的一种具有热失控管理功能的软包电池组，其特征在于：水冷板（302）的数量为电池（2）的两倍，每个电池（2）的两侧分别滑动安装有一个水冷板（302），所述的降温组件设置有底板（404），所述的底板（404）固定安装在下层箱（401）内侧将下层箱（401）封闭，底板（404）上侧固定安装有多个风扇（407），风扇（407）位于上层箱（301）下方，底板（404）上侧还固定安装有两个水箱（406），两个水箱（406）位于风扇（407）两侧，每个风扇（407）均位于一个锥面筒（405）内，每个锥面筒（405）均固定安装在底板（404）上侧，每个水箱（406）侧面均固定安装有多个双头水管（403），双头水管（403）的数量为电池（2）数量的两倍，每个水冷板（302）均与一个双头水管（403）通过软管相连，每个水冷板（302）内部设置有循环水路。

6.根据权利要求5所述的一种具有热失控管理功能的软包电池组，其特征在于：所述的锥面筒（405）内表面上部为锥面，水箱（406）朝向锥面筒（405）的下侧为斜面，水箱（406）斜面的斜度与锥面筒（405）锥面的锥度不相等。

7.根据权利要求4所述的一种具有热失控管理功能的软包电池组，其特征在于：下层箱（401）侧面沿边线方向等间距设置有多个散热孔（402），相邻两个散热孔（402）的间距与上层箱（301）相邻空腔的间距相等，所述的散热孔（402）形状与封闭块（306）横截面形状一致，散热孔（402）下表面与封闭块（306）下表面相平，散热孔（402）上表面高于封闭块（306）上表面。

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