CN116053650A - 电池模组、电池包及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供了一种电池模组、电池包及车辆。电池模组包括沿同一方向依次串接的多个电池单体、容置多个电池单体的内管和位于内管外侧的外管。内管和外管围合形成若干个围绕多个电池单体的通心腔体，通心腔体内沿平行于电池单体的串接方向通冷却液。本发明的电池模组中，内管和外管围合形成的通心腔体内沿平行于电池单体的串接方向通冷却液，可对电池单体的外部进行多方位散热，此方式散热均匀，散热效率高，可避免单个电池单体热量剧增时迅速蔓延到相邻电池单体而影响整个电池包的使用。

Description

电池模组、电池包及车辆
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池模组、电池包及车辆。
背景技术
随着新能源危机的日益严重，传统燃油车逐步被新能源汽车所代替，混合动力或纯电动汽车作为新能源汽车的一种，其发展尤为迅速。随着电动汽车电池包技术的日益成熟与发展，电动汽车必将成为未来汽车工业发展的主要趋势。但目前电动汽车电池包于使用时也存在一些问题，比如电池包的热管理。由于电池包的使用工况及环境复杂，若不能让电池包内的热量迅速传导到电池包以外，则会导致电池包内的温度越来越高，最终直接影响电池包的使用寿命和电池包的安全性能。再者，电动汽车使用环境恶劣、使用频率高，而对于搭载的电池包及其内部的动力电池要求更加严格、苛刻，其必须保证电池包及动力电池内的温场均匀，由于电池包对外围防护等级、抗震性能的要求很高，所以现行的技术不足以够达到其要求。因此解决电池包的热问题成了各生产厂家迫切需要解决的问题。
传统的电池包采用风冷模式，电池包内外需要产生热对流，由于整个电池包很难做到密封，故此种方式将导致内外空气对流而引入粉尘、杂质及水蒸气，因此对电池包内部的高、低压连接零部件、电子部件、高压器件、电芯带来加速老化的风险，电子零部件、高压器件失效的风险，同样对电池包的安全性能带来巨大的威胁。
现有的热管理模式通常于电池包或电池模组中设置冷却管道或冷却板，冷却管道或冷却板中通入冷却液，通过冷却液的热交换而将热量释放至外部从而进行电池包或电池模组的热管理。此热管理模式虽然能于一定程度上缓解电池包的散热问题，但是冷却管道和冷却板通常设于电池包中的围框结构，且紧挨端板和侧板，或者设于相邻电池模组或相邻电池单体之间，此类热管理模式皆存在散热不均的问题，无法对电池包进行有效散热，尤其是当单个电池单体热量剧增时，很容易就会迅速蔓延到相邻电池单体而影响整个电池包的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池模组、电池包及车辆，该电池模组可实现360°全方位散热，因而可进行电池包的有效热管理，有助于电动汽车的快速发展。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电池模组，包括沿同一方向依次串接的多个电池单体、容置所述多个电池单体的内管和位于所述内管外侧的外管，所述内管和所述外管围合形成若干个围绕所述多个电池单体的通心腔体，所述通心腔体内沿平行于所述电池单体的串接方向通冷却液。
本发明的电池模组中，内管和外管围合形成的若干个通心腔体内沿平行于电池单体的串接方向通冷却液，可对电池单体的外部进行多方位的散热，此方式散热均匀，散热效率高，可避免单个电池单体热量剧增时迅速蔓延到相邻电池单体而影响整个电池包的使用。
作为本发明的一技术方案，所述内管和所述外管围合形成一个环绕所述多个电池单体的通心腔体。此结构可实现360°全方位的散热，其散热效率高。
作为本发明的一技术方案，所述外管向所述内管方向延伸形成多个加强筋，所述多个加强筋朝向所述内管的一端悬空设置。加强筋的设置可提高电池模组的强度。
作为本发明的一技术方案，所述内管和所述外管围合形成多个间隔的且围绕所述多个电池单体的通心腔体。
作为本发明的一技术方案，所述外管向所述内管方向延伸形成多个连接于所述内管的加强筋。此结构将外管和内管借由加强筋进行连接，故外管和内管可同时对电池单体进行强度保护。
作为本发明的一技术方案，所述电池单体为圆柱形电池，所述内管和所述外管皆为空心圆管。
作为本发明的一技术方案，所述内管和所述外管为同一旋转中心轴。
作为本发明的一技术方案，所述电池单体和所述内管间隙配合。
作为本发明的一技术方案，所述外管向外凸设多个沿所述电池单体的串接方向延伸的条形凸齿。
作为本发明的一技术方案，所述条形凸齿的截面外形轮廓为弧形或“∧”形。
本发明第二方面提供了一种电池包，包括第一盖体、置于所述第一盖体下方的第二盖体和前述的电池模组，定义自所述第一盖体至所述第二盖体的方向为第一方向，所述第一盖体和所述第二盖体围合形成多个隔离的通心容纳腔，所述通心容纳腔的中心轴垂直于所述第一方向，各所述通心容纳腔内容置单个所述电池模组，所述通心容纳腔的中心轴平行于所述电池单体的串接方向。
本发明的电池包中所采用的电池模组可对电池单体的外部进行360°全方位散热，故电池包的散热效率也随之提高。电池模组容置于第一盖体和第二盖体围合形成的通心容纳腔中，即电池模组的外部为第一盖体和第二盖体所包裹，故可降低电池模组于使用时出现晃动、窜动、损坏等风险，同时第一盖体和第二盖体的设置可提高整个电池包的强度。电池单体的串接方向平行于通心容纳腔的中心轴，而垂直于第一方向，故电池单体于电池包中为侧放，可缓解电池单体的受力，从而增加电池单体、电池模组的使用性。同时，电池单体侧放可便于后续线束隔离板、BMS等的线路安装。
作为本发明的一技术方案，所述第一盖体面向所述第二盖体设有多个隔离的第一凹槽，所述第二盖体面向所述第一盖体设有多个与所述第一凹槽位置对应的第二凹槽，对应的所述第一凹槽和所述第二凹槽围合形成所述通心容纳腔。
作为本发明的一技术方案，所述第一凹槽于所述第一方向的截面形状为半圆形，所述第二凹槽于所述第一方向的截面形状为半圆形。
作为本发明的一技术方案，所述电池模组和所述通心容纳腔的腔壁间隙配合。
作为本发明的一技术方案，本发明第三方面提供了一种电池包，包括多个前述电池模组，相邻所述电池模组借由所述条形凸齿进行搭接。
本发明的电池包通过电池模组上的条形凸齿进行搭接即可进行固定，以防止晃动，此方式可避免采用第一盖体和第二盖体组合成容纳腔进行固定。通过省去第一盖体和第二盖体可提高电池包的体积及重量能量密度，且生产工艺也随之提升。
本发明第四方面提供了一种车辆，包括车身及车底座，所述车底座内安装电池簇，所述电池簇包括若干个前述的电池包。
附图说明
图1为本发明电池包一实施例的立体图。
图2为本发明电池包一实施例的局部立体透视图。
图3为本发明电池包一实施例的局部俯视透视图。
图4为本发明电池包一实施例的局部侧视图。
图5为图4的局部爆炸图。
图6为图4的变化图。
图7为本发明电池模组一实施例的立体透视图。
图8为本发明电池模组一实施例的主视透视图。
图9为图7的变化图。
图10为本发明电池模组一实施例的侧视断面图。
图11为图10的一变化图。
图12为图10的另一变化图。
图13为图10的又一变化图。
元件符号说明
100-电池包；10-第一盖体；11-第一凹槽；30-第二盖体；31-第二凹槽；50-电池模组；51-电池单体；53-内管；55-外管；551-条形凸齿；57-加强筋；71-第一总输出端子；73-第二总输出端子；91-进水口；93-出水口；D1-第一方向；D2-电池单体的串接方向；S1-通心容纳腔；S2-通心腔体
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合附图对本发明作进一步说明。需说明的是，下述附图表示的结构是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。
本发明的电池包可用于电动类车辆、除草机、储能电站等用电设施，尤其适用于电动类车辆。其用于车辆时，可采用一个或多个电池包呈矩阵状紧密排列组合成电池簇而安装于位于车身下方的车底座中。
下面将结合附图对本发明的电池包作进一步的说明。如图1～5所示，电池包100包括第一盖体10、置于第一盖体10下方的第二盖体30和电池模组50。多个电池模组50呈矩阵排列后引出第一总输出端子71和第二总输出端子73。电池模组50上的极柱端可通过连接片等部件而连接总输出端子从而实现电输出，具体连接可为行业通用的方式，其并非为本发明的保护重点，故在此不再赘述。电池包100可于第一总输出端子71和第二总输出端子73的引出端设进水口91和出水口93，进水口91和出水口93连通电池模组50中的冷却部件。第一盖体10和第二盖体30可与车底座的部件进行匹配连接，或者直接作为车底座的底盘而使用。定义自第一盖体10至第二盖体30的方向为第一方向D1。第一盖体10和第二盖体30围合形成多个隔离的通心容纳腔S1，通心容纳腔S1的中心轴垂直于第一方向D1，各通心容纳腔S1内容置单个电池模组50。通心容纳腔S1指内部为通心结构，其与外界连通，通心容纳腔S1的中心轴平行于电池单体51的串接方向D2。电池模组50容置于第一盖体10和第二盖体30围合形成的通心容纳腔S1中，即电池模组50的外部为第一盖体10和第二盖体30所包裹，故可降低电池模组50于使用时出现晃动、窜动、损坏等风险，同时第一盖体10和第二盖体30的设置可提高整个电池包10的强度。电池单体51的串接方向D2平行于通心容纳腔S1的中心轴而垂直于第一方向D1，故电池单体51于电池包10中为侧放，可缓解电池单体51的受力，从而增加电池单体51、电池模组50的使用性。
进一步的，如图4～5所示，第一盖体10面向第二盖体30设有多个隔离的第一凹槽11。第二盖体30面向第一盖体10设有多个与第一凹槽11位置对应的第二凹槽31。对应的第一凹槽11和第二凹槽31围合形成通心容纳腔S1。电池模组50和通心容纳腔S1的腔壁间隙配合，从而以提高散热效率及体积空间利用率。
继续如图7～13所示，电池模组50包括沿同一方向依次串接的多个电池单体51、容置多个电池单体51的内管53和位于内管53外侧的外管55。内管53和外管55围合形成若干个围绕多个电池单体51的通心腔体S2。通心腔体S2内沿平行于电池单体51的串接方向D2通冷却液。通心腔体S2沿平行于电池单体51的串接方向D2的两端皆设有开口，冷却液从一端的开口流入，另一端的开口流出，从而进行热交换而将热量散发。内管53和外管55围合形成的通心腔体S2内沿平行于电池单体51的串接方向D2通冷却液，可对电池单体51的外部进行多方位散热，此方式散热均匀，散热效率高。通心腔体S2连通进水口91和出水口93，冷却液自进水口91进入后分流至各通心腔体S2，流经各通心腔体S2后再汇集经出水口93流出电池包100。电池包100内可分别设分流板及汇流板从而实现冷却液于通心腔体S2两端的分流及汇集。分流板及汇流板可为市面上常见的结构，其并非为本发明的重点，故在此不再赘述。冷却液可但不限于为水/乙二醇混合溶液、硅油或硅脂。本发明的电池模组50之间除了电性连接皆可独立整合于电池包中，故使用时可单独对异常的电池模组50进行维修替换。且实际使用时可于电池模组50的一端部设防爆阀、PTC温控器件等对单个电池模组50进行安全保护及异常监控，各电池单体51上可根据实际情况设或不设防爆阀、PTC温控器件等。
本发明的电池单体51可为方形电池、弧形电池、刀片电池或圆柱形电池，优选电池单体51为圆柱形电池，内管53和外管55皆为空心圆管。针对圆柱形电池，若采用此散热方式其散热效率更高，且内管53和外管55的占用体积更低，通心腔体S2内更便于通冷却液。针对于电池单体51为圆柱形电池的电池包100，第一凹槽11于第一方向D1的截面形状为半圆形，第二凹槽31于第一方向D1的截面形状为半圆形。当然基于电池单体51为方形电池、弧形电池或刀片电池等其他形状的电池，第一凹槽11和第二凹槽31于第一方向D1的截面形状也设为与电池单体51对应匹配的形状，从而提高电池包100的散热效率。
本发明的电池模组50中内管53和外管55可为多种结构。如图10所示，内管53和外管55围合形成一个环绕多个电池单体51的通心腔体S2。即通心腔体S2为环绕多个电池单体51的封闭的环形结构，此结构可实现360°全方位的散热，其散热效率高。或者，也可如图11所示，外管55向内管53方向延伸形成多个加强筋57，多个加强筋57朝向内管53的一端悬空设置。加强筋57的设置可提高电池模组50的强度。或者，也可如图12所示，内管53和外管55围合形成多个间隔的且围绕多个电池单体51的通心腔体S2。外管55向内管53方向延伸形成多个连接于内管53的加强筋57，故分割成多个通心腔体S2，通心腔体S2的数目可根据实际需求而设定，既需保证达到一定的强度又不影响冷却液的流动。此结构可将内管53和外管55进行一体式加工，故生产效率高，另外，此结构将外管55和内管53借由加强筋57进行连接，故可同时对电池单体51进行强度保护。内管53和外管55的材质可为铝、铜、不锈钢等金属材质，也可为聚氨酯泡沫、聚苯板、EPS、XPS、酚醛泡沫、聚丙烯、陶瓷等保温材料。内管53和外管55的材质可相同，亦可不同。若内管53和外管55为一体化加工，则亦选择为同一材质，优选为铝、铜、不锈钢等金属材质。若并非为一体化加工，则亦选择外管55的保温性更强，内管53的导热性更强。换言之，采用如图11和图12所示的具有加强筋57的结构，电池模组50的强度更高。故若达到相同标准的电池模组50的强度需求，具有加强筋57的内管53和外管55可设置为更薄，因而电池模组的尺寸更小，组合成电池包100的体积能量密度更高。
进一步的，外管55也可其他结构，如图9和13所示，外管55向外凸设多个沿电池单体51的串接方向D2延伸的条形凸齿551。条形凸齿551的截面外形轮廓为弧形或“∧”形。外管55上具有条形凸齿551的电池模组50整合成的电池包100可不采用第一盖体10和第二盖体30组合成容纳腔的方式进行固定，如图6所示，电池包100包括多个电池模组50，相邻电池模组50借由条形凸齿551进行搭接，此种结构的电池包100的体积及重量能量密度更高。
进一步的，内管53和外管55为同一旋转中心轴，可保证散热的均匀性，以防止局部热量激增引起热失控。电池单体51和内管53间隙配合，从而以提高散热效率及体积空间利用率。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，但是也并不仅限于实施例中所列，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (15)

1.一种电池模组，其特征在于，包括沿同一方向依次串接的多个电池单体、容置所述多个电池单体的内管和位于所述内管外侧的外管，所述内管和所述外管围合形成若干个围绕所述多个电池单体的通心腔体，所述通心腔体内沿平行于所述电池单体的串接方向通冷却液。
2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述内管和所述外管围合形成一个环绕所述多个电池单体的通心腔体。
3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述外管向所述内管方向延伸形成多个加强筋，所述多个加强筋朝向所述内管的一端悬空设置。
4.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述内管和所述外管围合形成多个间隔的且围绕所述多个电池单体的通心腔体。
5.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于，所述外管向所述内管方向延伸形成多个连接于所述内管的加强筋。
6.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述电池单体为圆柱形电池，所述内管和所述外管皆为空心圆管。
7.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述内管和所述外管为同一旋转中心轴。
8.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述电池单体和所述内管间隙配合。
9.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述外管向外凸设多个沿所述电池单体的串接方向延伸的条形凸齿。
10.一种电池包，其特征在于，包括第一盖体、置于所述第一盖体下方的第二盖体和根据权利要求1～8任意一项所述的电池模组，定义自所述第一盖体至所述第二盖体的方向为第一方向，所述第一盖体和所述第二盖体围合形成多个隔离的通心容纳腔，所述通心容纳腔的中心轴垂直于所述第一方向，各所述通心容纳腔内容置单个所述电池模组，所述通心容纳腔的中心轴平行于所述电池单体的串接方向。
11.根据权利要求10所述的电池包，其特征在于，所述第一盖体面向所述第二盖体设有多个隔离的第一凹槽，所述第二盖体面向所述第一盖体设有多个与所述第一凹槽位置对应的第二凹槽，对应的所述第一凹槽和所述第二凹槽围合形成所述通心容纳腔。
12.根据权利要求11所述的电池包，其特征在于，所述第一凹槽于所述第一方向的截面形状为半圆形，所述第二凹槽于所述第一方向的截面形状为半圆形。
13.根据权利要求10所述的电池包，其特征在于，所述电池模组和所述通心容纳腔的腔壁间隙配合。
14.一种电池包，其特征在于，包括多个根据权利要求9所述的电池模组，相邻所述电池模组借由所述条形凸齿进行搭接。
15.一种车辆，其特征在于，包括车身及车底座，所述车底座内安装电池簇，所述电池簇包括若干个根据权利要求10～14任意一项所述的电池包。
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