CN116454450A - 一种一体式电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体式电池模组，其包括箱体、液冷组件和电芯，箱体包括框体和底托板结构，底托板结构设有至少一个泄压通道和至少一个液冷通道，泄压通道通过框体的型腔和防爆阀连通，液冷通道和液冷板的液冷流道连通。通过以上结构设计方式，可将传统电池模组的底护板、电芯托盘、液冷管路以及泄压通道等结构集成在底托板结构上，通过该一体化结构设计方式可避免设置厚度较薄的底护板以及在底护板和电芯托盘之间做密封设计，安装工艺简便且可显著降低生产成本。此外，本发明还可节省箱体内的安装空间，在实现电池模组热失控泄压和液冷功能的基础上，进一步为其它高发热电气件的液冷装置提供设计空间，解决高发热电气件的液冷问题。

Description

一种一体式电池模组
技术领域
本发明涉及电池热管理技术领域，尤其涉及一种一体式电池模组。
背景技术
随着经济发展和新能源技术的不断进步，电化学储能产品在市场上也日渐成熟，电池模组便是电化学储能产品中的一种。
出于减重设计等因素考虑，传统电池模组的底护板和电芯托盘通常由薄板加工而成，两者之间形成泄压通道用于在发生热失控时将火焰和可燃气体导出起到安全保护作用，同时电池包的箱体内部还要布置液冷系统。这样的结构设计方式存在以下技术缺陷和不足：
①、由于底护板强度不足，电池模组在使用过程中(例如在车辆在行驶过程中)容易出现底护板拍打电池模组底部的现象，同时底护板难以满足底部挤压、球击以及石击等测试要求；
②、电池模组的电芯托盘需通过冲压或者压铸的工艺方式开模，且与底护板之间还需做密封设计来确保泄压通道的密封性能，生产成本高且容易出现密封效果差等问题；
③、电池模组内的液冷管路占用太多箱内空间，导致设计空间不足；
因此，现有技术中亟需发明一种结构强度高、密封性能好且可节省安装空间的电池模组。
发明内容
为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本发明提供一种一体式电池模组，该一体式电池模组具有结构设计简单合理、结构强度高、密封性能好以及节省安装空间等特点。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是：
一种一体式电池模组，其包括：
箱体，所述箱体包括框体和底托板结构，所述底托板结构固定安装在所述框体的一侧，所述框体的外周侧设有防爆阀，所述框体的内部设有和所述防爆阀连通的型腔，所述底托板结构设有至少一个泄压通道和至少一个液冷通道，所述泄压通道通过所述型腔和所述防爆阀连通；
液冷组件，所述液冷组件包括液冷板，所述液冷板设置在所述框体和所述底托板结构围合形成的容纳空间中，所述液冷板的内部设有至少一个液冷流道，所述液冷流道和所述液冷通道连通；
电芯，所述电芯的数量为多个，且多个所述电芯间隔排布设置在所述容纳空间中。
进一步地，所述底托板结构朝向所述容纳空间的一侧设有多个安装孔，所述容纳空间通过所述安装孔和所述泄压通道(21)连通，所述电芯设置在所述安装孔中。
进一步地，和所述底托板结构相互垂直设置，所述液冷板的两侧均和所述电芯的外周侧贴合设置。
进一步地，所述容纳空间中还设有灌封胶，且所述灌封胶设置在相邻的两个所述电芯之间、所述电芯和所述液冷板之间以及所述电芯和所述框体之间。
进一步地，一体式电池还包括盖板，所述盖板固定安装在所述框体远离所述底托板结构的一侧，以使所述框体、所述底托板结构和所述盖板之间形成所述容纳空间。
在本发明的第二个实施例中，在第一个实施例的基础上提供了一种关于液冷组件、分流板和进出水管的具体结构设置的技术方案。
在该实施例的技术方案中，所述液冷板的数量大于等于两个，且所述液冷板沿其水平延伸方向连续弯折以形成多个弧形段。
进一步地，所述液冷组件还包括集流体，所述集流体的内部设有集流腔，所述液冷板内部的多个所述液冷流道依次连通，所述液冷流道通过所述集流腔和所述液冷通道连通。
进一步地，一体式电池模组还包括分流板和进出水管，所述分流板的内部设有相互分隔的进水腔和出水腔，所述进出水管包括进水管和出水管，所述进水管通过所述进水腔和所述液冷通道连通，所述出水管通过所述出水腔和所述液冷流道连通。
在本发明的第三个实施例中，在第一个实施例的基础上提供了一种关于BMS组件、BDU组件和横梁的具体结构设置的技术方案。
在该实施例的技术方案中，一体式电池模组还包括BMS组件和BDU组件，所述BMS组件和所述BDU组件均设置在所述容纳空间中。
进一步地，所述框体的内部固定连接有横梁，所述液冷板固定安装在所述横梁上，且所述电芯和所述液冷组件、所述BMS组件和所述BDU组件分别设置在所述横梁的两侧。
综上所述，本发明提供的一体式电池模组相比于现有技术，至少具有以下技术效果：
本发明提供的一体式电池模组中，底托板结构设置在框体的一侧，且该底托板结构设有至少一个泄压通道和至少一个液冷通道，泄压通道通过框体的型腔和防爆阀连通，液冷通道和液冷板的液冷流道连通。通过以上结构设计方式，可将传统电池模组的底护板、电芯托盘以及泄压通道等结构集成在底托板结构上，通过该一体化结构设计方式可避免设置厚度较薄的底护板以及在底护板和电芯托盘之间做密封设计，结构设计简单合理、安装工艺简便以及可显著降低生产成本，且底托板结构整体的结构强度高，泄压通道的密封性能好。
此外，由于取消设置传统电池模组的液冷管路结构，并通过底托板结构的液冷通道和液冷板的液冷流道对电芯实现液冷降温，可显著节省箱体内的安装空间，在实现电池模组热失控泄压和液冷功能的基础上，进一步为箱体内部的其它高发热电气件的液冷装置提供设计空间，解决高发热电气件的液冷问题。
附图说明
图1为本发明的一体式电池模组的结构示意图；
图2为本发明的框体、底托板结构和分流板的爆炸图；
图3为图2所示的H部局部放大示意图；
图4为本发明的液冷组件的爆炸图；
图5为本发明的一体式电池模组的另一结构示意图；
图6为图5所示的K部局部放大示意图；
其中，附图标记含义如下：
1、框体；11、防爆阀；12、横梁；2、底托板结构；21、泄压通道；22、液冷通道；23、安装孔；3、液冷组件；31、液冷板；32、集流体；33、液冷流道；34、进出水口；4、电芯；5、灌封胶；6、分流板；7、第二进出水管；8、BMS组件；9、BDU组件。
具体实施方式
为了更好地理解和实施，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
实施例1
参见图1和图2所示，根据本发明的第一个实施例，一体式电池模组包括箱体，该箱体包括框体1和底托板结构2，底托板结构2固定安装在框体1的一侧。框体1的外周侧设有防爆阀11，框体1的内部设有和防爆阀11连通的型腔。其中，框体1为方形框体结构，底托板结构2可通过焊接管或其他工艺方式固定安装在框体1的一侧。
参见图3所示，底托板结构2设有至少一个泄压通道21和至少一个液冷通道22，泄压通道21通过框体1内部的型腔和防爆阀11连通。其中，底托板结构2可优选为铝挤出型材结构，无需对传统电芯托盘进行冲压或者压铸开模工艺，结构强度高且工艺简单方便。此外，本发明通过外部工装在底托板结构2上加工形成泄压通道21和液冷通道22。具体地，底托板结构2内的泄压通道21用于在电池模组发生热失控时将产生的火焰和可燃气体通过框体1的防爆阀11导出，从而无需设置传统电池模组的底护板和电芯托盘以及在二者之间做密封设计以实现泄压功能。底托板结构2内的液冷通道22用于为冷却水提供流道以形成液冷系统，从而无需设置传统电池模组的液冷管路结构，可节省箱体内的安装空间。
参见图1和图4所示，一体式电池模组还包括液冷组件3，该液冷组件3包括液冷板31，框体1和底托板结构2围合形成有容纳空间，液冷板31设置在该容纳空间中，液冷板31的内部设有至少一个液冷流道33，该液冷流道33和液冷通道22连通。其中，底托板结构2的液冷通道22和液冷板31的液冷流道33用于在通入冷却水后组合形成冷却循环液冷系统，从而无需在容纳空间中设置传统的液冷管路结构，节省箱体内的安装空间。
参见图4和图5所示，一体式电池模组还包括电芯4，该电芯4的数量设置为多个，且多个电芯4间隔排布设置在框体1和底托板结构2围合形成的容纳空间中。具体来说，电芯4安装在底托板结构2上，也即底托板结构2用于对电芯4起到结构支撑作用，结构强度高且可在使用过程中承受较大的外部作用力以及满足挤压、球击或石击等测试要求。
在该实施例的技术方案中，本发明通过底托板结构2的整体结构对电芯4起到结构支撑作用，通过泄压通道21实现电池模组热失控时的泄压功能，通过液冷通道22和液冷板31的液冷流道33实现对电芯4的液冷功能，从而将传统电池模组的底护板、电芯托盘、液冷管路以及泄压通道等结构集成在底托板结构2上。因此，本发明可避免在箱体内设置厚度较薄的底护板、在底护板和电芯托盘之间做密封设计以及在箱体内设置排布复杂的液冷管路，结构设计简单合理、安装工艺简便以及可显著降低生产成本，且底托板结构2整体的结构强度高、泄压通道21的密封性能好以及液冷系统的液冷降温效果好。
更为具体地，在取消设置传统电池模组的液冷管路结构的情况下，本发明可显著节省箱体内的安装空间，在实现电池模组热失控泄压和液冷功能的基础上，进一步为箱体内部的其它高发热电气件的液冷装置提供设计空间，解决高发热电气件的液冷问题。
参见图1和图5所示，在该实施例的一个可选方案中，底托板结构2朝向容纳空间的一侧设有多个安装孔23，容纳空间通过安装孔23和泄压通道21连通，且电芯4设置在安装孔23中。其中，多个安装孔23在底托板结构2上间隔布置，将电芯4设置在安装孔23后，即可使电芯4并排间隔布置在容纳空间中。更为具体地，当电池模组发生热失控现象时，将产生的火焰和可燃气体通过安装孔23进入泄压通道21，然后再在泄压通道21的引导下进入框体1的型腔中，最终通过框体1上的防爆阀11排出，以此起到泄压功能，提高电池模组的安全性能。
参见图1和图6所示，在该实施例的另一个可选方案中，液冷板31和底托板结构2相互垂直设置，且液冷板31的两侧均和电芯4的外周侧贴合设置。其中，将液冷板31和底托板结构2相互垂直设置可为电芯4在容纳空间提供安装空间，确保液冷板31在容纳空间中的设置不会影响多个电芯4在箱体内部的安装空间，以及将电芯4沿竖直方向放置在安装孔23后，液冷板31的两侧均可和电芯4的外周侧贴合设置。更为具体地，由于液冷板31和电芯4的外周侧贴合设置，故在液冷板31的液冷通道33中通入冷却水后，可和电芯4完成热交换，实现对电芯4的液冷降温效果。
参见图5和图6所示，在该实施例的一个优选方案中，箱体的容纳空间中还设有灌封胶5，且该灌封胶5设置在相邻的两个电芯4之间、电芯4和液冷板31之间以及电芯4和框体1之间。具体装配时，先通过加工工装在底托板结构2上加工形成泄压通道21和液冷通道22，再将底托板结构2通过焊接等工艺方式固定安装在框体1的一侧，然后完成液冷组件3和电芯4的装配，最后在框体1和底托板结构2之间围合形成的容纳空间中灌注液态的灌封胶5，灌封胶5流入相邻的两个电芯4之间的空隙、电芯4和液冷板31之间的空隙以及电芯4和框体1之间的空隙，等待灌封胶5凝固后，即可对箱体内部的液冷组件3、电芯4以及其他部件起到固定作用，结构设计简单合理。更为具体地，本发明中所述的灌封胶5可优选采用聚氨酯材料或环氧树脂材料。
更进一步地，一体式电池还包括盖板(图中未画出)，盖板固定安装在框体1远离底托板结构2的一侧，以使框体1、底托板结构2和盖板之间形成以上所述的容纳空间。具体来说，当完成对箱体内部的灌封胶5的灌注并等待灌封胶5冷却凝固后，在框体1远离底托板结构2的一侧通过焊接方式或者螺钉、螺栓、螺丝连接等方式固定安装盖板，即可使本发明的箱体形成方形密闭结构，其内部形成的容纳空间则用于设置电芯4、液冷组件3以及其它电气部件或液冷组件。
实施例2
在本发明的第二个实施例中，在第一个实施例的基础上提供了一种关于液冷组件3、分流板6和进出水管7的具体结构设置的技术方案。
参见图4所示，在该实施例的技术方案中，液冷板31的数量大于等于两个(也即设置为多个)，且液冷板31沿其水平延伸方向连续弯折以形成多个弧形段，最终使液冷板31整体呈蛇形弯折或U形弯折结构。其中，液冷板31沿水平方向间隔布置，且优选为相互平行设置。具体而言，将液冷板31连续弯折设置以形成弧形段，一方面可使弧形段和电芯4的外周侧更为贴合设置，增加液冷板31和电芯4之间的接触换热面积，进而提高对电芯4的液冷降温效果，另一方面也可使液冷板31对其两侧的电芯4起到双面冷却效果，进而减小液冷板31两侧的电芯4的温差，提高多个电芯4的温度一致性。
参见图1和图4所示，在该实施例的一个可选方案中，液冷组件3还包括集流体32，集流体32的内部设有集流腔，液冷板31内部的多个液冷流道33依次连通，液冷流道33通过集流腔和液冷通道22连通。其中，底托板结构2内的液冷通道22、集流体32内的集流腔以及液冷板31内的液冷流道33组合形成液冷循环系统，将集流体32设置在该液冷循环系统的底托板结构2和液冷板31之间，可将多个液冷流道33中的冷却水通过集流腔集中流入液冷通道22，以及将液冷通道22中的冷却水通过集流腔分散导入多个液冷流道33。更为具体地，集流体32朝向底托板结构2的一侧设有进出水口34，进出水口34包括进水口和出水口，液冷通道22中的冷却水通过该进水口进入集流腔后再进入液冷流道33，液冷流道33中的完成热交换后的冷却水通过该出水口进入集流腔后再进入液冷通道22，以此形成液冷循环，实现对电芯4的液冷降温效果。
参见图2和图5所示，在该实施例的另一个可选方案中，一体式电池模组还包括分流板6和进出水管7，分流板6的内部设有相互分隔的进水腔和出水腔，进出水管7包括进水管和出水管。其中，进水管通过进水腔和液冷通道22连通，出水管通过出水腔和液冷通道22连通。其中，分流板6内的进水腔和出水腔、进出水管7以及底托板结构2内的液冷通道22组合形成液冷循环系统。具体来说，由于底托板结构2的内部设有多个液冷通道22，若根据液冷通道22设置对应数量的进出水管7，则会极大的增加材料成本以及增加对箱体内部安装空间的占用。因此，本发明通过在进出水管7和底托板结构2设置分流板6，且进出水管7和外部管路连接，即可通过进水管将外部冷却水统一引入分流板6并通过分流板6的进水腔分流至各个液冷流道22中；进入各个液冷流道22内的冷却水完成液冷循环后再通过分流板6的出水腔进入出水管，并最终从出水管流出，形成液冷循环，结构设计简单合理，可显著降低生产成本。
实施例3
在本发明的第三个实施例中，在第一个实施例的基础上提供了一种关于BMS组件8、BDU组件9和横梁6的具体结构设置的技术方案。
参见图5所示，在该实施例的技术方案中，一体式电池模组还包括BMS组件8和BDU组件9，该BMS组件8和该BDU组件9均设置在容纳空间中。其中，BMS组件8和BDU组件9均为设置在箱体内部的高热电气部件液冷装置，通过本发明的底托板结构2和液冷组件3的结构设计方式，可为BMS组件8和BDU组件9在容纳空间提供安装空间，解决高发热电气件的液冷问题。
参见图2和图5所示，在该实施例的一个优选方案中，框体1的内部固定连接有横梁12，液冷板31固定安装在横梁12上，从而实现液冷组件3在箱体内部的装配连接。进一步地，电芯4和液冷组件3、BMS组件8和BDU组件9分别设置在横梁12的两侧，也即电芯4和液冷组件3设置在横梁12的一侧，BMS组件8和BDU组件9则设置在横梁12的另一侧。具体地，横梁12一方面可起到对液冷组件3的结构支撑作用，另一方面也可将电芯4和液冷组件3所在的容纳空间与BMS组件8和BDU组件9所在的容纳空间分隔开，确保在对箱体进行灌封胶5的灌注工艺时，灌封胶5不会流入BMS组件8和BDU组件9处，进而避免造成BMS组件8和BDU组件9损坏。
更为具体地，本发明所述的BMS(Battery Management System)组件8为电池管理系统组件，其作用为智能化管理及维护电池中的各个单元，防止电池出现过充电或过放电等现象，可起到延长电池的使用寿命、监控电池等作用。本发明所述的BDU(Battery energyDistribution Unit)组件9为电池能量分配单元组件，是电动汽车高压回路上的重要部件，其控制着高压电气回路的上下电过程、预充过程以及充电过程，对电动汽车的使用寿命、控制策略、高压电安全具有重要影响。
综上所述，本发明提供的一体式电池模组中，底托板结构2设置在框体1的一侧，且该底托板结构2设有至少一个泄压通道21和至少一个液冷通道22，泄压通道21通过框体1的型腔和防爆阀11连通，液冷通道22和液冷板31的液冷流道33连通。通过该结构设计方式，可将传统电池模组的底护板、电芯托盘以及泄压通道等结构集成在底托板结构2上，通过该一体化结构设计方式可避免设置厚度较薄的底护板以及在底护板和电芯托盘之间做密封设计，结构设计简单合理、安装工艺简便以及可显著降低生产成本，且可提高底托板结构2整体的结构强度和泄压通道21的密封性能。此外，由于取消设置传统电池模组的液冷管路结构，并通过底托板结构2的液冷通道22和液冷板31的液冷流道33对电芯4实现液冷降温，可显著节省箱体内的安装空间，在实现电池模组热失控泄压和液冷功能的基础上，进一步为箱体内部的其它高发热电气件的液冷装置提供设计空间，解决高发热电气件的液冷问题。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式电池模组，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体包括框体(1)和底托板结构(2)，所述底托板结构(2)固定安装在所述框体(1)的一侧，所述框体(1)的外周侧设有防爆阀(11)，所述框体(1)的内部设有和所述防爆阀(11)连通的型腔，所述底托板结构(2)设有至少一个泄压通道(21)和至少一个液冷通道(22)，所述泄压通道(21)通过所述型腔和所述防爆阀(11)连通；
液冷组件(3)，所述液冷组件(3)包括液冷板(31)，所述液冷板(31)设置在所述框体(1)和所述底托板结构(2)围合形成的容纳空间中，所述液冷板(31)的内部设有至少一个液冷流道(33)，所述液冷流道(33)和所述液冷通道(22)连通；
电芯(4)，所述电芯(4)的数量为多个，且多个所述电芯(4)间隔排布设置在所述容纳空间中。
2.根据权利要求1所述的一体式电池模组，其特征在于，所述底托板结构(2)朝向所述容纳空间的一侧设有多个安装孔(23)，所述容纳空间通过所述安装孔(23)和所述泄压通道(21)连通，所述电芯(4)设置在所述安装孔(23)中。
3.根据权利要求1所述的一体式电池模组，其特征在于，所述液冷板(31)和所述底托板结构(2)相互垂直设置，所述液冷板(31)的两侧均和所述电芯(4)的外周侧贴合设置。
4.根据权利要求2或3任一项所述的一体式电池模组，其特征在于，所述容纳空间中还设有灌封胶(5)，且所述灌封胶(5)设置在相邻的两个所述电芯(4)之间、所述电芯(4)和所述液冷板(31)之间以及所述电芯(4)和所述框体(1)之间。
5.根据权利要求4所述的一体式电池模组，其特征在于，还包括盖板，所述盖板固定安装在所述框体(1)远离所述底托板结构(2)的一侧，以使所述框体(1)、所述底托板结构(2)和所述盖板之间形成所述容纳空间。
6.根据权利要求1所述的一体式电池模组，其特征在于，所述液冷板(31)的数量大于等于两个，且所述液冷板(31)沿其水平延伸方向连续弯折以形成多个弧形段。
7.根据权利要求6所述的一体式电池模组，其特征在于，所述液冷组件(3)还包括集流体(32)，所述集流体(32)的内部设有集流腔，所述液冷板(31)内部的多个所述液冷流道(33)依次连通，所述液冷流道(33)通过所述集流腔和所述液冷通道(22)连通。
8.根据权利要求6所述的一体式电池模组，其特征在于，还包括分流板(6)和进出水管(7)，所述分流板(6)的内部设有相互分隔的进水腔和出水腔，所述进出水管(7)包括进水管和出水管，所述进水管通过所述进水腔和所述液冷通道(22)连通，所述出水管通过所述出水腔和所述液冷通道(22)连通。
9.根据权利要求1所述的一体式电池模组，其特征在于，还包括BMS组件(8)和BDU组件(9)，所述BMS组件(8)和所述BDU组件(9)均设置在所述容纳空间中。
10.根据权利要求9所述的一体式电池模组，其特征在于，所述框体(1)的内部固定连接有横梁(12)，所述液冷板(31)固定安装在所述横梁(12)上，且所述电芯(4)和所述液冷组件(3)、所述BMS组件(8)和所述BDU组件(9)分别设置在所述横梁(12)的两侧。
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