CN116799428B - 具有防止热扩散功能的液冷电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有防止热扩散功能的液冷电池模组，涉及电池包技术领域，包括电池模组，电池模组通过液冷散热组件装填在外壳组件内部，电控组件与电池模组连接，排气组件设置在电池模组与外壳组件之间，电池模组包括电芯，电芯顶部设置有热失控排气口，热失控排气口表面包覆有一层电芯排气膜；排气组件包括复合隔热薄膜，复合隔热薄膜粘接在分隔框的方形缺口上，分隔框安装于电芯顶部，分隔框的方形缺口与电芯排气膜相对应，气室安装在分隔框的上方，分隔框与气室密封圈安装在分隔框与气室之间，气室通过螺栓与容置壳体连接，当任一电芯热失控时，该电芯内部气体使该电芯排气膜和该复合隔热薄膜破裂，气体进入气室后通过单向阀排出。

Description

具有防止热扩散功能的液冷电池模组

技术领域

本发明涉及电池包技术领域，具体为具有防止热扩散功能的液冷电池模组。

背景技术

从燃油汽车问世到现在已有一百多年的历史，现如今，面对环境污染与能源危机的双重压力，对环境危害更小，能源可再生的新能源汽车已经成为了汽车业的新方向。动力电池作为电动汽车最重要的三个核心总成之一，近年来也取得了许多突破，但是动力电池热稳定性并无多少改善，动力电池爆燃事故时有发生。

新能源汽车动力电池通常由多个电池模组组成，每个电池模组内部又串联或并联多个电芯。动力电池热失控通常是源于单个电芯的热失控行为，由于现有电池模组结构防止热失控扩散的结构无法定向控制某个电芯的热失控行为，导致热量从热失控电芯迅速扩散到相邻电芯，进而引发连锁反应，最后甚至可能影响到整个新能源车体。基于目前对锂电池模组能量密度的要求，在充分压缩锂电池模组体积的前提下，提高动力电池模组的安全性，是现在锂电池领域研究的重要方向之一。

目前存在的一些防止锂电池热失控的专利，授权公告号为CN216624492U的实用新型专利中公开了一种具有热失控通道的锂电池模组，其设置了隔热和排气组件，但是没有设置气体单向流动通道，锂电池模组与大气相互连通，存在一定安全隐患；此专利将盖板作为气室组件，但并未提及盖板与电芯单元之间的密封形式，如果发生电芯热失控事故，该结构极易发生气体泄漏；此专利也未设计电池模组散热结构，电池工作时极易过热。

目前，锂电池模组外壳结构多采用侧板、端板、底板及盖板相互焊接或铆接的方式组合在一起。在焊接一些较长焊缝时，很难保证一整批锂电池模组的外壳质量，且采用焊接或铆接方式的模组外壳极难拆卸，该接合方式不利于后续锂电池模组的拆除维修及报废回收。

发明内容

针对于此，本发明旨在提出一种能够高效散热、防止热扩散、单向排出高温气体的电池模组，其结构易于拆卸，便于进行零部件的更换、维修与报废等操作。

具有防止热扩散功能的液冷电池模组，包括电池模组，电池模组通过液冷散热组件装填在外壳组件内部，电控组件与电池模组连接，排气组件设置在电池模组与外壳组件之间，液冷散热组件用于将电池模组产生的热量排出，排气组件用于在电池模组热失控时产生的气体排出；

电池模组包括多个电芯、多个电芯铜帽和多个电芯排气膜，电芯顶部设置有热失控排气口，热失控排气口表面包覆有一层电芯排气膜，电芯铜帽分布于电芯顶部两侧，作为电芯正负极的导电端口；

排气组件包括气室、分隔框、复合隔热薄膜、分隔框与气室密封圈和单向阀，复合隔热薄膜粘接在分隔框的方形缺口上，分隔框安装于电芯顶部，分隔框的方形缺口与电芯排气膜相对应，气室安装在分隔框的上方，分隔框与气室密封圈安装在分隔框与气室之间，气室通过螺栓与容置壳体连接，单向阀安装于气室的排气口处，当任一电芯热失控时，该电芯内部气体使该电芯排气膜和该复合隔热薄膜破裂，气体进入气室后通过单向阀排出。

优选的，单向阀包括单向阀壳体、单向阀壳体与气室密封圈、弹簧、气阀塞子与单向阀壳体密封圈和气阀塞子，单向阀壳体一侧设置有外螺纹，气室的气体排出口处设置有内螺纹，单向阀壳体通过螺纹连接于气室的气体排出口处，单向阀壳体内部按照顺序放置有气阀塞子与单向阀壳体密封圈、气阀塞子和弹簧，气室内部气压小时，弹簧将气阀塞子顶在初始位置，气阀塞子筒壁上的通气孔处于气室内部，气室隔离于外界大气；当气室内部气压增大，气室内部气体推动气阀塞子移动，弹簧被压短，气阀塞子的通气孔暴露至外界大气中，气室内部气体排出。

优选的，液冷散热组件包括复合相变均热片和液冷散热板，复合相变均热片内设有用于容纳电芯的电芯容纳槽；

液冷散热板包括石墨烯导热膜、液冷管、进液口、出液口和导热衬垫，导热衬垫上设有用于容纳液冷管的液冷管容纳槽，液冷管设置在液冷管容纳槽内部，且液冷管两侧分别设有进液口和出液口，石墨烯导热膜粘覆于复合相变均热片下表面与导热衬垫和液冷管上表面之间。

优选的，复合相变均热片包括中间防火隔热层，中间防火隔热层的两边连接有相变均热层。

优选的，电芯底部安装了两组中心对称的液冷散热板，液冷管上沿着电池模组长度方向两侧分别设有一个进液口和出液口；液冷管中的冷却液先通过电池模组中部，再逐步向电池模组外侧流动。

优选的，外壳组件包括容置壳体、端板和盖板，容置壳体两侧的底部设置有方形孔，用于安装液冷管的进液口和出液口，容置壳体两侧设有延长壳体，延长壳体内螺栓安装有呈蜂窝结构的端板，容置壳体顶部敞口处螺栓安装有盖板。

优选的，容置壳体侧面设置有多个长条形的透气槽，该透气槽与外部环境连通。

优选的，电控组件包括绝缘板、柔性导电铜片、电控板和导电铜排，电芯放置于容置壳体内，两块绝缘板分别扣装于电芯顶部电芯铜帽处，绝缘板上设有容纳电芯铜帽通过的孔，相邻两电芯之间通过导电铜排串联起来，导电铜排两端水平贴合于电芯铜帽的底座及绝缘板上表面，导电铜排被螺栓固定安装在电芯铜帽上，电控板安装于气室上，电控板底部涂有隔热胶，柔性导电铜片一端焊接在电控板触点位置，另一端插接在电芯铜帽上，与导电铜排一起被螺栓固定。

优选的，还包括导电接口，导电接口由导电片定位块和导电片组成，导电片能植入导电片定位块内部，导电片能通过容置壳体上的细长型安装孔嵌入容置壳体，导电片另一端与电芯铜帽插接并通过螺栓固定。

本发明的有益效果：

本发明的排气组件可以排出电池模组热失控时产生的气体，防止热失控气体蔓延到其他正常电芯，排气组件的气室能临时储存热失控气体，单向阀与气室相配合可以实现热失控气体的单向流通，防止外界大气杂质污染电池模组；排气组件的复合隔热薄膜，可以防止热失控气体蔓延到其他正常电芯；

本发明液冷散热组件能够对电池模组实现高效且均匀的散热，复合相变均热片粘附于电芯之间，可以吸收电芯热量并传递给液冷散热板；液冷散热组件设计有两个液冷散热板，液冷散热板各存在一个进液口和出液口，在尽量精简液冷散热板的同时，还可以提高整个电池模组的散热效率及散热均匀性；另外，液冷管的特殊回路设计能使液冷管中的冷却液沿着电池模组中部向外侧流动，使温度最低的冷却液优先流过温度最高的位置，提高了液冷散热组件的散热性能；

本发明电池模组易安装，易拆卸，电池模组各组件采用模块化的思路设计并安装于外壳组件内部，且连接方式大多采用螺栓连接，双液冷散热板的设计，将进液口和出液口作为定位部，依次插接在壳体底部，可以灵活的实现电池模组的维修与零部件更换；

本发明将端板设计为多孔六边形蜂窝结构，利用了蜂窝结构高强度和轻量化的特性，兼顾了整体结构的轻量化和防撞性能；

本发明电池模组能实现高效的液冷散热，排出电池模组热失控时产生的气体，延缓热失控的蔓延，其组件模块化的设计便于电池模组的拆装与零部件更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的分解示意图；

图2为电池模组安装在液冷散热组件内部结构示意图；

图3为液冷散热组件的分解示意图；

图4为液冷管的结构示意图；

图5为排气组件与电控组件的分解示意图；

图6为排气组件安装在电池模组上的局部剖视图；

图7为单向阀未排气时的局部剖视图；

图8为单向阀排气时的局部剖视图；

图9为外壳组件、排气组件和电控组件连接结构示意图；

图10为导电接口的结构示意图；

图11为端板的结构示意图；

图12为两块液冷散热板安装至容置壳体内部的剖视图。

图中：

10、电芯；11、电芯铜帽；12、电芯排气膜；

20、复合相变均热片；21、石墨烯导热膜；22、液冷管；220、进液口；221、出液口；23、导热衬垫；

30、容置壳体；31、端板；32、盖板；

40、绝缘板；41、柔性导电铜片；42、电控板；43、导电铜排；44、导电接口；440、导电片定位块；441、导电片；

50、气室；51、分隔框；52、复合隔热薄膜；53、分隔框与气室密封圈；

540、单向阀壳体；541、单向阀壳体与气室密封圈；542、弹簧；543、气阀塞子与单向阀壳体密封圈；544、气阀塞子。

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。

实施例一

参阅附图所示，具有防止热扩散功能的液冷电池模组，包括电池模组，电池模组通过液冷散热组件装填在外壳组件内部，电控组件与电池模组连接，排气组件设置在电池模组与外壳组件之间，液冷散热组件用于将电池模组产生的热量排出，排气组件用于在电池模组热失控时产生的高温气体排出；

参阅附图2所示，电池模组包括多个电芯10、多个电芯铜帽11和多个电芯排气膜12，电芯10顶部设置有热失控排气口，热失控排气口表面包覆有一层电芯排气膜12，电芯铜帽11分布于电芯10顶部两侧，作为电芯10正负极的导电端口。

参阅附图2至图4所示，液冷散热组件包括复合相变均热片20和液冷散热板，复合相变均热片20内设有用于容纳电芯10的电芯容纳槽；

液冷散热板包括石墨烯导热膜21、液冷管22、进液口220、出液口221和导热衬垫23，导热衬垫23上设有用于容纳液冷管22的液冷管容纳槽，液冷管22设置在液冷管容纳槽内部，且液冷管22两侧分别设有进液口220和出液口221，石墨烯导热膜21粘覆于复合相变均热片20下表面与导热衬垫23和液冷管22上表面之间；导热衬垫23上的液冷管容纳槽其不但可以传导热量，还能够固定和保护液冷管22，石墨烯导热膜21可以提高复合相变均热片20的导热速率，电芯10工作时温度升高，复合相变均热片20吸收热量并传递至电芯10底部的液冷散热板，并最终由底部的液冷散热板将热量输送至电池模组外。

参阅附图2和图3所示，复合相变均热片20包括中间防火隔热层，中间防火隔热层的两边连接有相变均热层，相变均热层可以吸收传递电芯10散发的热量，中间防火隔热层的材料可以为玻璃纤维或者气凝胶材质。

参阅附图2和图3所示，考虑到电池模组中心部位散热条件差，电芯10中部温度较高的问题，本实施例一的液冷管22采用特殊的回路设计，冷却液得以先通过电池模组中部，再逐步向电池模组外侧流动，使电芯10中部获得最好的冷却效果。

参阅附图2至图4所示，为了进一步提高液冷散热组件的散热效果，为了使电池模组能够实现较为均匀的散热，电芯10底部安装了两组中心对称的液冷散热板，液冷管22上沿着电池模组长度方向两侧分别设有一个进液口220和出液口221；这种液冷管22回路及两组液冷散热板的设计，可以提高液冷散热板对每块电芯10散热能力的均匀性，同时增强了电池模组中间高温部位的散热能力。

参阅附图2至图4和图12所示，本实施例一的液冷散热板还便于安装，由于液冷管22的进液口220和出液口221需要探出外壳组件，若本实施例一采用常规的单液冷散热板结构，在不破坏外壳组件完整性的情况下，很难将液冷散热板安装于外壳组件内部；双液冷散热板结构可以先安装第一块液冷散热板，再安装第二块液冷散热板时，将第二块液冷散热板倾斜成一定角度，液冷管22的进液口220和出液口221作为定位件，将其倾斜插入外壳组件的方形安装孔内，再减小倾斜角度，最终两块液冷散热板平铺于外壳组件底部，为了方便安装，两块液冷散热板间留有0.1-0.2mm的空隙，但随着电芯10及其他组件的安装，液冷散热板受压变形，微小空隙随之被填满。

参阅附图1、图4、图11和图12所示，外壳组件包括容置壳体30、端板31和盖板32，容置壳体30两侧的底部设置有方形孔，用于安装液冷管22的进液口220和出液口221，容置壳体30两侧设有延长壳体，延长壳体内螺栓安装有呈蜂窝结构的端板31，容置壳体30顶部敞口处螺栓安装有盖板32，螺栓连接的结构便于后期拆装维护，端板31对电池模组起到缓冲吸能的作用，具有缓冲性能好且轻量化的优点。

参阅附图1所示，为了进一步提高散热能力，容置壳体30侧面设置有多个长条形的透气槽，该透气槽与外部环境连通。

参阅附图1、图5至图8所示，排气组件包括气室50、分隔框51、复合隔热薄膜52、分隔框与气室密封圈53和单向阀，复合隔热薄膜52粘接在分隔框51的方形缺口上，复合隔热薄膜52是排气组件中直接接触电芯排气膜12的零件，在电芯10热失控时，高温气体会从电芯10内部冲向电芯10最薄弱的位置：热失控排气口，并使热失控排气口处的电芯排气膜12和复合隔热薄膜52产生破裂，高温气体流入气室50内部，气室50安装有单向阀，单向阀向外排气，实现高温气体排出，而电池模组正常工作时，由于单向阀的存在，电池模组内部与外界并不连通，减少了电池模组的安全隐患。

参阅附图1、图5至图8所示，复合隔热薄膜52可以减少热量传递到其他电芯10，阻止热失控的蔓延，分隔框51安装于电芯10顶部，分隔框51的方形缺口与电芯排气膜12相对应，气室50安装在分隔框51的上方，分隔框与气室密封圈53安装在分隔框51与气室50之间，气室50通过螺栓与容置壳体30连接，利用两者的螺栓预紧力固定排气组件并防止由于复合隔热薄膜52和电芯排气膜12的接触不够紧密而导致的高温气体泄漏，单向阀安装于气室50的排气口处；设置复合隔热薄膜52是为了防止电池模组热失控时，电芯10温度过高，热量超出液冷散热组件的散热极限，多余热量传递至相邻电芯10。

参阅附图1、图5至图8所示，电芯排气膜12粘附于电芯10排气口处，当电芯10发生热失控时，高温气体在电芯10内部聚集，相继冲破电芯排气膜12及复合隔热薄膜52，排入气室50，复合隔热薄膜52起到隔热及阻燃的作用，将其覆盖在电芯排气膜12上部是为了防止气室50内部高温气体的热量传递到其他未热失控电芯10上，以达到延缓热失控的目的。

参阅附图1、图5至图8所示，单向阀包括单向阀壳体540、单向阀壳体与气室密封圈541、弹簧542、气阀塞子与单向阀壳体密封圈543和气阀塞子544，单向阀壳体540一侧设置有外螺纹，气室50的气体排出口处设置有内螺纹，单向阀壳体540通过螺纹连接于气室50的气体排出口处，单向阀壳体540内部按照顺序放置有气阀塞子与单向阀壳体密封圈543、气阀塞子544和弹簧542。气室50内部气压较小时，弹簧542将气阀塞子544顶在初始位置，气阀塞子544筒壁上的通气孔处于气室50内部，气室50隔离于外界大气；随着内部气压增大，气室50内部气体推动气阀塞子544移动，弹簧542被压缩，直至气阀塞子544的通气孔暴露至外界大气中，气室50内部气体借此排出。

参阅附图1、图2、图5、图9和图10所示，电控组件包括绝缘板40、柔性导电铜片41、电控板42、导电铜排43和导电接口44，在本发明所述电池模组的安装中，电芯10放置于容置壳体30内，两块绝缘板40分别扣装于电芯10顶部电芯铜帽11处，绝缘板40上设有容纳电芯铜帽11通过的孔，孔的尺寸略大于电芯铜帽11的底座尺寸，相邻两电芯10之间通过导电铜排43串联起来，导电铜排43两端水平贴合于电芯铜帽11的底座及绝缘板40上表面，在后续安装过程中，导电铜排43被螺栓固定安装在电芯铜帽11上，电控板42安装于气室50上，为方便电控板42的安装，气室50在凹陷部四角位置设置了有定位功能的突起部，电控板42底部涂有隔热胶，以防止高温破坏电控板42，柔性导电铜片41一端焊接在电控板42触点位置，另一端插接在电芯铜帽11上，与导电铜排43一起被螺栓固定。

参阅附图5、图9和图10所示，本实施例一中的正负极导电接口44由导电片定位块440和导电片441组成，该导电接口44集成了导电、定位、固定的功能，且易于拆卸。导电片441可植入导电片定位块440内部，导电片441可通过容置壳体30上的细长型安装孔嵌入容置壳体30，导电片441另一端与电芯铜帽11插接并通过螺栓固定。

所述技术方案仅为本发明专利的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均在本发明专利的保护范围和公开范围之内。

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。

Claims (3)

1.具有防止热扩散功能的液冷电池模组，其特征在于：包括电池模组，电池模组通过液冷散热组件装填在外壳组件内部，电控组件与电池模组连接，排气组件设置在电池模组与外壳组件之间，液冷散热组件用于将电池模组产生的热量排出，排气组件用于在电池模组热失控时产生的气体排出；电池模组包括多个电芯（10）、多个电芯铜帽（11）和多个电芯排气膜（12），电芯（10）顶部设置有热失控排气口，热失控排气口表面包覆有一层电芯排气膜（12），电芯铜帽（11）分布于电芯（10）顶部两侧，作为电芯（10）正负极的导电端口；排气组件包括气室（50）、分隔框（51）、复合隔热薄膜（52）、分隔框与气室密封圈（53）和单向阀，复合隔热薄膜（52）粘接在分隔框（51）的方形缺口上，分隔框（51）安装于电芯（10）顶部，分隔框（51）的方形缺口与电芯排气膜（12）相对应，气室（50）安装在分隔框（51）的上方，分隔框与气室密封圈（53）安装在分隔框（51）与气室（50）之间，气室（50）通过螺栓与容置壳体（30）连接，单向阀安装于气室（50）的排气口处，当任一电芯（10）热失控时，该电芯（10）内部气体使该电芯排气膜（12）和该复合隔热薄膜（52）破裂，气体进入气室（50）后通过单向阀排出；

单向阀包括单向阀壳体（540）、单向阀壳体与气室密封圈（541）、弹簧（542）、气阀塞子与单向阀壳体密封圈（543）和气阀塞子（544），单向阀壳体（540）一侧设置有外螺纹，气室（50）的气体排出口处设置有内螺纹，单向阀壳体（540）通过螺纹连接于气室（50）的气体排出口处，单向阀壳体（540）内部按照顺序放置有气阀塞子与单向阀壳体密封圈（543）、气阀塞子（544）和弹簧（542），气室（50）内部气压小时，弹簧（542）将气阀塞子（544）顶在初始位置，气阀塞子（544）筒壁上的通气孔处于气室（50）内部，气室（50）隔离于外界大气；当气室（50）内部气压增大，气室（50）内部气体推动气阀塞子（544）移动，弹簧（542）被压短，气阀塞子（544）的通气孔暴露至外界大气中，气室（50）内部气体排出；

液冷散热组件包括复合相变均热片（20）和液冷散热板，复合相变均热片（20）内设有用于容纳电芯（10）的电芯容纳槽；液冷散热板包括石墨烯导热膜（21）、液冷管（22）、进液口（220）、出液口（221）和导热衬垫（23），导热衬垫（23）上设有用于容纳液冷管（22）的液冷管容纳槽，液冷管（22）设置在液冷管容纳槽内部，且液冷管（22）两侧分别设有进液口（220）和出液口（221），石墨烯导热膜（21）粘覆于复合相变均热片（20）下表面与导热衬垫（23）和液冷管（22）上表面之间；

电控组件包括绝缘板（40）、柔性导电铜片（41）、电控板（42）和导电铜排（43），电芯（10）放置于容置壳体（30）内，两块绝缘板（40）分别扣装于电芯（10）顶部电芯铜帽（11）处，绝缘板（40）上设有容纳电芯铜帽（11）通过的孔，相邻两电芯（10）之间通过导电铜排（43）串联起来，导电铜排（43）两端水平贴合于电芯铜帽（11）的底座及绝缘板（40）上表面，导电铜排（43）被螺栓固定安装在电芯铜帽（11）上，电控板（42）安装于气室（50）上，电控板（42）底部涂有隔热胶，柔性导电铜片（41）一端焊接在电控板（42）触点位置，另一端插接在电芯铜帽（11）上，与导电铜排（43）一起被螺栓固定；

外壳组件包括容置壳体（30）、端板（31）和盖板（32），容置壳体（30）两侧的底部设置有方形孔，用于安装液冷管（22）的进液口（220）和出液口（221），容置壳体（30）两侧设有延长壳体，延长壳体内螺栓安装有呈蜂窝结构的端板（31），容置壳体（30）顶部敞口处螺栓安装有盖板（32）；

容置壳体（30）侧面设置有多个长条形的透气槽，该透气槽与外部环境连通；还包括导电接口（44），导电接口（44）由导电片定位块（440）和导电片（441）组成，导电片（441）能植入导电片定位块（440）内部，导电片（441）能通过容置壳体（30）上的细长型安装孔嵌入容置壳体（30），导电片（441）另一端与电芯铜帽（11）插接并通过螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的具有防止热扩散功能的液冷电池模组，其特征在于：复合相变均热片（20）包括中间防火隔热层，中间防火隔热层的两边连接有相变均热层。

3.根据权利要求1所述的具有防止热扩散功能的液冷电池模组，其特征在于：电芯（10）底部安装了两组中心对称的液冷散热板，液冷管（22）上沿着电池模组长度方向两侧分别设有一个进液口（220）和出液口（221）；液冷管（22）中的冷却液先通过电池模组中部，再逐步向电池模组外侧流动。