CN118539074A - 一种电池模组及热管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池模组及热管理方法，涉及电池模组技术领域，包括相互扣合的箱体和顶盖组件，形成安装室，安装室底面设置有安装槽，安装槽内设有可流通冷却液的间隔。安装室的侧壁设有多个弧形面，箱体外布设有多个加强筋。顶盖组件从上至下依次包括上盖板、集流排和固定盖，固定盖用于固定电芯上端，与箱体之间设置有密封件，形成第一道密封，集流排和箱体抵接形成第二道密封。集流排上还包括BMS控制组件和传感器组件。本发明通过BMS控制组件和传感器组件对电芯的工作状态实时监控，通过进液口和出液口实现冷却循环和泄压，底部的间隔能够提高电芯径向散热效果。当电芯发生热失控时，冷却液会渗入电芯内部，弧形内壁和外部加强筋能将损害限制在箱体内部。

Description

一种电池模组及热管理方法

技术领域

本发明涉及电池模组技术领域，尤其涉及一种电池模组及热管理方法。

背景技术

目前，随着新能源汽车、电化学储能等领域的需求增加，电池模组的应用越来越广泛，其中大容量圆柱电芯凭借其生产效率高、技术成熟、安全性高等优点，使其成为电池模组技术领域的重要发展方向。然而，圆柱电芯径向散热差，当电池内部温度超过一定阈值时，就可能引发连锁反应，导致电池模组温度迅速升高，甚至引发火灾或爆炸。

随着技术的进步，越来越多的电池模组引入散热片、冷液管等降温结构，但散热片的散热效率低，冷液管使得电池模组内部结构复杂，体积增加，从而降低了电池模组的能量密度，且传统模组通常将单体电芯胶合于模组内，难以实现单个电芯替换。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种电池模组及热管理方法，采用以下技术方案：

一种电池模组，包括箱体和顶盖组件，箱体和顶盖组件相互扣合形成安装室，安装室的内部安装有若干电芯，上述电芯的顶部于顶盖组件处设置有电极端子，上述箱体的内底面设有安装槽；上述安装槽设有台阶面；

若干上述电芯的底部相互间隔地嵌设于安装槽，且电芯的底面与台阶面相抵接，使电芯的底面与安装槽的底面之间相互间隔，并且若干上述电芯的侧面与上述安装室之间均存在间隔，这些间隔共同形成一个连通若干电芯的冷却腔；上述冷却腔设置有进液口与出液口。

作进一步改进的，上述顶盖组件上至下依次包括上盖板、集流排以及固定盖，上述固定盖用于固定上述电芯的上端，其上设置有若干固定孔，上述电芯的电极端子穿设于上述固定孔并与上述集流排上的BMS控制组件抵接。

作进一步改进的，还包括传感器组件，上述传感器组件包括压力传感器和若干温度传感器，上述压力传感器用于检测上述冷却腔内部的压力，若干上述温度传感器的检测端设置于若干上述电芯的电极端子处。

作进一步改进的，上述箱体的上端面设置有固定槽，上述固定槽上环绕设置有密封件，上述固定盖压紧上述密封件并固定连接于上述固定槽。

作进一步改进的，上述固定孔的边缘设置有凹槽，上述电芯上端的外边缘设置有凸缘，上述电芯从上至下穿过上述固定孔置于上述安装室内，且上述凸缘与上述凹槽相互契合。

作进一步改进的，上述集流排盖设于上述固定盖上，且边缘与上述箱体抵接。

作进一步改进的，上述固定盖与上述集流排通过螺栓固定连接于上述固定槽。

作进一步改进的，上述进液口与上述出液口设置于上述箱体的两侧，并连通至上述冷却腔。

作进一步改进的，上述安装室侧壁设置有弧形面，上述箱体外部设置有若干加强筋。

本发明进一步提供一种电池模组的热管理方法，结构如上述任意一项所述的一种电池模组按以下步骤进行热管理：

S1：上述温度传感器分别检测电池模组中若干上述电芯电极端子处的温度，当温度上升至第一温度阈值时开启上述进液口与出液口，让冷却腔内的冷却液循环，同时保证进液量与出液量相等，上述BMS控制组件将压力传感器此时检测的压力值设定为标准值；

S2：当上述温度传感器检测到温度大于第一温度阈值且小于第二温度阈值时；由BMS控制组件判断上述压力传感器检测到此时的压力值与标准值的差值是否超过预设值；若差值超过预设值，则关闭上述进液口，并通过上述出液口进行泄压，直至差值小于或等于预设值后，重新开启上述进液口进行冷却液循环，同时上述BMS控制组件将压力的标准值修正为此时压力传感器检测的压力值；若差值未超过预设值，则重复步骤S2；

S3：当温度传感器检测到温度等于或大于第二温度阈值时，切断电池模组回路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

其一，本发明在安装室底面设置安装槽以卡接电芯底部，固定盖固定电芯的顶部，并使电芯与安装室之间形成冷却腔，通过进液口和出液口在冷却腔内循环输送冷却液对电池进行冷却，由于电芯的正负极端子均设置于顶部，因此仅需要在安装室顶部做密封。通过这样的结构，使冷却液充满整个模组内部，有效改善电池模组的冷却效率，同时结构简单，不占用模组空间。

其二，本发明通过在安装槽内设置台阶面，使电芯底部与安装槽底部之间形成间隙，使冷却液能够流入间隙，对电芯底部进行冷却，有效改善圆柱形电芯径向散热差的情况。

其三，本发明的壳体包括箱体和顶盖组件，顶盖组件可拆卸地固设在箱体上端，当集流排的传感器组件和BMS控制组件检测到某个电芯出现异常需要更换时，可通过拆卸顶盖组件，将异常电芯取出并更换。

其四，本发明中，包括固定盖、密封件以及箱体形成的第一道密封，还包括集流排与箱体形成的第二道密封，进一步提高整体的密封效果。

其五，本发明中，安装室的侧壁设有弧形面，箱体的外部设置有若干加强筋，当电池模组出现热失控时，若产生破损，冷却液可直接进入电芯内部，减少爆炸发生的可能，若热失控严重导致电芯爆炸，上述弧形面和箱体外部的加强筋能将爆炸产生的损害尽可能限制在箱体内部，避免造成更大的损失。

其六，本发明中，通过在电池模组内每个电芯的电极端子处设置温度传感器，对各个电芯进行单独监控，当温度超过第一温度阈值时开启进液口与出液口进行冷却液循环，同时压力传感器和BMS控制组件检测压力变化，超过设定值后关闭进液口，通过出液口进行泄压，而后重新开启进液口进行冷却液循环，此后重新矫正压力标准值。通过上述结构和方法，实现合理科学的电池模组热管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的结构爆炸示意图；

图2为本发明中固定盖的结构示意图；

图3为本发明中箱体的结构示意图；

图4为本发明中箱体的俯视图；

图5为本发明中箱体的正面剖视图；

图6为本发明中箱体的正视图；

图7为图5中A处的放大图；

图8为图5中B处的放大图；

图9为本发明热管理的流程框图。

附图标记：

1-电芯；2-箱体；3-顶盖组件；4-密封件；

11-凸缘；

21-安装室；211-安装槽；2111-台阶面；21a-冷却腔；22-进液口；23-出液口；24-固定槽；25-加强筋；

31-上盖板；32-集流排；33-固定盖；331-固定孔；3311-凹槽。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：

在本发明的描述中，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。术语“部”、“侧”、“端”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。

如图1所示，本申请提供一种电池模组，包括箱体2和顶盖组件3，结合图5，箱体2和顶盖组件3相互扣合形成安装室21，安装室21的内部安装有若干电芯1，电芯1的顶部于顶盖组件3处设置有电极端子，箱体2的内底面设置有安装槽211，且安装槽211设置有台阶面2111。

若干电芯1的底部相互间隔地嵌设于安装槽211，且电芯1的底面与台阶面2111相抵接，使电芯1的底面与安装槽211的底面之间相互间隔，并且若干电芯1的侧面与安装室21之间均存在间隔，这些间隔共同形成一个连通若干电芯1的冷却腔21a；冷却腔21a设置有进液口22与出液口23，进液口22设置于箱体2的两侧。

参考图3、图4和图5所示出的一种具体实施例，箱体2内设置有三个圆柱型电芯1，电芯1的正极端子和负极端子均设置于上端，三个电芯1间隔设置，更为具体的，安装室21由三个内径大于电芯1外径的柱形空腔相互连通形成，安装室21下端围绕边缘设置有上述台阶面2111，台阶面2111为非闭合式，确保安装室21的底面能够相互连通，形成一个围绕电芯1侧壁和底面的冷却腔21a。通过进液口22与出液口23进行冷却液循环，同时电芯1底部与安装槽211底部之间形成的缝隙，能够使冷却液对电芯1侧面和底部进行冷却循环，有效改善圆柱形电芯1径向散热差的问题，且结构简单，不占用过多的模组空间。

特别的，冷却腔21a中还可以填充并循环液态阻燃剂，当箱体2内部的电芯1发生热失控至破损时，冷却液/液态阻燃剂能够快速进入电芯1内部，防止热失控进一步扩散，将危害范围控制在箱体2内部，显著减小电芯1热失控产生的危害。

更进一步的，参考图1、图3以及图6所提供的一种实施例，箱体2外侧中部环绕设置有一条横向加强筋25，且垂直于该横向加强筋25设置有若干纵向加强筋25，且箱体2内壁，即冷却腔21a内壁设有多个弧形结构。当电池发生热失控爆炸时，爆炸产生的冲击会在箱体2内传递，该弧形面结构能够将冲击分散到多个方向，从而减小对箱体2和电池的损害。横向加强筋25和纵向加强筋25共同构成了一个网格状的骨架结构，能够显著提升箱体2的整体强度和稳定性。在电池发生热失控爆炸时，该结构能够有效地抵抗爆炸产生的冲击力，防止箱体2破裂或变形，从而将爆炸危害限制在箱体2内部，避免波及外部设备而造成更大的损害。

如图1所示，顶盖组件3上至下依次包括上盖板31、集流排32以及固定盖33。固定盖33用于固定电芯1的上端，结合图2，固定盖33上设置有若干固定孔331，电芯1的电极端子穿设于固定孔331并与集流排32上的BMS控制组件抵接。

参考图2所示出的一种具体实施例，固定盖33下端为矩形，中部向上凸起并开设有三个固定孔331，固定孔331的边缘设置有凹槽3311，进一步的，电芯1封装的上端边缘设置有凸缘11，安装时，电芯1从固定孔331的上方向下穿过，电芯1上端的凸缘11与固定孔331边缘的凹槽3311相互契合，由于电池自身的重量，将固定盖33向下压于箱体2上端，实现预安装，降低后续固定的安装难度。

参考图3所示出的一种具体实施例，箱体2整体呈长方体结构，其上端面向下凹陷形成固定槽24，用于安装上述固定盖33。固定槽24上环绕设置有密封件4，固定盖33压紧密封件4并固定连接于固定槽24内。

结合图1、图5和图7，集流排32设置于上盖板31和固定盖33之间，集流排32上设置有正负极端子汇流组件(图中未示出)，实现多个电芯1之间串联或并联。具体的，集流排32、固定盖33以及箱体2通过螺栓连接，箱体2于固定槽24的四个角设置有螺栓孔，螺栓依次穿设集流排32、固定盖33后螺纹连接于固定槽24四角的螺栓孔。集流排32的边缘设置有连接孔，上盖板31的下端面设置有连接柱，集流排32与固定盖33固定连接后，上盖板31通过连接柱插设连接孔实现固定连接。通过上述结构，当箱体2内某个电信出现故障时，可通过拆卸顶盖组件3，将异常电芯1取出并更换，再重新连接顶盖组件3，且顶盖组件3各部分均可单独拆卸和更换，显著减少了产品后期的维护难度，提高了维护效率。

如图1、图5和图7所示，顶盖组件3与箱体2扣合时，集流排32的下端面与箱体2上端面的外边缘抵接，将固定盖33包裹其中，形成双重密封结构。具体的说，固定盖33、箱体2(或认为是固定槽24)以及两者之间的密封件4形成第一道密封，集流排32为PVC材质，其与箱体2形成第二道密封，进一步提高了整体的密封效果。根据需要，集流排32可采用软质PVC材料，或者采用硬质PVC并在与箱体2的接触面上设置橡胶垫层，以提高密封效果。

在一种具体实施例中，集流排32上还包括传感器组件，传感器组件包括压力传感器和若干温度传感器，压力传感器的检测头延伸至冷却腔21a内，用于检测冷却腔21a内部的压力，若干温度传感器的检测端设置于若干电芯1的电极端子处，用于检测电芯1端子处的温度。

本发明进一步提供一种电池模组的热管理方法，结构如上所述的电池模组按以下步骤进行热管理：

S1：温度传感器分别检测电池模组中若干电芯1电极端子处的温度t，当温度上升至第一温度阈值T1时开启进液口22与出液口23，让冷却腔21a内的冷却液循环，同时保证进液量与出液量相等，BMS控制组件将压力传感器此时检测的压力值设定为标准值P0；

S2：当温度传感器检测到温度大于第一温度阈值T1且小于第二温度阈值T2时；由BMS控制组件判断压力传感器检测到此时的压力值P与标准值P0的差值是否超过预设值ΔP；若差值超过预设值ΔP，则关闭进液口22，并通过出液口23进行泄压，直至差值小于或等于预设值ΔP后，重新开启进液口22进行冷却液循环，同时BMS控制组件将压力的标准值P0修正为此时压力传感器检测的压力值；若差值未超过预设值ΔP，则重复步骤S2。

S3：当温度传感器检测到温度等于或大于第二温度阈值T2时，切断电池模组回路。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池模组，包括箱体(2)和顶盖组件(3)，箱体(2)和顶盖组件(3)相互扣合形成安装室(21)，安装室(21)的内部安装有若干电芯(1)，所述电芯(1)的顶部于顶盖组件(3)处设置有电极端子，其特征在于：所述箱体(2)的内底面设有安装槽(211)；所述安装槽(211)设有台阶面(2111)；

若干所述电芯(1)的底部相互间隔地嵌设于安装槽(211)，且电芯(1)的底面与台阶面(2111)相抵接，使电芯(1)的底面与安装槽(211)的底面之间相互间隔，并且若干所述电芯(1)的侧面与所述安装室(21)之间均存在间隔，这些间隔共同形成一个连通若干电芯(1)的冷却腔(21a)；所述冷却腔(21a)设置有进液口(22)与出液口(23)。

2.如权利要求1所述的一种电池模组，其特征在于：所述顶盖组件(3)上至下依次包括上盖板(31)、集流排(32)以及固定盖(33)，所述固定盖(33)用于固定所述电芯(1)的上端，其上设置有若干固定孔(331)，所述电芯(1)的电极端子穿设于所述固定孔(331)并与所述集流排(32)上的BMS控制组件抵接。

3.如权利要求2所述的一种电池模组，其特征在于：还包括传感器组件，所述传感器组件包括压力传感器和若干温度传感器，所述压力传感器用于检测所述冷却腔(21a)内部的压力，若干所述温度传感器的检测端设置于若干所述电芯的电极端子处。

4.如权利要求2所述的一种电池模组，其特征在于：所述箱体(2)的上端面设置有固定槽(24)，所述固定槽(24)上环绕设置有密封件(4)，所述固定盖(33)压紧所述密封件(4)并固定连接于所述固定槽(24)。

5.如权利要求2所述的一种电池模组，其特征在于：所述固定孔(331)的边缘设置有凹槽(3311)，所述电芯(1)上端的外边缘设置有凸缘(11)，所述电芯从上至下穿过所述固定孔(331)置于所述安装室(21)内，且所述凸缘(11)与所述凹槽(3311)相互契合。

6.如权利要求2所述的一种电池模组，其特征在于：所述集流排(32)盖设于所述固定盖(33)上，且边缘与所述箱体(2)抵接。

7.如权利要求6所述的一种电池模组，其特征在于：所述固定盖(33)与所述集流排(32)通过螺栓固定连接于所述固定槽(24)。

8.如权利要求1所述的一种电池模组，其特征在于：所述安装室(21)侧壁设置有弧形面，所述箱体(2)外部设置有若干加强筋(25)。

9.一种电池模组的热管理方法，其特征在于：结构如权利要求1-8任意一项所述的一种电池模组按以下步骤进行热管理：

S1：所述温度传感器分别检测电池模组中若干所述电芯(1)电极端子处的温度(t)，当温度上升至第一温度阈值(T1)时开启所述进液口(22)与出液口(23)，让冷却腔(21a)内的冷却液循环，同时保证进液量与出液量相等，所述BMS控制组件将压力传感器此时检测的压力值设定为标准值(P0)；

S2：当所述温度传感器检测到温度大于第一温度阈值(T1)且小于第二温度阈值(T2)时；由BMS控制组件判断所述压力传感器检测到此时的压力值(P)与标准值(P0)的差值是否超过预设值(ΔP)；若差值超过预设值(ΔP)，则关闭所述进液口(22)，并通过所述出液口(23)进行泄压，直至差值小于或等于预设值(ΔP)后，重新开启所述进液口(22)进行冷却液循环，同时所述BMS控制组件将压力的标准值(P0)修正为此时压力传感器检测的压力值；若差值未超过预设值(ΔP)，则重复步骤S2；

S3：当温度传感器检测到温度等于或大于第二温度阈值(T2)时，切断电池模组回路。