CN202042528U - 一种高能量密度锂离子蓄电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及蓄电池模块，公开了一种高能量密度锂离子蓄电池模块，包括：锂离子电池陈列于上支架板[6]和下支架板[7]之间组成电池模块；上、下支架板内部设有多个通孔[9]；锂离子电池之间分布有支撑柱；上支架板[6]的凹面内安装有集流板[5]，与锂离子电池正极相连；下支架[7]底面的凹面安装下集流板，与锂离子电池负极焊接相连；两块极耳板分别与上集流板[5]、下集流板[8]连接。本实用新型解决了电池模块内阻大，能量密度低，循环寿命短、在大电流条件下工作时，电均一性及热均一性都很差等问题，取得了整体效率高、重量轻、散热好等有益效果。

Description

一种高能量密度锂离子蓄电池模块

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子蓄电池模块。

背景技术

锂离子蓄电池作为最受欢迎的绿色电池之一，凭借其比能量高、寿命长、开路电压高、自放电率低、对环境友好、价格低廉等优点，成为电池市场的新力军。随着锂离子蓄电池在民用领域(手机、笔记本、摄像机、电动玩具)得到了广泛使用，其安全性和实用性均得到业界好评。目前，锂离子蓄电池已朝着大功率，高比能量，高循环寿命方向迅速发展，以锂离子电池为动力源的电动汽车将逐步取代部分燃油汽车；大型储能锂离子电池系统将进入储能电站、智能电网智能调度系统中，起到十分重要的技术保障作用。

在这种情况下，传统的蓄电池模块不能满足其高功率、高能量密度、长循环寿命等要求，必须设计一种适合大电流操作，能适应高倍率放电、能量密度高，循环寿命长，环境适应性强等特点的电池模块及电池组。

实用新型内容

为了解决目前锂离子蓄电池模块不能满足高功率、高能量密度、长循环寿命要求的问题，本实用新型的目的在于提供一种高能量密度锂离子蓄电池模块。利用本实用新型，可达到能量密度高，电均衡性好，循环寿命长，散热能力强，安全性高，可靠性好，适合大电流工作的锂离子电池模块。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高能量密度锂离子蓄电池模块，该装置包括：

圆柱型锂离子电池陈列于上支架板和下支架板之间，固定组成电池模块；上支架板和下支架板内部设有多个通孔；圆柱型锂离子电池之间分布有支撑柱；上支架底面上有一凹面，安装有四个上集流板；上集流板与电池组模块内的锂离子电池正极焊接相连；下支架底面具有凹面，三块下集流板固定在下支架中间凹面内，下集流板与电池组模块内的锂离子电池负极焊接相连；两块极耳板固定在下支架两侧凹面内，分别与上集流板、下集流板连接；每四个上支架及下支架通过连接条连接固定，组成一个并联电池组；在上集流板或下集流板上焊接有保险丝，通过镍条或镍钢片引出。

上述上集流板或下集流板的外侧平面上可安装一个液体冷却板；该液体冷却板包括：底板和盖板通过左右封条和前后封条密封，其内设置有格栅形的导流槽；前后封条上分别设置冷却液入口管道和冷却液出口管道；所述的底板采用铝板制作。

上述上集流板或下集流板的外侧平面上还可以安装有一个相变冷却板，该相变冷却板包括：底板上安装箱体，箱体由翅片分成多个小区间，区间内填充相变材料；箱体顶盖上设置有多片肋片；所述的底板采用铝板、箱体采用绝缘材料制成。

本实用新型一种高能量密度锂离子蓄电池模块，由于采取上述的技术方案，电池模块包括单体圆柱型锂离子蓄电池串并组合、上下两块采用强度高、耐热性好、重量轻的绝缘支架板。支架板底面设有通孔，所述通孔呈错开阵列式排列，每个所述通孔固定装有一个所述单体圆柱型锂离子电池。支架板两侧有固定孔及长条型的凹槽。圆柱型电池采用激光焊接与点焊相结合的焊接方式与上下金属集流板稳固焊接，焊接材料采用镍条或镀镍钢板，根据不同倍率选择不同大小的保险丝，保险丝焊接在镍条(或镀镍钢板)与集流板之间。冷却板与金属集流板全接触，并通过螺栓固定。接触面采用导热率高的金属材料，其它周边材料均作绝缘处理。所述冷却板可采用相变冷却和液冷两种方式。因此，本实用新型解决了电池模块内阻大，能量密度低，循环寿命短、在大电流条件下工作时，电均一性及热均一性都很差等问题，取得了整体效率高、重量轻、散热好等有益效果。

附图说明

图1是本实用新型一种高能量密度锂离子蓄电池模块的外观图；

图2是本实用新型锂离子蓄电池模块的结构图；

图3是本实用新型锂离子蓄电池模块的冷却方式图；

图4是本实用新型锂离子蓄电池模块的液体冷却板结构图；

图5是本实用新型锂离子蓄电池模块的液体冷却系统图；

图6是本实用新型锂离子蓄电池模块的相变冷却板结构图；

图7是本实用新型锂离子蓄电池模块的安全性保险示意图；

图8是本实用新型锂离子蓄电池模块的高倍率放电性能曲线图；

图9是本实用新型锂离子蓄电池模块的循环性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的优选实施例。

图1是本实用新型一种高能量密度锂离子蓄电池模块的外观图；图2是该锂离子蓄电池模块的结构图，如图1、图2所示，该装置包括：

圆柱型锂离子电池2陈列于上支架板6和下支架板7之间，固定组成电池模块；上支架板6和下支架板7内部设有多个通孔9；圆柱型锂离子电池2之间分布有支撑柱3，用于固定和支撑电池模块；上支架板6的上方安装上集流板5，用于汇集电池正极电流；下支架板7的下方安装下集流板8，用于汇集电池负极电流；上支架6及下支架7每四个通过连接条4连接固定，组成一个并联电池组；两块极耳板1固定在下支架7两侧凹面内，分别作为锂离子电池模块的正负极输出端子。

锂离子电池模块包括多节串并方式连接起来的圆柱单体电池，上支架6及下支架7采用绝缘材料PVC制作而成，其内部设有多个通孔9，所述通孔9呈错开式阵列排列，每列错开一个通孔的位置。每个通孔9固定装有一个单体锂离子电池2，单体锂离子电池2两头被上支架6及下支架7固定，并由支撑柱3卡牢，支撑柱3的卡柱与上支架6及下支架7上的固定孔配合相插接。上支架6底面上有一凹面，凹面形状大小与上集流板5形状大小相匹配，共四个上集流板5固定在上支架6凹面内；下支架7底面有不同与上支架6的凹面，三块下集流板8固定在下支架7中间凹面内，两块极耳板1固定在下支架7两侧凹面内，分别与上集流板5、下集流板8连接，作为锂离子电池模块的正负极输出端子。

上集流板5与电池组内的锂离子电池2正极焊接相连；下集流板8及极耳板1与电池组内的锂离子电池2负极焊接相连。极耳板1、上集流板5和下集流板均采用紫铜材料制成，导电性能良好。焊接是以激光焊与点焊相结合的方式，焊接材料采用镍条或镀镍钢片，连接牢固，导电性能良好。

图3是本实用新型锂离子蓄电池模块的冷却方式图；

在环境温度过高或者高倍率、长时间充放电的情况下，对于该电池组宜采用如图3的冷却方式。如图3所示，在集流板两侧装配冷却板10能均衡、有效保持电池在适合温度内(温差小于5℃)。根据不同的冷却要求，电池组可以分别采用液体冷却和相变冷却两种方式。

图4是本实用新型锂离子蓄电池模块的液体冷却板结构图，采用液态水作为冷却流体，在上集流板5(或下集流板8)板的外侧平面上安装一个液体冷却板，如图4的实施例所示，该液体冷却板包括：底板14和盖板11通过左右封条12和前后封条15密封，其内设置有格栅形的导流槽13；前后封条15上分别设置冷却液入口管道和冷却液出口管道。

底板14采用导热系数高的铝板制作，导流槽13将液体均匀的分布于冷却板内，传热过程主要通过底板14与流体之间的对流换热来完成。底板14与上集流板5(或下集流板8)板完全接触，并通过螺栓固定。盖板11及左右封条12、前后封条15均采用绝缘材料PVC通过高强度胶黏合起来，封条15钻孔后安装管道作进出液体使用。

图5是本实用新型锂离子蓄电池模块液体冷却系统图，如图5所示，该系统包括：上述液体冷却板与一个泵、一个散热器和过滤器串联连接，散热器的一侧设置一个大型风扇。

单个或多个电池组可以通过该系统进行强迫对流冷却。这个系统用泵把吸收了电池模块散热的液态介质抽吸到空气-液体热交换器(散热器)，然后用大型风扇驱动冷却空气通过热交换器使液体冷却。经冷却的液体又被抽回再次吸收电池模块散热，而吸收了液体热量的空气则被排放到周围环境中。

图6是本实用新型锂离子蓄电池模块的相变冷却板结构图；在上集流板5(或下集流板8)板的外侧平面上安装一个相变冷却板，如图6所示，该装置包括：底板18上安装箱体16，箱体16由翅片20分成多个小区间，区间内填充相变材料19；箱体16顶盖上设置有多片肋片17，能起到增加冷却板散热面积的作用。上述底板18采用高导热率的铝板，箱体16绝缘材料制成

图7是本实用新型锂离子蓄电池模块安全性保险示意图。用于防止短路燃烧、爆炸的保险丝21焊接在上集流板5或下集流板8与镍条(或镀镍钢片)22之间，当电池模块出现短路造成超过其最大限流时，所述保险丝21会自动熔断而使电路断开，保证电池组的安全性。

图8是本实用新型锂离子蓄电池模块高倍率放电性能曲线图。在电流为460A放电时，采用液冷方式的电池模块温度正常。与3A小倍率放电相比电压降只有4V。放电容量达到66％以上，重量能量密度为100Wh/Kg，体积能量密度为134Kwh/m3。

图9是本实用新型锂离子蓄电池模块循环性能曲线图。在环境温度中，采用3C充放电持续对电池模块进行性能循环试验，循环次数350次后，电池性能容量只下降5％。

本实用新型所述锂离子蓄电池模块可以通过电连接组合成不同能量要求的锂离子电池组。根据锂离子电池模块能量密度高、循环性能好等优点，可设计满足大功率，高比能量，高循环寿命的储能电池组，例如车用动力电池、风力发电或太阳能发电储能电池、智能电网储能电池等。

本实用新型有效解决了电池模块内阻大，能量密度低，循环寿命短、在大电流条件下工作时，电均一性及热均一性都很差等问题，适合于大型储能电池组和大型动力电池组使用。本实用新型的冷却设计及保险丝的设计有效的增加了锂离子电池模块的安全性和稳定性，适合于高倍率冲放电模式。本实用新型电池组排列紧密但集热不明显，电池间串并联合理使得各单体电一致性好且连接电阻低(电池组连接电阻小于1mΩ)，与其他同类型的锂离子电池模块比较，本实用新型具有体积小，重量轻，能量密度高等优势；本实用新型结构设计合理，组装简单，减小了电池的组装成本。

Claims (5)

1.一种高能量密度锂离子蓄电池模块，其特征在于，该装置包括：

圆柱型锂离子电池[2]陈列于上支架板[6]和下支架板[7]之间，固定组成电池模块；上支架板[6]和下支架板[7]内部设有多个通孔[9]；圆柱型锂离子电池[2]之间分布有支撑柱[3]；上支架[6]底面上有一凹面，安装有四个上集流板[5]；上集流板[5]与电池组模块内的锂离子电池[2]正极焊接相连；下支架[7]底面具有凹面，三块下集流板[8]固定在下支架[7]中间凹面内，下集流板[8]与电池组模块内的锂离子电池[2]负极焊接相连；两块极耳板[1]固定在下支架[7]两侧凹面内，分别与上集流板[5]、下集流板[8]连接；每四个上支架[6]及下支架[7]通过连接条[4]连接固定，组成一个并联电池组；在上集流板[5]或下集流板[8]上焊接有保险丝[21]，通过镍条或镍钢片引出。

2.如权利要求1所述的锂离子蓄电池模块，其特征在于：所述的上集流板[5]或下集流板[8]的外侧平面上可安装一个液体冷却板；所述的液体冷却板包括：底板[14]和盖板[11]通过左右封条[12]和前后封条[15]密封，其内设置有格栅形的导流槽[13]；前后封条[15]上分别设置冷却液入口管道和冷却液出口管道；所述的底板[14]采用铝板制作，与上集流板[5]或下集流板[8]板完全接触，通过螺栓固定；盖板[11]及左右封条[12]、前后封条[15]均采用PVC绝缘材料，通过高强度胶黏合。

3.如权利要求2所述的锂离子蓄电池模块，其特征在于：所述的液体冷却板与一个泵、一个散热器和一个过滤器串联连接，散热器的一侧设置一个大型风扇。

4.如权利要求1所述的锂离子蓄电池模块，其特征在于：所述的上集流板[5]或下集流板[8]的外侧平面上还可以安装有一个相变冷却板，所述的相变冷却板包括：底板[18]上安装箱体[16]，箱体[16]由翅片[20]分成多个小区间，区间内填充相变材料[19]；箱体[16]顶盖上设置有多片肋片[17]；所述的底板[18]采用铝板、箱体[16]采用绝缘材料制成。

5.如权利要求1所述的锂离子蓄电池模块，其特征在于：所述的上支架[6]及下支架[7]采用PVC绝缘材料制作，所述的极耳板[1]、上集流板[5]和下集流板[8]均采用紫铜材料制成。

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