CN204793118U - 电池模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属电能存储技术领域，尤其是涉及一种电池模组，包括支架、第一导流板、第二导流板，以及至少一个电池，每个电池包括具有第一电极的第一端面、具有第二电极的第二端面，以及位于第一端面与第二端面之间的柱身；所述支架，包括：封闭环绕的侧壁；设置有至少一个安装座的底壁，每个安装座容纳一个直立的电池，安装座的底部为空，露出容纳的电池的第一电极；第一导流板固定在支架的底部，与至少一个电池的第一电极接触导通；第二导流板固定在支架的顶部，与至少一个电池的第二电极接触导通；其中，支架和至少一个电池之间的空间容纳有绝缘导热液体，绝缘导热液体与至少一个电池的柱身接触。本实用新型电池模组的温控性能优良。
Description
技术领域
本实用新型属电能存储技术领域，尤其是涉及一种电池模组。
背景技术
锂离子电池由于其电压高、比能量大、循环寿命长等优点在现代社会得到广泛的应用。尤其是新能源产业兴起，给动力锂离子电池的发展带来更多机遇，同时也给锂离子电池的应用提出更多的挑战。
现阶段新能源汽车用锂离子电池模组主要分为几大阵营，从应用电池的结构划分可以分为圆柱形小电池、大方形电池，软包装电池等。不同电池结构在制备车用锂离子电池模组过程中表现出各自利弊。以圆柱形小电池为例，圆柱形电池生产工艺成熟，单体成品率高，电池一致性可通过配组进行电池模组性能优化，工业配套成熟。同时圆柱形电池安全防护结构成熟稳定，如市场常见的钢壳圆柱形电池都具有CID(currentinterruptdevice，电流切断装置)、VENT(泄气阀，泄气装置。预设的薄弱环节，电池内部胀气时气体突破此薄弱环节泻出，降低电池内压)、泄压孔等安全防护结构。基于以上优势，圆柱形锂电池在新能源汽车应用领域占据一席之地。但同时现阶段圆柱形电池模组装电池包过程中对电池包性能发挥还存在着种种问题尚未得到很好解决。例如：电池包内存在的热均衡问题导致不同位置电池处于不同的环境温度下循环，严重的会差到20℃-25℃左右，也就是电池包中有适于在25℃常温下循环的电池，但是在电池包内温度最高点会达到45℃到50℃，高温导致电池的循环性能下降，进而导致电池动态一致性变差，当电池包应用上百个循环之后，因为不同循环环境导致电池一致性变差，从而导致电池容量衰减，控制系统报异常，安全性能下降等问题。传统的组装方式将圆柱形电池固定在支架内，电池的两极用导电铜排焊接连接，为了追求更好的空间利用率以及良好的导电效果，电池导电铜排往往被紧贴合在电池支架表面，电池与导电铜排通过焊接的方式连接，以上连接方式得到了良好的导通效果，但导致电池原有的安全防护结构VENT(泄压阀)及泄压孔被堵塞，从而一旦发生外短路等极端事件时电池内部气压不能及时被卸掉，导致热集聚，进而导致电池包起火爆炸。而且给电池包的后续可维护性带来困难，电池基本不可拆卸，更谈不上重复利用。以上众多问题阻碍了新能源用锂离子电池推广应用的步伐。
实用新型内容
为应对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种电池模组，以期改善电池模组内部温度不均匀的问题。
本实用新型提供一种电池模组，包括支架、第一导流板、第二导流板，以及至少一个电池，
每个所述电池包括具有第一电极的第一端面、具有第二电极的第二端面，以及位于第一端面与第二端面之间的柱身；
所述支架，包括：封闭环绕的侧壁；设置有至少一个安装座的底壁，每个所述安装座容纳一个直立的所述电池，所述安装座的底部为空，露出容纳的所述电池的第一电极；
所述第一导流板固定在所述支架的底部，与所述至少一个电池的第一电极接触导通；
所述第二导流板固定在所述支架的顶部，与所述至少一个电池的第二电极接触导通；
其中，所述支架和所述至少一个电池之间的空间容纳有绝缘导热液体，所述绝缘导热液体与所述至少一个电池的柱身接触。
优选地，所述电池的柱身容纳于所述安装座的部分套设有密封圈，从而所述安装座与所容纳的电池柱身之间实现密封；所述支架的顶部设置有密封垫，所述密封垫与所述第二导流板配合，实现所述支架顶部的密封。
优选地，所述支架上设置有绝缘导热液体入口和绝缘导热液体出口，所述绝缘导热液体通过所述绝缘导热液体入口流入并通过所述绝缘导热液体出口流出。
优选地，还包括设置在支架外部的温控系统，所述绝缘导热液体入口和所述绝缘导热液体出口通过管道连接到所述温控系统。
优选地，所述支架的底壁上还设置有向所述支架的顶部延伸的至少一个支柱，每个所述支柱抵靠至少一个所述电池的柱身，所述支柱的顶部和/或底部设置有连接孔。
优选地，所述第一导流板在与每个所述电池的第一电极的接触处包括第一凸起结构；所述第二导流板在与每个所述电池的第二电极的接触处包括第二凸起结构。
优选地，所述第一导流板通过第一紧固件固定到所述支架，所述第二导流板通过第二紧固件固定到所述支架。
优选地，所述第一凸起结构与对应的所述第一电极弹性接触；所述第二凸起结构与对应的所述第二电极弹性接触。
优选地，所述第一凸起结构的顶部面积小于底部面积，所述第二凸起结构的顶部面积小于底部面积。
优选地，每个所述电池的第一端面设置有泄压孔，所述第一凸起结构的顶部不覆盖所述泄压孔，所述第一导流板与所述支架的底壁之间存在间隙，从而所述泄压孔排出的气体可以从所述间隙中排出到外部环境。
本实用新型提供的电池模组具有以下有益效果：
首先，本实用新型提供的电池模组绝缘导热液体可以充满整个电池支架内部，同时与电池柱身直接接触，通过绝缘导热液体及其流动带来的绝缘导热液体作用，便于使电池模组的内部温度均匀，并控制在一定的温度范围内，使电池处于最佳的工作环境状态下，从而使电池的循环性能和使用寿命得到明显提升。
其次，所述电池的柱身容纳于所述安装座的部分套设有密封圈，从而所述安装座与所容纳的电池柱身之间实现密封；所述支架的顶部设置有密封垫，所述密封垫与所述第二导流板配合，实现所述支架顶部的密封。通过巧妙设置密封圈和密封垫，配合利用电池的柱身和第二导流板完成密封。
另外，本实用新型提供的电池模组中导流板与每个电池的接触处包括凸起结构，并通过紧固件固定到支架凸起结构与对应的电极弹性接触，通过此连接方式电池模组组装完成后后续如需要拆卸维护或是拆解再利用都不会影响电池的再次组装，给电池循环利用创造条件。
再者，每个所述电池的第一电极所在的端面设置有泄压孔，第一凸起结构的顶部不覆盖所述泄压孔，第一导流板与所述支架的底壁之间存在间隙，从而所述泄压孔排出的气体可以从所述间隙中排出到外部环境，这样当电池出现内部胀气时最大限度的防范电池爆炸，降低电池模组的安全隐患。
附图说明
图1是本实用新型的电池模组的顶部透视示意图；
图2是本实用新型的电池模组在图1的A-A线处垂直剖开的剖面图。
图3是本实用新型的电池模组的底部透视示意图；
图4是本实用新型的电池模组的第二导流板与密封垫的配合示意图；
图5是本实用新型的电池模组去除了第二导流板、密封垫电池后的顶部透视示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
如图1-3所示，本实用新型的电池模组，包括支架1、第一导流板2、第二导流板3，以及至少一个电池4。支架1用于容纳并固定电池，且作为一导流板和第二导流板的固定载体。第一导流板和第二导流板作为电池模组连接外部电路的端口。电池可以充电放电，其数量可根据实际需要选择。
如图2可见，每个电池4包括具有第一电极41的第一端面、具有第二电极42的第二端面，以及位于第一端面与第二端面之间的柱身43。本领域技术人员应该理解，电池4可以为圆柱形锂电池，根据实际需要，电池4也可以为其他形状和/或类型的电池；第一电极41和第二电极42其中一个为正极，另一个为负极，具体应用时，可将第一电极41作为正极；电池4可以光身安装，也可以包裹绝缘套后安装。
参见图1、2、4，支架1，包括：闭合环绕的侧壁11，侧壁11的形状可根据实际需要设定；设置有至少一个安装座12的底壁13，每个安装座13容纳一个直立的电池4，安装座13的底部为空，从而如图2所示，露出容纳的电池4的第一电极41。注意，在本实用新型中，底、顶、上、下都是相对而言，在实际安装时，也可能底在上而顶在下。
如图1-3所示，第一导流板2固定在支架1的底部，与电池4的第一电极41接触导通。
如图1、2所示，第二导流板3固定在支架1的顶部，与电池4的第二电极42接触导通。
其中，支架1和电池4之间的空间容纳有绝缘导热液体(图中未示出)，绝缘导热液体与电池4的柱身43接触。绝缘导热液体例如为导热油等。
本实用新型提供的电池模组圆柱形锂离子电池模组装方案中绝缘导热液体可以充满整个电池支架内部，同时与电池柱身直接接触，通过绝缘导热液体的及其流动带来的导热作用，便于使电池模组的内部温度均匀，并控制在一定的温度范围内，使电池处于最佳的工作环境状态下，从而使电池的循环性能和使用寿命得到明显提升。
参见图2，电池4的柱身43容纳于安装座12的部分套设有密封圈5，从而安装座12与所容纳的电池4的柱身43之间实现密封。参见图4，支架3的顶部设置有密封垫6，密封垫6与第二导流板3配合，实现支架1的顶部的密封。如此，通过巧妙设置密封圈和密封垫，配合电池的柱身和第二导流板完成密封，绝缘导热液体不会从底部或顶部漏出支架之外。密封圈5例如卡设到电池4的滚槽位置，能实现更好的密封和固定效果。
参见图1、3，支架1上设置有绝缘导热液体入口14和绝缘导热液体出口15，绝缘导热液体通过绝缘导热液体入口14流入并通过绝缘导热液体出口15流出，从而绝缘导热液体不断进出，使电池模组内部和外部环境完成热交换而降低电池模组内部的温度。绝缘导热液体入口14和绝缘导热液体出口15优选位于支架1的侧壁11的相对的两侧，并分别靠近成对角的两个角部。在图1、3中，可以看出，绝缘导热液体入口14和绝缘导热液体出口15所设置的侧壁对应处具有凹陷，这样使绝缘导热液体入口14和绝缘导热液体出口15不至于因为过于凸出侧壁而影响支架的安放。在支架1外部还可以设置温控系统(图中未示出)，绝缘导热液体入口14和绝缘导热液体出口15通过管道连接到所述温控系统，温控系统可设置有由温控器控制流速的泵，当温度上升时，加快绝缘导热液体物质的流速。
参见图5，支架的底壁上还设置有向所述支架的顶部延伸的至少一个支柱16，从而更好的支撑支架的空间。每个支柱16抵靠电池4的柱身，使电池更好的固定。支柱16的顶部和/或底部可设置有连接孔16(图中未示出)，从而便于更好连接第一导流板2和第二导流板3，支架1的侧壁11上也设置有连接孔16。例如如图5中所示，支柱16的水平截面具有三道圆弧，从而其可分别贴合周边的三个电池。
如图2、3所示，第一导流板2可设置为，在与每个电池4的第一电极41的接触处包括第一凸起结构21；如图1、2、4所示，第二导流板3可设置为，在与每个电池4的第二电极42的接触处包括第二凸起结构31。如图2所示，第一凸起结构21与对应的第一电极41弹性接触；第二凸起结构31与对应的所述第二电极42弹性接触。第一导流板2通过第一紧固件(为简便起见，图中未示出)固定到支架1，第二导流板3通过第二紧固件(为简便起见，图中未示出)固定到支架1。从图中可以看出，第一导流板2包括与第一紧固件配套的第一紧固孔23，第二导流板32包括与第二紧固件配套的第二紧固孔33，紧固件和紧固孔可以设置有配套的螺纹，从而可以更好地紧固和密封。本领域技术人员应该理解，第一紧固件和第二紧固件可以分别为独立的结构也可以为一体的结构，例如可以为螺栓；在不同位置处的紧固件可以为不同的结构和尺寸，本实用新型对此不做限定。本实用新型提供的电池模组中导流板与每个电池的接触处包括凸起结构，并通过紧固件固定到支架凸起结构与对应的电极弹性接触，通过此连接方式电池模组组装完成后后续如需要拆卸维护或是拆解再利用都不会影响电池的再次组装，给电池循环利用创造条件。
如图4所示，第二凸起结构31与密封垫6配套，密封垫6设置有嵌套第二凸起结构31的第一通孔61，由于第二凸起结构31有一定的高度，从而第二凸起结构31也可接触绝缘导热液体，热量从第二导流板3被导走，可以进一步降低电池模组内部温度。当然，密封垫6也设置有与第二紧固孔33对应、便于穿过第二坚固件的第二通孔63。
参见图2，第一凸起结构21的顶部面积小于底部面积，第二凸起结构31的顶部面积小于底部面积，从而两者的剖面例如呈现为梯形。每个电池4的第一端面可设置有泄压孔(图中未示出，一般泄压孔处设置有泄压阀)，第一凸起结构21的顶部不覆盖泄压孔，并且第一导流板2与支架1的底壁之间存在间隙，从而泄压孔排出的气体可以从间隙中排出到外部环境。这样当电池出现内部胀气时最大限度的防范电池爆炸，降低电池模组的安全隐患。
本实用新型的电池模组可以用在任意需要的应用上，可以由一个电池模组、也可以由多个电池模组通过串并联形成电池组或电池包供电。
下面通过多个根据本实用新型设置的实施例与现有技术的电池模组进行对比来验证本实用新型的电池模组的优点。
实施例1
采用带有的CID(currentinterruptdevice，电流切断装置)、VENT(泄压阀)以及泄压孔结构的圆柱形钢壳26650电池作为组装用电池，18个组成一个并联电池模组，100个并联模组串联组成一个电池包(也可称为电池组)，安装座下方露出电池正极，密封环卡在电池滚槽位置，电池光身进行组装，即组装前不对电池进行包裹绝缘套处理，支架与电池柱身之间的间隙采用导热油填充，在支架两侧分别设有入口、出口用于绝缘导热液体与外界流通，第一导流板和第二导流板带有梯形凸起结构，导流板与电池的电极弹性接触，不进行焊接。设置有第一电极的端面也设置有泄压孔，并且泄压孔不被第一导流板遮盖而露出。其他设置参见前面的描述，在此不再赘述。以此制备工艺制备的锂离子电池包计为锂离子电池包A1。
实施例2
该实施例与实施例1的不同之处仅在于，组装前对电池进行包裹绝缘套处理，以此制备工艺制备的锂离子电池包计为锂离子电池包A2。
实施例3
该实施例与实施例1的不同之处仅在于，第一导流板为平板结构，电池的泄压阀被第一导流板遮盖。以此制备工艺制备的锂离子电池包计为锂离子电池包A3。
实施例4
该实施例与实施例1的不同之处仅在于，第一导流板和第二导流板均与电池的电极焊接连接。以此制备工艺制备的锂离子电池包计为锂离子电池包A4。
对比例1
采用带有的CID(currentinterruptdevice，电流切断装置)、VENT(泄压阀)、以及泄压孔结构的圆柱形钢壳26650电池作为组装用电池，18个组成一个并联电池模组，100个并联模组串联组成一个电池包，采用传统非密封支架，电池采用绝缘热缩套包裹，上下导流板均为平板，并通过电阻焊焊接方式与电池正负极端面进行焊接。以此制备工艺制备的锂离子电池包计为锂离子电池包A5。
进行的测试有：
电池包温度一致性评估：在电池包内给每个电池模组上预埋三个温度探头，分别分布在电池模组的最边缘，靠近电池模组最中心位置以及介于中心位置与最边缘的中间位置，共计300个温度监控点，对电池模组充放电过充中温度差值最大的时候采集温差值最为评估对象，分别记为▽Tmax充电和▽Tmax放电；
电池包循环性能评估：电池包以1C(额定电流)的倍率进行充放电循环，某一循环的1C放电容量与最大放电容量之比称作锂离子电池的某一循环后的容量保持率，锂离子电池容量保持率为80％时的循环周数作为衡量循环性能的指标。同时监控不同循环周期电池充放电最大与最小单体电压之间的差值记为▽Vmax充电和▽Vmax放电，分别对比第1、100、200、300个循环的▽Vmax充电和▽Vmax放电作为评估对象。
电池包安全性评估：在组成电池包之前在其中一个电池模组中预先安置一个起爆电池，该电池经过特殊处理，在外加短路点时该电池会起爆，该电池安放在电池模组的最中间位置，并且将安放有起爆电池的模组组装时组装在电池包最靠近中间的位置。将电池包采用1C恒流恒压充饱电，用外设装置将安放于电池包中的起爆电池引爆，观察周围其他电池是否受起爆电池影响，是否连锁发生爆炸，如有发生连锁爆炸记为NG，如果没有发生连锁爆炸记为OK。
实施例1、2、3、4以及对比例1制备电池模组的温度一致性、循环性能以及安全性能评估测试结果列于下表。
表1：实施例1、2、3、4以及对比例1制备电池包安全性能对比表
| 电池类型 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 |
| 安全性能 | OK | OK | NG | OK | NG |
表2：实施例1、2、3、4以及对比例1制备电池包循环性能对比表
表3：实施例1、2、3、4以及对比例1制备电池包温度一致性对比表
由上面的测试结果可见，本实用新型提供的锂离子电池模组比传统的电池模组有更好的温度一致性管控能力，从而使电池的循环性能得到明显提升，同时采用焊接方式与弹性接触的方式都可以达到良好的接触导电性，对电池模组的性能影响不大，采用凸起导流板设计，合理避让电池的泄压阀以及泄气孔可有效提高电池模组的安全性。最优的是采用本实用新型提供的密封支架，内部加热导热液体，采用具有凸起的导流板结构，光身电池进行组装并采用弹性接触的方式。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种电池模组，其特征在于，包括支架、第一导流板、第二导流板，以及至少一个电池，
每个所述电池包括具有第一电极的第一端面、具有第二电极的第二端面，以及位于第一端面与第二端面之间的柱身；
所述支架，包括：封闭环绕的侧壁；设置有至少一个安装座的底壁，每个所述安装座容纳一个直立的所述电池，所述安装座的底部为空，露出容纳的所述电池的第一电极；
所述第一导流板固定在所述支架的底部，与所述至少一个电池的第一电极接触导通；
所述第二导流板固定在所述支架的顶部，与所述至少一个电池的第二电极接触导通；
其中，所述支架和所述至少一个电池之间的空间容纳有绝缘导热液体，所述绝缘导热液体与所述至少一个电池的柱身接触。
2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述电池的柱身容纳于所述安装座的部分套设有密封圈，从而所述安装座与所容纳的电池柱身之间实现密封；所述支架的顶部设置有密封垫，所述密封垫与所述第二导流板配合，实现所述支架顶部的密封。
3.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述支架上设置有绝缘导热液体入口和绝缘导热液体出口，所述绝缘导热液体通过所述绝缘导热液体入口流入并通过所述绝缘导热液体出口流出。
4.根据权利要求3所述的电池模组，其特征在于，还包括设置在支架外部的温控系统，所述绝缘导热液体入口和所述绝缘导热液体出口通过管道连接到所述温控系统。
5.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述支架的底壁上还设置有向所述支架的顶部延伸的至少一个支柱，每个所述支柱抵靠至少一个所述电池的柱身，所述支柱的顶部和/或底部设置有连接孔。
6.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述第一导流板在与每个所述电池的第一电极的接触处包括第一凸起结构；所述第二导流板在与每个所述电池的第二电极的接触处包括第二凸起结构。
7.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，所述第一导流板通过第一紧固件固定到所述支架，所述第二导流板通过第二紧固件固定到所述支架。
8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述第一凸起结构与对应的所述第一电极弹性接触；所述第二凸起结构与对应的所述第二电极弹性接触。
9.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，所述第一凸起结构的顶部面积小于底部面积，所述第二凸起结构的顶部面积小于底部面积。
10.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，每个所述电池的第一电极所在的端面设置有泄压孔，所述第一凸起结构的顶部不覆盖所述泄压孔，所述第一导流板与所述支架的底壁之间存在间隙，从而所述泄压孔排出的气体可以从所述间隙中排出到外部环境。
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