CN205452474U - 一种新型的管壳式动力电池模组装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的管壳式动力电池模组装置，整体外形是采用一种正六边形或者圆柱形的管壳。该装置主要由几部分组成，分别是上/下外壳盖（101）、下密封板（102）、折流板（103）、套管（104）、电池单体、套管塞（105）、固定耳（106）、冷却剂入口（107）、管壳外壳（108）、冷却剂出口（109）、密封圈、电路保护板（110）、散热器（111）。本实用新型利用管壳式换热的高效使得动力电池在高倍率或者恶劣的环境下充放电过程中维持在合适的温度区内，从而延长电池的循环寿命，提高能效，降低运行中潜藏的危险。同时该发明装置装配操作简单、机械化程度高、后期维护简单、成本低优势，具有很好的市场潜力。

Description

一种新型的管壳式动力电池模组装置

技术领域

本发明涉及电动汽车的动力电池组/模块设计领域，旨在通过管壳式换热更加合理、有效的控制动力电池工作温区。

背景技术

随着人类社会经济和科学技术的发展，对传统的、不可再生资源产生了巨大的需求，导致石油等资源日临枯竭的风险越来越突出。同时在消费这些传统能源时对环境产生了毁灭性的破坏，导致恶劣的气候频频而至，在世界各地都有被雾霾给吞噬的城市；因此发展新能源电动汽车是大势所趋，也是应人类对环保和节能的呼声。电动汽车是通过纯电力来驱动，在整个过程中是零污染、零排放且能效高，因此对于电动汽车的研究和应用越来越受到重视；但是在电动汽车的动力电池上存在诸多未能有效解决的问题，如何确保电池箱体内各电池之间连接的可靠性；如何确保电池箱体内各电池在运行过程中温度的均匀性：如何确保电池箱体内各电池寿命、老化均一性等问题。

中国发明专利（专利号:201410356643.X）“动力电池热管理装置及其制作方法”利用套管内含动力电池，再通过外在的封闭板构成一个封闭带有开口的热管理装置，但在该专利中套管是通过焊接的方式固定在冲压孔板上。并且整个装置都是采用金属材料，导致体积偏大和偏重，对于后期的维护、装配不方便。同时需要大量的冷却剂对整个容器中的套管进行覆盖，冷却剂所吸附热不能及时移除和方形主体抗撞击强度不够等缺陷；中国发明专利（专利号：201010614774.5）“一种具有强化散热功能的管壳式电动汽车电池装置”利用管壳式换热的外形装置，内置电池单体管，通过液体冷却剂或者相变材料进行冷却；但是该装置内置的截流板和泡沫铜等材料增加了流体的阻力，使得冷却剂的泵功率过大；同时相变材料蓄热和不能及时排除热量导致电池的温度还会继续增加，密封性不够。

发明内容

针对现有的液体、风冷和相变材料冷却系统所存在的上述问题缺陷，因此，现所提供的一种新的管壳式动力电池模组装置，能够有效的解决动力电池在运行过程中单体电池温度过高、温度不均一而导致热失控事故发生。

一种新型的管壳式动力电池模组装置包括管壳外壳，管壳外壳上开设冷却剂入口和出口，在管壳里面有用来改变流体方向的折流板，在折流板上夹有套管；套管里面填充着多个圆柱形电池单体，并且在套管的两端有连接电池和固定密封套管的套管塞；在管壳外壳两端有用来密封管壳的密封板，密封板上的套管通过胀管技术来固定和密封，整个装置的上顶盖内配有电路版护板，在顶盖上装有用来散热的散热器；通过冷却剂在管壳内的流动带走电池单体所产生的热量，从而有效的控制温度，使得整个装置的电池处于均一状态。

本发明所述的管壳外壳的外形是正六边或者圆柱形，在一对相对称的面上开设有冷却剂的入口和出口，冷却剂为空气、水和乙醇混合液或者无毒无害的制冷剂等；管壳外壳是由玻璃纤维/芳纶纤维/碳纤维等塑料或者金属/合金材料构成。

本发明所述的电池单体是各种型号的圆柱形动力电池。

本发明所述的套管是用以容纳所述电池，套管内的电池单体采用首尾串联方式，套管的内径尺寸比所述电池单体的外径略大0.5mm-1mm；并且在套管的两端内表面刻有一定深度的螺纹，套管由导热能力优异的紫铜/铝/镁合金等金属材料或者高强度、导热能力优异的玻璃纤维/芳纶纤维/碳纤维塑料构成。

本发明所述的变压器油是用来填充电池单体与套管之间的间隙，利用变压器油的高导热和绝缘的性能更加有效的导出电池单体所产的热。

本发明所述的套管塞是用来固定和连接所述电池，套管塞的中心是由高导电金属材料构成，成圆柱形；外层是由绝热、绝缘的塑料/橡胶/玻璃钢/钢化玻璃钢等材料构成，外层中预设有多个气体通道，当发生热失控时用来排除其产生的气体和减压；外层外表面同样刻有与所述套管内表面相齿合的螺纹。

本发明所述的折流板是采用螺旋式的折流板安置在管壳内，用来支撑和固定所述套管，并且可以不断的改变流体方向以增加换热效果和减小流体局部阻力；其安装角度为20℃/25℃/30℃/40℃。

本发明所述的上下密封板和下密封板是用来密封所述管壳外壳的，同时可以固定所述套管形成一封闭空间；密封板的外形尺寸与管壳外壳的外尺寸相一致，密封板的边缘上开设有固定用的螺钉孔，同时密封板上还设有复数个与套管外径一致的孔。

本发明所述的密封圈是用来密封所述密封板与管壳外壳之间的安装间隙,是正六边形或者圆形。

本发明所述的固定耳是通过焊接或一次成型在管壳外壳的同一面，前后布置一对固定耳。

本发明所述的上管壳盖板和下管壳盖板是用来密封所述的动力电池装置两端，防止外在的损害，上管壳盖板和下管壳盖板可以由高强度的塑料或者金属材料构成。

本发明所述的散热器是安装在有保护电路板的上盖板外，用来排除电路板工作时所产生的热，同时还可以与出口冷却剂管路热耦合。

本发明所述的制作方法步骤如下。

步骤1，所述的管壳外壳是通过整体成型的浇筑或者拉压而成，并且在上面开设两个开口，冷却剂的入口和出口通过焊接方式连接；

步骤2，所述的圆柱形动力电池放置套管内，并且填充一薄层的变压器油排除电池之间和套管的空气；

步骤3，套管两端的套管塞通过机械拧紧，使得两端的扭矩大小一致；

步骤4，套管与折流板是通过胀管的技术使其紧密的结合在一起，再整体的放置于管壳内；

步骤5，管壳内的套管与两端的密封板是通过第二次的胀管技术密封，密封板与管壳的螺钉连接通过机械拧紧；

步骤6，套管与套管的连接通过电路连接片电焊连接，根据不同需求壳并联可串联；

步骤7，电路保护板和外散热器是通过螺钉固定在管壳盖板上，上下盖板与管壳外壳的连接也是通过螺钉固定；

步骤8，管壳外壳下焊接一对固定耳，方便装车固定。

综上所述，一种新型的管壳式动力电池模组装置的效果是显著的，可以有效的控制电池的温度在合理的工作温区，快速的排出电池所产生的热量。提高了电池的循环使用寿命，减缓电池容量损失，降低了潜在的热失控危险。

附图说明

图1一种新型的管壳式动力电池模组装置装配图。

图2套管装配电池单体的剖面图。

图3套管塞的剖面图和俯视图。

图4密封板图。

图5密封圈图。

附图标记如下；

101、管壳下盖板102、密封板103、折流板104、套管

105、套管塞107、冷却剂入口108、管壳外壳109、冷却剂出口106、固定耳110、电路保护板111、散热器201套管

202、电池单体203、螺纹301、套管塞302、排气孔

303、导电体304、螺纹401、密封板402A/B、套管孔

403A/B、螺钉固定孔404、凸肩501A/B、密封圈。

具体实施方式

下面以具体实例对本发明的一种新型的管壳式动力电池模组装置实施方式进行具体描述。

一种新型的管壳式动力电池模组装置整体装配如图1所示，本发明所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置由以下几部分组成：分别是管壳外壳108、下底盖101、密封板102、折流板103、套管104、电池单体202、套管塞105、冷却剂入口107、冷却剂出口109、电路保护板110、散热器111、固定耳106。

在图1中所示的套管外壳108上开设有一对冷却剂入口107和冷却剂出口109，通过冷却剂在管壳内的流动及时带走电池单体所产生的热量，同时也可以通热流体对电池单体加热；管壳外壳108的两端分别有管壳盖板101，管壳盖板101是通过螺钉（未示出）与管壳外壳108连接；同时在上盖板的内部安置有一块电路保护板110，使用螺钉固定（未示出）；外表面耦合一个散热器111，散热器与上盖板的连接方式为螺钉固定；在管壳外壳108的底面焊接有一对固定耳106用来固定在车辆上，防止设备的震动。

如图2中的套管201是用来填充圆柱形电池单体202，套管201的内径尺寸比所述的电池单体202外径略大0.5mm-1mm。在每根套管201中填充6-7个首尾串联的电池单体202，同时电池单体202与套管201之间填充有导热绝缘的变压器油，并且通过如图3中的套管塞301来固定和联通电路；套管201两端的套管塞301采用螺纹拧合，两端所施加的扭矩大小相等；装填好电池单体的套管用如图1中所示的折流板103来作为承载和密封支架，折流板103是采用螺旋折流板式，安装角度在20°-40°范围内，在折流板103上开设有套管孔402；套管104与折流板103及折流板103与管壳外壳108的密封采用胀管技术。

如图3所示的套管塞301的外径与图2中的套管201内径是相匹配的，在套管201两端的内表面都刻有进深为1cm的螺纹203，同样在套管塞301的外表面也刻有进深1cm的螺纹304来齿合；套管塞301的中间部分是一种高导电体303，用来联通电池单体电路；同时在套管塞301中布局有复数个均匀分布的排气孔302，在发生热失控或者其他事故时用来排除电池单体202所产生的气体，降低套管201内的压力；外部电路通过连接片与套管塞301中的导电体303点焊，可以并联或者串联电路。

在图4中密封板401的外形是正六边形的，在本案例中所使用的是圆形的密封板401；在密封板401上均匀的开设有复数个螺钉固定孔403A/B，同时在密封板401上开设有与套管104相同数目的套管孔402A/B，套管孔402A/B的内径与套管104的外径是相匹配的，采用胀管的技术来密封；在凸肩404与管壳外壳108之间填充有如图5所示的密封圈501A/501B。

在该案例下，

优选方式一，冷却剂采用普通的空气冷却，通过管壳中螺旋的折流板使得冷却剂空气螺旋前进，增强换热效果使得套管的温度控制在合理的温区内；

优选方式二，冷却剂采用50%的水和50%的乙醇混合液体来冷却，利用水的高比热容和乙醇的低沸点优势，在同样的工况中所带走的热量更多，使得该新型动力电池热管理装置的散热效果更佳；

优选方式三，冷却剂采用廉价的制冷剂来冷却。

在本专利实施案例中可以采用正六边形的管壳外壳也可以采用圆柱形的管壳外壳来实施；通过本专利中的螺旋折流板使得冷却剂得以充分的包围和冲刷套管，增强换热效果，有效的控制电池的工作温区；同时套管是采用胀管技术密封和套管塞来固定和导通电路，使得在后期的维护中变得更加的方便和简单；整个装置的机械化程度高，降低了生产成本。

Claims (10)

1.一种新型的管壳式动力电池模组装置，该装置包括管壳外壳，管壳外壳上开设冷却剂入口和出口，在管壳里面有用来改变流体方向的折流板，在折流板上夹有套管；套管里面填充着多个圆柱形电池单体，并且在套管的两端有连接电池和固定密封套管的套管塞；在管壳外壳两端有用来密封管壳的密封板，密封板上的套管通过胀管技术来固定和密封，整个装置的上顶盖内配有电路版护板，在顶盖上装有用来散热的散热器；通过冷却剂在管壳内的流动带走电池单体所产生的热量，从而有效的控制温度，使得整个装置的电池处于均一状态。

2.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的管壳外壳的外形是正六边形或者圆柱形，并且开设有冷却剂的入口和出口，管壳外壳由导热系数一般的玻璃纤维/芳纶纤维/碳纤维塑料或者金属/合金材料浇筑或者锻压成型。

3.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的套管是采用导热能力优异的紫铜/铝/镁合金金属材料或者强度、导热能力优异的塑料构成，电池套管内径比圆柱形动力电池单体的外径略大0.5mm-1mm，并且在套管两端的内表面刻有螺旋纹。

4.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的电池单体是各种型号的圆柱形动力电池组成。

5.根据权利要求3或4所述一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于套管与电池单体之间填充有一种导热绝缘的变压器油。

6.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的套管塞是圆柱体，中间是导电体，其外层外表面刻有螺旋纹，与套管两端的内表面螺旋纹相吻合，并且在套管赛外层中开设有多个均匀分布的排气孔，外层材料是由绝热、绝缘的塑料/橡胶/玻璃钢/钢化玻璃钢材料构成。

7.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的折流板是采用螺旋式折流板，其安装角度为20℃/25℃/30℃/40℃。

8.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的密封板的外形也是正六边形或者圆柱形，密封板上开有与套管外径一致的圆孔。

9.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的固定耳是通过焊接或一次成型在管壳外壳的同一面，前后布置一对固定耳。

10.根据权利要求1所述的一种新型的管壳式动力电池模组装置，其特征在于所述的散热器是通过螺钉固定在顶盖上。