CN206301913U - 一种水冷式新能源动力电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水冷式新能源动力电池，包括电池箱上盖、动力电池模组和电池箱下壳，其特征在于，所述动力电池模组与电池箱下壳内底面贴合连接，电池箱下壳外设有水冷装置，水冷装置包括冷水板；冷水板固定安装在电池箱下壳外底部设有的空腔位置，冷水板通过连接管件与汽车上的冷却水路连接形成一个完整的水路冷循环装置。本实用新型在新能源动力电池包散热应用上使用液体冷却，此方式比传统空气冷却效率高，是未来动力电池热管理系统的重要发展方向。本实用新型采用冷水装置安装在电池包外部的方式，使冷水板与整体电池包在外部形成一个独立的水冷系统，解决液体泄漏的重大安全隐患。

Description

一种水冷式新能源动力电池

技术领域

本实用新型涉及新能源动力电池领域，更具体地说，本实用新型涉及一种水冷式新能源动力电池。

背景技术

目前，国内对于传热介质的研究大部分采用还是传统的单一空气冷却方式，而国外已经开始如液体冷却方式、相变材料等对新的传热介质的研究。

空气冷却方式价格便宜但散热效果差，液体冷却方式效率高，是未来动力电池热管理系统的重要发展方向；常见的液体冷却方式是在电池包内部铺散管道，这样会比较占用内部空间，最重要的是液体冷却在电池包内部使用存在泄漏的重大安全隐患。

同时，传统卷绕结构的电池生产效率高，极片边角面积小，易于批量化生产和极片边缘毛刺、脱粉的有效控制；传统多卷芯连续卷绕的电池充、放电倍率较高，产热量小，适应一定范围下的低温条件下的使用；但极片边角面积较大，生产效率相对较低，不利于批量化生产和极片边缘毛刺、脱粉的控制。

传统的超声波焊接结构的缺点有：焊接极耳层数通常低于100层，且瞬间产生的高温容易引起极耳处的陶瓷涂层隔膜纸收缩，形成安全隐患；超声波设备保养困难，其虚焊产品不易被觉察，影响电池的一致性，不利于后续的电池配组与组装；容易造成极耳开裂或产生金属粉尘，影响电池的安全性。

传统的螺柱联接结构的缺点有：螺柱的尺寸材质受到工艺的限制，受电池壳空间影响，螺柱的直径受到限制，为了提高扭力，通常采用不锈钢螺柱，由于其与外壳盖板连接柱材质不同而形成原电池，易现场腐蚀点，影响电池的可靠性；螺柱连接扭力较小，无法克服负、负极片极耳、外壳盖板连接柱材料表面粗糙度等对接触电阻的影响，其接触面电阻不稳定，影响电池的一致性，不利于后续的电池配组与组装；

激光穿透焊接其工艺控制复杂，受到环境、材料、工艺等诸多因素影响，其焊接极耳层数通常需控制在10层以下，且焊接效果极不稳定。

锂电池由于工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长、无污染等优点，已越来越广泛地应用于消费、动力、储能及各种用途电池中，逐步取代了传统的可充电电池成为电池领域的主要产品。随着市场的拓展，对大容量高功率锂离子二次电池的需求也越来越大，如后备电源类的移动通讯基站、风光发电系统的调峰电源、车载锂电池包、寒带急救抢险备用电源及寒带电动机车电源等市场均有很大的需求。要求电池单体容量大，功率密度高，一致性好，易于配组，电池包在-30℃～+60℃,（1—10）C放电倍率下，仍能负常工作，其常规100Ah及以上大容量锂离子二次电池有以下难以逾越的缺陷。主要体现在：

1）超声波焊接的电池，不同机台和时间焊接的电池内阻离散度大，不利于电池包的配组；

2）螺柱连联的电池内阻大，通常仅适合于常温1C以下电流的连续放电，无法满足设备所需的高功率要求；

3）螺柱连联的电池内阻大，例如50Ah锂离子二次电池1KHz交流阻抗通常在1mΩ以上，放电倍率差；

4）外壳一般与阴极直接导通，电池成组后，外壳绝缘层破裂，有造成电池组内Cell间短路或外壳被化学腐蚀的安全风险。

5）电池大电流充、放电条件下，温升较高，严重影响电池的循环寿命安全性能。

实用新型内容

本实用新型针对的目的：针对液体冷却方式在电池包内部应用存在重大安全隐患，而提供一种水冷式新能源动力电池。

本实用新型是这样实现的：

一种水冷式新能源动力电池，包括电池箱上盖、动力电池模组和电池箱下壳，所述电池箱下壳为凹型铝合金铸造件，动力电池模组与电池箱下壳内底面贴合连接，散热硅胶均匀铺覆在电池箱下壳的内部，电池箱下壳外设有水冷装置，水冷装置包括冷水板；冷水板固定安装在电池箱下壳外底部设有的空腔位置，冷水板通过连接管件与汽车上的冷却水路连接形成一个完整的水路冷循环装置。

进一步，电池箱密封垫粘贴在电池箱下壳法兰边上，电池箱上盖通过电池箱密封垫与电池箱下壳密封连接，所述电池箱上盖为凹型钣金件壳体，所述电池箱密封垫外形为回字形结构。

进一步，动力电池模组固定在电池箱下壳内底部，通过散热硅胶使动力电池模组铝壳的壳面与电池箱下壳贴合。

进一步，所述电池箱下壳内部设有下壳支撑架，下壳支撑架为型材焊接的加强梁。

进一步，所述冷水板采用第一冷水板结构，第一冷水板结构为由上下两块凹型铝合金铸造板经过压铸形成内部空心的铝合金空心平板，第一冷水板的一端安装有直形接头；连接管路一端与第一冷水板的直形接头连接，连接管路另一端通过转接头与汽车上的冷却水路相接形成一个完整的水路冷循环装置。

进一步，所述冷水板采用第二冷水板结构，第二冷水板结构为铝合金板材中设有出冷却铜管的外形大小一致的弯曲路径；冷却铜管压装在铝合金板材弯曲路径上，所述冷却铜管两端与L型接头连接；连接管路一端与第二冷水板的L型接头连接，连接管路另一端通过转接头与汽车上的冷却水路相接形成一个完整的水路冷循环装置。

进一步，所述直形接头为一端外螺纹接头，一端为卡套式水管接头，两端直通。

进一步，所述L型接头为一端外螺纹接头，一端为卡套式水管接头，两端直角相通。

进一步，连接管路是由T型接头两端插接冷却水管组合而成；所述转接头一端为外螺纹接头，一端为内螺纹接头，外螺纹接头端穿过接头安装板用法兰螺母紧固，内螺纹接头端与连接管路中T型接头中间的接头螺纹连接；所述T型接头为T字型接头，中间端为外螺纹接头，两端为卡套式水管接头；所述连接管路和转接头安装在接头安装板。

进一步，动力电池模组由多个连续卷绕电池芯极组组成，两个以上连续卷绕电池芯并列捆扎在一起成为一个并列连续卷绕电池芯极组，连续卷绕电池芯的正、负极片上端设有正极耳和负极耳，正极耳和负极耳上各设有铆钉孔，所述外壳盖板上设有盖板极柱连接片；正极耳和负极耳分别通过其铆钉孔、铆钉及铆接压片与各自的盖板极柱连接片铆接形成电池的正电极和负电极。

优选，连续卷绕电池芯极组外层套有绝缘袋，绝缘袋固定于电芯外壳内，电芯外壳和外壳盖板的连接处设有绝缘支架，电芯外壳和外壳盖板采用激光焊封口。

优选，铆钉在正极时采用铝铆钉，负极采用铜铆钉；铆接压片在正极时采用铝铆接压片，负极采用为铜铆接压片；盖板极柱连接片分正极柱连接片和负极柱连接片。

优选，正极耳的连接结构为：从上至下依次是第一铝铆接压片、第一正极耳、正极柱连接片、第二正极耳、第二铝铆接压片，铝铆钉依次穿过上述结构，通过冷压翻边使正极耳和正极柱连接片铆接形成电池的正电极。

优选，负极耳的连接结构为：从上至下依次是第一铜铆接压片、第一负极耳、负极柱连接片、第二负极耳、第二铜铆接压片，铜铆钉依次穿过上述结构，通过冷压翻边使负极耳和负极柱连接片铆接形成电池的负电极。

优选，正极耳和负极耳上各冲有两个铆钉孔，正极耳和负极耳处的铆接压片对应位置上各冲有两个铆钉通孔，铆钉孔和铆钉通孔的直径相同且比铆钉的直径大0.4 mm。

本实用新型在新能源动力电池包散热应用上使用液体冷却，此方式比传统空气冷却效率高，是未来动力电池热管理系统的重要发展方向。

本实用新型采用冷水装置安装在电池包外部的方式，使冷水板与整体电池包在外部形成一个独立的水冷系统，解决液体泄漏的重大安全隐患。

本实用新型动力电池模组采用连续卷绕电池芯极组时，极耳的安装结构采用铆接，具有在-40℃—60℃的10C以上大电流放电和常温3C以上以上快速充的性能，并且多卷芯连续卷绕电池芯极耳与外壳盖板连接片采用冷压翻边铆接，铆接压力大。消除了因负、负极片极耳、外壳盖板连接柱材料表面粗糙而对接触电阻的影响，有效减小多卷芯连续卷绕电池芯极耳与外壳盖板连接片的接触电阻和叠片电芯极片边角面积较大，生产效率相对较低，不利于批量化生产和极片边缘毛刺、脱粉难控制的问题。因阻抗小，充、放电产热少，无明显温升，其循环寿命显著延长；多卷芯连续卷绕电池芯套绝缘袋后金属外壳不带电，组装后，能改善电池包的可靠性与安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构爆炸示意图。

图2为本实用新型实施例1的第一冷水板结构装配示意图。

图3为本实用新型实施例2的第二冷水板结构装配示意图。

图4是本实用新型发明实施例3多极耳连续卷绕电池芯示意图。

图5是本实用新型实施例3极耳与外壳盖板连接片冷压铆接侧面示意图。

图6是本实用新型实施例3极极耳与外壳盖板连接片冷压铆接正面示意图。

图中：电池箱上盖101，电池箱密封垫102，M8组合螺丝103，下壳支撑架104，动力电池模组105，动力电池模组铝壳105a，散热硅胶106，电池箱下壳107，连接管路108，T型接头108a，冷却水管108b，转接头109，接头安装板110，M6组合螺丝111，法兰螺母112，沉头螺丝113，第一冷水板114，直形接头114a，第二冷水板115，冷却铜管115a，L型接头115b；

正极片401，负极片402，外壳盖板403，铆钉404，铆接压片405，极耳束406，盖板极柱连接片407，连续卷绕电池芯极耳408， 绝缘袋409，连续卷绕电池芯极组410，连续卷绕电池芯411，盖板电极412， 绝缘支架413，正极耳414，负极耳415，电芯外壳416。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、技术特征、达成目的与效果易于明白了解，下面结合具体图示和实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1：

参考图1和2，电池箱密封垫102粘贴在电池箱下壳107法兰边上，盖上电池箱上盖101后用螺丝紧固组合成电池包箱体，防水等级达到IP67；所述电池箱上盖101为凹型钣金件壳体，外观电泳黑色；所述电池箱密封垫102外形类似回字形的发泡硅胶类密封垫；所述电池箱下壳107为凹型铝合金铸造件，内部需各部件的安装定位螺丝孔位。

连接管路108、转接头109、接头安装板110的安装结构为：所述连接管路108是由T型接头108a两端插接冷却水管108b组合而成；所述转接头109一端为外螺纹接头，一端为内螺纹接头，外螺纹接头端穿过接头安装板110用法兰螺母112紧固，内螺纹接头端与连接管路108中T型接头108a中间的接头螺纹连接；所述T型接头108a为T字型接头，中间端为外螺纹接头，两端为卡套式水管接头；所述冷却水管108b为PVC加玻纤的水管；所述接头安装板110为凹型钣金件，用于来连接固定连接管路108和转接头109使用。

第一冷水板114是由铝合金铸造成凹型，再由上下两块压铸成内部空心的铝合金空心平板，在一端安装好直形接头114a；所述直形接头114a为一端外螺纹接头，一端为卡套式水管接头，两端180度直形相通；通过用沉头螺丝113把第一冷水板114固定在电池箱下壳107底部空腔位置，再把连接管路108一端与第一冷水板114的直形接头114a连接起来，转接头109再和汽车上的冷却水路相接就可形成一个完整的水路冷循环装置，即可实现电池箱外部液体冷却。

散热硅胶106和动力电池模组105的安装关系为：所述散热硅胶106为两种灌封硅胶1:1调和而成的AB灌封硅胶，把散热硅胶106均匀铺覆在电池箱下壳107内部，再将动力电池模组105用螺丝固定在电池箱下壳107相应的安装位置上，通过散热硅胶106使动力电池模组铝壳105a的壳面与电池箱下壳107充分全面贴合，利于散热。

下壳支撑架104为五金型材焊接的加强梁，用螺丝固定在电池箱下壳107内部，大大加强整个电池箱受冲击和挤压的强度。

实施例2：

参考图1和3，第二冷水板115为第二种实现方式，是由铝合金板材加工出冷却铜管115a的外形大小弯曲路径；再把冷却铜管115a安装加工好的形状路径压铆在铝合金板材上，所述冷却铜管115a两端焊接内螺纹接头，与L型接头115b螺纹连接；所述L型接头115b为一端外螺纹接头，一端为卡套式水管接头，两端90度直角相通；通过用沉头螺丝113把第二冷水板115固定在电池箱下壳107底部空腔位置，再把连接管路108一端与第二冷水板115的L型接头115b连接起来，转接头109再和汽车上的冷却水路相接就可形成一个完整的水路冷循环装置，即可实现电池箱外部液体冷却。其它结构与实施例类似。

实施例3：

动力电池模组105由多个连续卷绕电池芯极组410组成，两个以上的连续卷绕电池芯极组410放置在电芯外壳416中，当连续卷绕电池芯极组410采用两个以上多卷芯连续卷绕电池芯411时，两个以上连续卷绕电池芯411并列捆扎在一起成为一个并列连续卷绕电池芯极组，极耳的安装结构采用铆接。

由两个或多个连续卷绕电池芯411、绝缘支架413（PE绝缘支架）、电芯外壳416和外壳盖板403组成，两个或多个多卷芯连续卷绕电池芯411并列捆扎在一起后成为一个并列电池芯，外层套有绝缘袋409（PE绝缘袋），固定于电芯外壳416内，电芯外壳416和外壳盖板403的连接处设有绝缘支架413（PE绝缘支架），电芯外壳416和外壳盖板403采用激光焊封口；每个多卷芯连续卷绕电池芯411由正极片401、两层陶瓷涂层隔膜纸和负极片402卷绕而成，正极片401的正极耳和负极片402上的负极耳分别构成电池芯正极耳414和负极耳415，两层陶瓷涂层隔膜纸将正极片401和负极片402隔开。

正极耳414和负极耳415的结构，正、负极片上端裁切有极耳，每个极耳上冲2个直径4.6mm用于铆钉404穿过的孔；所述外壳盖板403上设有盖板极柱连接片407，分正极柱连接片和负极柱连接片；铆钉404，正极为铝铆钉，负极为铜铆钉；铆接压片405，正极为铝铆接压片、负极为铜铆接压片。

在正极耳的冲孔处，其结构从上至下依次是第一铝铆接压片、第一正极耳、正极柱连接片 、第二正极耳、第二铝铆接压片，2个直径4.2mm的铝铆钉依次穿过上述结构，采用专用10T气液增压缸铆接设备冷压翻边铆接正极耳414和正极柱连接片形成电池的正电极；

在负极耳处，其结构从上至下依次是第一铜铆接压片、第一负极耳、负极柱连接片、第二负极耳、第二铜铆接压片，2个直径4.2mm铜铆钉依次穿过上述结构，采用专用10T气液增压缸铆接设备冷压翻边铆接负极耳415和负极柱连接片形成电池的负电极。

铝铆接压片和铜铆接压片的厚度为2mm，且均有两个直径4.6mm的孔。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (15)

1.一种水冷式新能源动力电池，包括电池箱上盖(101)、动力电池模组(105)和电池箱下壳(107)，其特征在于，所述电池箱下壳(107)为凹型铝合金铸造件，动力电池模组(105)与电池箱下壳(107)内底面贴合连接，散热硅胶(106)均匀铺覆在电池箱下壳(107)的内部，电池箱下壳(107)外设有水冷装置，水冷装置包括冷水板；冷水板固定安装在电池箱下壳(107)外底部设有的空腔位置，冷水板通过连接管件与汽车上的冷却水路连接形成一个完整的水路冷循环装置。

2.根据权利要求1所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，电池箱密封垫(102)粘贴在电池箱下壳(107)法兰边上，电池箱上盖(101)通过电池箱密封垫(102)与电池箱下壳(107)密封连接，所述电池箱上盖(101)为凹型钣金件壳体，所述电池箱密封垫(102)外形为回字形结构。

3.根据权利要求1所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，动力电池模组(105)固定在电池箱下壳(107)内底部，通过散热硅胶(106)使动力电池模组铝壳(105a)的壳面与电池箱下壳(107)贴合。

4.根据权利要求1所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，所述电池箱下壳(107)内部设有下壳支撑架(104)，下壳支撑架(104)为型材焊接的加强梁。

5.根据1—4任一权利要求所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，所述冷水板采用第一冷水板(114)结构，第一冷水板(114)结构为由上下两块凹型铝合金铸造板经过压铸形成内部空心的铝合金空心平板，第一冷水板(114)的一端安装有直形接头(114a)；连接管路(108)一端与第一冷水板(114)的直形接头(114a)连接，连接管路(108)另一端通过转接头(109)与汽车上的冷却水路相接形成一个完整的水路冷循环装置。

6.根据1—4任一权利要求所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，所述冷水板采用第二冷水板(115)结构，第二冷水板(115)结构为铝合金板材中设有出冷却铜管(115a)的外形大小一致的弯曲路径；冷却铜管(115a)压装在铝合金板材弯曲路径上，所述冷却铜管(115a)两端与L型接头(115b)连接；连接管路(108)一端与第二冷水板(115)的L型接头(115b)连接，连接管路(108)另一端通过转接头(109)与汽车上的冷却水路相接形成一个完整的水路冷循环装置。

7.根据权利要求5所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，所述直形接头(114a)为一端外螺纹接头，一端为卡套式水管接头，两端直通。

8.根据权利要求6所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，所述L型接头(115b)为一端外螺纹接头，一端为卡套式水管接头，两端直角相通。

9.根据权利要求7或8所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，连接管路(108)是由T型接头(108a)两端插接冷却水管(108b)组合而成；所述转接头(109)一端为外螺纹接头，一端为内螺纹接头，外螺纹接头端穿过接头安装板(110)用法兰螺母(112)紧固，内螺纹接头端与连接管路(108)中T型接头(108a)中间的接头螺纹连接；所述T型接头(108a)为T字型接头，中间端为外螺纹接头，两端为卡套式水管接头；所述连接管路(108)和转接头(109)安装在接头安装板(110)。

10.根据1—4任一权利要求所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，动力电池模组(105)由多个连续卷绕电池芯极组(410)组成，两个以上连续卷绕电池芯(411)并列捆扎在一起成为一个并列连续卷绕电池芯极组(410)，连续卷绕电池芯(411)的正、负极片上端设有正极耳(414)和负极耳(415)，正极耳和负极耳上各设有铆钉孔，外壳盖板(403)上设有盖板极柱连接片(407)；正极耳和负极耳分别通过其铆钉孔、铆钉(404)及铆接压片(405)与各自的盖板极柱连接片(407)铆接形成电池的正电极和负电极。

11.根据权利要求10所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，连续卷绕电池芯极组(410)外层套有绝缘袋(409)，绝缘袋(409)固定于电芯外壳(416)内，电芯外壳(416)和外壳盖板(403)的连接处设有绝缘支架(413)，电芯外壳(416)和外壳盖板(403)采用激光焊封口。

12.根据权利要求10所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，铆钉(404)在正极时采用铝铆钉，负极采用铜铆钉；铆接压片(405)在正极时采用铝铆接压片，负极采用为铜铆接压片；盖板极柱连接片(407)分正极柱连接片和负极柱连接片。

13.根据权利要求10所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，正极耳(414)的连接结构为：从上至下依次是第一铝铆接压片、第一正极耳、正极柱连接片、第二正极耳、第二铝铆接压片，铝铆钉依次穿过上述结构，通过冷压翻边使正极耳(414)和正极柱连接片铆接形成电池的正电极。

14.根据权利要求10所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，负极耳(415)的连接结构为：从上至下依次是第一铜铆接压片、第一负极耳、负极柱连接片、第二负极耳、第二铜铆接压片，铜铆钉依次穿过上述结构，通过冷压翻边使负极耳(415)和负极柱连接片铆接形成电池的负电极。

15.根据权利要求10所述的一种水冷式新能源动力电池，其特征在于，正极耳和负极耳上各冲有两个铆钉孔，正极耳和负极耳处的铆接压片(405)对应位置上各冲有两个铆钉通孔，铆钉孔和铆钉通孔的直径相同且比铆钉(404)的直径大0.4 mm。