CN209016236U - 电池模组及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池的领域，提供一种电池模组及车辆，其中，所述电池模组包括多个电池单元，相邻的所述电池单元彼此相对的表面之间设置有复合层，所述复合层包括两个第一导热吸热层、两个云母片和气凝胶层，两个所述云母片的边缘密封连接而形成具有空腔的袋状结构，所述气凝胶层设置在所述空腔中，所述第一导热吸热层位于所述袋状结构的两侧。本实用新型所述的电池模组中，相邻的电池单元之间设置有导热吸热层及气凝胶层，并且气凝胶层通过云母片形成的袋状结构封装，实现电池单元相邻表面处的散热问题，通过气凝胶层和云母片既可以阻隔电池单元之间的热蔓延，又可以缓冲电池单元发生产生的膨胀。

Description

电池模组及车辆

技术领域

本实用新型涉及电池的技术领域，特别涉及一种电池模组及车辆。

背景技术

电池模组为车辆的重要部件，可以为车辆的电子设备提供电力，在电动车辆中更是可以为车辆的行驶提供动力。

电池模组中设置多个并联或串联的电池单元，电池单元在充电、放电时产生热量并且会发生膨胀，相邻的电池单元的接触部位更是这一问题的突显处，需要解决电池单元的散热问题，但还应避免某个电池意外过热时向其他电池传热的问题，并且需要避免多个电池单元同时膨胀或单个电池单元意外过热膨胀的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电池模组，以解决各个电池单元间的散热、热蔓延阻隔及缓冲膨胀之间的平衡问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种电池模组，其中，所述电池模组包括多个电池单元，相邻的所述电池单元彼此相对的表面之间设置有复合层，所述复合层包括两个第一导热吸热层、两个云母片和气凝胶层，两个所述云母片的边缘密封连接而形成具有空腔的袋状结构，所述气凝胶层设置在所述空腔中，所述第一导热吸热层位于所述袋状结构的两侧。

进一步的，所述第一导热吸热层包括设置在所述袋状结构两侧的第一相变材料层以及设置在所述第一相变材料层和所述电池单元之间的第一导热板。

进一步的，所述电池单元的其他表面设置有第二导热吸热层，所述第二导热吸热层包括第二相变材料层和分别设置在所述第一相变材料层两侧的两个第二导热板。

进一步的，所述复合层的厚度为3mm-6mm，所述气凝胶层的厚度为1.5mm-4.5mm，所述云母片的厚度为0.04mm-0.06mm，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层的厚度为0.2mm-0.4mm，所述第一导热板和所述第二导热板的厚度为0.3mm-0.4mm。

进一步的，所述第一导热板和所述第二导热板为铅黄铜板。

进一步的，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层的相变温度为80℃-85℃。

进一步的，所述电池模组包括保护箱体，所述电池单元设置在所述保护箱体中。

进一步的，所述保护箱体为向上打开的长方体形状，多个所述电池单元沿所述保护箱体的长度方向排列，所述电池单元的顶面上设置有电极。

进一步的，所述保护箱体包括4个侧板和一个底板，所述电池模组包括设置在所述底板上的水冷件。

相对于现有技术，本实用新型所述的电池模组具有以下优势：

本实用新型所述的电池模组中，相邻的电池单元之间设置有导热吸热层及气凝胶层，并且气凝胶层通过云母片形成的袋状结构封装，实现电池单元相邻表面处的散热问题，通过气凝胶层和云母片既可以阻隔电池单元之间的热蔓延，又可以缓冲电池单元发生产生的膨胀。

本实用新型的另一目的在于提出一种车辆，以解决电池模组中相邻电池单元间的散热、热蔓延阻隔及缓冲膨胀之间的平衡问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种车辆，其中，所述车辆设置有以上方案所述的电池模组。

所述车辆与上述电池模组相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施方式所述的电池模组的剖视图；

图2为本实用新型实施方式所述的复合层的爆炸图；

图3为本实用新型实施方式所述的第二导热吸热层的爆炸图。

附图标记说明：

1-电池单元，2-复合层，3-第二导热吸热层，4-保护箱体，5-水冷件，201-第一导热板，202-第一相变材料层，203-云母片，204-气凝胶，301-第二导热板，302-第二相变材料层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

本实用新型提供了一种电池模组，其中，所述电池模组包括多个电池单元1，相邻的所述电池单元1彼此相对的表面之间设置有复合层2，所述复合层2包括两个第一导热吸热层、两个云母片203和气凝胶层204，两个所述云母片203的边缘密封连接而形成具有空腔的袋状结构，所述气凝胶层204设置在所述空腔中，所述第一导热吸热层位于所述袋状结构的两侧。

参考图1所示，复合层2设置在相邻的电池单元1之间，复合层2包括第一导热吸热层和气凝胶层204，所述第一导热吸热层可以提供导热吸热能力，气凝胶层204可以提供隔热能力，避免某个电池单元1意外发生热失控时的热量蔓延到其他电池单元1，并且还可以提供缓冲能力，为电池单元充电时的膨胀提供缓冲。

特别的，复合层2中还设置有两个云母片203，云母片203也具有良好的绝热性能，两个云母片203的边缘密封地贴合连接在一起而形成密封袋状结构，气凝胶层204设置在袋状结构的空腔中，云母片203制成的袋状结构可以对气凝胶204进行保护，当相邻的两个电池单元1因膨胀而挤压气凝胶层204时，袋状结构可以为气凝胶层204提供支撑、限制，避免气凝胶层204被过度挤压。

另外，容纳有气凝胶层204的袋状结构的两侧分别设置有所述第一导热吸热层，即气凝胶层204与相邻的电池单元1之间设置有所述第一导热吸热层，第一导热吸热层贴合于电池单元1。气凝胶层204可以采用陶瓷纤维复合材料制成，并且形成为具有纳米孔体结构。电池单元1发热时，相邻的所述第一导热吸热层可以将电池单元1的热量导出，一方面可以进一步将热量传递到其他部件或散发到空气中，并且所述第一导热吸热层本身也具有一定的吸热能力，保证电池单元1的温度处于合适的范围内。两个第一导热吸热层之间设置的气凝胶层204及云母片203可以避免或缓解一个电池单元1的热量传递到另一个电池单元1，例如在其中一个电池单元1受损而处于热失控状态时。

具体的，所述第一导热吸热层包括设置在所述袋状结构两侧的第一相变材料层202以及设置在所述第一相变材料层202和所述电池单元1之间的第一导热板201。参考图2所示，所述第一导热吸热层包括第一相变材料层202和第一导热板201，其中，第一导热板201贴合于电池单元1，第一相变材料层202位于第一导热板201和云母片203之间。其中，第一导热板201主要体现所述第一导热吸热层的导热能力，其可以由导热性能良好的导热材料制成，可以将电池单元1产生的热量快速地传导出来；第一相变材料层202主要体现所述第一导热吸热层的吸热能力，第一相变材料层202可以由相变材料制成，第一相变材料层202在达到相变温度时，在自身温度保持不变的情况下吸收大量热量，从而避免电池单元1的温度过快上升。

另外，所述电池单元1的其他表面贴合设置有第二导热吸热层3，所述第二导热吸热层3包括第二相变材料层302和设置在所述第一相变材料层202两侧的两个第二导热板301。第二导热吸热层3相比于所述第一导热吸热层的结构，增加了一个导热板，即包括两个与所述第一导热板201相同或相似的第二导热板301，所述第二相变材料层302与所述第一相变材料层202可以为相同或相似的结构。对于电池单元1的其他侧面和底面来说，由于没有相邻的其他电池单元1，因此不需要再设置气凝胶层和云母片，即不需要提供绝热保护和缓冲保护。参考图3所示，第二导热吸热层3中，第二相变材料层302的两侧均设置有第二导热板301，位于第二相变材料层302与电池单元1之间的第二导热板301可以将电池单元1的热量传导到第二相变材料层302，而另一个外侧的第二导热板301可以将第二相变材料层302存储的热量吸收并释放。

具体的，所述复合层2的厚度为3mm-6mm，所述气凝胶层204的厚度为1.5mm-4.5mm，所述云母片203的厚度为0.04mm-0.06mm，所述第一相变材料层202和所述第二相变材料层302的厚度为0.2mm-0.4mm，所述第一导热板201和所述第二导热板301的厚度为0.3mm-0.4mm。

其中，所述第一导热板201和所述第二导热板301为铅黄铜板。第一导热板201和第二导热板301可以为C21000-h08铅黄铜板，这种材料强度较高，导电导热性能好，在大气和淡水中有较高的耐腐蚀性，且有良好的塑性，易于冷、热加工，易于焊接、锻造，无应力腐蚀破裂倾向。

另外，所述第一相变材料层202和所述第二相变材料层302的相变温度为80℃-85℃第一相变材料层202和第二相变材料层302中的相变材料的相变温度可以位于电池单元1的临界安全温度以下，并且位于环境温度之上，即在电池单元1升温之后且位于临界安全温度之下时，第一相变材料层202和第二相变材料层302中的相变材料达到相变温度，在该温度附近，相变材料开始发生相变并吸收大量热量，并保护温度不变，这使得电池单元1的温度也基本保持在该相变温度附近，避免温度过快上升而超过临界安全温度。所述相变材料层可以采用以高密度聚乙烯为支撑材料的定性相变材料。

另外，所述电池模组包括保护箱体4，所述电池单元1设置在所述保护箱体4中。保护箱体4可以为多个电池单元1提供支撑，将多个电池单元1组装在一起。

具体的，所述保护箱体4为向上打开的长方体形状，多个所述电池单元1沿所述保护箱体4的长度方向排列，所述电池单元1的顶面上设置有电极。保护箱体4为顶部打开的长方体形状，电池单元1沿其长度方向排列，相邻的电池单元1之间设置有复合层，而电池单元1与保护箱体4之间则设置有第二导热吸热层3，电池单元1的顶面设置有电极，电极之间可以串联或并联连接，并与外部用于设备连接。

另外，所述保护箱体4包括4个侧板和一个底板，所述电池模组包括设置在所述底板上的水冷件5。4个侧板和一个底板组成长方体形状的保护箱体，其中所述底板的外表面设置有水冷件5，所述底板与保护箱体4内部的电池单元1之间设置有第二导热吸热层3，电池单元1可以向底部第二导热吸热层3及所述底板传导热量，以通过水冷件5带走热量，保持电池单元1处于合适的温度范围内。

另外，本实用新型还提供了一种车辆，其中，所述车辆设置有以上方案所述的电池模组。所述车辆可以为电动车辆，所述电池模组可以为整体提供动力，或仅仅为车辆内的电子部件提供电力。

以下将本方案优选的实施方式与其他方案进行对比实验，检测本方案的效果。

第一组实验

设计三种不同的结构的电池模组进行对比分析，每种结构都使用了3个单体电池单元(即电池单元1)，分别称为电池单元1、电池单元2和电池单元3。相邻电池之间分别为各电池单元紧密贴合、单体电池单元之间安装3mm厚的导热板以及单体电池单元之间安装3mm厚的复合层2，并且每种结构的下面都有底板和水冷件5。随后，分别在每个电池单元的表面布置温感线。为了模拟电池单元在模组中的情况，在整体结构的两端用夹板夹紧，并测量夹板收到随时间变化的膨胀力。随后通过针刺的方法使电池单元1发生热失控，记录的电池单元1起火后5min内电池单元2和电池单元3的温度变化，同时记录压力传感器随时间变化的数值，参考以下表1和表2。表1

表2

在使用了复合层的方案中，电池单元2的温度上升速度最慢、电池单元最高温度远远低于其他情况，并且电池单元2和电池单元3都未发生起火爆炸，电池单元3几乎没有受到电池单元1热失控的影响，温度变化很小。同时，该复合层在电池热失控的过程中也大大缓解了由于电池膨胀造成的膨胀力，使用该结构的实验里膨胀力明显小于未使用的情况。

第二组实验

为了验证本方案的缓解电池膨胀力的能力和保持系统温度均衡的能力，设计了2组实验方案，每种方案都使用了6个电池单元并采用了串联的方式。为了模拟模组中的真实情况，分别在使用本方案电池模组和未使用本方案的电池模组的两端用夹板加紧，并测量两端夹板在电池充放电过程中受到的膨胀力。同时在6个电池单元的表面都放置了温感线，对充放电过程中系统的温度进行实时测量。底部水冷件散热速率设为1，电流采用1C/2C/3C充放电循环，并在第100/500/1000次循环时测量一个循环过程中的温度和膨胀力。

表3

通过分析数据发现，电池模组在随着充电倍率和循环次数的增加，电池模组受到的膨胀力逐渐变大，电池模组温度的均一性就越难保持。本实验方案缓解了膨胀力，减缓了模组装置的受力，提升了模组的安全性。并且，这一结果使电池模组在充放电过程中的整体温差变小，尤其是在电池寿命的后半段，未使用本实验装置的电池均一性大大降低，温差很大。使用本装置的电池的温差还在可接受范围之内，表现了优良的保持系统温度均衡的性能。

第三组实验

为了验证复合层的厚度与缓解电池模组所受到膨胀力的能力以及绝热能力之间的关系，设计了如下实验：分别使用3mm、4mm、5mm和6mm的复合层，以本方案的电池模组结构进行安装。每组实验使用3个电池单元，分别称为电池单元1、电池单元2和电池单元3，通过针刺的方法使电池单元1发生热失控。测量每个电池单元的温度和两端的膨胀力，得到如下数据。

表4

根据图中数据分析发现，随着复合层2的厚度的增加，其绝热性能和缓解膨胀力能力逐渐变强，但是采用厚度为5mm的复合层2的效果与采用厚度为6mm的复合层2的效果相差不多，基本达到最佳性能。在考虑节省模组空间的角度上，建议使用5mm厚度的复合层2，即最大发挥了复合层2的性能同时也能够节省空间。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括多个电池单元(1)，相邻的所述电池单元(1)彼此相对的表面之间设置有复合层(2)，所述复合层(2)包括两个第一导热吸热层、两个云母片(203)和气凝胶层(204)，两个所述云母片(203)的边缘密封连接而形成具有空腔的袋状结构，所述气凝胶层(204)设置在所述空腔中，所述第一导热吸热层位于所述袋状结构的两侧。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述第一导热吸热层包括设置在所述袋状结构两侧的第一相变材料层(202)以及设置在所述第一相变材料层(202)和所述电池单元(1)之间的第一导热板(201)。

3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述电池单元(1)的其他表面设置有第二导热吸热层(3)，所述第二导热吸热层(3)包括第二相变材料层(302)和分别设置在所述第一相变材料层(202)两侧的两个第二导热板(301)。

4.根据权利要求3所述的电池模组，其特征在于，所述复合层(2)的厚度为3mm-6mm，所述气凝胶层(204)的厚度为1.5mm-4.5mm，所述云母片(203)的厚度为0.04mm-0.06mm，所述第一相变材料层(202)和所述第二相变材料层(302)的厚度为0.2mm-0.4mm，所述第一导热板(201)和所述第二导热板(301)的厚度为0.3mm-0.4mm。

5.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于，所述第一导热板(201)和所述第二导热板(301)为铅黄铜板。

6.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于，所述第一相变材料层(202)和所述第二相变材料层(302)的相变温度为80℃-85℃。

7.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述电池模组包括保护箱体(4)，所述电池单元(1)设置在所述保护箱体(4)中。

8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述保护箱体(4)为向上打开的长方体形状，多个所述电池单元(1)沿所述保护箱体(4)的长度方向排列，所述电池单元(1)的顶面上设置有电极。

9.根据权利要求8所述的电池模组，其特征在于，所述保护箱体(4)包括4个侧板和一个底板，所述电池模组包括设置在所述底板上的水冷件(5)。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有权利要求1-9中任意一项所述的电池模组。