CN210296573U - 动力电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于车辆动力电池技术领域，提供了一种动力电池系统及车辆，动力电池系统包括壳体、液冷结构及设于壳体内的多个电芯模组；每个电芯模组包括模组外壳和叠片式设于模组外壳内的多个电芯，电芯为软包电芯；液冷结构设置于壳体内，用于与模组外壳热交换，电芯模组内相邻软包电芯之间、软包电芯与模组外壳之间以及相邻电芯模组之间、电芯模组与壳体之间填充有导热介质；液冷结构与导热介质或/和电芯模组相接触。车辆具有上述的动力电池系统。其即使电芯模组在快速大电流下会产生很高的热量，动力电池系统内部温度的一致性和安全性也能得到保障，有效地提高充电的速度。

Description

动力电池系统及车辆

技术领域

本实用新型属于车辆动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池系统及车辆。

背景技术

在保证安全性的前提下，目前的技术水平已经将电池能量密度逼近极限，难以突破瓶颈。而随着电动汽车在实际应用中的不断普及，充电桩覆盖率低、常规充电方法充电时间过长、电动汽车续航不足等问题已经严重限制了电动汽车产业的进一步发展。为了解决消费者的“充电焦虑”，对于快速充电需求会逐步增大。在控制好电池成本及保证相同量级能量密度的前提下，快充电池动力系统利用便捷的充电能力+适用的续航里程，可以极大缓解用户焦虑，也可以有效提高整车企业电动车型的竞争力，推动电动汽车产业的进一步发展。

目前对于快充并没有一个特别严格的定义，一般可以理解为在小于1小时内充电的制度(即充电速率大于1C)，以区别于慢充数小时级的充电。根据早期美国加州空气资源委员会(CARB)的规定，电动汽车快速充电时间为10min(6C)。

在现有技术中，现有技术中，公开号为CN108511816A的中国专利公开了一种快充式长循环动力电池系统，包括锂离子电池组、与锂离子电池组连接的电池管理系统、高压控制系统，所述锂离子电池组采用铜排串联而成，所述锂离子电池组使用快充式长循环动力锂离子电池，其包括复合正极、复合负极和连接所述正极及负极的隔膜，以及电解液。

公开号为CN206516728U的中国专利公开了一种快充式长循环动力电池系统，其包括锂离子电池组、对锂离子电池组进行监控的电池管理系统，所述动力电池系统还包括电芯支架、软连接件、高压控制系统；所述锂离子电池组固定在所述电芯支架上，所述锂离子电池组为若干锂离子电池标准模组进行串联，所述锂离子电池标准模组之间通过所述软连接件电气连接，且所述软连接件与高压控制系统连接。

上述两个公开的中国专利，均没有设置完整的一套降温冷却系统，由于电池在快速大电流下会产生很高的热量，电池得不到很好的散热，电池系统内部温度的一致性和安全性得不到保障，容易对电池造成损坏，也会对充电的速度造成影响。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种动力电池系统及车辆，其设置有完整的一套降温冷却系统，即使电芯模组在快速大电流下会产生很高的热量，电芯模组产生的热量也能得到很好的传导，动力电池系统内部温度的一致性和安全性也能得到保障，不易对动力电池系统造成损坏，也会有效地提高充电的速度。

本实用新型的技术方案是：一种动力电池系统，包括壳体、液冷结构及设于所述壳体内的多个电芯模组；每个所述电芯模组包括模组外壳和叠片式设于所述模组外壳内的多个电芯，所述电芯为锂离子软包电芯；所述液冷结构设置于所述壳体内，用于与所述模组外壳热交换，所述电芯模组内相邻所述锂离子软包电芯之间、所述锂离子软包电芯与所述模组外壳之间以及相邻所述电芯模组之间、所述电芯模组与所述壳体之间填充有导热介质；所述液冷结构与所述导热介质或/和所述电芯模组相接触。

可选地，所述液冷结构包括多个液冷管，多个所述电芯模组排布成多列，每一列所述电芯模组的下方至少对应设置有一条所述液冷管；所述液冷管与所述模组外壳之间填充有导热介质，或者所述液冷管与所述模组外壳接触。

可选地，所述液冷结构还包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管连接于各所述液冷管的一端且与各所述液冷管连通，所述第二连接管连接于各所述液冷管的另一端且与各所述液冷管连通；所述第一连接管连接有第一通液管和第二通液管，所述第一通液管和第二通液管与设置于所述壳体内或所述壳体外的循环泵相连接。

可选地，所述液冷管的横断面呈扁平状，所述液冷管内部具有至少一个沿轴向设置且用于供冷却液通过的腔室，所述液冷管外部套设有分别与所述模组外壳及所述壳体接触的导热凝膏。

可选地，所述电芯为软包电芯，所述软包电芯包括电芯壳及位于所述电芯壳内的正极、负极和隔膜，所述正极、所述负极伸入所述电芯壳内，所述隔膜位于所述电芯壳内且设置于所述正极和所述负极之间，所述正极的材料包括三元锂电池材料和石墨烯导电添加剂，所述负极的材料包括石墨和硬碳，所述隔膜为陶瓷隔膜。

可选地，所述电芯设置有电芯极耳，所述电芯极耳连接于电芯导流排，多个所述电芯模组之间通过模组导流排连接；

所述电芯极耳、所述电芯导流排及所述模组导流排中的至少一处设置有电压监测模块，所述电压监测模块连接电池管理系统，所述电池管理系统设于所述壳体内。

可选地，所述电芯模组的端面或/和侧面设置有温度传感器，各所述温度传感器连接电池管理系统。

可选地，所述动力电池系统还包括快充充电接口、慢充充电接口、输出接口、预充继电器、主正继电器、主负继电器、快充继电器和慢充继电器；

所述预充继电器连接于所述输出接口的正极，所述主正继电器连接于所述输出接口的正极且与所述预充继电器并联，所述主负继电器连接于所述输出接口的负极、所述快充充电接口的负极和所述慢充充电接口的负极，所述快充继电器连接于所述快充充电接口的正极，所述慢充继电器连接于所述慢充充电接口的正极，所述快充充电接口的负极与所述慢充充电接口的负极相连。

可选地，所述动力电池系统还包括设于所述壳体内的高压安全电气互锁器件。

本实用新型还提供了一种车辆，所述车辆具有上述的动力电池系统。

本实用新型所提供的一种动力电池系统及车辆，其所述模组外壳内填充有用于将多个所述电芯的热量传递至所述模组外壳的导热介质；所述液冷结构设置于所述壳体内，即使电芯模组在快速大电流下会产生很高的热量，动力电池系统内部温度的一致性和安全性也能得到保障，不易对动力电池系统造成损坏，也会有效地提高充电的速度，利于实现6C快充。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种动力电池系统的俯视示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种动力电池系统的仰视示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种动力电池系统的电气示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种动力电池系统中电芯模组的立体分解示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种动力电池系统中电芯模组、液冷结构及壳体底板的立体分解示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、安装、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本实用新型实施例中若有“内”、“外”、“冷”、“热”、“大”、“小”、“快”、“慢”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本实用新型中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1至图5所示，本实用新型实施例提供的一种动力电池系统，包括壳体6、液冷结构及设于所述壳体6内的多个电芯模组1。每个所述电芯模组1包括模组外壳11和叠片式设于所述模组外壳11内的多个电芯(软包电芯12)，，所述电芯模组1内相邻所述软包电芯12之间、所述软包电芯12与所述模组外壳11之间以及相邻所述电芯模组1之间、所述电芯模组1与所述壳体6之间填充有导热介质；所述液冷结构与所述导热介质或/和所述电芯模组1相接触；即所述液冷结构设置于所述壳体6内，用于与所述模组外壳11热交换，结合导热介质的设置，可满足快速导热的要求，即使电芯模组1在快速大电流下会产生很高的热量，动力电池系统内部温度的一致性和安全性也能得到保障，保证了电芯的循环稳定性和安全性，利于实现6C快充。

具体应用中，电芯模组1可设置有多个，多个电芯模组1可串联或/和并联设置，可增加动力电池系统的容量。电芯可为软包电芯12，软包电芯12外形呈矩形，电芯模组1中的软包电芯12中通过叠片工艺层叠并联连接，而叠片工艺降低了电芯模组1的内阻，可满足快速导热的要求，进一步保证了软包电芯12的循环稳定性和安全性，利于实现6C快充。

具体应用中，所述导热介质可为导热凝膏，导热凝膏可为硅胶片等。每个电芯模组1内相邻的软包电芯12之间可填充有导热凝膏，导热凝膏可呈片状，导热凝膏可为硅胶片，导热凝膏可以呈融化状态填充于电芯模组1内并流至相邻的软包电芯12之间，以及软包电芯12与对应的模组外壳11之间，或者，导热凝膏也可在预制成片状并装配于相邻的软包电芯12之间，以及软包电芯12与对应的模组外壳11之间，导热凝膏受到一定的压力，其热阻小。

模组外壳11可以包括上盖板111、下底板112、第一侧板113、第二侧板114、第三侧板115和第四侧板116，第一侧板113、第二侧板114、第三侧板115和第四侧板116合围成矩形框架，上盖板111、下底板112分别连接于矩形框架的上下两端。

所述液冷结构包括多个液冷管3，多个所述电芯模组1排布成多列，每一列所述电芯模组1的下方至少对应设置有一条所述液冷管3；所述液冷管3与所述模组外壳1之间填充有导热介质，或者所述液冷管3与所述模组外壳11接触。具体应用中，液冷管3可与模组外壳11与所述壳体6之间的导热凝膏接触，导热效果佳。

在动力电池系统的温度高于阈值时，液冷结构可用于快速散热，在导热凝膏导热的基础上再强化导热效果，确保动力电池系统内部温度的一致性和安全性。当然，在温度较低时，即在温度低于阈值时，液冷结构可用作加热，使电芯模组1的温度满足使用要求。本实用新型实施例提供的一种动力电池系统，其内置有完整的一套降温冷却系统，即使电芯模组1在快速充电的大电流下会产生很高的热量，动力电池系统内部温度的一致性和安全性也能得到保障，不易对动力电池系统造成损坏，可有效地提高充电的速度。

可选地，液冷管3设置有多个且平行间距设置，电芯模组1可以设置有多列或多行，每一列或每一行电芯模组1的下方可至少对应设置有一条液冷管3，用于冷却电芯模组1及导热凝膏。所述液冷结构还包括第一连接管31和第二连接管32，所述第一连接管31连接于各所述液冷管3的一端且与各所述液冷管连通，所述第二连接管32连接于各所述液冷管3的另一端且与各所述液冷管3连通；所述第一连接管31连接有第一通液管33和第二通液管34，所述第一通液管33和第二通液管34连接于循环泵(图中未示出)，所述循环泵设置于所述壳体6内或所述壳体6外，具体应用中，液冷管3的两端可以通过软连接件连接于第一连接管31和第二连接管32。软连接件可为胶管等。液冷管3可以连通连接板9安装于电芯模组1的端面，导热效果佳。

可选地，所述液冷管3的横断面可呈扁平状，所述液冷管3内部具有一个或至少两个沿轴向设置且用于供冷却液通过的腔室，所述液冷管外部套设有分别与所述模组外壳11及所述壳体6的底壳61接触的导热凝膏(例如硅胶套)。

可选地，每一列电芯模组1的下方可设置有一条液冷管3。

或者，每一列电芯模组1的下方可设置有两条液冷管3，其中一条作为入水管，另一条作为出水管。

具体应用中，一列电芯模组1下方的液冷管3作为入水管，相邻另一列电芯模组1下方的两条液冷管3作为出水管，入水管和出水管交替设置。

具体应用中，液冷管3设置有多条时，连续一半的液冷管3作为入水管，另一半连续的液冷管3作为出水管。本实施例中，采用六组串联、六组并联以及九组串联、六组并联电芯模组1的方式形成两种规格尺寸的动力电池系统，并在软包电芯12与模组外壳11之间、电芯模组1与壳体6之间填充导热凝膏再进行封装，电芯模组1与壳体6之间采用导热硅胶布连接，进一步保证了良好的导热效果；通过液冷管3进一步保证冷却效果，确保动力电池系统内部温度位于合适的温度区别内，从而确保动力电池中电芯的一致性和安全性，利于实现6C快充。

可选地，软包电芯12可包括电芯壳、正极、负极和隔膜，正极、负极可伸入电芯壳内，隔膜可位于电芯壳内且设置于正极和负极之间，电芯壳内还可设置有电解液。

具体应用中，所述正极的材料包括三元锂电池材料和石墨烯导电添加剂。石墨烯导电添加剂是一款针对高性能锂电池的新型高端导电添加剂产品，可显著提高电极材料容量发挥、降低电池内阻，提高倍率性能和循环寿命，改善电池的高低温和安全性能，石墨烯导电添加剂的综合性能优于碳纳米管、纳米碳纤维等现有高端导电剂产品，更适配于高性能锂电池。

具体应用中，所述负极的材料包括石墨和硬碳。石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料。硬碳是指石墨化碳，一般为500～700mAh，硬碳结构稳定且充放电循环寿命长，且碳锂电位能够高于0.2V，安全性能更好；硬碳的结晶分散，锂离子容易进出，便于增加电池的输出功率。

具体应用中，隔膜可以为陶瓷隔膜。陶瓷隔膜是以聚乙烯(PP)、聚丙烯(PE)或者多层复合隔膜为基体，表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料，经过特殊工艺处理，和基体粘接紧密，显著提高锂电池的耐高温性能和安全性。

具体应用中，电解液可以为适用于温度范围-50℃-70℃且具有优异导电率的功能性电解液，即使电芯模组1在快速大电流下会产生很高的热量也不能影响充电效率，能够满足快充大电流下的高温复杂环境。

可选地，软包电芯12设置有电芯极耳123，电芯极耳123可通过激光焊接连接于电芯导流排124，多个电芯模组1之间可通过模组导流排10连接，实现与电池管理系统4、高压电气系统5等电气连接，电池管理系统4、高压电气系统5、模组导流排10可固定于壳体6内。

所述电芯极耳123、所述电芯导流排124及所述模组导流排10中的至少一处设置有电压监测模块，所述电压监测模块连接电池管理系统。

可选地，电池管理系统4可包括电压测试模块、能量均衡模块、温度测试模块和芯片级系统计算模块等，即电池管理系统对每个电芯模组1快速充、放电期间的温度、电压、SOC进行全程监控，确保动力电池系统能够稳定操作。

可选地，所述动力电池系统还包括设于所述壳体6内的高压安全电气互锁器件，高压安全电气互锁器件作为高压电气系统5的一部分，保证了高压电气连接的安全可靠性。

可选地，电芯极耳123可采用大极耳设计，其尺寸可大于常规电芯极耳123的尺寸，降低了接触电阻，发热小，保证了软包电芯12的循环充放电的稳定性和安全性。

可选地，电芯模组1、电池管理系统4、高压电气系统5等之间可采用铜排、高压线束及低压线束连接等方式实现电气连接。

可选地，动力电池系统还可包括快充充电接口70、慢充充电接口71和输出接口72，输出接口72即用电器接口，用电器可连接于输出接口72。壳体6内可设置有预充继电器80、主正继电器81、主负继电器82、快充继电器83和慢充继电器84，预充继电器80可用于控制预充回路的通断；主正继电器81可用于控制输出接口72连接电芯模组1的正极121的通断；主负继电器82可用于控制输出接口72、快充充电接口70及慢充充电接口71连接电芯模组1的负极122的通断；快充继电器83可用于控制快充充电接口70连接正极121的通断，慢充继电器84可用于控制慢充充电接口71连接正极的通断。

预充继电器80连接于输出接口72的正极，主正继电器81连接于输出接口72的正极且与预充继电器80并联，主负继电器82连接于输出接口72的负极、快充充电接口70的负极和慢充充电接口71的负极，快充继电器83连接于快充充电接口70的正极，慢充继电器84连接于慢充充电接口71的正极，快充充电接口70的负极与慢充充电接口71的负极相连。

可以理解地，同时采用预充继电器80、主正继电器81、主负继电器82、快充继电器83和慢充继电器84内置于壳体6的电气设计思路，搭载高压电气系统5实现安全电气互锁，保证了高压电气连接的安全可靠。

可选地，所述电芯模组的端面或/和侧面设置有温度传感器，各所述温度传感器连接于所述电池管理系统。

本实施例中，电池管理系统测试时，电压采集点为电芯极耳123处，温度采集点位于各导流排上。当压差大于阈值时，启动被动均衡策略直至压差稳定在阈值范围之内；当温差大于阈值时，启动冷却水管直至温差稳定在阈值之内，确保动力电池系统内部温度的一致性和安全性。

本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括如上述中的一种的动力电池系统。动力电池系统通过采用倍率性能优异的锂离子软包电芯12，并可通过6并6串及6并9串方式形成两种规格尺寸的电芯模组1，并在软包电芯12与软包电芯12、软包电芯12与模组外壳之间包裹导热凝膏再进行封装，保证了良好的散热效果，通过箱体冷却系统(液冷结构)强化散热，确保电池系统内部温度的一致性和安全性，各电芯模组1间、电池与汽车用电器之间采用软连接(例如铜排或导线)进行电气连接，同时采用主正、主负、快充、慢充、预充继电器内置于箱体的电气设计思路，搭载高压安全电气互锁器件，保证了电气连接安全可靠，另外，BMS电池管理系统对每个电池模组快速充放电期间的温度和压差进行全程监控，确保电池系统稳定工作，使该新能源汽车动力电池系统可在10分钟内完成快速充电,解决了新能源电动汽车充电时间长的痛点，也克服了常规动力电池只适合在小电流下充放电的难点。

本实用新型实施例所提供的一种动力电池系统及车辆，其电芯模组1内相邻软包电芯12之间、软包电芯12与模组外壳11之间以及相邻电芯模组1之间、电芯模组1与壳体6之间设置有导热凝膏；壳体6内还设置有液冷结构，液冷结构与导热凝膏或/和电芯模组1相接触，即使电芯模组1在快速大电流下会产生很高的热量，电芯模组1也能得到很好的散热，动力电池系统内部温度的一致性和安全性也能得到保障，不易对动力电池系统造成损坏，确保动力电池系统及采用该动力电池系统的车辆可在10分钟内完成快速充电，解决了新能源电动汽车充电时间长的痛点，也克服了常规动力电池只适合在小电流下充、放电的难点，降低了动力电池的内阻，提高了散热性能，同时采用主正、主负、快充、慢充、预充继电器内置于箱体的电气设计思路，搭载高压安全电气互锁器件，保证了电气连接安全可靠，另外，BMS电池管理系统对每个电池模组快速充放电期间的温度和压差进行全程监控，确保电池系统稳定工作，可以实现6C快充。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池系统，其特征在于，包括壳体、液冷结构及设于所述壳体内的多个电芯模组；每个所述电芯模组包括模组外壳和叠片式设于所述模组外壳内的多个电芯，所述电芯为锂离子软包电芯；所述液冷结构设置于所述壳体内，用于与所述模组外壳热交换，所述电芯模组内相邻所述锂离子软包电芯之间、所述锂离子软包电芯与所述模组外壳之间以及相邻所述电芯模组之间、所述电芯模组与所述壳体之间填充有导热介质；所述液冷结构与所述导热介质或/和所述电芯模组相接触。

2.如权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述液冷结构包括多个液冷管，多个所述电芯模组排布成多列，每一列所述电芯模组的下方至少对应设置有一条所述液冷管；所述液冷管与所述模组外壳之间填充有导热介质，或者所述液冷管与所述模组外壳接触。

3.如权利要求2所述的动力电池系统，其特征在于，所述液冷结构还包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管连接于各所述液冷管的一端且与各所述液冷管连通，所述第二连接管连接于各所述液冷管的另一端且与各所述液冷管连通；所述第一连接管连接有第一通液管和第二通液管，所述第一通液管和第二通液管与设置于所述壳体内或所述壳体外的循环泵相连接。

4.如权利要求3所述的动力电池系统，其特征在于，所述液冷管的横断面呈扁平状，所述液冷管内部具有至少一个沿轴向设置且用于供冷却液通过的腔室，所述液冷管外部套设有分别与所述模组外壳及所述壳体接触的导热凝膏。

5.如权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述电芯为软包电芯，所述软包电芯包括电芯壳及位于所述电芯壳内的正极、负极和隔膜，所述正极、所述负极伸入所述电芯壳内，所述隔膜位于所述电芯壳内且设置于所述正极和所述负极之间，所述正极的材料包括三元锂电池材料和石墨烯导电添加剂，所述负极的材料包括石墨和硬碳，所述隔膜为陶瓷隔膜。

6.如权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述电芯设置有电芯极耳，所述电芯极耳连接于电芯导流排，多个所述电芯模组之间通过模组导流排连接；

所述电芯极耳、所述电芯导流排及所述模组导流排中的至少一处设置有电压监测模块，所述电压监测模块连接电池管理系统，所述电池管理系统设于所述壳体内。

7.如权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述电芯模组的端面或/和侧面设置有温度传感器，各所述温度传感器连接电池管理系统。

8.如权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统还包括快充充电接口、慢充充电接口、输出接口、预充继电器、主正继电器、主负继电器、快充继电器和慢充继电器；

所述预充继电器连接于所述输出接口的正极，所述主正继电器连接于所述输出接口的正极且与所述预充继电器并联，所述主负继电器连接于所述输出接口的负极、所述快充充电接口的负极和所述慢充充电接口的负极，所述快充继电器连接于所述快充充电接口的正极，所述慢充继电器连接于所述慢充充电接口的正极，所述快充充电接口的负极与所述慢充充电接口的负极相连。

9.如权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统还包括设于所述壳体内的高压安全电气互锁器件。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有如权利要求1至9中任一项所述的用于车辆的动力电池系统。

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