CN212323148U - 锂离子电池包散热结构及锂离子电池包 - Google Patents

锂离子电池包散热结构及锂离子电池包 Download PDF

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杨泽乾
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Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池包散热结构及锂离子电池包，所述电池包内部包括多个电芯，散热结构设置于相邻的第一电芯和第二电芯之间的间隙中；散热结构包括第一回风支架、第二回风支架和若干个组装回风支架；第一回风支架固定在所述第一电芯与第二电芯相邻的一面上，第二回风支架固定在第二电芯与第一电芯相邻的一面上；组装回风支架为框架结构，分别与第一回风支架与第二回风支架卡接，与冷却风通道连通，且开设有若干个通风口。本实用新型在电池间增加回风及电池约束部件的方法，一方面可使冷却风从电池表面通过，散热效率高，且可以调节通过的风量，在入口处通过的风量低，出口处通过的风量高，促使各个电池温度更均匀。

Description

锂离子电池包散热结构及锂离子电池包
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体的说是一种锂离子电池包散热结构及锂离子电池包。
背景技术
由于锂离子电池有着能量密度大、寿命长、绿色环保等优点，已经广泛应用于储能、电动工具以及汽车领域。随着技术进步和成本下降压力，锂离子电池朝着大型化和高能量密度方向发展，这对电池的散热和热管理提出来更高的要求。由于在高温下锂离子电池的寿命会急剧缩短，并且各个电池产热量往往有所差别，需要及时将电池产生的热量扩散出去，否则将会使电池寿命快速下降甚至导致爆炸或燃烧，因此锂离子电池在应用时需要针对性的散热设计，尤其在大倍率和长时间应用时。
电池的温度还需要保持一致，不然在运行一段时间后，电池的一致性将会出现较大差别，由于“短板效应”导致电池组的寿命降低。电池在长时间使用之后，会发生膨胀变形，如果形变较大，容量则会迅速下降，寿命提前终结。
目前的技术方案主要采用空气冷却(又称风冷)和液冷(主要为水冷)的方法。空气冷却即通过空气流动将电池包中的热量带走。液冷则是通过在电池包中排布液冷管道，通过冷却水的流动将电池包中的热量带走。液冷可通过管道的排布设计、流速控制等方法确保电池包中电池温度的均一性，风冷则很难确保电池温度均匀分布。但是液冷的结构复杂，成本很高，往往仅应用于高要求、电池数量少的新能源车等有限的场景。对于大型储能系统和室内储能系统，风冷是更好的选择，然而风冷虽然成本低，但风道设计复杂，容易造成电池温度分布不均匀，电池一致性快速变差。为了保证风冷的散热效果，电池之间需要留有一定的间隙，留有间隙则无法对电池有效约束，电池易膨胀变形，容量快速衰减，寿命降低。
空气冷却方式中，风道的入口设置于电池柜的背面/正面，出口则设置于电池柜的正面/背面。电池包的空气冷却设计有两种方式，一种是电池间隔排列，通过上下隔板将电池隔开和固定，电池间留有一定的间隙，冷却风从电池表面通过将电池热量带走，靠近入风口的电池温度明显低于出风口的温度，长时间使用后电池将膨胀变形，导致一致性变差，容量衰减。另一种方法是将电池首先组装成模组，通过模组两端对电池施加约束，冷却风从电池底部吹过，将电池热量带走，各个电池的温度一致性高且不易膨胀变形，寿命长，但冷却效率低，需要增加风扇数量或功率。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种锂离子电池包散热结构及锂离子电池包。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种锂离子电池包散热结构，所述电池包内部包括多个电芯，其特征在于，所述散热结构设置于相邻的第一电芯和第二电芯之间的间隙中；所述散热结构包括第一回风支架、第二回风支架和若干个组装回风支架；所述第一回风支架固定在所述第一电芯与第二电芯相邻的一面上，所述第二回风支架固定在所述第二电芯与第一电芯相邻的一面上；所述组装回风支架为框架结构，分别与所述第一回风支架与第二回风支架卡接，与冷却风通道连通，且开设有若干个通风口。
所述第一回风支架为十字型支架，端点位于所述第一电芯的形变应力点位置。
所述第二回风支架为十字型支架，端点位于所述第二电芯的形变应力点位置。
所述组装回风支架为矩形框架结构。
所述组装回风支架为多个时，所述组装回风支架之间通过卡扣连接。
一种锂离子电池包，包括多个电芯，所述相邻电芯之间固定有所述锂离子电池包散热结构。
本实用新型具有以下优点及有益效果：
1、本实用新型在电池间增加回风及电池约束部件的方法，一方面可使冷却风从电池表面通过，散热效率高，且可以调节通过的风量，在入口处通过的风量低，出口处通过的风量高，促使各个电池的温度更均匀。
2、本实用新型安装在两个电池之间，在电池表面提供支撑，约束电池的膨胀变形，延长电池使用寿命。
3、本实用新型通过增加此装置对电池包的设计不产生影响，利用电池间的间隙达到电池温度均匀散热效率高且不易变形长寿命的目的。
附图说明
图1为本实用新型实施例的散热结构的爆炸结构示意图；
图2为本实用新型实施例的第二回风支架与第二电芯、组装回风支架的连接结构图；
图3为本实用新型实施例的散热结构与第一电芯、第二电芯的连接结构图；
图4为本实用新型实施例中的锂离子电池包的爆炸结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
如图1-3所示，一种锂离子电池包散热结构，所述电池包内部包括多个电芯，所述散热结构设置于相邻的第一电芯1和第二电芯2之间的间隙中；所述散热结构包括第一回风支架11、第二回风支架12和若干个组装回风支架13；所述第一回风支架11固定在所述第一电芯1与第二电芯2相邻的一面上，所述第二回风支架12固定在所述第二电芯2与第一电芯1相邻的一面上；所述组装回风支架13为框架结构，分别与所述第一回风支架11与第二回风支架12卡接，与冷却风通道连通，且开设有若干个通风口131。
第一回风支架11为十字型支架，端点位于所述第一电芯1的形变应力点位置。第二回风支架12为十字型支架，端点位于所述第二电芯2的形变应力点位置A(如图2所示)。组装回风支架13为矩形框架结构。组装回风支架13为多个时，多个组装回风支架上分别设有卡槽，相互卡接。
第一回风支架11上设有若干个第一卡槽111，第二回风支架12上设有若干个第二卡槽121，第一卡槽111和第二卡槽121与组装回风支架13的位置对应，用于与组装回风支架13卡接。
第一回风支架11和第二回风支架12的结构取决于电池表面的形变应力点的位置和数量，不局限于图1-3所示的相对位置，第一回风支架11和第二回风支架12能满足防止电池膨胀变形即可。组装回风支架13也不局限为矩形结构，第一回风支架11、第二回风支架12和组装回风支架13均为中空结构。
第一回风支架11和第二回风支架12分别安装在第一电芯1与第二电芯2上，当第一电芯1与第二电芯2组成模组时，第一回风支架11和第二回风支架12正好卡接在一起，即在同一平面，第一电芯1与第二电芯2之间的距离即为第一回风支架11和第二回风支架12的厚度。
如图4所示，本实用新型的锂离子电池包主要包括电芯23、电池管理模块27、电芯连接块210、顶部隔板24、底部托盘21、上隔板支架25、包体的上外壳26及下外壳22，其组装步骤如下：
1)首先需要将底部托盘21通过螺栓连接的方式与电池包的下外壳22进行固定，此底部托盘材质为塑胶件，主要作用是承载和隔开各个电芯23，下外壳22的材质是钣金件，主要作用是作为电池模组的外壳，承载各个元器件。
2)回风约束装置分为第一回风支架11和第二回风支架12两部分，可通过卡槽契合成一整体。第一回风支架11和第二回风支架12预先通过胶粘的方式安装在电池包中相邻电芯的外壳面上。回风约束装置与电芯面的接触点正好是电芯的易膨胀变形点或形变应力点，回风约束装置使用强度高导热良好的材料制作而成。
3)然后将电芯23逐一放入底部托盘的凹槽中并将第一回风支架11和第二回风支架12两部分卡槽对应卡紧组合成一整体，再放置顶部隔板24于电芯23上方，顶部隔板24的主要作用是完成电芯23的相对固定，以保证相邻电芯23互相之间不会接触。
4)进行顶部隔板24的结构设计时，需要根据相应的电芯23的尺寸进行槽孔的设计，使得电芯23的正负极柱和防爆阀完全暴露出来，然后用焊接的方式固定电芯连接块210与电芯23的正负极柱，实现电芯23之间的串并联连接。
5)然后通过螺栓连接的方式将上隔板支架25与上外壳26固定。
6)然后通过螺栓连接的方式将电池管理模块27安装在电池包前端面板上。
7)电池检测线束和电池管理模块27通过线束连接。
8)然后通过螺栓连接的方式将模组上外壳26与下外壳22固定。下外壳22的背面设有风道口，作为冷却风的入口，正面设有对应的风道口或风扇28作为冷却风的出口29。此时完成所有结构件及电气部件的固定与连接。
回风约束装置的回风阻碍面可调节，在靠近冷却风入口处的电池安装最大的回风阻碍面的回风约束装置，依次减少，在靠近冷却风出口处的电池安装最小的回风阻碍面的回风约束装置，以确保电池温度均匀。回风阻碍面的大小可通过组装回风支架13的数量来调节，组装回风支架13上都开有小孔。通过仿真和实验确定电池的易膨胀变形位置和形变应力点，回风约束装置的接触受力点与这些位置对应以最大限度的约束电池，防止其膨胀变形。第一回风支架11和第二回风支架12可绕中心旋转，可以对形变应力点微调。
通过增加组装回风支架13的数量改变回风面的大小以调节散热效率，使电芯23之间的温度保持均匀，调节第一回风支架11和第二回风支架12的形变应力受力点防止电芯23膨胀变形以保障电芯循环寿命。

Claims (6)

1.一种锂离子电池包散热结构，所述电池包内部包括多个电芯，其特征在于，所述散热结构设置于相邻的第一电芯和第二电芯之间的间隙中；所述散热结构包括第一回风支架、第二回风支架和若干个组装回风支架；所述第一回风支架固定在所述第一电芯与第二电芯相邻的一面上，所述第二回风支架固定在所述第二电芯与第一电芯相邻的一面上；所述组装回风支架为框架结构，分别与所述第一回风支架与第二回风支架卡接，与冷却风通道连通，且开设有若干个通风口。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热结构，其特征在于，所述第一回风支架为十字型支架，端点位于所述第一电芯的形变应力点位置。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热结构，其特征在于，所述第二回风支架为十字型支架，端点位于所述第二电芯的形变应力点位置。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热结构，其特征在于，所述组装回风支架为矩形框架结构。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热结构，其特征在于，所述组装回风支架为多个时，所述组装回风支架之间通过卡扣连接。
6.一种锂离子电池包，其特征在于，包括多个电芯，所述相邻电芯之间固定有所述权利要求1-5任一项所述的散热结构。
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