CN217485571U - 热电制冷均温电池模组及均温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热电制冷均温电池模组及均温系统，属于新能源设备技术领域。其中均温电池模组包括均温板、热电制冷芯片、电芯、箱体。均温板具承载面，均温板的内部具有多个管状流道，多个管状流道沿平行于承载面的方向依次并列布置，热电制冷芯片的一侧面固定贴合于承载面上，热电制冷芯片用于与设置在电池模组外部的电池管理系统单元电连接，电芯的底部端面与热电制冷芯片的另一侧面固定贴合，箱体盖设于电芯和热电制冷芯片上且与承载面相连接。能够提高对电池模组内电芯的均温换热效率，减少能耗，同时减少电池模组的占用体积。

Description

热电制冷均温电池模组及均温系统

技术领域

本实用新型涉及新能源设备技术领域，特别涉及一种热电制冷均温电池模组及均温系统。

背景技术

目前新能源电池能量储存性能越来越高，在使用过程中因高倍率的充放电，会导致电池温升过高，从而影响其性能和寿命等，如果温升得不到有效处理甚至可能引起热失控，危及到使用者的生命安全。而在外界环境温度较低的时候，电池内部的离子活性和移动速度也会降低，导致电池的工作和充放电性能降低。

在相关技术中，通常采用在电池盒内设置紧贴电芯的均热板以及在电芯之间穿插热管的方式对电芯进行均温散热。热管与均热板相连，均热板中设置有流道，热管在将电芯的热量传递到均热板上后，通过新能源汽车中设置的水泵由车载水箱中通入冷却水进行循环水冷实现散热。而在寒冷环境下，也可以向均热板中通入热水对电芯进行预热。以在不同外界天气环境下保证新能源电池的性能。

采用相关技术中的均温设计，穿插设置于电芯之间的热管以及均温板中的流道往往具有一定的直径，占用空间较大，会导致电池盒内部以及电池模组整体占用面积增大。同时电芯在实现水冷换热的过程中，其热量需要经过热管、均温板到流道的多次传递，热阻较大，均温换热效率低，且水冷所需要汽车小号能量带动水泵实现循环，导致能耗较大。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种热电制冷均温电池模组及均温系统，能够提高对电池模组内电芯的均温换热效率，减少能耗，同时减少电池模组的占用体积。所述技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种热电制冷均温电池模组，包括：

均温板、热电制冷芯片、电芯、箱体，

所述均温板具承载面，所述均温板的内部具有多个管状流道，所述多个管状流道沿平行于所述承载面的方向依次并列布置，所述热电制冷芯片的一侧面固定贴合于所述承载面上，所述热电制冷芯片用于与设置在电池模组外部的电池管理系统单元电连接，所述电芯的底部端面与所述热电制冷芯片的另一侧面固定贴合，所述箱体盖设于所述电芯和所述热电制冷芯片上且与所述承载面相连接。

可选地，所述电池模组包括多个所述电芯和多组所述热电制冷芯片，多个所述电芯沿水平方向并列布置，多个所述电芯和多组所述热电制冷芯片一一对应，每组所述热电制冷芯片均包括并列设置且固定贴合于所述电芯底部的多个所述热电制冷芯片。

可选地，每组所述热电制冷芯片中的多个所述热电制冷芯片之间以及多组所述热电制冷芯片之间通过导热硅脂粘贴固定。

可选地，所述热电制冷芯片另一侧面与所述电芯的底部端面之间设置有导热硅脂层。

可选地，所述导热硅脂层的厚度小于或等于1mm。

可选地，所述均温板具有与所述承载面相反的散热面，所述散热面上设置有散热翅片，所述散热翅片内部具有与所述多个管状流道连通的水冷流道。

可选地，所述散热翅片为铝制结构件。

可选地，所述箱体的内壁与所述热电制冷芯片和所述电芯之间填充有气凝胶垫。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种均温系统，包括前述第一方面所述的热电制冷均温电池模组，还包括电池管理系统单元、继电器、供电单元、控制电路单元、电压采集传感器和温度传感器，所述电池管理系统单元、所述继电器、所述供电单元、所述控制电路单元和所述热电制冷芯片依次电连接，所述电压采集传感器设置在所述热电制冷芯片上且与所述电池管理系统单元电连接，所述温度传感器设置在所述电芯上且与所述电池管理系统单元电连接，所述电池管理系统单元与所述控制电路单元电连接。

可选地，所述供电单元为低温锂离子电池或者超级电容。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

电池模组的电芯在工作时，通过将其底部端面与热电制冷芯片，也即是TEC(Thermo Electric Cooler，半导体制冷器)芯片相贴合。当外界环境温度较低，电芯的温度低于正常工作的工作阈值时，电池管理系统单元可以通过控制电路向热电制冷芯片提供直流电流，使热电制冷芯片与电芯的接触面放热，而当电芯的温度上升到标定的工作温度后，电池管理系统单元则可以断开电流的提供，使热电制冷芯片停止放热，如此循环保证电芯的正常工作。而在外界环境温度较高，电芯的温度高于正常工作的工作阈值时，电池管理系统单元可以通过控制电路向热电制冷芯片提供反向的直流电流，使热电制冷芯片与电芯的接触面制冷吸热，同时在极端高温天气下均温板中多个管状流道中可以通入冷却水进行循环与热电制冷芯片进行热交换从而带走热电制冷芯片所吸收的热量，避免其温度过高超过焊锡的熔点造成损坏；而当电芯的温度降低到一定值时，电池管理系统单元则可以断开电流的提供，使热电制冷芯片停止吸热。最后，盖设于均温板上的箱体也可以对电芯以及热电制冷芯片与外界环境相隔离，减少电池模组内部与外部的热交换，实现隔离保温。该电池模组利用直接与电芯相贴合的热电制冷芯片作为热源或者冷源与电芯进行换热，结构简单且热阻低，无需在电芯之间设置额外的热管或者水冷装置进行换热，均温换热效率高且能有效减少电池模组的整体占用体积。

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，下面将对实施例描述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热电制冷均温电池模组的立体结构爆炸图；

图2是本实用新型实施例提供的一种热电制冷均温电池模组的装配结构示意图；

图3是图2的局部剖视结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种热电制冷均温电池模组的结构剖面图；

图5是本实用新型实施例提供的均温系统的控制结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在相关技术中，通常采用在电池盒内设置紧贴电芯的均热板以及在电芯之间穿插热管的方式对电芯进行均温散热。热管与均热板相连，均热板中设置有流道，热管在将电芯的热量传递到均热板上后，通过新能源汽车中设置的水泵由车载水箱中通入冷却水进行循环水冷实现散热。而在寒冷环境下，也可以向均热板中通入热水对电芯进行预热。以在不同外界天气环境下保证新能源电池的性能。

采用相关技术中的均温设计，穿插设置于电芯之间的热管以及均温板中的流道往往具有一定的直径，占用空间较大，会导致电池盒内部以及电池模组整体占用面积增大。同时电芯在实现水冷换热的过程中，其热量需要经过热管、均温板到流道的多次传递，热阻较大，均温换热效率低，且水冷所需要汽车小号能量带动水泵实现循环，导致能耗较大。

图1是本实用新型实施例提供的一种热电制冷均温电池模组的立体结构爆炸图。图2是本实用新型实施例提供的一种热电制冷均温电池模组的装配结构示意图。图3是图2的局部剖视结构示意图。图4是本实用新型实施例提供的一种热电制冷均温电池模组的结构剖面图。如图1至4所示，通过实践，本申请人提供了一种热电制冷均温电池模组，包括均温板1、热电制冷芯片2、电芯 3、箱体4。

均温板1具承载面11，均温板1的内部具有多个管状流道12，多个管状流道12沿平行于承载面11的方向依次并列布置。热电制冷芯片2的一侧面固定贴合于承载面11上，热电制冷芯片2用于与设置在电池模组外部的电池管理系统单元5电连接，电芯3的底部端面与热电制冷芯片2的另一侧面固定贴合。箱体4盖设于电芯3和热电制冷芯片2上且与承载面11相连接。

在本实用新型实施例中，电池模组的电芯3在工作时，通过将其底部端面与热电制冷芯片2，也即是TEC(Thermo Electric Cooler，半导体制冷器)芯片相贴合。当外界环境温度较低，电芯3的温度低于正常工作的工作阈值时，电池管理系统单元5可以通过控制电路向热电制冷芯片2提供直流电流，使热电制冷芯片2与电芯3的接触面放热，而当电芯3的温度上升到标定的工作温度后，电池管理系统单元5则可以断开电流的提供，使热电制冷芯片2停止放热，如此循环保证电芯3的正常工作。而在外界环境温度较高，电芯3的温度高于正常工作的工作阈值时，电池管理系统单元5可以通过控制电路向热电制冷芯片2 提供反向的直流电流，使热电制冷芯片2与电芯3的接触面制冷吸热，同时在极端高温天气下均温板1中多个管状流道12中可以通入冷却水进行循环与热电制冷芯片2进行热交换从而带走热电制冷芯片所吸收的热量，避免其温度过高超过焊锡的熔点造成损坏；而当电芯3的温度降低到一定值时，电池管理系统单元5则可以断开电流的提供，使热电制冷芯片2停止吸热。最后，盖设于均温板1上的箱体4也可以对电芯3以及热电制冷芯片2与外界环境相隔离，减少电池模组内部与外部的热交换，实现隔离保温。该电池模组利用直接与电芯3 相贴合的热电制冷芯片2作为热源或者冷源与电芯3进行换热，结构简单且热阻低，无需在电芯3之间设置额外的热管或者水冷装置进行换热，均温换热效率高且能有效减少电池模组的整体占用体积。

可选地，电池模组包括多个电芯3和多组热电制冷芯片2，多个电芯3沿水平方向并列布置，多个电芯3和多组热电制冷芯片2一一对应，每组热电制冷芯片2均包括并列设置且固定贴合于电芯3底部的多个热电制冷芯片2。示例性地，在本实用新型实施例中，每个电芯3下方对应配置4块并列为一组的热电制冷芯片2。通过设置多组热电制冷芯片2，可以实现对多个电芯3的一一对应散热均温，有效提高对电池模组散热均温的均一性和可靠性，同时提高散热均温效率。

可选地，每组热电制冷芯片2中的多个热电制冷芯片2之间以及多组热电制冷芯片2之间通过导热硅脂粘贴固定。示例性地，在本实用新型实施例中，通过导热硅脂对多组热电制冷芯片2的多个热电制冷芯片2，以及组与组之间进行粘贴固定，在提高单组热电制冷芯片2的整体热传导效率的同时，还能进一步提高多组热电制冷芯片2之间的一体性，进一步提高了电池模组的散热均温效率。

可选地，热电制冷芯片2另一侧面与电芯3的底部端面之间设置有导热硅脂层21。示例性地，在本实用新型实施例中，通过在热电制冷芯片2与电芯3 的接触面之间涂布一层导热硅脂层21，进一步提高两者之间贴合处的热传导效率，进而进一步提高了电池模组的散热均温效率。

可选地，在本实用新型实施例中，导热硅脂层21的厚度小于或等于1mm。能够在提高热电制冷芯片2另一侧面与电芯3的底部端面之间热传导效率的同时，避免材料浪费，节约生产成本。

可选地，均温板1具有与承载面11相反的散热面13，散热面13上设置有散热翅片131，散热翅片131内部具有与多个管状流道12连通的水冷流道。示例性地，在本实用新型实施例中，通过在均温板1背向承载面11的散热面上设置凸出的散热翅片131，散热翅片131内的水冷流道与用于与热电制冷芯片2 换热的管状流道12连通。可以通过将散热翅片131设置在新能源汽车的外部或者车身内与外部连通的位置，在热电制冷芯片2处于制冷工况且车辆行驶的过程中，利用均温板1对热电制冷芯片2进行热交换散热的同时，经过热交换的水流进散热翅片131内，散热翅片131与外界环境形成强对流实现辅助散热，从而加快热电制冷芯片2的热交换效率，进一步提高了电池模组的散热均温效率。

可选地，散热翅片131为铝制结构件。示例性地，在本实用新型实施例中，散热翅片131采用AL1060铝材制成，导热性能高且具有良好的延伸性和抗拉强度，能够有效提高生产效率和使用寿命。

可选地，箱体4的内壁与热电制冷芯片2和电芯3之间填充有气凝胶垫41。示例性地，在本实用新型实施例中，通过在箱体4的内壁上填充气凝胶垫41，能够在使用箱体4箱壁实现隔离的基础上，进一步阻断箱体4内部与外界环境的热交换，提高电池模组的保温性能，避免外界极端天气的影响电芯3的撑场运行。

图5是本实用新型实施例提供的均温系统的控制结构框图。包括如图1至图4所示的热电制冷均温电池模组。该均温电池模组还包括电池管理系统单元5、继电器6、供电单元7、控制电路单元8、电压采集传感器51和温度传感器52。电池管理系统单元5、继电器6、供电单元7、控制电路单元8和热电制冷芯片 2依次电连接。电压采集传感器51设置在热电制冷芯片2上且与电池管理系统单元5电连接。温度传感器52设置在电芯3上且与电池管理系统单元5电连接，电池管理系统单元5与控制电路单元8电连接。示例性地，在本实用新型实施例中，当电池模组的电芯3工作时，通过将其底部端面与热电制冷芯片2，也即是TEC(ThermoElectric Cooler，半导体制冷器)芯片相贴合，同时电池管理系统单元5通过温度传感器52检测电芯3的工作温度。当外界环境温度较低，电芯3的温度低于正常工作的工作阈值时，电池管理系统单元5控制继电器6吸合，供电单元7电路导通并向热电制冷芯片2提供直流电流，使热电制冷芯片2 使热电制冷芯片2与电芯3的接触面放热，而当电芯3的温度上升到标定的工作温度后，电池管理系统单元5则控制继电器6断开停止电流的提供，使热电制冷芯片2停止放热，如此循环保证电芯3的正常工作。而在外界环境温度较高，电芯3的温度高于正常工作的工作阈值时，电池管理系统单元5控制继电器6吸合，供电单元7电路导通并向热电制冷芯片2提供直流电流，同时电池管理系统单元5通过控制电路单元8管理电流反向流动以向热电制冷芯片2提供反向的直流电流，使热电制冷芯片2与电芯3的接触面制冷吸热，同时在极端高温天气下均温板1中多个管状流道12中可以通入冷却水进行循环与热电制冷芯片2进行热交换从而带走热电制冷芯片所吸收的热量，避免其温度过高超过焊锡的熔点造成损坏；而当电芯3的温度降低到一定值时，电池管理系统单元5则可以断开电流的提供，使热电制冷芯片2停止吸热。最后，盖设于均温板1上的箱体4也可以对电芯3以及热电制冷芯片2与外界环境相隔离，减少电池模组内部与外部的热交换，实现隔离保温。该电池模组利用直接与电芯3 相贴合的热电制冷芯片2作为热源或者冷源与电芯3进行换热，结构简单且热阻低，无需在电芯3之间设置额外的热管或者水冷装置进行换热，均温换热效率高且能有效减少电池模组的整体占用体积。

需要强调的是，在该均温系统中，电池管理系统单元5除了通过常规的检测电芯3的工作温度来实现自动控制切换以外，还通过电压采集传感器51检测热电制冷芯片2的工作电压，利用热电制冷芯片2正反表面温差大小与耗电量，也即是工作电压成正比的工作特点来进一步观测热电制冷芯片2的实时温度，从而检测电池模组的整体内部环境温度与换热情况，提高换热均温切换操作的精确度和反应速度，进而提高对电池模组的换热均温性能。

可选地，供电单元7为低温锂离子电池或者超级电容。示例性地，在本实用新型实施例中，供电单元7可以为低温锂离子电池或者超级电容。可以根据新能源电池模组的具体使用环境配置不同的供电单元7进行均温系统的供电，本实用新型实施例在此不作限定。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，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)

1.一种热电制冷均温电池模组，其特征在于，包括：均温板(1)、热电制冷芯片(2)、电芯(3)、箱体(4)，

所述均温板(1)具承载面(11)，所述均温板(1)的内部具有多个管状流道(12)，所述多个管状流道(12)沿平行于所述承载面(11)的方向依次并列布置，所述热电制冷芯片(2)的一侧面固定贴合于所述承载面(11)上，所述热电制冷芯片(2)用于与设置在电池模组外部的电池管理系统单元(5)电连接，所述电芯(3)的底部端面与所述热电制冷芯片(2)的另一侧面固定贴合，所述箱体(4)盖设于所述电芯(3)和所述热电制冷芯片(2)上且与所述承载面(11)相连接。

2.根据权利要求1所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，所述电池模组包括多个所述电芯(3)和多组所述热电制冷芯片(2)，多个所述电芯(3)沿水平方向并列布置，多个所述电芯(3)和多组所述热电制冷芯片(2)一一对应，每组所述热电制冷芯片(2)均包括并列设置且固定贴合于所述电芯(3)底部的多个所述热电制冷芯片(2)。

3.根据权利要求2所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，每组所述热电制冷芯片(2)中的多个所述热电制冷芯片(2)之间以及多组所述热电制冷芯片(2)之间通过导热硅脂粘贴固定。

4.根据权利要求1所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，所述热电制冷芯片(2)另一侧面与所述电芯(3)的底部端面之间设置有导热硅脂层(21)。

5.根据权利要求4所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，所述导热硅脂层(21)的厚度小于或等于1mm。

6.根据权利要求1所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，所述均温板(1)具有与所述承载面(11)相反的散热面(13)，所述散热面(13)上设置有散热翅片(131)，所述散热翅片(131)内部具有与所述多个管状流道(12)连通的水冷流道。

7.根据权利要求6所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，所述散热翅片(131)为铝制结构件。

8.根据权利要求1所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，所述箱体(4)的内壁与所述热电制冷芯片(2)和所述电芯(3)之间填充有气凝胶垫(41)。

9.一种均温系统，包括如权利要求1至8任一项所述的热电制冷均温电池模组，其特征在于，还包括电池管理系统单元(5)、继电器(6)、供电单元(7)、控制电路单元(8)、电压采集传感器(51)和温度传感器(52)，所述电池管理系统单元(5)、所述继电器(6)、所述供电单元(7)、所述控制电路单元(8)和所述热电制冷芯片(2)依次电连接，所述电压采集传感器(51)设置在所述热电制冷芯片(2)上且与所述电池管理系统单元(5)电连接，所述温度传感器(52)设置在所述电芯(3)上且与所述电池管理系统单元(5)电连接，所述电池管理系统单元(5)与所述控制电路单元(8)电连接。

10.根据权利要求9所述的均温系统，其特征在于，所述供电单元(7)为低温锂离子电池或者超级电容。

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