CN218448135U - 一种液冷电池模组和动力电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液冷电池模组和动力电池。本实用新型液冷电池模组包括：多个单体电池，每个单体电池具有一对相对设置的第一侧面和一对相对设置的第二侧面，所述多个单体电池沿所述第一侧面和所述第二侧面中的较大面的垂线依次排布；至少一层均热膜，单面或双面贴覆于所述第一侧面和所述第二侧面中的较大面；沿着所述均热膜的厚度方向，每层所述均热膜包括依次层叠的粘贴层、均热层和绝缘层；液冷板，设置于所述多个单体电池的底部。本实用新型中，均热膜使电池上部热量快速传递到下部，并通过液冷板快速传递到外界，降低电池上下部温差，提升液冷模块散热效率、安全性和循环寿命。

Description

一种液冷电池模组和动力电池

技术领域

本实用新型属于动力电池技术领域，尤其涉及一种液冷电池模组和动力电池。

背景技术

液冷模块是储能和电动汽车领域常用的模块，较风冷模块能耗低、均温性好、寿命长；而液冷模块中，液冷板是同电池底部接触，电池下部产生的热量能通过液冷板及时传导出去，但由于电池本身热传导效率低，上部产生的热量无法及时传递到下部，导致电池本体上部和下部温度差异较大，对电池的使用安全和循环寿命不利；另外，为了提升系统集成的效率和降低成本，单个电池越做越大，其上下温差大的现象愈发明显；液体对电池进行加热时，同样是存在电池上下温差大的问题。

当前，主要通过如下方式实现电池的均热：

(1)采用含相变热管或其它材料的均热板，将单体电池中间部位的热量沿着相变热管往均热板温度较低的四周迅速扩散；该方法为由中间向四周散热，且存在增加占用空间，降低系统能量密度等缺陷；

(2)采用石墨烯导热膜，将锂离子电池内部热量快速均匀传导至电池表面；该方法为由内部向外散热，且存在占用电池内部空间，降低能量密度，占用活性物质空间，性能空间被压缩，不利于自动化生产，石墨烯导热膜成本高等缺陷。

现有技术中，未有针对液冷电池模组的均热方案公开。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种液冷电池模组和动力电池。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种液冷电池模组，包括多个单体电池，每个单体电池具有一对相对设置的第一侧面和一对相对设置的第二侧面，所述多个单体电池以所述第一侧面和所述第二侧面中的较大面为平行面依次排布；至少一层均热膜，单面或双面贴覆于所述第一侧面和所述第二侧面中的较大面；沿着所述均热膜的厚度方向，每层所述均热膜包括依次层叠的粘贴层、均热层和绝缘层；液冷板，设置于所述多个单体电池的底部。

所述的液冷电池模组，优选地，所述至少一层均热膜的总厚度为5～500μm；所述至少一层均热膜为一层或二层均热膜。

所述的液冷电池模组，优选地，所述粘贴层的厚度小于所述均热膜厚度的10％；所述均热层的厚度为所述均热膜厚度的40％～80％。

所述的液冷电池模组，优选地，所述至少一层均热膜至少覆盖所述较大面的中心；

所述至少一层均热膜的宽度为所述单体电池宽度的20％～90％；

所述至少一层均热膜的高度为所述单体电池高度的20％～90％。

所述的液冷电池模组，优选地，所述至少一层均热膜在平面方向的导热系数≥600W/(m·K)；

所述至少一层均热膜的密度为1.5至2.5g/cm³。

所述的液冷电池模组，优选地，所述均热层由石墨制成；

所述绝缘层由有机高分子材料制成；

所述有机高分子材料为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺或聚酯。

所述的液冷电池模组，优选地，相邻两个所述单体电池的均热膜之间还复合有缓冲隔热层。

所述的液冷电池模组，优选地，所述缓冲隔热层的厚度为1mm～10mm。

所述的液冷电池模组，优选地，所述缓冲隔热层的分解温度＞500℃；

所述缓冲隔热层的导热系数＜0.2W/(m·K)；

所述缓冲隔热层由气凝胶、气凝胶毡或硅胶制成。

一种动力电池，包括动力电池模组，所述动力电池模组为上述任一项所述的液冷电池模组。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)针对液冷模块中电池的均温性，通过在单体电池侧面贴覆石墨复合均热膜，使电池上部产生的热量快速传递到下部，并通过液冷板快递传递到外界，降低电池上部和下部温度差异的效果，提升液冷模块的散热效率、安全性和循环寿命；同理，可以将液体产生的热量及时传递到电池上部，保证电池温度的整体均衡性。

测试结果显示，电池大面粘贴石墨材质复合均热膜后，液冷环境下进行测试，电池上下温差△T改善明显，△T(电池大面无均热膜)-△T(电池大面贴均热膜)数值超过5℃，对使用安全和循环寿命更为有利。

(2)单体电池之间的均热膜可同其他缓冲隔热材料进行复合，液冷电池模组整体具有隔热功能，一个电池热失控不会产生热量的蔓延。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的液冷电池模组的整体结构示意图；

其中，a表示电池宽度，b表示电池高度；

图2为本实用新型一实施例提供的单层均热膜的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的双层均热膜的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的复合缓冲隔热层的液冷电池模组的排布立体图；

图5为本实用新型一实施例提供的复合缓冲隔热层的液冷电池模组的排布侧面图；

图6为本实用新型一实施例提供的用于验证均温效果的测试实例示意图；

图中各附图标记：

100-单体电池；110-均热膜；120-液冷板；130-缓冲隔热层；

101-电芯上部区域；102-电芯下部区域；

111-粘贴层；112-均热层；113-绝缘层。

具体实施方式

电池工作时，液冷电池模组中单体电池下部靠近液冷板的位置温度和液冷板温度接近，而上部远离液冷板的位置温度远高于或低于液冷板温度，上下部分温度差异大，而单体电池本身的热传导效率低，无法实现热量的及时传递。对此，本实用新型提供一种液冷电池模组，包括多个单体电池，每个单体电池具有一对相对设置的第一侧面和一对相对设置的第二侧面，多个单体电池以第一侧面和第二侧面中的较大面为平行面依次排布；至少一层均热膜，单面或双面贴覆于第一侧面和第二侧面中的较大面；沿着均热膜的厚度方向，每层均热膜包括依次层叠的粘贴层、均热层和绝缘层；液冷板，设置于多个单体电池的底部。本实用新型中，通过在单体电池最大的侧面贴覆均热膜，沿着电池的高度方向，均热膜能够在单体电池和液冷板之间起到热传到作用，及时传递热量，进而降低单体电池上下部的温差，提升液冷电池模组的散热效率、安全性和循环寿命。

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的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“底部”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，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系统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。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“贴覆”、“复合”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供的液冷电池模组包括多个单体电池100，每个单体电池100具有一对相对设置的第一侧面和一对相对设置的第二侧面，多个单体电池100沿第一侧面和第二侧面中的较大面的垂线依次排布；至少一层均热膜110，单面或双面贴覆于第一侧面和第二侧面中的较大面；如图2所示，沿着均热膜110的厚度方向，每层均热膜包括依次层叠的粘贴层111、均热层112和绝缘层113；粘贴层111，由双面胶等黏合剂构成，起到粘贴作用，使用时将整个均热膜粘贴在单体电池表面；均热层112，由石墨制成，起到热传导作用，能将电芯上部产生的热量快速传递到下部；绝缘层113，由有机高分子材料制成，如聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺或聚酯，起到绝缘和防护作用，成本更有优势；均热膜110贴覆于单体电池100的外部，自动化程度高，不影响电池内部设计；液冷板120，设置于多个单体电池100的底部。

上述的实施例中，优选地，至少一层均热膜110的总厚度为5～500μm，微米级厚度不仅可以改善液冷模块中电池的均温性，而且不会占用模组太多空间，对系统能量密度基本无影响。进一步地，通过控制均热膜的层数和每层均热膜中各功能层的比例使得整个均热膜的密度为1.5～2.5g/cm³，平面方向导热系数≥600W/(m·k)，能够实现在电池高度方向上快速传递热量，在提升热量传输效率的同时具有良好的绝缘性能。至少一层均热膜110优选为一层或二层均热膜。例如，至少一层均热膜110可以是图2所示的单层的均热膜，也可以是图3所示的双层的均热膜，其中，双层的均热膜中第二层均热膜的粘贴层111与第一层均热膜的绝缘层113贴合。优选地，粘贴层111的厚度小于均热膜110厚度的10％，均热层112的厚度为均热膜110厚度的40％～80％，绝缘层113的厚度为均热膜110厚度的10％～50％。均热膜层数和各层比例控制合理，能够同时满足对液冷电池模组中的均热膜均热效果和绝缘性能的需求。

均热膜110可以覆盖单体电池100中较大侧面的全部，也可以只覆盖一部分。一般情况下，在电池的发热过程中，电芯的中心位置温度最高，因此，均热膜110至少覆盖单体电池侧面中较大面的中心；考虑均热效果和成本，优选地，如图1所述，至少一层均热膜110的宽度为单体电池100宽度a的20％～90％，至少一层均热膜110的高度为单体电池100高度b的20％～90％。

如图4和图5所示，在相邻两个单体电池的均热膜110之间还复合有缓冲隔热层130，缓冲隔热层将两个单体电池隔开，从而使整体具有隔热功能，可防止一个单体电池热失控导致的热量的蔓延。优选地，缓冲隔热层130的厚度为1mm～10mm，由于模块空间有限，该厚度可在不影响模块整体布局的前提下保证隔热效果。缓冲隔热层可由气凝胶、气凝胶毡、硅胶等隔热性好的材料制成，分解温度超过500℃，导热系数小于0.2W/(m·K)，在一个电池单体发生热失控时(最高温度会超过300℃)，该材料的耐高温性能可避免隔热材料的分解，同时较低的导热系数低可阻止两个单体电池之间热量的传递，从而防止一个单体电池热失控导致的热量的蔓延。缓冲隔热层的高度与单体电池的高度一致，宽度与单体电池的宽度一致。

对于本实用新型来说，动力电池可以是锂离子电池、钠离子电池或其他化学体系构成的方形电池，下面以锂离子电池为例，对其液冷电池模组中均热膜的均热效果进行验证。实验设置如下：电池底部带液冷装置，为液冷板和TIM热界面材料组成的复合部件，1C倍率下放电温度监控，液冷板温度为15℃，环境温度为25℃。电池进行1C放电，电池底部带液冷板。如图6所示，分别测试粘贴均热膜和未粘贴均热膜的电芯在电芯上部区域101和电芯下部区域102的温差，结果显示，无均热膜电池表面上下温差为10℃左右；电池表面粘贴均热膜后的上下温差为5℃左右，低于无均热膜测试结果；说明电池表面粘贴均热膜后，可以大幅度提高电池的散热能力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种液冷电池模组，其特征在于，包括：

多个单体电池，每个单体电池具有一对相对设置的第一侧面和一对相对设置的第二侧面，所述多个单体电池沿所述第一侧面和所述第二侧面中的较大面的垂线依次排布；

至少一层均热膜，单面或双面贴覆于所述第一侧面和所述第二侧面中的较大面；沿着所述均热膜的厚度方向，每层所述均热膜包括依次层叠的粘贴层、均热层和绝缘层；

液冷板，设置于所述多个单体电池的底部。

2.根据权利要求1所述的液冷电池模组，其特征在于：所述至少一层均热膜的总厚度为5～500μm；

所述至少一层均热膜为一层或二层均热膜。

3.根据权利要求2所述的液冷电池模组，其特征在于：所述粘贴层的厚度小于所述均热膜厚度的10％；

所述均热层的厚度为所述均热膜厚度的40％～80％。

4.根据权利要求1所述的液冷电池模组，其特征在于：所述至少一层均热膜至少覆盖所述较大面的中心；

所述至少一层均热膜的宽度为所述单体电池宽度的20％～90％；

所述至少一层均热膜的高度为所述单体电池高度的20％～90％。

5.根据权利要求1所述的液冷电池模组，其特征在于：所述至少一层均热膜在平面方向的导热系数≥600W/(m·K)；

所述至少一层均热膜的密度为1.5至2.5g/cm³。

6.根据权利要求1所述的液冷电池模组，其特征在于：所述均热层由石墨制成；

所述绝缘层由有机高分子材料制成；

所述有机高分子材料为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺或聚酯。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的液冷电池模组，其特征在于：相邻两个所述单体电池的均热膜之间还复合有缓冲隔热层。

8.根据权利要求7所述的液冷电池模组，其特征在于：所述缓冲隔热层的厚度为1mm～10mm。

9.根据权利要求7所述的液冷电池模组，其特征在于：所述缓冲隔热层的分解温度＞500℃；

所述缓冲隔热层的导热系数＜0.2W/(m·K)；

所述缓冲隔热层由气凝胶、气凝胶毡或硅胶制成。

10.一种动力电池，包括动力电池模组，其特征在于：所述动力电池模组为权利要求1-9中任一项所述的液冷电池模组。

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