CN220065809U - 锂离子电池系统结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池系统结构，属于锂离子电池技术领域。本实用新型包括上盖、下箱体、电池模组和液冷系统，电池模组由多个电芯组成，液冷系统包括液冷板，上盖与下箱体组合构成电池容纳腔，电池模组和液冷板均设置于电池容纳腔内，液冷板为平行设置的多个，单个液冷板呈竖向布置，电池容纳腔内设置有呈竖向设置的隔热片，液冷板和隔热片相组合将电池容纳腔分隔为多个子容纳腔，每个子容纳腔设置一个或者多个电芯，每个电芯至少具有一个侧面与液冷板相接触。本实用新型的液冷板处于电芯侧面，能够实现更好的冷却和散热效果；在某个子容纳腔内的电芯热失控时，可以实现热失控隔离功能，进一步提升锂离子电池系统的安全可靠性。

Description

锂离子电池系统结构

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池系统结构，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

近年来，风光水等可再生能源逐渐成为能源主力，但由于随机性、波动性与用电负荷不匹配，需要大量的储能承担削峰填谷、时空转换作用。因此电力储能广泛用于发电侧、电网侧和用户侧等多种应用场景。电化学储能是一种新型电力储能，具有长寿命、高效率、动态响应速度快、不受地理条件限制、储能时长可长可短等优点，可以作为新能源为主体的新型电力系统中的一种灵活的调节资源。而锂离子电池储能具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长、无污染、工作温度范围宽及自放电小等诸多优点，目前在电化学储能中已经占据了绝对的主导地位。其作为新型的高能电化学储能，在向着解决人类环境污染和能源危机前进的过程中，遇到了最为巨大的挑战，即安全问题和寿命问题。一方面锂离子电池会因材料缺陷、制作过程管控不好、控制失效及滥用等原因发生热失控，释放大量的热量，进而引起热失控蔓延，导致整个储能系统发生热失控，产生起火、爆炸等安全事故；另一方面，锂离子电池充放电使用过程对温度有严苛要求，否则会影响锂离子电池寿命，严重亦会引起锂离子电池热失控。

目前控制电芯使用温度主要采用风冷和底部液冷，两种技术存在以下缺陷：

1、风冷换热效果不佳，系统温差较大，导致不同锂离子电池均衡性较差；

2、底部液冷换热接触面积较小，换热效率不足，且成本较高。

目前解决锂离子电池储能系统安全性问题的途径主要包括三方面。第一，是通过使用维护或辅助管理来保证其安全性。如通过锂离子电池管理系统防止锂离子电池短路、过充及超温等。第二，则是通过改善锂电池材料或优化设计来提高锂离子电池自身的安全性。如通过提高正极材料稳定性，在电解液中添加阻燃及防过充等添加剂，采用新型隔膜(如陶瓷隔膜)等方式。第三，因为上述方法因各种因素的限制，目前均无法从根本上解决锂离子电池的安全性问题，所以在锂离子电池储能系统中，需要设置锂离子电池发生热失控后的隔离和灭火系统。

锂离子电池隔离作为预防热失控蔓延关键性版块之一，现有技术中，存在以下缺点：

1、未设置锂离子电池隔离；

2、即使设置了锂离子电池隔离，但占用较多空间，导致能量密度下降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种散热效果好且能够有效预防热失控蔓延的锂离子电池系统结构。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：锂离子电池系统结构，包括上盖、下箱体、电池模组和液冷系统，电池模组由多个电芯组成，液冷系统包括液冷板，上盖与下箱体组合构成电池容纳腔，电池模组和液冷板均设置于电池容纳腔内，液冷板为平行设置的多个，单个液冷板呈竖向布置，电池容纳腔内设置有呈竖向设置的隔热片，液冷板和隔热片相组合将电池容纳腔分隔为多个子容纳腔，每个子容纳腔设置一个或者多个电芯，每个电芯至少具有一个侧面与液冷板相接触。

进一步优选的是：液冷板与电芯的侧面之间通过导热结构胶粘接固定。

进一步优选的是：两排电芯为一组，每组的电芯的中间位置设置一个液冷板；子容纳腔呈矩形框格式排布。

进一步优选的是：位于端部位置的其中一个液冷板与进水管相连接，位于端部位置的另一个液冷板与出水管相连接；相邻两个液冷板之间通过并列设置的多根液压管道相连通。

本实用新型的有益效果是：正常状态下，因电芯侧面面积大于底面，液冷板处于电芯侧面，能够提供更大的换热接触面积，实现更好的冷却和散热效果，从而优化热管理效率，进一步提高电芯寿命。除此之外，液冷板和隔热片相组合将电池容纳腔分隔为多个子容纳腔，在某个子容纳腔内的电芯热失控时，可以实现热失控隔离功能，进一步提升锂离子电池系统的安全可靠性，从而极大程度上保障储能系统的安全性。而且将液冷板放到电芯侧面，代替液冷板放到底部与下箱体集成，一方面大幅降低了材料成本和生产成本，另一方面节省了高度空间，以减小电池包高度尺寸，提高整个储能系统能量密度。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型中的液冷系统换热示意图。

图3是本实用新型中的子容纳腔分布示意图。

图中零部件标记：上盖1，下箱体2，电池模组3，液冷系统4，进水管5，液压管道6，液冷板7，电芯8，出水管9，隔热片10。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，本实用新型包括上盖1、下箱体2、电池模组3和液冷系统4，电池模组3由多个电芯8组成，液冷系统4包括液冷板7，上盖1与下箱体2组合构成电池容纳腔，电池模组3和液冷板7均设置于电池容纳腔内，液冷板7为平行设置的多个，单个液冷板7呈竖向布置(以常规状态，下箱体2的底板水平布置作为参考)，电池容纳腔内设置有呈竖向设置的隔热片10，液冷板7和隔热片10相组合将电池容纳腔分隔为多个子容纳腔，每个子容纳腔设置一个或者多个电芯8，每个电芯8至少具有一个侧面与液冷板7相接触。其中，每个子容纳腔设置的电芯8具体数量可以根据电芯8热失控反应数据和隔热片10的材料性能综合确定。具体地，所述的液冷板7可采用口琴管、冲压板、吹胀板、压铸板等各种类型液冷板。所述的隔热片10可采用气凝胶、云母板、相变材料等具备隔热能力的材料制作得到。

每个电芯8至少具有一个侧面与液冷板7相接触，在电芯8正常运行时可充分散热。需要说明的是，这里的电芯8侧面与液冷板7相接触，可以是直接接触，也可以是间接接触(即在两个配合面之间可以有其它导热结构)，只要确保电芯8能将热量传导给液冷板7即可。为使得结构更可靠，液冷板7与电芯8的侧面之间通过导热结构胶粘接固定。液冷板7的固定则依靠电池内部的结构件合理选用即可，液冷板7可通过与电芯端板或其它结构件定位。

关于子容纳腔，本实用新型提供如下一种简单可靠的排布方式，两排电芯8为一组，每组的电芯8在中间位置设置一个液冷板7，每个液冷板7同时为两侧的电芯8提供热量交换；子容纳腔呈矩形框格式排布。图中所示的实施例，电芯8设计有四排，液冷板7为并排布置的两个；液冷板7具体数量由模组数量确定，可以参照上述排布方式进行扩展。

关于液冷系统4，本实用新型提供如下一种简单可靠的排布方式，位于端部位置的其中一个液冷板7与进水管5相连接，位于端部位置的另一个液冷板7与出水管9相连接；相邻两个液冷板7之间通过并列设置的多根液压管道6相连通(一般是并列设置两根)。液冷板7和液冷管道6组成并行流道，保证各个位置的流量均匀性。锂离子电池系统正常运行过程中，冷却液从进水管5的进口端进入，通过管路进入液冷板7，与电芯8侧面进行热量交换，通过管路汇集到出水管9的排水口流出。

Claims (4)

1.锂离子电池系统结构，包括上盖(1)、下箱体(2)、电池模组(3)和液冷系统(4)，电池模组(3)由多个电芯(8)组成，液冷系统(4)包括液冷板(7)，上盖(1)与下箱体(2)组合构成电池容纳腔，电池模组(3)和液冷板(7)均设置于电池容纳腔内，其特征在于：液冷板(7)为平行设置的多个，单个液冷板(7)呈竖向布置，电池容纳腔内设置有呈竖向设置的隔热片(10)，液冷板(7)和隔热片(10)相组合将电池容纳腔分隔为多个子容纳腔，每个子容纳腔设置一个或者多个电芯(8)，每个电芯(8)至少具有一个侧面与液冷板(7)相接触。

2.如权利要求1所述的锂离子电池系统结构，其特征在于：液冷板(7)与电芯(8)的侧面之间通过导热结构胶粘接固定。

3.如权利要求1或2所述的锂离子电池系统结构，其特征在于：两排电芯(8)为一组，每组的电芯(8)的中间位置设置一个液冷板(7)；子容纳腔呈矩形框格式排布。

4.如权利要求3所述的锂离子电池系统结构，其特征在于：位于端部位置的其中一个液冷板(7)与进水管(5)相连接，位于端部位置的另一个液冷板(7)与出水管(9)相连接；相邻两个液冷板(7)之间通过并列设置的多根液压管道(6)相连通。