CN220963467U - 一种新型自然散热的电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型自然散热的电池模组，电池模组由电芯、上盖、底板、侧板、前端板、后端板、中间风道、绝缘片、导热硅胶片、拉紧件、拉手、极柱端子、BMM模块组成；电池模组内部电芯的排布方式为首先两个或两个以上的电芯沿电芯窄面法向依次排列，构成一排组合，接着两个相同的一排组合沿电芯大面方向叠合排列，构成二排组合，然后相同的两个二排组合沿电芯大面方向平行排列，构成四排组合，中间风道设置在两个二排组合之间的间隙中。与现有技术相比，本实用新型的一种新型自然散热的电池模组，具有热管理功耗低，散热均匀性好、成组成本低的优点。

Description

一种新型自然散热的电池模组

技术领域

本实用新型涉及一种新型自然散热的电池模组，尤其是涉及一种具有低生产成本、低热管理成本、低热管理功耗的电池模组。

背景技术

电池储能系统由于设置灵活、动态响应特性好、建设周期短等特点，已经成为构建新型电力系统的主要储能种类之一，而电池储能系统中又以锂离子电池储能系统为主。锂离子电池储能系统的安全性包括化学安全、电安全、结构安全、功能安全等等，电芯的成组方式、电池模组的结构构成形式、散热和热管理的方式等均对整个系统的安全有重要的影响。

在以方形锂离子电芯为单体组合而成的锂离子电池储能系统中，方形锂离子电芯通常有6个面，即面积最大的两个面为电芯大面，面积较小的两个侧面为电芯窄面，包含电芯极柱所在的面为电芯顶面，与顶面平行的另外一面是电芯底面。电芯在使用过程中在内部会产生膨胀力，电芯大面为电芯的最大膨胀面，为了克服电芯的膨胀力影响，通常采用将电芯的大面彼此贴合拉紧的排列方式组成电池模组，这种成组方案中的电芯只能依靠电芯窄面和底面进行散热，电芯散热会受到影响，因此往往需要借助外部风扇强制风冷或者水冷板来辅助散热。

专利CN202222522757.X中提出了一种自动散热的电池模组及电池箱，其方形电芯排布方式采用传统的电芯大面贴合，主要依靠电芯底面的散热片和散热叶进行散热，方形电芯底面并非电池的最大散热面，散热叶的翅片朝下也不利于叶片与周围的热空气进行对流换热。

专利CN202222602346.1中提出了一种电池模组以及电池包，采用电芯表面积最大的面贴合水冷板进行散热，水冷板用量多，电池模组的经济型较差，同时还需要考虑漏液风险。

因此，如何从成组方式、结构设计、安装工艺等方面来综合优化电池模组的设计，降低而管理功耗，提高散热的效率，降低成组的成本，改善安全性，提高对电池模组经济性和适用性，就显得非常必要。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型自然散热的电池模组。

本实用新型通过以下方案实现。

一种新型自然散热的电池模组，电池模组由电芯、上盖、底板、侧板、前端板、后端板、中间风道、绝缘片、导热硅胶片、拉紧件、拉手、极柱端子、BMM模块组成。所述电芯的外形是方形，电芯的六个面为电芯顶面、电芯底面、两个电芯窄面、两个电芯大面，电芯顶面是电芯极柱所在的面，电芯底面是与电芯顶面平行的对立面，电芯大面是电芯外表面积最大的面，电芯窄面是除电芯顶面、电芯底面、电芯大面以外剩余的面。

所述电池模组内部电芯的排布方式为首先两个或两个以上的电芯沿电芯窄面法向依次排列，构成一排组合，接着两个相同的一排组合沿电芯大面方向叠合排列，构成二排组合，然后相同的两个二排组合沿电芯大面方向平行排列，构成四排组合，中间风道设置在两个二排组合之间的间隙中，间隙的距离为D，满足条件：4*P_max+5mm≤D≤50mm，其中P_max是单个电芯最大允许膨胀增加厚度（单位：mm）。

所述两排组合与中间风道之间设置有导热硅胶片，起导热作用；所述的上盖设置有上盖开孔，所述的底板设置有底板开孔；所述的上盖开孔、底板开孔、中间风道形成自然散热风道。

中间风道的设置使得二排组合中与中间风道相接触的电芯可以通过电芯大面将热量传导到中间风道，再由中间风道壁面与外部空气进行自然对流换热，相当于增加了两个电芯大面的散热面。因此，电池模组可以同时通过侧板换热、底板换热和中间风道换热，提升了电池散热效率。

所述底板与电芯底面之间设置有导热硅胶片，底板一方面承载电芯重量，另外一方面起传导来自电芯底面的热量并与外部进行自然换热的作用；所述侧板与二排组合中外侧的电芯大面之间设置有导热硅胶片，侧板可以起传导来自电芯大面的热量并与外部进行自然对流换热的作用。

所述一排组合中的电芯窄面之间设置有绝缘隔热片，起阻止一排组合中的电芯之间通过电芯窄面高效率传导热量；所述二排组合中的两个一排组合在相互叠合的电芯大面之间设置有导热硅胶片，起热传导作用。

以上的结构组成方式，使得电池模组中的每一个电芯，都只能通过电芯的大面、电芯底面进行散热，因此不同位置的电芯的散热效率基本相当，有利于降低电池模组充放电使用过程中的不同位置电芯的温度差。

所述前端板和后端板设置在四排组合的两端电芯窄面外侧，后端板设置有电芯后限位并于机架层架的限位结构配合，起限制电池模组在层架上的位移功能；所述极柱端子、BMM模块、拉手集成在前端板，拉手起方便电池模组在机架中安装和维护取出作用。

所述电池模组中的底板、两侧侧板、顶部拉紧件和中间风道将电芯围合拉紧，并用合金钢螺栓固定；所述侧板，底板和中间风道设置有加强筋。

本实用新型电池模组中，由于电池模组内部电芯的排布方式为首先两个或两个以上的电芯沿电芯窄面法向依次排列，构成一排组合，接着两个相同的一排组合沿电芯大面方向叠合排列，构成二排组合，然后相同的两个二排组合沿电芯大面方向平行排列，构成四排组合，中间风道设置在两个二排组合之间的间隙中，这种成组方式使得使电芯沿电芯大面法向的叠放个数变少，减少了电芯大面膨胀力的叠加。同时，中间风道的设置，也有利于吸收电芯膨胀形变。

因此，本实用新型电池模组的结构组成方式，分利用了电池模组的外壳结构来对电芯的膨胀力进行约束，合理的将电芯的膨胀力分散，减少电池模组结构强度设计难度，降低电芯拉紧失效风险，无需额外的拉紧设计，充分利用了外壳的结构强度性能，减少了加工工序，节省了物料和人工成本。

与现有技术相比，本实用新型的电池模组，具有以下优点。

（1）热管理功耗低，电芯温度均匀性好。本实用新型的电池模组采用自然空气对流散热模式，不需要风扇强制空气对流散热或水冷散热，因而热管理功耗低。同时，电池模组中的每一个电芯，都只能通过电芯的大面、电芯底面进行散热，因此不同位置的电芯的散热效率基本相当，有利于降低电池模组充放电使用过程中的不同位置电芯的温度差。

（2）成组成本低，安装效率高。由于不需要安装复杂的水冷装置，电池模组的成组安装效率高，节省了水冷装置的物料成本，降低了电池模组的成本。

（3）降低了电芯拉紧失效风险。

附图说明

图1为实施例1电池模组的爆炸结构示意图。

图2为实施例1电池模组中的电芯外形结构示意图。

图3为实施例1电池模组组合方式示意图。

图4为实施例1电池模组3D示意图。

图5为实施例1电池模组一排组合成组方式示意图。

图6为实施例1电池模组拉紧结构示意图。

图7为实施例1电池模组自然散热示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例

以具体制作一种新型自然散热的电池模组为例，来进一步阐述该电池模组结构及其功能的实现方式，同时说明该电池模组热管理功耗低，电芯温度均匀性好、成组成本低，安装效率高的实现方法。

如图1所示，一种新型自然散热的电池模组，电池模组由电芯1、上盖2、底板3、侧板4、前端板5、后端板6、中间风道7、绝缘片8、导热硅胶片9、拉紧件10、拉手11、极柱端子12、BMM模块13组成。

如图2所示，电芯1的外形是方形，电芯的六个面为电芯顶面101、电芯底面102、两个电芯窄面104、两个电芯大面103，电芯顶面101是电芯极柱所在的面，电芯底面102是与电芯顶面平行的对立面，电芯大面103是电芯外表面积最大的面，电芯窄面104是除电芯顶面、电芯底面、电芯大面以外剩余的面。

如图3、图4、图5所示，电池模组内部电芯的排布方式为首先两个或两个以上的电芯1沿电芯窄面法向依次排列，构成一排组合，接着两个相同的一排组合沿电芯大面方向叠合排列，构成二排组合，然后相同的两个二排组合沿电芯大面方向平行排列，构成四排组合，中间风道7设置在两个二排组合之间的间隙中，间隙的距离为D，满足条件：4*P_max+5mm≤D≤50mm，其中P_max是单个电芯最大允许膨胀增加厚度（单位：mm）。

两排组合与中间风道7之间设置有导热硅胶片8，起导热作用；上盖设置有上盖开孔，底板设置有底板开孔；上盖开孔201、底板开孔、中间风道7形成自然对流散热风道。

中间风道7的设置使得二排组合中与中间风道7相接触的电芯1可以通过电芯大面103将热量传导到中间风道7，再由中间风道壁面与外部空气进行自然对流换热，相当于增加了两个电芯大面的散热面。因此，电池模组可以同时通过侧板4换热、底板3换热和中间风道7换热，提升了电池散热效率。

底板3与电芯底面102之间设置有导热硅胶片9，底板3一方面承载电芯重量，另外一方面起传导来自电芯底面102的热量并与外部进行自然换热的作用；侧板4与二排组合中外侧的电芯大面103之间设置有导热硅胶片9，侧板4可以起传导来自电芯大面103的热量并与外部进行自然对流换热的作用。

一排组合中的电芯窄面104之间设置有绝缘片8，起阻止一排组合中的电芯1之间通过电芯窄面104高效率传导热量；二排组合中的两个一排组合在相互叠合的电芯大面103之间设置有导热硅胶片9，起热传导作用。

如图7所示，以上的结构组成方式，使得电池模组中的每一个电芯，都只能通过电芯的大面、电芯底面进行散热，因此不同位置的电芯的散热效率基本相当，有利于降低电池模组充放电使用过程中的不同位置电芯的温度差。

如图3、图4所示，前端板5和后端板6设置在四排组合的两端电芯窄面104外侧，后端板6设置有电芯后限位6并于机架层架的限位结构配合，起限制电池模组在层架上的位移功能；极柱端子12、BMM模块13、拉手11集成在前端板5，拉手11起方便电池模组在机架中安装和维护取出作用。

如图6所示，电池模组中的底板3、两侧侧板4、顶部拉紧件10和中间风道7将电芯1围合拉紧，并用合金钢螺栓固定；侧板4，底板3和中间风道7分别设置有侧板加强筋401、底板加强筋301、风道加强筋701。

本实施例的电池模组中，由于电池模组内部电芯的排布方式为首先两个或两个以上的电芯沿电芯窄面法向依次排列，构成一排组合，接着两个相同的一排组合沿电芯大面方向叠合排列，构成二排组合，然后相同的两个二排组合沿电芯大面方向平行排列，构成四排组合，中间风道7设置在两个二排组合之间的间隙中，这种成组方式使得使电芯沿电芯大面法向的叠放个数变少，减少了电芯大面膨胀力的叠加。同时，中间风道的设置，也有利于吸收电芯膨胀形变。

因此，本实用新型电池模组的结构组成方式，分利用了电池模组的外壳结构来对电芯的膨胀力进行约束，合理的将电芯的膨胀力分散，减少电池模组结构强度设计难度，降低电芯拉紧失效风险，无需额外的拉紧设计，充分利用了外壳的结构强度性能，减少了加工工序，节省了物料和人工成本。

与现有技术相比，本实施例的电池模组，具有以下优点。

（1）热管理功耗低，电芯温度均匀性好。本实施例的电池模组采用自然空气对流散热模式，不需要风扇强制空气对流散热或水冷散热，因而热管理功耗低。同时，电池模组中的每一个电芯，都只能通过电芯的大面、电芯底面进行散热，因此不同位置的电芯的散热效率基本相当，有利于降低电池模组充放电使用过程中的不同位置电芯的温度差。

（2）成组成本低，安装效率高。由于不需要安装复杂的水冷装置，电池模组的成组安装效率高，节省了水冷装置的物料成本，降低了电池模组的成本。

（3）降低了电芯拉紧失效风险。

Claims (5)

1.一种新型自然散热的电池模组，其特征在于：电池模组由电芯、上盖、底板、侧板、前端板、后端板、中间风道、绝缘片、导热硅胶片、拉紧件、拉手、极柱端子、BMM模块组成；所述电芯的外形是方形，电芯的六个面为电芯顶面、电芯底面、两个电芯窄面、两个电芯大面，电芯顶面是电芯极柱所在的面，电芯底面是与电芯顶面平行的对立面，电芯大面是电芯外表面积最大的面，电芯窄面是除电芯顶面、电芯底面、电芯大面以外剩余的面；所述电池模组内部电芯的排布方式为首先两个以上的电芯沿电芯窄面法向依次叠合排列，构成一排组合，接着两个相同的一排组合沿电芯大面方向叠合排列，构成二排组合，然后相同的两个二排组合沿电芯大面方向平行排列，构成四排组合，中间风道设置在两个二排组合之间的间隙中，间隙的距离为D，满足条件：4*P_max+5mm≤D≤50mm，其中P_max是单个电芯最大允许膨胀增加厚度，P_max的单位是mm；所述两排组合与中间风道之间设置有导热硅胶片，起导热作用；所述的上盖设置有上盖开孔，所述的底板设置有底板开孔；所述的上盖开孔、底板开孔、中间风道形成自然对流散热风道。

2.根据权利要求1所述的一种新型自然散热的电池模组，其特征在于：所述底板与电芯底面之间设置有导热硅胶片，底板一方面承载电芯重量，另外一方面起传导来自电芯底面的热量并与外部进行自然换热的作用；所述侧板与二排组合中外侧的电芯大面之间设置有导热硅胶片，侧板可以起传导来自电芯大面的热量并与外部进行自然对流换热的作用。

3.根据权利要求1所述的一种新型自然散热的电池模组，其特征在于：所述一排组合中的电芯窄面之间设置有绝缘隔热片，起阻止一排组合中的电芯之间通过电芯窄面高效率传导热量；所述二排组合中的两个一排组合在相互叠合的电芯大面之间设置有导热硅胶片，起热传导作用。

4.根据权利要求1所述的一种新型自然散热的电池模组，其特征在于：所述前端板和后端板设置在四排组合的两端电芯窄面外侧，后端板设置有电芯后限位结构，该电芯后限位结构与机架层架的限位结构相互配合，起限制电池模组在层架上的位移功能；所述极柱端子、BMM模块、拉手集成在前端板，拉手起方便电池模组在机架中安装和维护取出作用。

5.根据权利要求1所述的一种新型自然散热的电池模组，其特征在于：所述电池模组中的底板、两侧侧板、顶部拉紧件和中间风道将电芯围合拉紧，并用合金钢螺栓固定；所述侧板，底板和中间风道设置有加强筋。