一種電池組的熱管理裝置的製作方法

2023-06-07 08:29:51

本申請涉及電池組熱管理技術領域，具體涉及一種電池組的熱管理裝置。

背景技術：

許多電池系統——例如動力鋰離子電池系統，其單體數量多，在工作過程中(特別是在大倍率充放電過程中)會產生大量的熱量，在電池系統箱體模塊中，內部的單體電芯的熱量的散出十分困難，熱量堆積會造成電池箱體內部溫升很高，且電池箱體內部的溫差也較大，這不僅使電池組的循環壽命降低，還會引起嚴重的安全問題。因此，這就要求電池箱體具有良好的熱散結構。

另一方面，電池組在低溫下，特別是在零度以下進行充放電時，不僅充放電的效率低，嚴重的還會造成電池容量的不可逆的衰減，並降低電池的綜合性能，特別是安全問題。因此，這就要求電池箱體具有良好的加熱保溫結構。

綜上，一方面要求電池箱體要具有良好的熱散結構，另一方面又要求電池箱體具有良好的加熱保溫結構，這一對矛盾的需求，造成現有技術難以設計符合要求的電池箱體和電池系統。

技術實現要素：

本申請的電池組的熱管理裝置，其包括：

電池箱，所述電池箱的內壁周圈向外凸起；

兩件第一散熱板，其分別固設於所述電池箱中一對相向的內壁，並與此內壁上的外凸起形成風道；其中，每件第一散熱板都設置有一個雙向風扇；

兩件第二散熱板，其分別固設於所述電池箱中另一對相向的內壁，並與此內壁上的外凸起形成風道；其中，每件第二散熱板都設置有若干個散熱風扇；

兩件加散熱板，所述兩件加散熱板相隔一定間距平行設置以形成風道，其都平行於所述第二散熱板且固設於所述電池箱或第一散熱板，其中所述加散熱板的兩端分別設置於所述兩件第一散熱板的雙向風扇處，以使兩件加散熱板形成的風道接收所述雙向風扇的送風或抽風；其中，每一件加散熱板上都設置有若干通風孔；

加熱器，其設置於所述加散熱板互相相對的一面上；

電池管理電路，其分別與所述雙向風扇、散熱風扇和加熱器電連接，用於控制雙向風扇、散熱風扇和加熱器的工作。

在一較優實施例中，所述第一散熱板和/或第二散熱板朝向電池箱內壁的一面設置有翅片；和/或，所述加散熱板互相相對的一面，設置有翅片。

在一較優實施例中，所述第一散熱板上的翅片頂平面到雙向風扇的距離至少為5毫米，所述第二散熱板上的翅片頂平面到散熱風扇的距離至少為8毫米。

在一較優實施例中，所述雙向風扇設置於第一散熱板中間。

在一較優實施例中，所述加散熱板的兩端分別設置於所述兩件第一散熱板的雙向風扇處的中心，以使加散熱板之間形成的風道接收雙向風扇最大的送風和抽風量。

在一較優實施例中，每件第二散熱板都對稱設置有兩個散熱風扇。

在一較優實施例中，所述電池組的熱管理裝置還包括設置於第二散熱板上散熱風扇周圈的絕緣擋風件。所述電池組的熱管理裝置還包括隔熱膜，所述隔熱膜通過單面背膠和螺絲固設於所述第一散熱板和第二散熱板不朝向電池箱內壁的一面。

在一較優實施例中，所述加熱器為ptc加熱器。

在一較優實施例中，所述加熱器通過灌注導熱矽膠固設於所述加散熱板。

依上述實施的電池組的熱管理裝置，在需要散熱時，電池管理電路開啟散熱風扇，將熱量向加散熱板放送，並通過加散熱板的通風孔排向加散熱板之間形成的風道，與此同時，開啟雙向風扇逆轉抽風，將加散熱板之間的風道中的熱風排放到第一散熱板、第二散熱板與電池箱內壁外凸形成的風道並在其內循環，從而達到散熱和降低電池箱內溫差的效果；在需要加熱時，電池管理電路開啟雙向風扇正轉以不斷向加散熱板之間的風道送風，並開啟加熱器開始加熱，經過加熱的風不斷地通過加散熱板上的通風孔向第二散熱板排去，這過程中熱風對電池組加熱，風不斷被抽進送向加散熱板之間的風道，經過加熱又不斷向第二散熱板排去，不僅提高了加熱效率，同時也有效降低電池箱內的溫差，避免了電池箱內局部達到加熱預設溫度而加熱器停止加熱時，電池箱內的溫差仍較大。本申請的電池組的熱管理裝置創造性地解決了現有技術中電池箱體需要良好的散熱結構和加熱保溫結構的矛盾需求，保證了電池系統中的電池組在適宜的環境中進行充放電工作，控制了電池箱內的溫升及溫差，提高了電池組循環壽命，降低了高低溫引起的各類安全風險。

附圖說明

圖1為本申請一實施例的電池組的熱管理裝置不包括電池箱的結構示意圖；

圖2為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置的結構示意圖；

圖3為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置中的第二散熱板及其上部件的結構示意圖；

圖4為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置中的第一散熱板及其上部件的結構示意圖；

圖5為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置中的加散熱板及其上部件的結構示意圖；

圖6為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置散熱時簡化原理示意圖；

圖7為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置放置電池組後散熱時原理示意圖，其中圖7(b)、圖7(c)分別為圖7(a)的f-f面和d-d面的截面剖視圖；

圖8為本申請一種實施例的電池組的熱管理裝置放置電池組後加熱時原理示意圖，其中圖8(b)為圖8(a)的f-f面的截面剖視圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本申請作進一步詳細說明。

現有技術還不能很好地解決電池系統和電池箱的散熱和加熱保溫的矛盾需求，例如，一般採用外接空調散熱結構或液冷的散熱結構來進行散熱，以及採用每排電池組串插加熱膜單面背膠固定的結構來進行加熱。首先，外接空調散熱結構很難保證電池系統的防水等級，並且運行起來功耗也較大；液冷的散熱結構則需要電池系統設計單獨的注液散熱器來完成散熱，結構複雜，工藝複雜製作成本高及難以模塊化的組裝，並且還存在冷卻漏液等危險；其次，每排電池組串插加熱膜單面背膠固定的加熱結構，需要的加熱膜的數量多，功耗大且單面背膠組裝方式容易使加熱膜移位鬆脫，導致加熱膜損壞；最後，當上述的散熱結構和加熱結構存在於一個體系中時，由於防水等級的需求，電池系統箱體需要嚴格的密封系統，因此整個器件及結構更偏向於加熱及保溫，並不具備良好的散熱功能。

為解決電池系統和電池箱對於散熱和加熱保溫的矛盾需求，本申請公開了一種電池組的熱管理裝置(下面簡稱熱管理裝置)，下面具體說明。

請參照圖1至圖5，，本申請的熱管理裝置包括電池箱101、兩件第一散熱板103、兩件第二散熱板105、兩件加散熱板107、加熱器109和電池管理電路(圖中未畫出)。

電池箱101用於放置電池組，電池箱101的內壁周圈向外凸起。

兩件第一散熱板103分別固設於電池箱101中一對相向的內壁，並與此內壁上的外凸起形成風道；其中每件第一散熱板103都設置有一個雙向風扇111。雙向風扇111指的是既可以抽風(吸風)也可以排風的風扇，在一具體實施例中，雙向風扇111可以是雙向風機風扇。在一較優實施例中，雙向風扇111設置於第一散熱板103中間。為了增加換熱表面積，在一較優的實施例中，第一散熱板103朝向電池箱101內壁的一面設置有翅片113，例如，設置有鋁製翅片。為了使雙向風扇111的抽風和排風效果更好，在一較優的實施例中，第一散熱板103上的翅片頂平面到雙向風扇111的距離至少為5毫米。

兩件第二散熱板105分別固設於電池箱101中另一對相向的內壁，並與此內壁上的外凸起形成風道；其中每件第二散熱板105都設置有若干個散熱風扇115。在一較優的實施例中，每件第二散熱板105都對稱設置有兩個散熱風扇115。為了使散熱風扇115的效果更好，在一實施例中，本申請的熱管理裝置還包括設置於第二散熱板105上散熱風扇115周圈的絕緣擋風件119。為了增加換熱表面積，在一較優的實施例中，第二散熱板105朝向電池箱101內壁的一面也設置有翅片113，例如，設置有鋁製翅片。為了使散熱風扇115的效果更好，在一較優的實施例中，第二散熱板105上的翅片頂平面到散熱風扇115的距離至少為8毫米。

兩件加散熱板107相隔一定間距平行設置以形成風道，兩件加散熱板107都平行於第二散熱板105且固設於電池箱101或第一散熱板103，其中加散熱板107的兩端分別設置於兩件第一散熱板103的雙向風扇111處，以使兩件加散熱板107形成的風道接收雙向風扇111的送風或抽風；其中每一件加散熱板107上都設置有若干通風孔117。在一具體實施例中，加散熱板107所在平面分別垂直於電池箱101的底部平面和第一散熱板103所在平面。為了增加換熱表面積，在一較優的實施例中，加散熱板107互相相對的一面也設置有翅片113，例如，設置有鋁製翅片。為了使加散熱板107之間形成的風道接收雙向風扇111最大的送風和抽風量，在一實施例中，加散熱板107的兩端分別設置於兩件第一散熱板103的雙向風扇處的中心。

加熱器109設置於加散熱板107互相相對的一面上。在一實施例中，加熱器109可以為ptc加熱器。加熱器109可以通過灌注導熱矽膠固設於加散熱板107。

電池管理電路分別與雙向風扇111、散熱風扇115和加熱器109電連接，用於控制雙向風扇、散熱風扇和加熱器的工作。

為了使散熱和加熱效果更好，在一較優的實施例中，熱管理裝置還可以包括隔熱膜119，考慮到此為電池組的熱管理裝置，隔熱膜119可以為絕緣阻燃隔熱膜。隔熱膜119通過單面背膠和螺絲固設於第一散熱板103和第二散熱板105不朝向電池箱101內壁的一面。

需要說明的是，本申請中涉及的「固設」這種連接方式，指的是「固定設置」，其實現方式包括但不僅限於通過螺絲固定，通過支架輔助固定等。另外，第一散熱板103和第二散熱板105固設於電池箱101的內壁時，可以固設於電池箱101內壁的凹位，這樣第一散熱板103和第二散熱板105就可以與內壁的外凸形成相對封閉的風道。

下面對本申請的熱管理裝置的工作原理進行說明。

請參照圖6和圖7，圖中箭頭為風向示意圖，散熱原理如下。電池箱101內設置有貫通式通風風道電池模組，比如放置具有有貫通式通風風道的鋰離子電池模組，當電池組在工作時溫度達到一預設值，比如55℃時，電池管理電路控制開啟散熱風扇115，散熱風扇115向電池箱101內送風，風通過電池組的貫通式通風風道向加散熱板107排去，並通過加散熱板107上的通風孔117進入到加散熱板107之間的風道，在此過程中，風會帶走電池組的熱量而變成熱風；與此同時，電池管理電路控制開啟雙向風扇111逆轉抽風，使進入到加散熱板107之間的風道的熱風被抽出排到第一散熱板103、第二散熱板105與電池箱101壁上的外凸起形成風道，並在其內循環，從而達到散熱和降低電池箱內溫升及溫差的效果，給電池模組提供溫度適宜的工作環境，提高電池組工作的循環壽命。

請參照圖8，圖中箭頭為風向示意圖，加熱原理如下。當電池組的工作溫度為低溫環境需要加熱時，電池管理電路開啟雙向風扇111和加熱器109工作。雙向風扇111正轉以不斷向加散熱板107之間風道送風，被送入風道的風經過加熱器109的加熱變成熱風后通過加散熱板107上的通風孔117向第二散熱板107的方向排去，在熱風從加散熱板107向第二散熱板107的方向排去的過程中，位於此間的電池組會被熱風加熱。這樣風不斷被抽進加散熱板107之間風道以被加熱，被加熱後得到的熱風又通過散熱板107上的通風孔117不斷向第二散熱板排去，不僅提高了加熱效率，同時也有效降低電池箱101內的溫差，避免了電池箱內局部達到加熱預設溫度而加熱器停止加熱時，電池箱內的溫差仍較大。本申請的電池組的熱管理裝置創造性地解決了現有技術中電池箱體需要良好的散熱結構和加熱保溫結構的矛盾需求，保證了電池系統中的電池組在適宜的環境中進行充放電工作，提高了電池組循環壽命，降低了高低溫引起的各類安全風險。

綜上所述，本申請在冷卻時，通過散熱器件的排布及優化熱管理的結構布置來控制溫升及溫差，確保電池箱和電池組內部具有有效且良好的空氣流通，避免了熱量堆積造成的溫度升高，以及極大地降低了內部不同部位的溫差；加熱時，通過加熱器件的排布及熱管理的結構布置來對電池組加熱以及對整個電池箱內進行保溫。本申請的散熱結構採用熱量引導及熱量隔離式的內部風道循環散熱，解決了防水等級如ip67與散熱結構相衝突及相矛盾的問題，解決了用排布密集且數量較多的小加熱膜引起的功耗較大和布線複雜等問題，本申請的散熱結構，相對於傳統的液冷散熱結構，結構工藝簡單化，解決了液冷散熱結構複雜，製作工藝成本高及難以模塊化的組裝問題，並且不存在液冷結構冷卻液漏液的安全問題，同時具備選擇性加熱功能。本申請的加熱方式，功耗小，所需的加熱膜數量少，加熱器不易損壞，同時採用風扇將風直接吹到ptc加熱器表面的方式，克服了ptc到額定溫度後自動停止加熱的特性，極大地提高了加熱效率。本申請採用內外兩層熱管理，內部加熱循環，加熱時，隔熱膜阻止熱量外散；外部散熱循環，散熱在外層循環時，隔熱膜阻止熱量進入到內層電池組。這樣，內外兩層加熱及冷卻分享的結構，保證了加熱保溫需要的嚴格的密封特性，同時，獨立的散熱層又保證了冷卻需要散熱的特性，而隔熱膜有效防止熱量回到內層的電池組內，解決了同時實現加熱及冷卻兩個功能的矛盾。需要說明的是，在一實施例中，這裡的內層指是的電池箱101內由第一散熱板103、第二散熱板105和加散熱板107圍成的空間，外層指的是第一散熱板103、第二散熱板105與電池箱101內壁的外凸形成相對封閉的風道。

以上應用了具體個例對本發明進行闡述，只是用於幫助理解本發明，並不用以限制本發明。對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，可以對上述具體實施方式進行變化。