熱管理裝置及電池模組的製作方法

2023-04-28 04:39:06

本發明涉及電池模組技術領域，具體而言，涉及一種熱管理裝置及電池模組。

背景技術：

隨著新能源行業優勢的快速發展，新能源行業將成為世界各國培育新的經濟增長點的一個重要突破口。在新能源電池模組行業領域中，組成電池模組的單體電池通常受環境溫度的影響較大，具體表現為：相同類型的電池模組在低溫環境(比如溫度低於0℃)下工作時，充放電容量比在常溫(比如溫度為25℃)工作時的充放電容量低。當環境溫度較低時，會導致電池內部產生嚴重的極化效應，致使充電容量降低，並且，多次低溫充放電還會產生不可逆的樹枝狀晶體(簡稱枝晶)，嚴重者，形成的枝晶會刺破單體電池內的隔膜，造成電池內短路引發電池安全事故。現有技術中的電池模組便存在上述問題。

因此，如何提供一種既不影響單體電池的壽命，又能在低溫環境下不影響電池模組的充放電容量的熱管理裝置及電池模組已成為本領域技術人員亟需解決的技術。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供一種熱管理裝置及電池模組，以解決現有技術中電池模組在低溫環境下充放電容量低、使用壽命短等問題。

為了實現上述目的，本發明較佳實施例所提供的技術方案如下所示。

本發明較佳實施例提供一種熱管理裝置，所述熱管理裝置應用於電池模組。所述熱管理裝置包括加熱件及導熱件，所述電池模組包括多層子模組，每層子模組包括多個單體電池，所述熱管理裝置設置在相鄰兩層子模組之間且與每個單體電池接觸。所述導熱件具有可容納儲熱材料的容納腔室，所述容納腔室中填充有儲熱材料，所述加熱件設置在所述容納腔室中，用於對所述儲熱材料加熱。

在本發明的較佳實施例中，上述導熱件的兩側分別設置有多個用於容置所述單體電池的容置槽。

在本發明的較佳實施例中，上述熱管理裝置還包括至少一個用於檢測所述單體電池的溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器設置在所述單體電池上或設置在所述容置槽中並與所述單體電池接觸，當所述溫度傳感器檢測到的溫度值低於第一預設溫度值時，所述加熱件開始加熱，當溫度高於比所述第一預設溫度值大的第二預設溫度值時，所述加熱件停止加熱。

在本發明的較佳實施例中，上述容置槽為與所述單體電池相匹配的弧形凹槽。

在本發明的較佳實施例中，上述加熱件具有兩個與外接設備連接的連接端子，所述導熱件的一端設置有用於灌注所述儲熱材料且可供兩個所述連接端子伸出的第一通孔，

在本發明的較佳實施例中，上述導熱件的另一端設置有與所述容納腔室連通的所述第一通孔，所述第一通孔與所述容納腔室形成供所述加熱件貫穿的通道。

在本發明的較佳實施例中，上述加熱件呈直條狀排布在所述容納腔室中，兩個所述連接端子分別從所述導熱件兩端的所述第一通孔伸出。

在本發明的較佳實施例中，上述導熱件兩側的容置槽的軸線方向與所述導熱件的長度的延伸方向垂直，所述導熱件一側的所述容置槽相對於另一側的所述容置槽交錯設置。

本發明的較佳實施例還提供一種電池模組，所述電池模組包括：

多層子模組；

上述的熱管理裝置；

其中，所述子模組包括多個單體電池，所述熱管理裝置中的溫度傳感器用於檢測多個單體電池的溫度，當所述溫度傳感器檢測到的溫度值低於第一預設溫度值時，所述熱管理裝置中的加熱件開始加熱，當溫度高於比所述第一預設溫度值大的第二預設溫度值時，所述加熱件停止加熱，每個所述熱管理裝置設置在相鄰兩層的所述子模組之間，並與所述單體電池接觸，用於對所述單體電池加熱。

在本發明的較佳實施例中，上述電池模組還包括用於固定多個所述單體電池的固定板，所述固定板上設置有與所述單體電池相配合的用於卡固所述單體電池的第二通孔。

相對於現有技術而言，本發明具有以下有益效果：

本發明較佳實施例提供一種熱管理裝置及電池模組，所述熱管理裝置應用於電池模組。所述熱管理裝置包括加熱件和導熱件，所述熱管理裝置設置在相鄰層的電池模組的子模組之間，且與電池模組中的單體電池接觸。通過控制加熱件開始加熱或停止加熱，進而實現對電池模組的熱管理。在低溫環境下，所述熱管理裝置對電池模組加熱，可使該電池模組的充放電容量不會因低溫而降低，同時延長了電池模組的使用壽命。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉本發明較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明較佳實施例提供的電池模組中的子模組的爆炸圖。

圖2為本發明較佳實施例提供的熱管理裝置的結構示意圖。

圖3為本發明較佳實施例提供的熱管理裝置的主視圖。

圖4為圖3的i-i截面剖視圖。

圖5為本發明較佳實施例提供的熱管理裝置在圖4中ii部位的局部放大示意圖。

圖6為本發明較佳實施例提供的電池模組的爆炸圖。

圖7為本發明較佳實施例提供的熱管理裝置的另一種結構示意圖。

圖標：10-電池模組；100-熱管理裝置；110-加熱件；111-連接端子；120-導熱件；121-容納腔室；122-容置槽；123-第一通孔；200-子模組；210-單體電池；220-固定板；221-第二通孔。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中」、「上」、「下」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語「水平」、「豎直」等術語並不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如「水平」僅僅是指其方向相對「豎直」而言更加水平，並不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。可以是機械連接，也可以是電性連接。可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面結合附圖，對本發明的一些實施方式作詳細說明。在不衝突的情況下，下述的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

請參照圖1，本發明的實施例提供一種熱管理裝置100，所述熱管理裝置100包括加熱件110和導熱件120。所述加熱件110可以是但不限於加熱絲、加熱片等，所述導熱件120可以為一種由絕緣導熱材料組成的部件。所述加熱件110設置在導熱件120之中，所述導熱件120與需要被加熱的單體電池210接觸。當加熱件110被加熱後，可通過導熱件120將熱量均勻的傳遞到單體電池210，進而提升單體電池210的溫度，實現對單體電池210的熱管理。

具體地，請參照圖2，是本發明較佳實施例提供的熱管理裝置100的結構示意圖。所述加熱件110可以為電加熱絲，通過對電加熱絲的兩端施加與該電加熱絲相匹配的電流或電壓，使電加熱絲通過電阻熱效應產生熱量，其熱量通過導熱件120均勻傳導到單體電池210，進而實現對加熱器件的加熱。在本實施例中，所述電加熱絲可以是但不限於鐵鉻鋁加熱絲、鎳鉻加熱絲等，在此不作具體限定。

請結合參照圖3、圖4和圖5，其中，圖3是本發明較佳實施例提供的熱管理裝置100的主視圖；圖4為圖3的i-i截面剖視圖；圖5是本發明較佳實施例提供的熱管理裝置100在圖4中ii部位的局部放大示意圖。所述導熱件120具有可容納儲熱材料的容納腔室121，所述容納腔室121中填充有儲熱材料，所述加熱件110設置在所述容納腔室121中，所述容納腔室121如圖5所示。

請參照圖6，是本發明較佳實施例提供的電池模組10的爆炸圖。在本發明的實施例中，所述熱管理裝置100可以應用於電池模組10，所述電池模組10包括多層子模組200，每層子模組200包括多個單體電池210，所述熱管理裝置100設置在相鄰兩子模組200之間且與每個單體電池210接觸。通過所述加熱件110可實現對儲熱材料的加熱。

具體地加熱過程可以如下：

首先，所述加熱件110產生的熱量或通過外界的加熱設備獲取到的熱量加熱儲熱材料；其次，儲熱材料將該熱量均勻傳遞到導熱件120；最後，導熱件120將從儲熱材料獲取到的熱量傳遞給單體電池210。

所述儲熱材料可以是一種相變材料。所述相變材料可以是，但不限於無機水合鹽(比如蘇打的結晶水合鹽，其化學式為na2co3·10h2o)、石蠟、脂酸類、高分子化合物等，在此不作具體限定。例如所述相變材料為石蠟，石蠟具有性能穩定、無毒、無腐蝕、無過冷及析出現象以及價格便宜等優點，非常適合作為本實施例中的儲熱材料。

請再參照圖1，是本發明較佳實施例提供的電池模組10中的子模組200的爆炸圖。在本實施例中，所述導熱件120的兩側分別設置有多個用於容置所述單體電池210的容置槽122。所述導熱件120的寬度與所述單體電池210的長度相匹配，所述導熱件120兩側的容置槽122的軸線所在的方向可以與所述導熱件120的長度的延伸方向垂直，優選地，所述容置槽122的長度可以等於所述導熱件120的寬度。所述導熱件120的寬度和所述單體電池210的長度可根據具體情況而設計，在此不作具體限定。

在本實施例中，所述導熱件120一側的所述容置槽122可以相對於另一側的所述容置槽122交錯設置。所述容置槽122通過相互交錯的方式設置可以減小所述導熱件120的體積，進而減小電池模組10的體積。

在本實施例中，所述容置槽122的形狀與所述單體電池210的形狀相匹配。例如，所述單體電池210為圓柱狀的電池，相對應的容置槽122便為與該單體電池210相匹配的弧形凹槽。通過弧形凹槽以使所述單體電池210卡固在導熱件120中。

具體地，多個導熱件120可以相互配合併層疊設置，相鄰兩個導熱件120上各自相互靠近的一側的容置槽122一一對應配合，以形成可以容納單體電池210的柱狀空間。優選地，該柱狀空間的尺寸略大於單體電池210的直徑。當電池模組10在移動過程中，單體電池210固定通過該柱狀空間固定在導熱件120中，可避免單體電池210在徑向上相對於導熱件120運動。

在本實施例中，所述熱管理裝置100還可以包括至少一個用於檢測所述單體電池210的溫度的溫度傳感器。所述溫度傳感器可以設置在所述單體電池210上，也可以是設置在所述容置槽122中，並與單體電池210接觸，進而測得單體電池210的實時溫度。所述溫度傳感器通過將檢測到的溫度值與第一預設溫度值和第二預設溫度值相比較，並根據比較的結果控制加熱件110開始加熱或停止加熱。

具體地，在所述熱管理裝置100處於工作狀態時，當所述溫度傳感器檢測到的溫度值低於第一預設溫度值時，所述加熱件110開始加熱；當所述傳感器檢測到的溫度值高於第二預設溫度時，所述加熱件110停止加熱。所述溫度傳感器的個數可以根據具體情況而設定，比如所述溫度傳感器為多個，且多個溫度傳感器均勻分布在電池模組10中，以使檢測的溫度數據更為準確。所述熱管理裝置100通過設置溫度傳感器，可以更加便捷、有效實現對電池模組10的熱管理。

請再參照圖1，在本實施例中，所述導熱件120的另一端也可以設置有與所述容納腔室121連通的第一通孔123，該第一通孔123與所述容納腔室121形成供所述加熱件110貫穿的通道。可以理解為，所述導熱件120的兩端分別設置有一個第一通孔123，加熱件110的兩個連接端子111分別從導熱件120兩端的第一通孔123伸出(如圖1或圖2所示)。所述加熱件110在容納腔室121的排布方式可以為直條狀，其具體的形狀可以結合參照圖3和圖4。所述加熱件110還可以通過來回彎折的方式排布在容納腔室121中。需要說明的是，所述導熱件120的兩端也可以根據具體需求而設置多個第一通孔123，在此僅以兩端分別設置一個通孔舉例說明，而不作具體限定。

在本發明的其他實施例中，所述加熱件110可以為一種可通過電磁感應實現無線加熱的加熱線圈。所述導熱件120可以不設置第一通孔123，可以理解為所述加熱件110被封閉在所述導熱件120中。具體地，例如相應的外部加熱設備通過電磁感應將電磁能傳遞給加熱線圈，而加熱線圈將該電磁能轉換為熱能進而加熱導熱件120，最終實現對單體電池210的加熱。

請參照圖7，是本發明較佳實施例提供的熱管理裝置100的另一種結構示意圖。在本實施例中，所述加熱件110可以具有兩個與外接設備連接的連接端子111，所述導熱件120的一端設置有用於灌注所述儲熱材料第一通孔123，所述第一通孔123還可以用於供兩個所述連接端子111伸出。所述第一通孔123的個數可以根據需求而設計，比如，所述第一通孔123的個數為一個，兩個連接端子111均由該第一通孔123伸出(如圖7所示)。所述第一通孔123的個數也可以為多個，在此不作具體限定。

該外接設備在可以根據具體情況而安裝設置。比如所述導熱件120為電加熱絲，所述外接設備便可以為與該電加熱絲相配合的電源設備。具體地，所述電加熱絲通過相對應的電源線與電源設備連接。當該電源設備對電加熱絲施加適當的電流後，便可使電加熱絲產生熱量。

請再參照圖6，本發明的實施例還提供一種電池模組10，該電池模組10包括多層子模組200以及上述實施例中的熱管理裝置100。所述子模組200包括多個單體電池210，所述熱管理裝置100中的溫度傳感器用於檢測多個單體電池210的溫度，該溫度傳感器的工作原理及獲得的效果與上述實施例中的溫度傳感器相同。每個所述熱管理裝置100設置在相鄰兩層的子模組200之間，並與單體電池210接觸，通過熱管理裝置100實現對所述單體電池210加熱。與現有技術相比，本實施例中的電池模組10可避免在低溫環境中充放電容量低以及因低溫而造成單體電池210內部短路等問題，延長了電池模組10的使用壽命，並提高了電池模組10的安全性能。

所述電池模組10還可以包括用於固定多個單體電池210的固定板220。該固定板220上可設置有與所述單體電池210相配合的用於卡固所述單體電池210的第二通孔221。優選地，所述第二通孔221為階梯孔，靠近所述單體電池210一側的階梯孔的孔徑略大於單體電池210的直徑，遠離所述單體電池210一側的階梯孔的孔徑略小於該單體電池210的直徑。可以在多個單體電池210的兩側分別設置一個固定板220，其兩側的電池固定板220可通過螺栓固定，進而形成電池模組10。

在本實施例中，所述加熱件110可以是由一種導熱係數高的材料組成，該材料可以是，但不限於鐵、銅、鋁等。例如，所述加熱件110是一種由鐵構成的長條狀的鐵絲，該鐵絲的一端與外界的加熱設備連接，該鐵絲可將加熱設備產生的熱量傳遞到導熱件120，最後通過導熱件120將熱量傳遞給單體電池210。

在本實施例中，所述單體電池210可以是一種鋰離子電池。所述鋰離子電池可以是，但不限於鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池以及磷酸鐵鋰電池等。所述鋰離子電池具有體積小、容量大、電壓穩定、可以循環使用以及有利於可持續發展等優點，非常適合作為本實施例中的單體電池210。

綜上所述，本發明提供一種熱管理裝置及電池模組，其熱管理裝置應用於電池模組。所述熱管理裝置包括加熱件和導熱件，所述電池模組包括多個子模組，熱管理裝置設置在相鄰兩層的子模組之間並與單體電池接觸，以對單體電池加熱。所述熱管理裝置可以通過設置溫度傳感器以檢測電池模組中的單體電池的溫度，進而便捷、有效地實現對電池模組的熱管理。熱管理裝置通過對電池模組加熱，可避免電池模組在低溫環境下充放電容量低，以及因低溫而造成單體電池內部短路等問題，延長了電池模組的使用壽命，並提高了電池模組的安全性能。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其它的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。