高性能熱管理動力電池模組及電池組的製作方法

2023-07-23 17:47:41 2

本發明涉及動力電池技術領域，尤其涉及一種高性能熱管理動力電池模組及具有該電池模組的電池組。

背景技術：

電動汽車(bladeelectricvehicles，bev)是一種採用蓄電池作為儲能動力源的汽車，它利用蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電動機提供電能，驅動電動機運轉，從而推動汽車行駛。現有的電動汽車通常採用圓柱動力電池模組作為動力源。

圓柱動力電池液冷模組常見的都是採用波浪形管、直管外加導熱墊片的形式，或者採用灌膠外加冷卻水管的形式。各種液冷模組的原理都是通過冷卻液在管路中循環，從而將電池產生的熱量帶走。但是目前的各種液冷方案都存在各自的缺陷與不足：

1、採用波浪形管或直管的液冷模組，其模組內的冷卻管路的加工與安裝難度大。

2、採用波浪形管或直管的液冷模組，模組的絕緣性能存在較大的風險。

3、採用波浪形管或直管的液冷模組，對模組的加工精度要求嚴格，零件加工成本高。

4、採用灌膠外加冷卻水管的液冷模組，對灌膠膠水的要求高，如粘度、密度、導熱係數等的要求嚴格。

5、採用灌膠外加冷卻水管的液冷模組，對結構件的設計及加工精度要求高，灌膠時存在較大的漏膠水的風險，導致生產的難度加大。

6、採用波浪形管、直管或灌封膠的液冷模組，對於電芯之間發生熱失控後，電芯直接無法阻隔，容易發生連鎖熱失控。

技術實現要素：

本發明的一個目的在於：提供一種高性能熱管理動力電池模組，其能夠解決現有技術中存在的上述問題。

本發明的另一個目的在於：提供一種高性能熱管理動力電池組，其冷卻效果好，電池組使用性能能夠得到保障。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

提供一種高性能熱管理動力電池模組，包括若干交錯排布的電芯、熱傳導模塊、液冷模塊以及用於固定電芯的電芯固定模塊，所述電芯固定模塊包括電芯限位裝置以及位於所述電芯限位裝置兩側的模組支撐裝置，所述液冷模塊集成在所述模組支撐裝置中，所述熱傳導模塊同時與所述電芯以及所述模組支撐裝置接觸。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述模組支撐裝置具有空心腔體，所述空心腔體的側壁上設置有進水口以及出水口，所述進水口與所述出水口處設置有管接頭，所述空心腔體與所述管接頭組成所述液冷模塊。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述空心腔體內設置有若干腔體補強件，所述腔體補強件相互平行設置，兩端分別連接所述空心腔體的內壁。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述模組支撐裝置具有裝置本體以及支撐連接板，所述空心腔體設置在所述裝置本體內部，所述支撐連接板位於所述裝置本體遠離所述電芯的一側與所述裝置本體固定連接，所述支撐連接板上設置有若干箱體連接孔。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述電芯限位裝置包括蓋板組件以及支架組件，所述支架組件包括上支架以及下支架，所述上支架與所述下支架分別設置在所述電芯的兩端，所述蓋板組件包括上面蓋以及下面蓋，所述上面蓋位於所述上支架遠離所述電芯的一側，所述下面蓋位於所述下支架遠離所述電芯的一側。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述電芯與所述支架組件通過uv膠水粘結，所述蓋板組件以及所述支架組件均採用透明pc材料製成。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述熱傳導模塊採用導熱石墨製成，其環繞每個所述電芯並連接成一整體，所述熱傳導模塊的兩端分別與所述模組支撐裝置接觸。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述裝置本體上朝向所述上支架以及所述下支架的表面分別設置有限位凸起，所述上支架以及所述下支架上與所述限位凸起對應的設置有限位凹槽，所述裝置本體通過所述限位凸起以及所述限位凹槽卡接在所述上支架與所述下支架之間。

作為所述的高性能熱管理動力電池模組的一種優選技術方案，所述上支架以及所述下支架上對稱的設置有第一電芯安裝孔，所述電芯的兩端分別穿過所述第一電芯安裝孔固定安裝在所述上支架以及所述下支架中；所述上面蓋以及所述下面蓋上分別設置有第二電芯安裝孔，所述第二電芯安裝孔為沉頭孔，所述電芯穿過所述第一電芯安裝孔的端部位於所述沉頭孔中。

另一方面，提供一種高性能熱管理動力電池組，包括若干如上所述的高性能熱管理動力電池模組，所述若干高性能高性能熱管理動力電池模組相互串聯，所述若干高性能熱管理動力電池模組外部設置有電池組限位裝置以及電池組支撐裝置，所述電池組支撐裝置中集成有電池組液冷模塊。

本發明的有益效果為：將液冷模塊與模組支撐裝置進行集成，降低整體的重量與生產成本，同時保證冷卻系統的可靠性與模組支撐裝置的機械強度；電芯限位裝置採用四層結構，解決了電芯固定強度與電芯高度不一致的問題，具備了機械自動化生產的基礎，可以提供更高的生產能力；電芯的固定方式採用uv膠粘結，可以準確地控制膠水固化的時間，實現過程可控化，提高生產的可控性；採用高導熱材料導熱石墨作為傳熱介質，實現電池單體的降溫與均溫功能，提高電芯件的一致性，提高電芯的使用壽命；採用環繞的方式對電芯進行包裹，實現電芯之間的隔絕，避免熱失控引起的連鎖反應，提高系統可靠性與安全性能。

附圖說明

下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

圖1為本發明實施例所述高性能熱管理動力電池模組立體結構示意圖。

圖2為圖1中i出放大圖。

圖3為本發明實施例所述高性能熱管理動力電池模組主視圖。

圖4為本發明實施例所述高性能熱管理動力電池模組俯視圖。

圖5為本發明實施例所述高性能熱管理動力電池模組左視圖。

圖6為圖5中ii處放大圖。

圖7為本發明實施例所述高性能熱管理動力電池模組分解狀態示意圖。

圖8為圖7中iii處放大圖。

圖9為圖7中iv處放大圖。

圖10為圖7中v處放大圖。

圖11為本發明實施例所述高性能熱管理動力電池模組剖視圖。

圖12為本發明實施例所述模組支撐裝置立體結構剖視圖。

圖13為圖12中vi處放大圖。

圖14為本發明實施例所述電芯與導熱石墨組裝狀態示意圖。

圖15為圖14中vii處放大圖。

圖中：

100、電芯；200、空心腔體；201、腔體補強件；300、模組支撐裝置；310、裝置本體；311、限位凹槽；312、限位凸起；320、支撐連接板；321、箱體連接孔；400、導熱石墨；500、管接頭；600、上支架；601、下支架；602、第一電芯安裝孔；700、下面蓋；701、上面蓋；702、第二電芯安裝孔。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、採用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動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。

在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」、「連接」、「固定」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；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或兩個元件的相互作用關係。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。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。

如圖1～15所示，於本實施例中，本發明所述的一種高性能熱管理動力電池模組，包括若干交錯排布的電芯100、熱傳導模塊、液冷模塊以及用於固定電芯100的電芯固定模塊，所述電芯固定模塊包括電芯限位裝置以及位於所述電芯限位裝置兩側的模組支撐裝置300，所述液冷模塊集成在所述模組支撐裝置300中，所述熱傳導模塊同時與所述電芯100以及所述模組支撐裝置300接觸。

本方案中根據熱傳導模塊的厚度將電芯100交錯排列，固定在電芯固定模塊中，並通過熱傳導模塊將熱量傳遞至模組支撐裝置300，並由集成在所述模組支撐裝置300上的液冷模塊將熱量帶走，從而降低電芯100的溫度，同時利用熱傳導模塊的高導熱性，使同一排的電芯100溫度被拉平，提高電芯100溫度的一致性。

通過液冷模塊的集成與熱傳導模塊的使用，以及模組的合理設計，確定了電芯100之間的排布方式，去除電芯100之間的冷卻水管，從而縮小了電芯100之間的間隔距離，在單位體積內可以布置更多的電芯100，降低了系統的重量，提高了液冷系統的比能量，提高車輛的續航裡程。同時將液冷模塊布置在兩側，減少水管的實際長度，降低了因液冷模塊帶來的滲漏的風險，提高系統的可靠性能。採用合理的導熱材料的排布方式，將電芯100進行隔絕，避免電芯100熱失控的連鎖反應，提高系統的使用安全性。

本實施例中所述模組支撐裝置300具有空心腔體200，所述空心腔體200的側壁上設置有進水口以及出水口，所述進水口與所述出水口處設置有管接頭500，所述空心腔體200與所述管接頭500組成所述液冷模塊。

具體的，所述空心腔體200內設置有若干腔體補強件201，所述腔體補強件201相互平行設置，兩端分別連接所述空心腔體200的內壁。所述模組支撐裝置300具有裝置本體310以及支撐連接板320，所述空心腔體200設置在所述裝置本體310內部，所述支撐連接板320位於所述裝置本體310遠離所述電芯100的一側與所述裝置本體310固定連接，所述支撐連接板320上設置有若干箱體連接孔321。

所述模組支撐裝置300採用鋁合金材料加工而成，所述空心腔體200以及所述腔體補強件201與裝置本體310通過一道生產工序一體成型，在滿足冷卻需求的同時可以提高整體支架的結構強度，避免在長時間使用的過程中出現疲勞損壞。在一體成型後的鋁合金模組支撐裝置300的進水口以及出水口處釺焊所述管接頭500，本方案中採用汽車級別的快速接頭，從而保證系統管路的密封性能與耐久性。最後在支撐連接板320上機加工對應的箱體連接孔321，通過箱體連接孔321以及螺栓將電池模組固定在箱體中。由於此種方式與電池箱體的固定為面接觸，確保多個模組固定後的機械強度，增加模組的使用壽命。

所述電芯限位裝置包括蓋板組件以及支架組件，所述支架組件包括上支架600以及下支架601，所述上支架600與所述下支架601分別設置在所述電芯100的兩端，所述蓋板組件包括上面蓋701以及下面蓋700，所述上面蓋701位於所述上支架600遠離所述電芯100的一側，所述下面蓋700位於所述下支架601遠離所述電芯100的一側。

所述電芯100與所述支架組件通過uv膠水粘結，所述蓋板組件以及所述支架組件均採用透明pc材料製成。

本方案中所述電芯限位裝置為四層結構，四層結構均採用透明pc材料製成，使用透明pc材料的目的是在使用uv膠水來固定中間的電芯100後，紫外線的照射可以穿過透明pc材料，從而有效的實現膠水的固化，並且可以準確控制固化時間，更利於生產的自動化。通過uv膠水粘結，能夠保證更大的機械強度與耐久性，提高產品的可靠性。採用四層結構的目的是將電芯100與上支架600、下之間先通過uv膠水進行固定、從而更好的控制電芯100整體的高度一致性，從而降低底部與頂部的焊接匯流片設備的要求，更快速實現自動化。

所述熱傳導模塊採用導熱石墨400製成，其環繞每個所述電芯100並連接成一整體，所述熱傳導模塊的兩端分別與所述模組支撐裝置300接觸。

在採用液冷方式的電池熱管理系統中，將電芯100產生的熱量帶走的方式是系統設計的關鍵，本實施例的高性能的熱管理系統中，採用具有高導熱性能的石墨材料作為其中的傳熱介質，將材料環繞電芯100四周並粘接在電芯100表面，利用其高導熱性將電芯100產生的熱量傳導到兩側的模組支撐裝置300上，從而將熱量帶走，並起到一個電芯100之間的均溫作用。由於所使用的材料的絕緣性能，通過環繞方式將電芯100與電芯100徹底隔絕，從而在單顆電芯100發生熱失控後與其他電芯100隔絕開，形成一個屏蔽，避免電芯100直接接觸從而導致連鎖反應，發生系統熱失控，增加熱管理系統的安全性與可靠性。

所述裝置本體310上朝向所述上支架600以及所述下支架601的表面分別設置有限位凸起312，所述上支架600以及所述下支架601上與所述限位凸起312對應的設置有限位凹槽311，所述裝置本體310通過所述限位凸起312以及所述限位凹槽311卡接在所述上支架600與所述下支架601之間。

具體的，所述上支架600以及所述下支架601上對稱的設置有第一電芯安裝孔602，所述電芯100的兩端分別穿過所述第一電芯安裝孔602固定安裝在所述上支架600以及所述下支架601中。所述上面蓋701以及所述下面蓋700上分別設置有第二電芯安裝孔702，所述第二電芯安裝孔702為沉頭孔，所述電芯100穿過所述第一電芯安裝孔602的端部位於所述沉頭孔中。

本實施例中還提供一種高性能熱管理動力電池組，包括若干如上所述的高性能熱管理動力電池模組，所述若干高性能高性能熱管理動力電池模組相互串聯，所述若干高性能熱管理動力電池模組外部設置有電池組限位裝置以及電池組支撐裝置，所述電池組支撐裝置中集成有電池組液冷模塊。

於本文的描述中，需要理解的是，術語「上」、「下」、「右」、等方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述和簡化操作，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」，僅僅用於在描述上加以區分，並沒有特殊的含義。

在本說明書的描述中，參考術語「一實施例」、「示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚器件，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護範圍之內。