CN111403853A - 一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，包括电芯、正极耳、负极耳、连接排、极耳液冷板、隔离框、均热膜、底液冷板、底隔热垫。通过连接排连接电芯正、负极，再由左、右端板和外围紧固绑带固定成组；系统上部设置隔离框，通过结构胶粘于电芯顶面，隔离框设置前、后两槽道填平导热胶后铺设均热膜，均热膜上方设置极耳液冷板；电芯底部从上到下依次设有下液冷板、底均热膜、底隔热垫。本发明基于电芯极耳与底部联合液冷散热，系统结构紧凑、温度均匀性高、散热效果好；上、下液冷板夹持模组，可进一步强化系统可靠性。

Description

一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理 系统

技术领域

本发明涉及的是一种动力电池热管理系统。

背景技术

近年来，电动汽车冒烟、自燃、起火等事故频发。动力电池作为其核心部件，正朝着高能量密度、长续航里程、短充电时间、高安全性、高空间利用率、轻质化、长循环寿命的方向发展。

风冷热管理方式的空气导热系数低、对流换热系数小、散热所需时间长、进出口压差大、流场不均匀、温度均匀性差、高放电倍率冷却效果差；相变材料的导热率低，相变潜热小，换热量有限，需额外增加体积，质量较重，且相变材料热管理方式的预热问题更难解决；热管和电池形状适应性要求高，结构较复杂，管内结构换热性差，绝缘性要求高，加工工艺要求高，成本相对高昂。液冷热管理方式所采用冷媒的比热容大、热导率高、传热系数大、边界层薄、换热能力强、可集成散、预热，温度均匀性好。近年来随着快充技术的发展及高充、放电倍率对于散热的需求，液冷热管理方式当前已成为主流发展趋势。

目前绝大多数动力电池内部都是由正极、隔膜、负极和电池外壳多部分构成，且隔膜材料的导热系数低，从电芯内部向垂直表面方向热阻大，导热性较差，传热效果不佳。而电池正负极的连接柱直接与正负极电池集流板相连，且电池的正极使用铝材料，负极使用镍、铜或铜镀镍材料，铝和铜的导热系数高，热阻小，传热性能好。

综上所述，动力电池热管理技术领域，迫切需要一种可以集成电芯极耳和底部，联合进行一体化液冷散热的动力电池热管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供结构紧凑、电池间温度均匀性高、散热效果好的一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，其特征是：包括电芯、左端板、右端板、极耳液冷板、下液冷板，电芯之间的正、负极极耳通过连接排连接，左端板和右端板之间夹持全部电芯形成电池模组，左端板与其相邻的电芯之间设置左隔热垫，右端板与其相邻的电芯之间设置右隔热垫，电池模组上方设置隔离框，隔离框包括前槽道、中间槽道、后槽道，前槽道和后槽道里填充导热填充胶从而填充连接排连接电芯的极耳形成电池模组后余下的不规则模块，导热填充胶填充形成的平面上铺设石墨烯均热膜，极耳液冷板设置在石墨烯均热膜上方，下液冷板设置在电池模组下方，极耳液冷板包括极耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二，下液冷板包括下液冷板进液口、下液冷板出液口，耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、下液冷板进液口通过第一三通快插接头连接，极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二、下液冷板出液口通过第二三通快插接头连接，下液冷板进液口连通液冷机的出液口，下液冷板出液口连通液冷机的回液口。

本发明还可以包括：

1、隔离框的整体高度大于电池极耳和连接排连接后凸出电池模组的高度，隔离框为中空结构，中空部分的空间设置大于电池模组上部极耳连接排连接后余下的不规则空间。

本发明的优势在于：

1.本发明提出了一种基于电芯极耳与底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，设置的隔离框可以隔断电芯极耳连接排与其上方的极耳液冷板，可以有效地防止外短路现象的发生，提高热管理系统的安全可靠性。

2.本发明提出了一种基于电芯极耳与底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，隔离框前、后填充槽内填充高温绝缘导热胶，可以大大增加极耳与液冷板的换热接触面积，强化换热效果；极耳液冷板和下液冷板之间夹持电芯，可以提高整个系统的集成度和空间利用率。

3.本发明提出了一种基于电芯极耳与底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，在极耳液冷板和高温导热绝缘硅胶填平面之间夹有石墨烯膜；在模组底部和下液冷板间，改传统导热硅胶垫为石墨烯均热膜，可以强化整个热管理系统沿水平方向的热量传递速率，起到均热作用，同时弥补电芯间的尺寸公差。本发明整个热管理系统不同位置电芯之间的温度均匀性高，散热效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明提供了一种基于电芯极耳与底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，通过系统顶部与底部设置液冷板夹持电池组，多空间维度联合进行高效液冷散热；隔离框内设置的导热填充胶增大了极耳与顶部液冷板的换热接触面积。本发明耦合了极耳散热的热管理方式，可以大大降低系统的传热热阻，高效地对电池模组进行散热，保证动力电池处于适宜的温度范围，进一步提高系统温度均匀性。本发明可以更好的规避当前频发的电池热失控问题，促进新能源混合动力和纯电动汽车的发展。

在图1中，本发明一种基于电芯极耳与底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，包括右端板1、右隔热板2、正极耳3、连接排4、负极耳5、极耳液冷板一进液口6、极耳液冷板二进液口7、极耳液冷板8、极耳液冷板二出液口9、导热填充胶10、极耳液冷板一出液口11、隔离框12、导热胶填充槽13、紧固绑带14、安全阀15、左隔热板16、左端板17、下液冷板进液口18、底隔热垫19、下液冷板20、下液冷板出液口21、底均热膜22和电芯23。

连接排4连接若干个电芯23之间的正极耳3和负极耳5，再由螺栓紧固连接排4，通过最左侧和最右侧的左端板17、右端板1、左隔热板16和右隔热板2夹持电芯模块，最后由四周紧固绑带14紧固后形成电池模组。最左侧电芯和左端板17之间、最右侧电芯和右端板1之间分别夹有左隔热板16和右隔热板2。若干个电芯23组成的电池模组的顶面设置隔离框12，隔离框用密封结构胶固定；隔离框自身结构可分为前、中、后三个槽道，前、后两个槽道用导热填充胶10填充连接排4连接电池的极耳形成电池模组后余下的不规则模块，再在导热填充胶10填充形成的平面上设置顶均热膜，顶均热膜上设置极耳液冷板8。电池组底部自上而下设置底均热膜22，下液冷板20和底隔热垫19。

本实施例中，电池模组进行充电或放电，电池产热，通过极耳液冷板8和下液冷板20联合高效散热，散热过程中顶均热膜和底均热膜22均起到强化整个热管理系统水平方向热扩散的作用，左隔热板16、右隔热板2和底隔热垫19能够防止系统中某个电芯热失控时的蔓延，提高系统热安全性能。

本发明充分利用电芯正、负极极耳处传热热阻小，采用液冷热管理方式情况下冷媒的比热容大、热导率高、传热系数大、边界层薄、换热能力强、可集成散、预热，温度均匀性好的优点，巧妙地在电池顶部设置极耳液冷板、在电池底部设置下液冷板，联合散热，实现高效热管理。本发明可以提高整个热管理系统的空间利用率和可靠性，保证动力电池系统在运行时始终工作在最佳温度范围内，并且增强系统内不同位置之间电芯温度均匀性，降低电池性能衰减速度。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：包括电池模块、电池换热模块和电池结构模块。电池模块包括电芯、正极耳、负极耳、安全阀和电池组；电池换热模块包括极耳液冷板、下液冷板、导热填充胶、顶均热膜、底均热膜、左隔热垫、右隔热板和底隔热垫；电池结构单元包括连接排、隔离框、左端板、右端板和紧固绑带。电芯通过连接排连接，左、右两端设置左端板和右端板，电芯四周设置紧固绑带形成电池组；对于正、负极极耳上有螺栓孔的电芯，通过连接排将若干个电芯连接成电池模组，连接排上设置配合极耳螺栓孔径的通孔，使用铜垫片弥补螺孔与螺栓的尺寸公差；对于正负极耳上无螺栓孔的电芯，通过激光焊技术，将连接排与电芯极耳焊接成电池模组；电芯与电芯的侧面之间涂抹有导热硅脂。

通过在电池模组顶面外围设置粘合结构胶，粘合结构胶上部设置隔离框；隔离框上部设置极耳液冷板，隔离框与极耳液冷板中间设置石墨烯均热膜，均热膜的水平尺寸等于极耳液冷板的水平尺寸。极耳液冷板设置两个进液口和两个出液口，沿着电池厚度的方向设置一个进液口和一个出液口为一个独立的液冷通道；两排极耳的正上方设置极耳液冷板流道，液冷板流道水平尺寸大于电池每排极耳的水平尺寸。

隔离框分成前、中、后三个槽道，前、后两个槽道正上方刚好对应于电池模组的两排极耳的位置，形成两个导热胶填充槽；中间槽道对应于安全阀，形成泄压安全通道；前、后两个槽道的宽度大于或等于极耳连接模块的宽度，中间槽道的宽度大于电芯留有的安全阀宽度；隔离框的整体高度大于电池极耳和连接排连接后凸出电池顶面的高度，隔离框设置为中空结构，中空部分的空间设置大于电池模组上部极耳连接排连接后余下的不规则空间。电池模组底部自上而下依次设置底均热膜，下液冷板和底隔热垫；下液冷板正中间设置一个进液口和一个出液口，液冷板流道结构采用多支路并联的微通道结构。极耳液冷板设置的两个进液口和下液冷板设置的一个进液口通过三通快插接头连接，通过卡箍紧固；极耳液冷板设置的两个出液口和底部液冷板设置的一个出液口通过三通快插接头连接，通过卡箍紧固，防止冷却液泄露；液冷机的出液口和液冷板的进液口、液冷机的回液口和液冷板的出液口分别相连接；极耳液冷板和下液冷板间夹持电芯，设置预紧力施加装置。

Claims (2)

1.一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，其特征是：包括电芯、左端板、右端板、极耳液冷板、下液冷板，电芯之间的正、负极极耳通过连接排连接，左端板和右端板之间夹持全部电芯形成电池模组，左端板与其相邻的电芯之间设置左隔热垫，右端板与其相邻的电芯之间设置右隔热垫，电池模组上方设置隔离框，隔离框包括前槽道、中间槽道、后槽道，前槽道和后槽道里填充导热填充胶从而填充连接排连接电芯的极耳形成电池模组后余下的不规则模块，导热填充胶填充形成的平面上铺设石墨烯均热膜，极耳液冷板设置在石墨烯均热膜上方，下液冷板设置在电池模组下方，极耳液冷板包括极耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二，下液冷板包括下液冷板进液口、下液冷板出液口，耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、下液冷板进液口通过第一三通快插接头连接，极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二、下液冷板出液口通过第二三通快插接头连接，下液冷板进液口连通液冷机的出液口，下液冷板出液口连通液冷机的回液口。

2.根据权利要求1所述的一种基于极耳与模组底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，其特征是：隔离框的整体高度大于电池极耳和连接排连接后凸出电池模组的高度，隔离框为中空结构，中空部分的空间设置大于电池模组上部极耳连接排连接后余下的不规则空间。

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