CN113036262A - 电池模组均衡散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池模组均衡散热装置。所述电池模组均衡散热装置包括与单体电池导热配合的均温板，所述均温板内部具有可供均温介质流动的流道结构，所述流道结构具有流体入口和流体出口；所述流道结构包括至少一第一流道和多个第二流道，所述第一流道直接与流体入口连通，所述多个第二流道与流体出口连通，所述第一流道还与多个第二流道连通；其中，所述第一流道对应设置在靠近单体电池极耳的区域，且所述第一流道沿均温介质流动的方向向下倾斜设置。本发明提供的电池模组均衡散热装置，既能够降低单体电池的最高温度以增加电池的使用寿命，又能够保证多个单体电池之间的温度一致性，从而降低电池安全管理系统的控制难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池散热装置，特别涉及一种电池模组均衡散热装置，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
随着全球经济持续增长，人类对能源的需求不断增大。目前石油、天然气、煤炭等化化石能源满足了全球80％的能源需求。然而，大规模的化石能源的开发利用已经造成了严重的环境污染和全球变暖。锂离子电池以能量密度高、使用寿命长等优点，成为清洁动力的首要选择。然而，锂离子电池对工作温度比较敏感，锂离子电池最佳的工作温度范围在25-40℃，电池模组的温差应该控制在5℃以内。过高或者过低的工作温度不仅会增加锂离子电池的衰减速度，而且还可能产生一系列的安全问题(热失控、燃烧、爆炸)。因此，针对锂离子电池放电过程中的发热特性进行相应的热量管理显得至关重要。
随着的锂离子电池的生产逐步规范化、专业化，同时锂离子电池的安全管理系统也是采取一致性较好的新鲜电池作为研究对象，能够做到较好的出厂安全标准。然而工信部公布的2018/2019年事故统计中，电动汽车一般在出厂后的第二个夏天出现问题。这是因为由于电池包内空间布置和电池充放电过程产热导致的局部过热，将加速单体电池容量的衰减，并且单体之间的一致性差异将变大，所以随着电池的老化衰减后，安全性将得不到保证。因此需要对电池保持在最佳工作温度减缓其衰减速度，也要保证电池包内单体电池温度均匀性，从而保证单体电池容量的一致性，防止由于单个电池的衰减过快，出现某个电池的过充过放引发电池热失控现象，出现木桶效应。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电池模组均衡散热装置，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种电池模组均衡散热装置，包括与单体电池导热配合的均温板，所述均温板内部具有可供均温介质流动的流道结构，所述流道结构具有可供均温介质流入的流体入口和可供均温介质流出的流体出口；
所述流道结构包括至少一第一流道和多个第二流道，所述第一流道直接与所述流体入口连通，所述多个第二流道与所述流体出口连通，所述第一流道还与所述多个第二流道连通；
其中，所述第一流道对应设置在靠近单体电池极耳的区域，且所述第一流道沿均温介质流动的方向向下倾斜设置。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，结合锂离子电池的发热特点，在与产热严重的正/负极耳对应的区域设置均温介质的流体进口，并将与流体进口直接连接的流道倾斜设置，既解决了由于正/负极耳所用材料不同而导致的产热差异性，同时又可使均温介质在重力作用下均匀流进流道结构内；
2)本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，均温板内竖直设置了多个平行的流道结构，自上而下的流动方式保证了单体电池表面温度的均匀性，避免了局部过热的情况发生，同时均温板可对热失控的单体电池进行隔绝，从而可以起到很好的隔热和散热作用，增加了电池使用寿命和安全；
3)本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，实现了电池系统和散热系统的模组化处理，可减小后期的维护难度，同时还能够避免进出口管道内的压差过大，使得各均温板内的流量更加均匀，保证各均温板具有相同的散热能力；
4)本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，也避免了由于电池模组内个别单体电池老化速度增加而导致容量差异明显，进而超过电池安全管理系统控制要求的问题，最终可增加动力电池使用的安全性。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中提供的一种电池模组均衡散热装置的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中提供的一种电池模组均衡散热装置的内部结构示意图；
图3是本发明一典型实施案例中提供的一种均温板的剖面结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
针对锂离子电池充放电过程中的发热特点，提供一种有效的热量管理结构。本发明主要针对锂离子电池正/负极耳发热量高的问题，从单体电池的温度控制、单体电池之间的热均匀性和电池模组的可更换性角度出发，提供了一种带有液冷散热系统的电池模组均衡散热装置。
本发明提供的一种电池模组均衡散热装置，既能够降低单体电池的最高温度以增加电池的使用寿命，又能够保证多个单体电池之间的温度一致性，从而降低电池安全管理系统的控制难度。结合电池的实际发热特点可知，电池的正/负极耳处发热量较高，并且正/负极耳的材质不同，正/负极耳两者的发热量也有显著差异。
本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，根据方形电池的结构特点、物性特点和目前EV/HEV的事故分析，对锂离子电池组进行模组化热量管理；其中的多个均温板和多个单体电池采用三明治结构分布，进口管道将冷却介质均匀分配给各均温板，冷却介质从发热量较高的电池极耳处流入，沿与水平方向成0-30°的方向向下倾斜流进均温板，并流经竖直设置且平行排列的多条直通道(即第二流道)，然后汇聚在均温板底部的水平通道(即第三流道)内，最终从出口管道流出；随着冷却介质的流动而将产热量更大的正/负极耳处的热量自上往下带走，保证了单体电池表面的热均匀性，各均温板采用相同的结构，从而保证各单体电池之间的温度场一致；以及，本发明还对电池热管理系统进行模块化处理，可减少各均温板的散热能力的差异，同时，箱体内部的空隙内填充绝热材料，可以减少与环境之间的换热，避免箱体内部外缘区域的电池与中心区域的电池之间产生温度差，从而既可控制单体电池表面的热均匀性，又可保证电池模组内温度场的一致性。
本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，包括电池模组内热管理系统所需要的进口管道和出口管道、用于单体电池散热所对应的均温板、串/并联的电池组、用于支撑组装模块化电池组和均温板的铝合金框架(或者箱体)以及用于固定电池模组的固定卡座、用于减少电池模组内温度场受外界环境影响所填充的绝热材料，其中，进、出口管道内的均温介质(例如可以是冷却介质，下同)在电子水泵的作用下，将单体电池产生的热量带出电池模组，均温介质优先冷却产热最高的极耳区域，并通过倾斜的流道布置以应对正/负极耳之间的发热差异和平行通道内的流量差异，通过垂直均匀布置的流道结构实现整个单体电池表面的温度一致性，本发明通过电池模组化处理，也就是对电池组/包采用分而化之的思想，避免由于电池包的空间布置和单体电池产热造成的局部过热现象。
本发明实施例提供了一种电池模组均衡散热装置，包括与单体电池导热配合的均温板，所述均温板内部具有可供均温介质流动的流道结构，所述流道结构具有可供均温介质流入的流体入口和可供均温介质流出的流体出口；
所述流道结构包括至少一第一流道和多个第二流道，所述第一流道直接与所述流体入口连通，所述多个第二流道与所述流体出口连通，所述第一流道还与所述多个第二流道连通；
其中，所述第一流道对应设置在靠近单体电池极耳的区域，且所述第一流道沿均温介质流动的方向向下倾斜设置。
进一步的，所述第一流道与水平方向所成角度为0-30°，优选为10°。
进一步的，所述多个第二流道沿第一流道的长度方向依次间隔排列分布，并分别与所述第一流道相连通；
进一步的，所述多个第二流道平行设置。
进一步的，所述流道结构还包括第三流道，所述多个第二流道分别与所述第三流道连通，所述第三流道直接与所述流体出口连通。
进一步的，所述第三流道水平设置，所述多个第二流道竖直设置在所述第一流道和第三流道之间；
进一步的，所述流体入口和流体出口分别相对设置在所述均温板的两个对角处。
进一步的，所述电池模组均衡散热装置包括多个均温板，所述多个均温板与多个单体电池依次间隔交替设置，所述多个单体电池串联和/或并联的方式组合形成电池组。
进一步的，相邻单体电池和均温板之间还设置有导热垫片。
进一步的，在所述单体电池和均温板的接触面上还设置有导热硅脂层。
进一步的，所述均温板和单体电池均设置在一箱体内，所述单体电池和箱体之间的空隙内还填充有绝热材料。
进一步的，所述流体入口还与进口管道连接，所述流体出口还与出口管道连接，所述进口管道和出口管道还与换热机构连接，且所述进口管道和出口管道内均温介质的流动方向相反；
进一步的，所述进口管道和出口管道还与泵连接。
进一步的，所述进口管道设置在所述箱体的上部区域，所述出口管道设置在所述箱体的下部区域，且所述进口管道和出口管道分别对应设置在所述箱体的两个对边处，至少所述进口管道和出口管道的局部设置在所述箱体外部。
进一步的，所述箱体的底部还设置有至少用于固定所述电池模组均衡散热装置的固定卡座。
如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例提供额一种电池模组均衡散热装置中的各组成部件和机构均可以采用本领域技术人员已知的，对于单体电池、均温板的形状尺寸等可以根据具体情况进行调整，在此不作具体的限定。
请参阅图1-图3，一种电池模组均衡散热装置，包括设置在箱体3内的多个单体电池7和多个均温板8，所述多个单体电池7和多个均温板8依次间隔交替设置而形成三明治结构，每一均温板8至少与一单体电池7的表面导热接触；所述均温板8内部还设置有可供均温介质流动的流道结构，所述流道结构的流体入口、流体出口分别与设置在箱体3上部区域的进口管道1、设置的箱体3下部区域的出口管道2对应连通，进口管道1和出口管道2分别与换热机构(例如换热水箱)连接，且所述进口管道1和出口管道2还分别与电子泵配合，在电子泵的驱使下，换热机构内的均温介质能够自进口管道1流入所述多个均温板8内的流道结构内，而后自出口管道2流出并被输送回换热机构内，在随着换热介质的流动过程中，使单体电池与均温板8以及均温介质实现换热，从而使单体电池表面不同区域温度的均一性。
具体的，请再次参阅图1和图2，多个单体电池7与多个均温板8依次交错排列，均温板8上的流体入口80、流体出口84分别与进口管道1、出口管道2对应连接并导通，其中，所述流体入口80、流体出口84与进口管道1、出口管道2可采取焊接或者嵌套方式连接，尽量减少进出口的连接对均温介质的流动产生阻力，否则将影响电池模组内多个单体电池7之间的温度一致性；具体的，在单体电池7与均温板8之间的接触面上可以设置导热硅脂层，和/或，在单体电池7与均温板8之间设置导热垫片，以减少单体电池7与均温板8之间的接触热阻，增强换热效果。
具体的，请再次参阅图1，整个电池模组均衡散热装置外部只留有液冷散热所需要的进口管道1、出口管道2以及用于与串/并联的多个单体电池7连接的电气接口，其中，进口管道1设置在箱体3靠近电池顶部正/负极耳4的上部或顶部区域，所述出口管道2设置在所述箱体3的下部或底部区域，例如，所述进口管道1和出口管道2分别对应设置在所述箱体3的两个对边处，且所述进口管道1和出口管道2内均温介质的流动方向相反(图中箭头指向为均温介质的流动方向)；其中，均温介质在电子泵的作用下，经过水箱(即换热机构)换热后流进进口管道1，通过进口管道1流进各均温板内的流道结构内，最后经出口管道2流出并输回水箱；另外在箱体3与多个单体电池7之间的空隙内还填充绝热材料6，以减少外界环境温度的影响。
具体的，多个电池模组均衡散热装置之间的进口管道1还与出口管道2连接，为了避免机械碰撞等因素的影响可采用绝热软管进行连接，卡口处进行拧紧密封；并且在电池模组均衡散热装置的箱体底部四角处还可以设置固定卡座5，以对电池模组在动力装置上进行固定。
具体的，根据目前国内外学者的理论分析和试验研究，发现锂离子电池在充放电过程中，锂离子电池的正/负极耳4处由于内阻的原因将带来更大的发热量，另外正/负极耳4所使用不同的材料也会使得正/负极耳的产热功率有一定的差异，因此，均温介质首先对发热严重的正/负极耳4处进行散热，即均温板8内的流道结构的流体入口设置在与单体电池正/负极耳4对应的上部区域，且与流体入口直接连接的部分流道结构与单体电池正/负极耳4相对应。
具体的，请参阅图2和图3，所述流道结构包括一第一流道81、一第三流道83和多个第二流道82，所述第一流道81直接与所述流体入口80连通，所述第三流道83直接与所述流体出口84连通，所述多个第二流道82沿第一流道81或第三流道83的长度方向依次间隔排列设置在所述第一流道81、第三流道83之间并分别与所述第一流道81、第三流道83连通，其中，所述流体入口80和第一流道81设置在所述均温板8的上部区域，所述第一流道81对应设置在靠近单体电池正/负极耳4的区域，所述第三流道83和流体出口84设置在所述均温板8的下部区域，例如，所述流体入口80和流体出口84分别相对设置在所述均温板8的两个对角处。
具体的，请再次参阅图3，所述第三流道83水平设置，所述多个第二流道82平行设置在所述第一流道81、第三流道83之间，且所述多个第二流道82与第三流道83垂直设置；为了避免均温板内多个第二流道的之间出现流量差异，所述第一流道81沿均温介质的流动的方向向下倾斜设置，例如，所述第一流道81与水平方向所成角度为10°。
具体的，本发明利用重力作用增加流量，使均温介质沿远离流体入口80的流道结构内流通，同时也减小了锂离子电池正/负极耳4处的温差，垂直向下且平行分布的多个第二流道82均匀布置且与电池表面相对应，可使电池表面产生的热量通过均温板传递给均温板内部的均温介质，并最终汇聚在出口管道2中流出；同时各均温板8采取相同的流道布置，可保证多个单体电池组成的电池模组在充放电过程的温度场均匀，可以防止由于某个单体电池7的衰减过快而导致容量差异的问题，从而降低了安全控制系统的难度。
具体的，本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置还可以与热管理系统配合使用。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，结合锂离子电池的发热特点，在与产热严重的正/负极耳对应的区域设置均温介质的流体进口，并将与流体进口直接连接的流道倾斜设置，既解决了由于正/负极耳所用材料不同而导致的产热差异性，同时又可使均温介质在重力作用下均匀流进流道结构内。
本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，均温板内竖直设置了多个平行的流道结构，自上而下的流动方式保证了单体电池表面温度的均匀性，避免了局部过热的情况发生，同时均温板可对热失控的单体电池进行隔绝，从而可以起到很好的隔热和散热作用，增加了电池使用寿命和安全。
本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，实现了电池系统和散热系统的模组化处理，可减小后期的维护难度，同时还能够避免进出口管道内的压差过大，使得各均温板内的流量更加均匀，保证各均温板具有相同的散热能力；以及，本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，也避免了由于电池模组内个别单体电池老化速度增加而导致容量差异明显，进而超过电池安全管理系统控制要求的问题，最终可增加动力电池使用的安全性。
针对目前动力电池换电模式的政策，本发明实施例提供的一种电池模组均衡散热装置，对电池和热管理系统同时模组化处理，可只留有电气接口和热量管理系统接口，实施过程中只要保证上下游(充电站和动力装置)留有一一对应的输入输出接口，即可保证动力电池充放电过程的安全性和优秀的输出性能。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池模组均衡散热装置，其特征在于包括与单体电池导热配合的均温板，所述均温板内部具有可供均温介质流动的流道结构，所述流道结构具有可供均温介质流入的流体入口和可供均温介质流出的流体出口；
所述流道结构包括至少一第一流道和多个第二流道，所述第一流道直接与所述流体入口连通，所述多个第二流道与所述流体出口连通，所述第一流道还与所述多个第二流道连通；
其中，所述第一流道对应设置在靠近单体电池极耳的区域，且所述第一流道沿均温介质流动的方向向下倾斜设置。
2.根据权利要求1所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述第一流道与水平方向所成角度为0-30°。
3.根据权利要求1所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述多个第二流道沿第一流道的长度方向依次间隔排列分布，并分别与所述第一流道相连通；
和/或，所述多个第二流道平行设置。
4.根据权利要求1或3所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述流道结构还包括第三流道，所述多个第二流道分别与所述第三流道连通，所述第三流道直接与所述流体出口连通。
5.根据权利要求4所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述第三流道水平设置，所述多个第二流道竖直设置在所述第一流道和第三流道之间；
和/或，所述流体入口和流体出口分别相对设置在所述均温板的两个对角处。
6.根据权利要求4所述电池模组均衡散热装置，其特征在于包括多个均温板，所述多个均温板与多个单体电池依次间隔交替设置，所述多个单体电池串联和/或并联的方式组合形成电池组。
7.根据权利要求4所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述均温板和单体电池均设置在一箱体内，所述单体电池和箱体之间的空隙内还填充有绝热材料。
8.根据权利要求7所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述流体入口还与进口管道连接，所述流体出口还与出口管道连接，所述进口管道和出口管道还与换热机构连接，且所述进口管道和出口管道内均温介质的流动方向相反；
和/或，所述进口管道和出口管道还与泵连接；
9.根据权利要求8所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述进口管道设置在所述箱体的上部区域，所述出口管道设置在所述箱体的下部区域，且所述进口管道和出口管道分别对应设置在所述箱体的两个对边处，至少所述进口管道和出口管道的局部设置在所述箱体外部。
10.根据权利要求8所述电池模组均衡散热装置，其特征在于：所述箱体的底部还设置有至少用于固定所述电池模组均衡散热装置的固定卡座。
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