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電池單元油浸式工藝設(shè)計(jì)的制作方法

文檔序號(hào):12479699閱讀:317來(lái)源:國(guó)知局
電池單元油浸式工藝設(shè)計(jì)的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及新能源電池領(lǐng)域,特別涉及一種通過(guò)油浸式工藝設(shè)計(jì)用于電池單元內(nèi)溫度調(diào)控方法。



背景技術(shù):

隨著世界能源緊缺,各國(guó)對(duì)石油資源的不斷開(kāi)采,導(dǎo)致石油產(chǎn)量的不均衡和價(jià)格飛漲,且燃油汽車(chē)對(duì)石油資源的過(guò)分依賴,導(dǎo)致能源危機(jī)凸顯。汽車(chē)行業(yè)作為能源變革的重要方面,在各國(guó)政府的大力推廣下,電動(dòng)汽車(chē)作為節(jié)能型汽車(chē),取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

電動(dòng)汽車(chē)的主要驅(qū)動(dòng)能源是電能,電池系統(tǒng)性能的好壞對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)性能有直接影響,因此電池系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的研究熱點(diǎn)。然而,有些電池系統(tǒng)的性能對(duì)溫度變化比較敏感,如鋰電池系統(tǒng)。伴隨著電池的充放電,會(huì)有大量熱量的產(chǎn)生,造成電池系統(tǒng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障和安全事故的最重要的原因之一即為電池內(nèi)熱量的積累。由于車(chē)輛空間限制,構(gòu)成電池系統(tǒng)的電池單元內(nèi)的電芯緊密排列,產(chǎn)生的大量的電化學(xué)反應(yīng)熱不易散出,容易引起電芯內(nèi)部的熱量堆積,溫度過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響電芯的性能,嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致電芯失效;同時(shí),電芯的的位置不同,散熱條件也不同,導(dǎo)致電池單元內(nèi)出現(xiàn)溫差,較高溫度部位的電芯老化快,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將會(huì)破壞電池單元的整體性能。另一方面,低溫對(duì)電芯的使用安全同樣重要。如在溫度低于0℃下,鋰離子電池由于會(huì)發(fā)生鋰離子還原反應(yīng)引發(fā)電池內(nèi)短路而不允許充電。由此可知,電池單元中電芯的結(jié)構(gòu)布局以及工藝設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是影響電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

目前,對(duì)電池單元的散熱方面已有較廣泛的研究,如中國(guó)專(zhuān)利CN106129532A公開(kāi)了一種電池組散熱器,在電池組內(nèi)設(shè)置水箱散熱器,通過(guò)導(dǎo)流通道內(nèi)的冷卻液對(duì)電池組進(jìn)行散熱;中國(guó)專(zhuān)利CN105932368A公開(kāi)了一種包括均溫組件的電池包,通過(guò)均溫組件中冷卻介質(zhì)的流動(dòng)速度以控制電池芯內(nèi)的溫度;中國(guó)專(zhuān)利CN105870540A公開(kāi)了一種電池包散熱系統(tǒng),通過(guò)調(diào)整供風(fēng)裝置吹向每個(gè)電池模組風(fēng)量的大小,實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包內(nèi)的散熱。在加熱方面,常用的加熱方法是通過(guò)加熱電池單元內(nèi)的空氣,使溫度上升,如中國(guó)專(zhuān)利CN100452530C公開(kāi)了一種電動(dòng)汽車(chē)電池包溫度控制系統(tǒng)和方法,通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)循環(huán)介質(zhì)通過(guò)多路循環(huán)介質(zhì)熱交換裝置,對(duì)電池包進(jìn)行加熱;CN105449314A公開(kāi)了一種電動(dòng)汽車(chē)電池包充電加熱裝置,通過(guò)水循環(huán)回路,利用加熱室加熱循環(huán)水,從而使電池模組升溫。

由上述可知,目前對(duì)電池單元內(nèi)溫度控制均為間接接觸換熱方式進(jìn)行,散換熱效率不理想且耗能較大。因此,對(duì)電池單元的換熱系統(tǒng)等進(jìn)行合理布局,設(shè)計(jì)出一種高換熱效率的電池單元以提高電池系統(tǒng)的整體性能,是亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了解決上述問(wèn)題,本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):利用流體的強(qiáng)流動(dòng)性及傳熱快的特點(diǎn),在電池單元中注滿導(dǎo)熱油,配合設(shè)置在電池系統(tǒng)中的溫控系統(tǒng),在滿足電池單元高換熱效率需求的同時(shí),進(jìn)一步提高了電池單元的安全性能,從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供以下技術(shù)方案:

1.一種電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述方法包括:裝配電池單元1,以使其包括單元?dú)んw11和電芯12,所述單元?dú)んw11使電池單元1成封閉結(jié)構(gòu),所述電芯12排布于單元?dú)んw11內(nèi)部,使電芯12之間、以及電芯12與單元?dú)んw11之間存在空隙;

將導(dǎo)熱油注入電池單元1,填充在所述空隙內(nèi),通過(guò)導(dǎo)熱油進(jìn)行電池單元1內(nèi)熱量的交換和傳遞。

2.根據(jù)上述1所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,電池單元1內(nèi)設(shè)置電池支架13以固定電芯12,

所述電池支架13包括平行安裝的右支架板131和左支架板132,右支架板131和左支架板132上對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)可插入電芯12的通孔133,所述通孔133排布成至少兩行或兩列,優(yōu)選地,相鄰兩行或兩列的通孔133交錯(cuò)排布;和/或

右支架板131和左支架板132內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有至少兩對(duì)與成行排列的通孔133平行的插槽134。

3.根據(jù)上述1或2所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述電芯12在電池支架13上排布成至少兩行或兩列,優(yōu)選地,相鄰兩行或兩列的電芯12交錯(cuò)排布;

電芯12的正負(fù)極位于電芯12的兩側(cè),以使同列電芯12同側(cè)極性相同,相鄰兩列電芯12同側(cè)極性相反,同列電芯12并聯(lián)連接,相鄰兩列電芯12串連連接,優(yōu)選地,同列電芯12的正極通過(guò)焊條121并聯(lián)連接,相鄰兩列電芯12通過(guò)保險(xiǎn)絲122串連連接。

4.根據(jù)上述1至3之一所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述焊條12為鋼鍍鎳材質(zhì),寬度為5~10mm,厚度為150~200μm;和/或

所述保險(xiǎn)絲122為鋁箔,寬度為2~3mm,厚度為50~60μm;

優(yōu)選地,所述保險(xiǎn)絲122為彈性構(gòu)件,其整體或部分呈螺旋狀彎曲,優(yōu)選其與電芯12負(fù)極相連的一端呈螺旋狀彎曲。

5.根據(jù)上述1至4之一所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述電芯12的正極與焊條121通過(guò)電阻點(diǎn)焊或激光焊焊接,電芯12的負(fù)極與保險(xiǎn)絲122通過(guò)超聲波焊焊接。

6.根據(jù)上述1至5之一所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述方法還包括將至少兩個(gè)電池單元1置于系統(tǒng)殼體3內(nèi),并對(duì)電池單元1進(jìn)行串連連接以形成電池系統(tǒng);

所述系統(tǒng)殼體3由內(nèi)向外依次包括系統(tǒng)內(nèi)殼31和恒溫層32,所述系統(tǒng)內(nèi)殼31用于支撐系統(tǒng)殼體3,所述恒溫層32用于電池系統(tǒng)的保溫,優(yōu)選恒溫層32為三層結(jié)構(gòu),包括內(nèi)防護(hù)層、外防護(hù)層以及兩防護(hù)層之間的保溫層,更優(yōu)選所述保溫層為厚度為20~30mm的巖棉板。

7.根據(jù)上述1至6之一所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述方法還包括在電池系統(tǒng)中安裝溫控系統(tǒng),所述溫控系統(tǒng)包括加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6和調(diào)控裝置,溫度感應(yīng)裝置6將監(jiān)測(cè)到的溫度傳給調(diào)控裝置,調(diào)控裝置根據(jù)接收的溫度確定是否啟動(dòng)加熱裝置4或冷卻裝置5。

8.根據(jù)上述7所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述加熱裝置4為設(shè)置在電池單元1內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)加熱板,所述加熱板包括用于產(chǎn)生熱量加熱層42;所述加熱層42包括至少一個(gè)加熱單元421,在加熱單元421為多個(gè)時(shí),各加熱單元421之間存在空隙,各加熱單元421串連連接;

優(yōu)選地,加熱板插入電池支架13的插槽134內(nèi)時(shí),加熱單元421對(duì)應(yīng)位置處對(duì)應(yīng)于左右兩相鄰電芯12之間的空隙,左右兩相鄰加熱單元421之間的空隙對(duì)應(yīng)位置處對(duì)應(yīng)于電芯12所在位置。

9.根據(jù)上述7或8所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述冷卻裝置5包括設(shè)置在系統(tǒng)殼體3上的半導(dǎo)體制冷器,優(yōu)選地,在恒溫層32上設(shè)置通孔,半導(dǎo)體制冷器安裝在所述通孔中,半導(dǎo)體制冷器的一端連接在系統(tǒng)內(nèi)殼31的外表面,以吸收系統(tǒng)殼體3內(nèi)部的熱量,半導(dǎo)體制冷器的另一端與外部空氣接觸。

10.根據(jù)上述7至9之一所述的電池單元的溫度調(diào)控方法,其中,所述溫度感應(yīng)裝置6包括多個(gè)溫度感應(yīng)元件,其分別設(shè)置在電池單元1內(nèi)部、以及電池單元1與系統(tǒng)殼體3之間腔體中,分別測(cè)定電池單元1內(nèi)部、以及電池單元1與系統(tǒng)殼體3之間腔體中的溫度。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種電池單元的溫度調(diào)控方法,具有以下有益效果:

(1)本發(fā)明中采用導(dǎo)熱油作為填充在單元?dú)んw內(nèi)部的導(dǎo)熱介質(zhì),其與電芯直接接觸,且具有高閃點(diǎn)、高流動(dòng)性、大比熱和電絕緣等性能,可快速與電芯發(fā)生熱交換,便于電池單元內(nèi)溫度的調(diào)控;

(2)本發(fā)明中電芯以“插空”的方式進(jìn)行排布,此排布方式增大了電芯間的空隙,便于導(dǎo)熱油在電芯間隙中流動(dòng),有利于電芯與導(dǎo)熱油換熱效率的提高;

(3)本發(fā)明中保險(xiǎn)絲為彈性構(gòu)件,優(yōu)選保險(xiǎn)絲與電芯負(fù)極相連的一端呈螺旋狀彎曲,此結(jié)構(gòu)具有較好的延展性,相較于目前普遍采用的非彈性連接,可有效避免外界沖擊使電芯產(chǎn)生振動(dòng)而造成的保險(xiǎn)絲斷裂或脫落;

(4)本發(fā)明加熱裝置包括多個(gè)分散排布的加熱單元,加熱單元對(duì)應(yīng)位置處為電芯間空隙,相鄰加熱單元間的空隙對(duì)應(yīng)電芯,在避免電芯直接受熱的同時(shí),更有利于通過(guò)電芯間的空隙結(jié)構(gòu)快速將熱量傳遞至遠(yuǎn)離熱源的部位;

(5)溫控系統(tǒng)中的冷卻裝置為設(shè)置在系統(tǒng)殼體上的半導(dǎo)體制冷器,其制冷效果好,可靠性高,且對(duì)電池系統(tǒng)無(wú)制冷劑污染。

附圖說(shuō)明

圖1示出本發(fā)明電池單元俯視透視圖;

圖2示出圖1中電池單元B面結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3示出圖2中虛線框內(nèi)結(jié)構(gòu)的放大示意圖;

圖4示出電池支架的立體圖;

圖5示出支架板上通孔的交錯(cuò)排布示意圖;

圖6示出支架板上插槽的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖7示出支架板上擋片的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖8示出圖1中A-A截面示意圖;

圖9示出保險(xiǎn)絲為彈性構(gòu)件時(shí)電芯間連接示意圖;

圖10示出本發(fā)明中電池系統(tǒng)的主截面透視圖;

圖11示出加熱裝置的主截面示意圖;

圖12示出加熱裝置中加熱層結(jié)構(gòu)示意圖;

圖13示出圖10中虛線圈內(nèi)結(jié)構(gòu)的放大示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:

1-電池單元;

11-單元?dú)んw;

111-殼身;

112-殼蓋;

113-殼內(nèi)層;

114-殼外層;

12-電芯;

121-焊條;

122-保險(xiǎn)絲;

13-電池支架;

131-右支架板;

132-左支架板;

133-通孔;

134-插槽;

135-擋片;

2-注油器;

3-系統(tǒng)殼體;

31-系統(tǒng)內(nèi)殼;

32-恒溫層;

4-加熱裝置;

41-底板層;

42-加熱層;

421-加熱單元;

43-導(dǎo)熱層;

5-冷卻裝置;

6-溫度感應(yīng)裝置。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說(shuō)明而變得更為清楚、明確。

在這里專(zhuān)用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說(shuō)明性”。這里作為“示例性”所說(shuō)明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面,但是除非特別指出,不必按比例繪制附圖。

本發(fā)明公開(kāi)的是一種電池單元的溫度調(diào)控方法,如圖1所示,所述方法包括:裝配電池單元1,以使其包括單元?dú)んw11和多個(gè)電芯12,所述單元?dú)んw11封閉安裝于電池單元1外,所述電芯12排布于單元?dú)んw11內(nèi)部,電芯12之間、以及電芯12與單元?dú)んw11之間存在空隙;

將導(dǎo)熱油注入電池單元1,填充在所述空隙內(nèi),通過(guò)導(dǎo)熱油進(jìn)行電池單元1內(nèi)熱量的交換和傳遞。

所述導(dǎo)熱油為變壓器油或經(jīng)改性后變壓器油,所述改性是指以變壓器油為基質(zhì),向其中添加改性劑,對(duì)變壓器油的流動(dòng)性等性能進(jìn)行改進(jìn)。所述導(dǎo)熱油具有高閃點(diǎn)、電絕緣、大比熱和高流動(dòng)性等性能。高閃點(diǎn)和電絕緣性能可使其在電池單元1中使用時(shí)安全穩(wěn)定,大比熱性能使其在吸收電芯12熱量后電池單元1內(nèi)溫度變化較小,高流動(dòng)性可實(shí)現(xiàn)高速率熱量傳遞,便于電池單元1內(nèi)溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一致。導(dǎo)熱油填充于電池單元1內(nèi)部,可直接吸收電芯12產(chǎn)生的熱量或外界傳遞的熱量而使電池單元1溫度不至于過(guò)高,而在低溫時(shí)憑借其高流動(dòng)性,可迅速將接收到的熱量傳送至整個(gè)電池單元1,使電池單元1維持在特定的均勻溫度范圍內(nèi)。

除上述熱交換功能外,填充在電池單元1內(nèi)的導(dǎo)熱油依靠其流體性能,還可緩沖外界沖擊對(duì)電池單元1的振動(dòng)。

在本發(fā)明中,如圖2和圖3所示,電池單元1內(nèi)設(shè)置電池支架13以固定電芯12。考慮到導(dǎo)熱油的成分,為避免導(dǎo)熱油對(duì)電池支架13的腐蝕,所述電池支架13選擇聚丙烯材料或酚醛樹(shù)脂材料,優(yōu)選為聚丙烯材料注塑而成。導(dǎo)熱油可直接進(jìn)入電池支架13內(nèi)與電芯12直接接觸,在電芯12之間形成的空隙和電芯12與單元?dú)んw11之間形成的空隙中流動(dòng),導(dǎo)熱油流動(dòng)面積更大,熱交換更為充分。

如圖4所示,電池支架13包括平行安裝的右支架板131和左支架板132,右支架板131和左支架板132上對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)可插入電芯12的通孔133。所述通孔133在右支架板131和左支架板132上排布成至少兩行或兩列,其中,以右支架板131和左支架板132的縱向安裝為基準(zhǔn),設(shè)定沿右支架板131或左支架板132平面的上下方向?yàn)榭v向(Y軸),沿右支架板131或左支架板132平面的左右方向?yàn)闄M向(X軸),通孔133在縱向上排布為列,在橫向上排布成行。優(yōu)選地,相鄰兩行或兩列的通孔133交錯(cuò)排布。如圖5所示,交錯(cuò)排列是指:位于第n(n≥1)列的通孔133a距第n+1列中與其距離最近的通孔133b的中心距離是L1,與第n+2列中與其距離最近的通孔133c的中心距離是L3,通孔133b與通孔133c的中心距離是L2,若L1+L2>L3,則所述通孔133之間為交錯(cuò)排列。

如圖6所示,右支架板131和左支架板132內(nèi)側(cè)(朝向電芯12的一側(cè))上對(duì)應(yīng)設(shè)置有至少兩對(duì)與成行排列的通孔133平行的插槽134,所處插槽134具有縱向截面為U形的開(kāi)口部,右支架板131上的插槽134開(kāi)口方向朝向左支架板132,左支架板132上的插槽134開(kāi)口方向朝向右支架板131,其中一對(duì)插槽134位于右支架板131和左支架板132頂部,用于安裝電池單元1的保護(hù)板,其余插槽134位于右支架板131和左支架板132的其它任意高度處,用于其他功能元件的安裝。所述保護(hù)板為電路板,包括多個(gè)電池管理單元,用于調(diào)控電芯12的工作狀態(tài),對(duì)電芯12提供過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、過(guò)流或短路保護(hù),以及使電池單元1中各個(gè)電芯12都達(dá)到均衡一致的充放電狀態(tài)。

右支架板131和左支架板132上還設(shè)有多個(gè)分散的通油孔,所述通油孔便于導(dǎo)熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油)進(jìn)出電池支架13,加快導(dǎo)熱介質(zhì)流通,同時(shí),通油孔還可用于其它功能元件的固定,如電芯12間的導(dǎo)電元件(如下述焊條121)可穿過(guò)右支架板131和左支架板132頂部的通油孔固定安裝在保護(hù)板上。

如圖7所示,右支架板131和左支架板132外側(cè)設(shè)有用于限定電芯12軸向方向移動(dòng)的擋片135,所述擋片135向外側(cè)突出,厚度為2~4mm。擋片135對(duì)通孔133進(jìn)行部分遮擋,非遮擋部分可用于電芯12之間導(dǎo)電元件(如下述焊條121)的固定安裝。

在本發(fā)明中,如圖8所示,電芯12在電池支架13上排布成至少兩行或兩列,優(yōu)選地,相鄰兩行或兩列的電芯12交錯(cuò)排布。此排布方式增大了電芯12間的空隙,便于導(dǎo)熱油在電芯12間隙中流動(dòng),有利于電芯12與導(dǎo)熱油換熱效率的提高。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述電芯12的正負(fù)極位于電芯12的兩側(cè),以使同列電芯12同側(cè)極性相同,相鄰兩列電芯12同側(cè)極性相反;同列電芯12并聯(lián)連接,相鄰兩列電芯12串連連接。

同列電芯12的正極通過(guò)焊條121并聯(lián)連接,相鄰兩列電芯12通過(guò)保險(xiǎn)絲122串連連接。所述焊條121為鋼鍍鎳焊條,寬度為5~10mm,厚度為150~200μm。所述保險(xiǎn)絲122為鋁箔,寬度為2~3mm,厚度為50~60μm。

如圖9所示,保險(xiǎn)絲122優(yōu)選為彈性構(gòu)件,其整體或部分呈螺旋狀彎曲,優(yōu)選其與電芯12負(fù)極相連的一端呈螺旋狀彎曲。螺旋狀彎曲具有較好的延展性,相較于目前普遍采用的直線型連接,可有效避免電芯12受振動(dòng)造成的保險(xiǎn)絲122的斷裂或脫落。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,電芯12正極上設(shè)置蓋帽,電芯12正極與焊條121通過(guò)電阻點(diǎn)焊或激光焊焊接,電芯12負(fù)極與保險(xiǎn)絲122通過(guò)超聲波焊焊接。

電阻點(diǎn)焊、激光焊以及超聲波焊是電芯12固定中常用的焊接方式。電阻點(diǎn)焊是利用柱狀電極加壓通電,在搭接工件接觸面焊成一個(gè)焊點(diǎn)的焊接方法。激光焊是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬表面,通過(guò)激光與金屬的相互作用,使金屬熔化形成焊接。而超聲波焊是利用高頻振動(dòng)波傳遞到需焊接的物體表面,在加壓的情況下,使兩個(gè)物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。由上述可知,電阻點(diǎn)焊和激光焊相比于超聲波焊,其在焊接部位會(huì)產(chǎn)生高熱量,采用薄板連接電極時(shí),易打穿電極,從而造成短路,而超聲波焊在采用厚板連接電極時(shí),由于熱值較低,易產(chǎn)生虛焊現(xiàn)象。結(jié)合三種焊接方式的上述特點(diǎn),同時(shí)考慮電阻點(diǎn)焊的低成本、激光焊的高精確度以及超聲波焊后的高導(dǎo)電性,最終確定電芯12正極與焊條121通過(guò)電阻點(diǎn)焊或激光焊焊接,電芯12負(fù)極與保險(xiǎn)絲122通過(guò)超聲波焊焊接。

在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,如圖2和圖3所示,對(duì)在電池支架13上排布好的電芯12進(jìn)行串、并聯(lián)連接時(shí),可通過(guò)下述步驟進(jìn)行:

將保險(xiǎn)絲122的一端焊接在焊條121上,其中,兩焊接點(diǎn)的間距對(duì)應(yīng)于同列電芯12的中心間距;通過(guò)電阻點(diǎn)焊或激光焊將焊條121與電芯12正極的蓋帽進(jìn)行固定,此時(shí),保險(xiǎn)絲122的另一端(優(yōu)選為螺旋端)搭落在鄰列電芯12的負(fù)極,隨后通過(guò)超聲波焊使保險(xiǎn)絲122的另一端(優(yōu)選為螺旋端)與鄰列電芯12的負(fù)極相連。在對(duì)排布好的電芯12完成同側(cè)面串、并聯(lián)固定連接后,翻轉(zhuǎn)電池支架13,再進(jìn)行另一側(cè)面的固定連接。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,電池支架13和電芯12僅部分浸在導(dǎo)熱油中。在受到強(qiáng)撞擊使電池單元1產(chǎn)生嚴(yán)重變形時(shí),此設(shè)計(jì)的電池單元1內(nèi)部壓強(qiáng)不會(huì)急速上升,避免了電池單元1爆炸的可能性。在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,電池支架13和電芯12全部浸在導(dǎo)熱油中。此設(shè)計(jì)增大了導(dǎo)熱油與電芯12的接觸面積,提高了電池單元1內(nèi)的換熱效率。兩實(shí)施方式中優(yōu)選后者,且通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)單元?dú)んw11的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)提高抗沖擊性能。

在本發(fā)明中,如圖8所示,用于包圍電池單元1的單元?dú)んw11包括頂部開(kāi)口的殼身111和殼蓋112。殼身111為復(fù)合結(jié)構(gòu),其由內(nèi)向外依次包括殼內(nèi)層113、粘結(jié)層和殼外層114,其中,殼內(nèi)層113直接接觸導(dǎo)熱介質(zhì),用于電池單元1的密封。殼內(nèi)層113選用高分子材料制成,在導(dǎo)熱介質(zhì)采用變壓器油時(shí),考慮其對(duì)多種高分子材料的溶解性,為避免導(dǎo)熱油的泄露,所述殼內(nèi)層113為聚丙烯層或酚醛樹(shù)脂層,其厚度為2~4mm。

殼外層114具有高機(jī)械強(qiáng)度,用于電池單元1的定型和保護(hù)。在電池系統(tǒng)受到強(qiáng)烈撞擊后,降低沖擊對(duì)電池單元1的擠壓,使電池單元1不產(chǎn)生或僅產(chǎn)生較小變形,避免電池單元1受擠壓導(dǎo)致的大量產(chǎn)熱,發(fā)生冒煙、燃燒或爆炸等狀況。優(yōu)選地,所述殼外層114為不銹鋼板或合金鋼板,其厚度為0.5~1mm。殼身111組合安裝時(shí),將殼內(nèi)層113套入殼外層114構(gòu)成的箱體中,對(duì)殼外層114外部加熱至80℃左右,使與殼外層114相接處的殼內(nèi)層113受熱成熔融狀態(tài),冷卻后殼內(nèi)層113即粘結(jié)到殼外層114上,熔融后的部分殼內(nèi)層113即形成所述粘結(jié)層。

殼蓋112優(yōu)選為上寬下窄的T形結(jié)構(gòu)或上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)。殼蓋112下端(窄端)伸入殼身111開(kāi)口內(nèi),與殼身111的頂部開(kāi)口相契合。殼蓋112下端可能接觸導(dǎo)熱介質(zhì),為保證單元?dú)んw11的密封性,所述殼蓋112下端或殼蓋112整體由電木、環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂制備。對(duì)所述電池單元1進(jìn)行密封時(shí),在殼身111側(cè)面上部,通過(guò)插入鉚釘?shù)染o固件使殼身111與殼蓋212下端緊密連接。

在本發(fā)明中,導(dǎo)熱油在使用過(guò)程中不可避免的揮發(fā)使其液位降低,為使導(dǎo)熱油得到及時(shí)補(bǔ)充,在單元?dú)んw11頂部(即殼蓋112上)設(shè)置油量監(jiān)控系統(tǒng)。所述油量監(jiān)控系統(tǒng)包括內(nèi)部存儲(chǔ)有導(dǎo)熱油的注油器2和油位計(jì)。所述注油器2的注油口穿過(guò)殼蓋112,以實(shí)施注油操作。所述油位計(jì)優(yōu)選為管式油位計(jì),油位計(jì)的測(cè)量部位于單元?dú)んw11和電池支架13之間的空隙。當(dāng)油位計(jì)測(cè)得導(dǎo)熱油液面低于設(shè)定值時(shí),通過(guò)注油器2對(duì)電池單元1進(jìn)行油量補(bǔ)充。

如圖10所示,本發(fā)明中,電池單元的溫度調(diào)控方法還包括將至少兩個(gè)電池單元1置于系統(tǒng)殼體3內(nèi),并對(duì)電池單元1進(jìn)行串連以形成電池系統(tǒng)。

如圖10所示,系統(tǒng)殼體3由內(nèi)向外依次包括系統(tǒng)內(nèi)殼31和恒溫層32,所述系統(tǒng)內(nèi)殼31和恒溫層32緊密連接。系統(tǒng)內(nèi)殼31為具有較高機(jī)械強(qiáng)度的金屬層,用于支撐系統(tǒng)殼體3。所述恒溫層32為三層夾心結(jié)構(gòu),包括內(nèi)防護(hù)層、外防護(hù)層,和兩防護(hù)層之間的保溫層。所述內(nèi)防護(hù)層和外防護(hù)層具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度,抗沖擊性強(qiáng),優(yōu)選為金屬材料或高分子材料,所述保溫層選用傳熱效果不佳的材料,如巖棉板等,厚度為20~30mm,用于電池系統(tǒng)的保溫。

電池單元1中電芯12對(duì)工作溫度較為敏感,如電芯12為鋰離子電池時(shí),其要求充電溫度為5~30℃,放電溫度為-10~30℃。在外界溫度在5~30℃時(shí),由于電池單元1內(nèi)部導(dǎo)熱油的吸熱性,以及恒溫層32結(jié)構(gòu)的保溫作用,可依靠自產(chǎn)熱維持電池單元1在上述溫度區(qū)間進(jìn)行工作。然而,在外界環(huán)境溫度長(zhǎng)時(shí)間高于30℃或低于5℃時(shí),電池系統(tǒng)中需要進(jìn)一步設(shè)置溫控系統(tǒng)以保障電芯12的充、放電條件。

本發(fā)明中,電池單元的溫度調(diào)控方法還包括在電池系統(tǒng)中安裝溫控系統(tǒng)以保障電芯12的充、放電條件,其中,所述溫控系統(tǒng)包括加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6和調(diào)控裝置。溫度感應(yīng)裝置6將監(jiān)測(cè)到的溫度傳給調(diào)控裝置,調(diào)控裝置根據(jù)接收到的溫度確定加熱裝置4和冷卻裝置5的工作狀態(tài)。

如圖8所示,所述加熱裝置4為設(shè)置在電池單元1內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)加熱板,加熱板與導(dǎo)熱介質(zhì)直接接觸,優(yōu)選地,所述加熱板安裝在電池支架13上,即可插入右支架板131和左支架板132內(nèi)側(cè)的插槽134內(nèi),通過(guò)右支架板131和左支架板132進(jìn)行固定。加熱板的數(shù)目為一個(gè)時(shí),其安裝在電池支架13的底部;電熱板為多個(gè)時(shí),其設(shè)置在電池支架13內(nèi)部的不同高度處,優(yōu)選地,加熱板的數(shù)目為兩個(gè),其中一個(gè)加熱板橫向安裝在電池支架13底部,另一個(gè)加熱板橫向安裝在電池支架13中部,即加熱板在電池支架13上與成行排列的電芯12平行。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,如圖11所示,所述加熱板包括底板層41、加熱層42和導(dǎo)熱層43,所述加熱層42位于底板層41和導(dǎo)熱層43之間,導(dǎo)熱層43位于加熱層42上部。所述底板層41用于支撐加熱層42和導(dǎo)熱層43,所述加熱層42用于產(chǎn)生熱量;所述導(dǎo)熱層43具有耐高溫和電絕緣性,用于熱量的傳遞。

如圖12所示,加熱層42包括至少一個(gè)加熱單元421,在加熱單元421為多個(gè)時(shí),各加熱單元421獨(dú)立排布。優(yōu)選地,各加熱單元421串連連接,電流入口和電流出口位于加熱層42的同一端。所述加熱單元421為彎曲排布的電阻絲,如S形往復(fù)排布的電阻絲,所述電阻絲的寬度為1~3mm,厚度為20~30μm,電阻率為7.3×10-6Ω·m,電阻絲最高加熱溫度為50℃。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述加熱單元421沿加熱板的長(zhǎng)度方向排布成一行或多行。優(yōu)選地,同行中左右兩相鄰的加熱單元421在加熱板的長(zhǎng)度方向上的寬度相同,和/或同行中左右兩相鄰的加熱單元421的間距相等。更優(yōu)選地,所述同行中左右相鄰的加熱單元421的間距等于電池支架13上同行中左右兩相鄰的電芯12的間距。如圖12所示,加熱單元421在加熱層42中排布成兩行,兩行中加熱單元421以行間中心線對(duì)稱排布,各加熱單元421在加熱板的長(zhǎng)度方向上的寬度相同,且同行各相鄰加熱單元421的間距相等。

在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中,當(dāng)加熱板橫向插入在電池支架13的插槽134時(shí),加熱單元421對(duì)應(yīng)位置處對(duì)應(yīng)于左右兩相鄰電芯12之間的空隙,左右兩相鄰加熱單元421之間的空隙對(duì)應(yīng)位置處對(duì)應(yīng)于電芯12所在位置。加熱層42的結(jié)構(gòu)配合電芯12的交錯(cuò)排布方式,在避免部分電芯12直接受熱的同時(shí),更有利于通過(guò)電芯12之間的空隙結(jié)構(gòu)快速將熱量傳遞至遠(yuǎn)離熱源的部位。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述底板層41為平板,優(yōu)選為上表面設(shè)有凹部的平板,在所述凹部?jī)?nèi)部排布所述加熱單元421,凹部外周凸緣可用于將加熱板固定在電池支架13上。底板層41具有高強(qiáng)度、耐高溫和電絕緣性,其材質(zhì)優(yōu)選為酚醛樹(shù)脂、聚丙烯或電木。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述導(dǎo)熱層43為硅膠。硅膠電絕緣且耐高溫,其化學(xué)性能和物理性能隨溫度的變化很小。同時(shí),其作為粘結(jié)材料,對(duì)加熱層42進(jìn)行密封。

在本發(fā)明中,如圖10和圖13所示,所述冷卻裝置5包括設(shè)置在系統(tǒng)殼體3上的半導(dǎo)體制冷器,具體地,在恒溫層32上設(shè)置通孔,半導(dǎo)體制冷器安裝在所述通孔中,半導(dǎo)體制冷器的一端與系統(tǒng)內(nèi)殼31的外表面相連,以吸收系統(tǒng)殼體3內(nèi)部的熱量,另一端與外部空氣接觸以散熱。所述半導(dǎo)體制冷器的數(shù)目為2~6個(gè),以滿足降溫需求。

如圖8和圖10所示,在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述溫度感應(yīng)裝置6包括分別設(shè)置在電池單元1內(nèi)部,以及電池單元1與系統(tǒng)殼體3之間腔體中的多個(gè)溫度感應(yīng)元件。位于系統(tǒng)殼體3內(nèi)部腔體中的溫度感應(yīng)元件用于測(cè)定電池單元1與系統(tǒng)殼體3之間腔體中的溫度,此溫度的高低是加熱裝置4或冷卻裝置5啟動(dòng)的依據(jù);而在加熱裝置4或冷卻裝置5運(yùn)行中,位于電池單元1內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件測(cè)定的內(nèi)部溫度是溫度調(diào)控的依據(jù)。電池單元1內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件為至少一個(gè),優(yōu)選為多個(gè),多個(gè)溫度感應(yīng)元件的設(shè)置,便于電池單元1內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。

電池單元1使用過(guò)程中,溫控系統(tǒng)的工作模式為:系統(tǒng)殼體3內(nèi)部腔體中的溫度感應(yīng)元件測(cè)定電池單元1所處環(huán)境溫度,當(dāng)此環(huán)境溫度低于第一閾值時(shí),通過(guò)調(diào)控裝置啟動(dòng)電池單元1內(nèi)的加熱裝置4,此時(shí)通過(guò)各電池單元1內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件進(jìn)行溫度反饋,當(dāng)測(cè)到的某電池單元1內(nèi)溫度達(dá)到第二閾值時(shí),控制此電池單元1加熱裝置4停止工作,對(duì)其他未達(dá)到第二閾值的電池單元1仍繼續(xù)加熱;停止加熱后,當(dāng)某電池單元1內(nèi)溫度下降至第三閾值時(shí),再次控制此電池單元1內(nèi)加熱裝置4的啟動(dòng);如此往復(fù)調(diào)控,保證電池單元1內(nèi)部溫度維持在第二閾值與第三閾值之間。在此溫控模式下進(jìn)行電池單元1充電,配合恒溫層32的保溫作用,可使電池單元1在充電完成后24h保持在0℃以上,即完成一次充電,在24h內(nèi)不必再啟動(dòng)加熱裝置4進(jìn)行加熱,進(jìn)而降低了能耗。其中,第一閾值溫度值(如5℃)<第三閾值溫度值(如10℃)<第二閾值溫度值(如15℃)。

當(dāng)電池單元1外部的溫度感應(yīng)元件測(cè)得環(huán)境溫度高于第四閾值時(shí),通過(guò)調(diào)控裝置啟動(dòng)系統(tǒng)殼體3上的冷卻裝置5,冷卻裝置5運(yùn)行后,再通過(guò)電池單元1內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件進(jìn)行溫度反饋,當(dāng)某電池單元1內(nèi)溫度降到第五閾值時(shí),控制該電池單元1內(nèi)冷卻裝置5停止工作,對(duì)其他未達(dá)到第五閾值的電池單元1仍繼續(xù)降溫;停止降溫后,環(huán)境溫度使某電池單元1內(nèi)溫度上升至第四閾值時(shí),再次控制冷卻裝置5啟動(dòng);往復(fù)調(diào)控,使電池單元1內(nèi)部溫度維持在第四閾值與第五閾值之間。其中,第五閾值溫度值(如25℃)<第四閾值溫度值(如30℃)。

實(shí)施例

實(shí)施例1

一種電池單元的溫度調(diào)控方法,首先,裝配電池單元1,以使其包括單元?dú)んw11、電芯12和電池支架13,電芯12固定在電池支架13內(nèi),所述電芯12之間以及電芯12與單元?dú)んw11之間存在空隙,所述空隙內(nèi)填充導(dǎo)熱油,導(dǎo)熱油可進(jìn)入電池支架13與電芯12直接接觸,其中,所述電芯12為18650型鋰離子電池。

電池支架13選用聚丙烯材料注塑而成,每行可容納20根電芯12,每列可容納10根電芯12,相鄰兩行上的電芯12交錯(cuò)排布。同列電芯12的同側(cè)極性相同,相鄰兩列電芯12的同側(cè)極性相反。同列電芯12通過(guò)連接在正極上的鋼鍍鎳焊條121并聯(lián),相鄰兩列電芯12通過(guò)連接在焊條121上的鋁箔保險(xiǎn)絲122串連,所述保險(xiǎn)絲22寬2mm,厚50μm,與電芯12負(fù)極相連一端呈螺旋狀彎曲。

其次,將10個(gè)電池單元1置于系統(tǒng)殼體3內(nèi),并使電池單元1通過(guò)導(dǎo)線串連以形成電池系統(tǒng)。所述系統(tǒng)殼體3包括金屬制系統(tǒng)內(nèi)殼31與外部的恒溫層32,所述恒溫層32由兩金屬層夾合巖棉板層構(gòu)成,所述巖棉板層厚度為30mm。

最后,電池系統(tǒng)中安裝溫控系統(tǒng)以保障電芯12的充、放電條件。所述溫控系統(tǒng)包括加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6和調(diào)控裝置。其中,加熱裝置4為橫向安裝在電池支架13中部和底部的兩塊加熱板。所述加熱板由下向上依次包括底板層41、加熱層42以及導(dǎo)熱層43。所述加熱層42包括沿加熱板的長(zhǎng)度方向排布成兩行的加熱單元421,每行中有10個(gè)加熱單元421。加熱單元421對(duì)應(yīng)位置處為左右兩相鄰電芯12之間的空隙,左右兩相鄰加熱單元421之間的空隙對(duì)應(yīng)位置處為電芯12所在位置。

所述冷卻裝置5為設(shè)置在系統(tǒng)殼體3上的4個(gè)半導(dǎo)體制冷器,半導(dǎo)體制冷器的一端連接金屬制系統(tǒng)內(nèi)殼31外表面以吸收系統(tǒng)殼體3內(nèi)部的熱量,另一端暴露于空氣中。所述溫度感應(yīng)裝置6為分別設(shè)置在每個(gè)電池單元1內(nèi)部以及電池單元1與系統(tǒng)殼體3之間空腔中的多個(gè)溫度感應(yīng)元件,其中,每個(gè)電池單元1內(nèi)部包括12個(gè)分散設(shè)置的溫度感應(yīng)元件,電池單元1與系統(tǒng)殼體3之間空腔中設(shè)置1個(gè)溫度感應(yīng)元件。加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6分別與調(diào)控裝置電性連接,調(diào)控裝置根據(jù)接收到的溫度控制加熱裝置4或冷卻裝置5的開(kāi)啟或關(guān)閉。

通過(guò)上述電池單元的溫度調(diào)控方法,電池系統(tǒng)在所處外界環(huán)境低于-50℃以及高于55℃的條件下,運(yùn)行期間可持續(xù)保持電池單元1內(nèi)部溫度處于10~30℃范圍,溫控偏差為±2℃。在此溫度范圍內(nèi),電芯23充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)800~1000次。

以上結(jié)合具體實(shí)施方式和范例性實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,不過(guò)這些說(shuō)明并不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解,在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下,可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案及其實(shí)施方式進(jìn)行多種等價(jià)替換、修飾或改進(jìn),這些均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。

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