一種液體換熱電池模塊結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及片狀電池的熱管理系統(tǒng)，具體涉及一種片狀電池的液體換熱電池模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于面臨能源成本的壓力以及政府和消費者對于環(huán)保的日益重視，混合動力汽車和電動汽車以其能夠大幅度減少或消除尾氣排放和降低能耗的優(yōu)點，引起眾多汽車生產(chǎn)廠家的重視，并紛紛投入巨資研發(fā)和推廣。然而，動力電池技術(shù)卻極大的制約了混合動力汽車和電動汽車的推廣，成為新能源汽車發(fā)展的瓶頸。
[0003]動力電池作為能量儲存器件，在混合動力汽車和電動汽車中起到關(guān)鍵作用，其性能好壞極大的影響整車的性能。目前的動力電池單體在極端低溫(小于_30°C)和極端高溫(大于50°C)的環(huán)境下都無法正常工作，導(dǎo)致以動力電池為能量來源的車輛此時也無法正常工作，使車輛無法達(dá)到全天候運行的要求，和傳統(tǒng)汽車相比其使用有較大局限性。
[0004]另外，動力電池與其它系統(tǒng)之間的大功率能量交換(包括能量注入電池模塊或能量從電池模塊輸出)，以及動力電池部分電路發(fā)生故障(如短路)時，電池模塊可能因過熱而引起性能惡化甚至引起動力電池爆炸的嚴(yán)重事故，給車輛的運行造成了安全隱患。
[0005]上述問題的存在都嚴(yán)重制約了汽車和電動汽車的推廣使用，動力電池目前已經(jīng)成為新能源汽車發(fā)展的瓶頸，全球各大汽車廠商和科研機構(gòu)也紛紛投入大量資金和人力到動力電池的研究工作上去，單就目前的電池技術(shù)發(fā)展來看，短時間內(nèi)解決動力電池技術(shù)的問題仍然非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]目前，車用動力電池主要包括柱狀電池、片狀電池等形式，而國內(nèi)的車用動力電池以片狀電池為主。本發(fā)明針對片狀動力電池設(shè)計了一種符合國內(nèi)混合動力汽車或電動汽車的新型動力電池模塊結(jié)構(gòu)。該種新型動力電池模塊結(jié)構(gòu)能增強電池單體或電池組的換熱效果，使得電池系統(tǒng)始終保持在良好的工作環(huán)境中，延長電池系統(tǒng)的壽命，保證電池系統(tǒng)的安全。
[0007]另一方面，隨著電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，電池除了作為車用電源外，也開始在一些儲能系統(tǒng)(電力系統(tǒng))上實現(xiàn)其價值，如分布式電站和大型備用電源等。因此，本發(fā)明也可應(yīng)用于儲能系統(tǒng)。
[0008]一種液體換熱的電池模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的液冷電池模塊為一個電池單元或者為相互電連接的多個電池單元組成，電池單元為一個電池單體或片狀電池組；或電池單元為相互并聯(lián)的多個片狀電池單體或片狀電池組；電池模塊中布置多個電池腔，電池單元置于電池腔內(nèi)，電池腔底部密封并被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷卻液的空隙都相互連通；電池模塊密封包裝并設(shè)置有冷卻液的入口和出口。
[0009]進(jìn)一步，所述電池腔的腔壁由兩層構(gòu)成，外層為金屬層，內(nèi)層為硅膠層。
[0010]進(jìn)一步，電熱膜布置于液冷電池模塊底部；或者沿電池模塊內(nèi)壁布置，布置在內(nèi)壁的一面或者多面。
[0011]進(jìn)一步，所述電池腔之間設(shè)有對冷卻液的流動起導(dǎo)向作用的隔板。
[0012]進(jìn)一步，整個電池模塊底部沿電池腔四周開有弧形槽。
[0013]進(jìn)一步，所述的液冷模塊為其他正負(fù)極在同側(cè)的儲能模塊，例如超級電容。
[0014]進(jìn)一步，在所述液冷電池模塊底部應(yīng)力最大處布置有應(yīng)變片，應(yīng)力變化反映液冷電池模塊內(nèi)的壓力變化，應(yīng)變片將應(yīng)力變化信號傳遞給電池管理單元。
[0015]所述結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，所述電池腔的形狀根據(jù)片狀電池單體的類型和數(shù)量來設(shè)計；所述的電池腔單獨加工并與液冷電池模塊單獨裝配，或者根據(jù)液冷電池模塊的尺寸整體加工并與液冷電池模塊整體裝配。
[0016]整個電池模塊底部沿電池腔四周開有弧形槽，整個電池模塊底部沿電池腔四周開有弧形槽，當(dāng)腔內(nèi)電池發(fā)生異常(如爆炸、燃燒等)時，腔內(nèi)壓力會增大，由于弧形槽處應(yīng)力最大，壓力會首先破壞電池模塊底部，進(jìn)而電池可從腔體掉落，以此來防止電池爆炸時沖破頂部造成嚴(yán)重后果。在所述液體換熱電池模塊底部應(yīng)力最大處布置有應(yīng)變片，應(yīng)變片可將應(yīng)力變化信號傳遞給電池管理單元，應(yīng)力變化可反映液體換熱電池模塊內(nèi)的壓力變化，當(dāng)壓力值過高時，電池管理單元可實現(xiàn)報警等安全措施。
【附圖說明】
[0017]圖1為片狀動力電池示意圖。
[0018]圖2為片狀動力電池的電池模塊主視圖。
[0019]圖3為片狀動力電池的電池模塊俯視圖。
[0020]圖4為片狀動力電池的電池模塊左視圖。
[0021]其中:
[0022]1、片狀動力電池2、片狀動力電池組
[0023]3、電池模塊的電池腔壁4、冷卻液
[0024]5、冷卻液密封層6、電池模塊頂部密封層
[0025]7、電池模塊底部密封層8、弧形槽
[0026]9、應(yīng)變片10.冷卻液入口
[0027]11.冷卻液出口12.電熱膜
[0028]13.隔板
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明的實施例如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0030]本發(fā)明所設(shè)計的液體換熱電池模塊由相互電連接的電池單元組成，所述片狀電池單元由一個或相互并聯(lián)的多個片狀電池單體(片狀電池組)組成，如圖1所示。液體換熱電池模塊中布置多個電池腔，電池腔底部密封，電池單體或電池組置于電池腔內(nèi)，電池腔被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷卻液的空隙都相互連通，如圖2、圖3所示。所述電池模塊密封包裝并設(shè)置有冷卻液的入口和出口，如圖4所示。所述液體換熱電池模塊的電池腔形狀可根據(jù)片狀電池單體的類型和數(shù)量來設(shè)計。
[0031]所述的電池腔之間設(shè)有隔板，對冷卻液的流動起導(dǎo)向作用。通過隔板將電池模塊分為多個通道，防止的回流現(xiàn)象，增強冷卻液和電池腔之間的熱交換。
[0032]所述的液體換熱模塊結(jié)構(gòu)也可以為其它與片狀電池結(jié)構(gòu)類似的儲能模塊，如超級電容等。
[0033]在對電池進(jìn)行冷卻時，可采用制冷子系統(tǒng)依靠制冷劑對冷卻液進(jìn)行制冷，也可以采用熱交換器依靠風(fēng)冷對冷卻液進(jìn)行制冷，并在系統(tǒng)中加設(shè)儲液箱，采用栗驅(qū)動冷卻液在電池模塊中流動。
[0034]在對冷卻液進(jìn)行加熱時，可在電池箱內(nèi)加設(shè)電熱膜，通過對電熱膜通電可加熱冷卻液，電熱膜可布置于液體換熱電池模塊底部，也可沿液體換熱電池模塊內(nèi)壁布置，電熱膜可以布置一邊，也可以布置多邊。同時也可在儲液箱內(nèi)加設(shè)電熱元件或電熱膜，或同時加設(shè)電熱元件和電熱膜，用于對冷卻液進(jìn)行輔助加熱。
[0035]整個電池模塊底部沿電池腔四周開有弧形槽，如圖2所示，，當(dāng)腔內(nèi)電池發(fā)生異常(如爆炸、燃燒等)時，腔內(nèi)壓力會增大，由于弧形槽處應(yīng)力最大，壓力會首先破壞電池模塊底部，進(jìn)而電池可從腔體掉落，以此來防止電池爆炸時沖破頂部造成嚴(yán)重后果。在所述液體換熱電池模塊底部應(yīng)力最大處布置有應(yīng)變片，應(yīng)變片可將應(yīng)力變化信號傳遞給電池管理單元，應(yīng)力變化可反映液體換熱電池模塊內(nèi)的壓力變化，當(dāng)壓力值過高時，電池管理單元可實現(xiàn)報警等安全措施。
[0036]根據(jù)所述的液體換熱電池模塊結(jié)構(gòu)，由于片狀電池的陰極和陽極布置于一側(cè)，因此電池模塊可將底部密封，片狀電池可直接從頂部放入電池腔內(nèi)。而柱狀電池的陰極和陽極布置于兩側(cè)，其電池模塊的底部不能密封，同時由于電池腔壁較薄，導(dǎo)致圓形電池腔在焊接時難度很大，而本發(fā)明中針對于片狀電池的電池腔為方形，在焊接時難度大大降低。相比之下，液體換熱電池模塊的結(jié)構(gòu)更簡單，電池的拆裝更方便，并且加工難度降低。
[0037]所述冷卻液的入口和出口的布置方式不受限制。
[0038]所述電池腔的電池腔壁由兩種材料構(gòu)成，外層為導(dǎo)熱性良好的金屬層，內(nèi)層為硅膠層。加設(shè)硅膠層主要是為了更好地固定片狀電池，同時可避免在拆裝電池時對電池造成損壞。
[0039]所述的冷卻液類型不限，可以是乙二醇和水的混合物，也可以是變壓器油。變壓器油具有絕緣和不著火的特點，作為電池的冷卻液可防止某個電池腔的電池發(fā)生爆炸時產(chǎn)生連鎖爆炸的嚴(yán)重后果。
[0040]所述液體換熱電池模塊的外形設(shè)計方式不受限制；所述電池腔在液體換熱電池模塊中的布置方式不受限制。
【主權(quán)項】
1.一種液體換熱的電池模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的液冷電池模塊為一個電池單元或者為相互電連接的多個電池單元組成，電池單元為一個電池單體或片狀電池組；或電池單元為相互并聯(lián)的多個片狀電池單體或片狀電池組；電池模塊中布置多個電池腔，電池單元置于電池腔內(nèi)，電池腔底部密封并被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷卻液的空隙都相互連通；電池模塊密封包裝并設(shè)置有冷卻液的入口和出口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電池腔的腔壁由兩層構(gòu)成，外層為金屬層，內(nèi)層為硅膠層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，電熱膜布置于液冷電池模塊底部；或者沿電池模塊內(nèi)壁布置，布置在內(nèi)壁的一面或者多面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電池腔之間設(shè)有對冷卻液的流動起導(dǎo)向作用的隔板。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，整個電池模塊底部沿電池腔四周開有弧形槽。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的液冷模塊為正負(fù)極在同側(cè)的儲能模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述液冷電池模塊底部應(yīng)力最大處布置有應(yīng)變片，應(yīng)力變化反映液冷電池模塊內(nèi)的壓力變化，應(yīng)變片將應(yīng)力變化信號傳遞給電池管理單元。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，所述電池腔的形狀根據(jù)片狀電池單體的類型和數(shù)量來設(shè)計；所述的電池腔單獨加工并與液冷電池模塊單獨裝配，或者根據(jù)液冷電池模塊的尺寸整體加工并與液冷電池模塊整體裝配。
【專利摘要】本發(fā)明涉及片狀電池的熱管理系統(tǒng)，具體涉及一種片狀電池的液體換熱電池模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。本發(fā)明所設(shè)計的液體換熱電池模塊由相互電連接的電池單元組成，所述片狀電池單元由一個或相互并聯(lián)的多個片狀電池單體(片狀電池組)組成。所述電池模塊密封包裝并設(shè)置有冷卻液的入口和出口，電池模塊中布置多個電池腔，電池腔底部密封，并在電池腔之間設(shè)有隔板。電池單體或電池組置于電池腔內(nèi)，電池腔被填充有冷卻液的空隙所包圍，且所有填充有冷卻液的空隙都相互連通。該種結(jié)構(gòu)能增強電池單體或電池組的換熱效果，使得電池系統(tǒng)始終保持在良好的工作環(huán)境中，延長電池系統(tǒng)的壽命，并能提高電池系統(tǒng)的安全性。
【IPC分類】H01M10/647, H01M10/615, H01M10/613, H01M10/625, H01M10/6567, H01M2/10
【公開號】CN105304842
【申請?zhí)枴緾N201510781423
【發(fā)明人】馮能蓮, 米磊, 陳龍科, 王軍, 張春強
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月15日