高功率电池模块的制作方法

本实用新型涉及一种二次电池的温度控制领域，特别是一种以电解液作为冷却液的高功率电池模块。

背景技术：

为了减少使用化石燃料的汽油或柴油车辆造成的污染(如空气污染)问题，电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(Plug-in HEV)已逐渐成为未来车辆的发展趋势。一般而言，使用于车辆的动力电池包含了许多的电池单元(battery cell)，即一般俗称的电池芯，常见大量被使用于动力电池的电池芯的是锂离子电池(LIB)，一般而言，多个已经封装的电池芯彼此串联/ 并联之后再封装成电池模块/电池包，依据车辆所需要的电力，通常会使用数个电池模块/电池包，而这些电池模块/电池包其中则包含了数千个电池芯。

这些使用电力的车辆不可避免的会遭遇的一项技术问题，就是动力电池在充/放电操作过程中的发热问题。温度是影响动力电池寿命和安全性的关键因素，电池温度过高会加剧电池内部的副反应，缩短电池的寿命，严重时会引发热失控造成电池起火或爆炸等安全问题。锂离子电池的适宜操作温度在 25℃至40℃之间。因此，动力电池的温度管理成为研究的重点。

在诸如电动车辆的许多应用中需要高功率电池系统。除了在封装的电池单元周围使用诸如空气，液体或固体之类的冷却介质外，目前没有任何方法。

已知使用锂离子电池的动力电池的温度控制方法可以分为气冷，液冷和相变材料(PCM)冷却三种。例如已公开的美国专利2011059347提出了使用气冷方式散热的电池模块，在数个板形电池单元之间的两个或者更多的接口中置入散热组件，利用通过散热组件的空气作为冷却剂。例如中国专利 CN202076386U公开了一种电池温度控制系统，包括电池包、热交换系统、以及温控装置；热交换系统包括热交换器、冷却液循环管道、以及制冷剂循环管道；这件专利技术利用冷却液而不是空气作为介质，并且采用热交换的方式对电池进行冷却或加热。例如已公开的美国专利20100279154用于电池冷却的电池模块’，提出了一种使用相变材料作为冷却剂的电池散热技术，基本上是在采用了压缩机和冷凝器的冷却系统中使用冷却剂(例如乙二醇)或制冷剂(例如R-11和R134A)作为冷却剂。

上述的几种已知的专利技术基本上是在电池组外部建立了冷却模块。所有的这些专利技术改进了电池或模块周围的冷却结构，或者专注于使用不同材料作为电池/电容器模块外部的冷却板或散热组件。这些专利技术清楚地将电池和冷却系统分为两个独立的部分。这种分离电池和冷却部分的结构，对于电池的冷却效果仍然有限。其原因在于，一般锂离子电池主要由阳极 (Anode，以石墨为例)、阴极(Cathode，以锂为例)、电解质，与隔离物(Separator) 所组成，电解质在大部份的电池中通常是液体又称为电解液。但是，为了防止氧化和潮湿的原因，电极，电解质以及必要的隔离物被封装在永久密封的包装中。包装材料也会减少了热传导，消除了电解液直接传热的机会。而前述已知的所有专利技术的冷却方法都是用来降低电池模块/电池包外的温度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种高功率电池模块，用于解决高功率电池模块在充/放电操作过程的发热问题。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提出的高功率电池模块的一种实施例包括：盒体、电解液、未封装的电池芯和热交换装置；其中盒体可以是刚性或软性的容器，盒体的内部具有一腔室，盒体具有连通腔室的内部的一入口和一出口；电解液填充于腔室之中；未封装的电池芯配置于盒体的腔室之中，电池芯被浸入电解液，一第一电极配置于盒体的外部并且电性连接电池芯的正极，一第二电极配置于盒体的外部并且电性连接电池芯的负极；热交换装置连接盒体的入口及该出口，热交换装置和腔室一起构成一种密闭的流体循环空间，热交换装置循环地通过出口将电解液带出腔室后降低离开腔室的电解液的温度，再将降温后的电解液从入口送回腔室。本实用新型以电解液作为高功率电池模块的冷却液，直接从内部冷却还未包装的电池芯，可以解决高功率电池模块在充/放电操作过程的发热问题。

在本实用新型高功率电池模块的进一步优选实施例中，还包括一离子浓度自动平衡装置，可以侦测腔室内的电解液的离子浓度(carrier concentration)，如果检测到较低的离子浓度，则可以将高浓度的相同电解液补充注入腔室或热交换器中。因此可以帮助未封装的电池芯的电极维定稳定的离子浓度，减少了由于锂离子离子的减少而导致的循环寿命中的电池衰减，并且延长了电池模块的寿命。

在本实用新型高功率电池模块的进一步优选实施例中，还包括一充电装置，充电装置电性连接一外部电源、第一电极和第二电极，充电装置使用外部电源提供的电力对电池芯进行充电。

作为本实用新型高功率电池模块的优选结构，其中热交换装置包含：一热交换器和一泵，热交换器和泵通过管路连接盒体的入口和出口，泵循环地从出口将电解液带出腔室后，通过热交换器降低离开腔室的电解液的温度，再将降温后的电解液从入口送回腔室。

作为本实用新型高功率电池模块的优选结构，其中热交换装置配置于充电桩，充电桩具有一充电枪，充电枪装设有一第一管接头和一第二管接头，第一管接头用以连接盒体的入口，第二管接头用以连接盒体的出口，热交换装置的热交换器的热交换介质入口和出口连接充电桩的充电枪的第一管接头和第二管接头。

本实用新型的一方面还包括一种高功率电池模块及其充电装置，包括：盒体、电解液、未封装的电池芯、热交换装置和一充电装置；其中盒体可以是刚性或软性的容器，盒体的内部具有一腔室，盒体具有连通腔室的内部的一入口和一出口；电解液填充于腔室之中；未封装的电池芯配置于盒体的腔室之中，电池芯被浸入电解液，一第一电极配置于盒体的外部并且电性连接电池芯的正极，一第二电极配置于盒体的外部并且电性连接电池芯的负极；其中热交换装置连接盒体的入口及出口，热交换装置和腔室一起构成一种密闭的流体循环空间，热交换装置循环地通过出口将电解液带出腔室后降低离开腔室的电解液的温度，再将降温后的电解液从入口送回腔室；其中充电装置电性连接一外部电源、第一电极和第二电极，充电装置使用外部电源提供的电力对电池芯进行充电。

在本实用新型高功率电池模块及其充电装置的优选结构，其中热交换器装设于车辆的前侧位置，以气冷或是水冷的热交换方式降低电解液的温度，再将降温后的电解液从盒体的入口送回腔室之中。

作为本实用新型高功率电池模块及其充电装置的进一步优选结构，其中热交换装置配置于充电桩，充电桩具有一充电枪，充电枪装设有一第一管接头和一第二管接头，第一管接头用以连接盒体的入口，第二管接头用以连接盒体的出口，热交换装置的热交换器的热交换介质入口和出口连接充电桩的充电枪的第一管接头和第二管接头。因此，在车辆使用充电桩进行充电的作业时，仍然可以解决高功率电池模块在充/放电操作过程的发热问题。

在本实用新型高功率电池模块及其充电装置的进一步优选实施例中，还包括配置于所述充电桩的一离子浓度自动平衡装置，可以侦测腔室内的电解液的离子浓度，如果检测到较低的离子浓度，则可以将高浓度的相同电解液补充注入腔室或热交换器中。

作为本实用新型的优选结构，所述的离子浓度自动平衡装置包含：一侦测器，用以侦测腔室内的电解液的离子浓度；一第一容器，用以储存高离子浓度的电解液；一第二容器，用以储存低离子浓度的电解液；一配送器连接第一容器、第二容器和腔室，配送器可以选择性地将第一容器中的高离子浓度的电解液或是第二容器中的低离子浓度的电解液补充入腔室；一控制电路，电性连接侦测器和配送器，控制电路依据侦测器侦测获得的腔室内的电解液的离子浓度，控制配送器将第一容器中的高离子浓度的电解液或是第二容器中的低离子浓度的电解液补充入腔室。

在本实用新型高功率电池模块及其充电装置的优选结构，其中充电装置设置于充电桩，充电装置电性连接市电电源，作为充电装置的外部电源。

在本实用新型高功率电池模块及其充电装置的另一优选结构，其中充电装置装设于车辆，充电装置电性连接车辆的发电机，以发电机产生的电力作为外部电源。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型以电解液作为高功率电池模块的冷却液，未包装的电池芯(由阴极/隔离物/阳极组成)被包装于盒体的腔室之中，作为冷却液的电解液可以通过密封软/硬管进入腔室和离开腔室。当电池正在充电/放电时，电池芯产生的热量可以与电解液一起到达另一边的热交换器中冷却。可以解决高功率电池模块在充/放电操作过程的发热问题，也延长了电池系统的寿命。另一方面，所述的离子浓度自动平衡装置可以说明未封装的电池芯的电极维定稳定的离子浓度，减少了由于锂离子离子的减少而导致的循环寿命中的电池衰减，并且延长了电池模块的寿命。

关于本实用新型涉的具体实施方式及其它的优点与功效，将配合图式说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的另一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型的另一实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的部份结构图，绘示盒体的一种实施方式的结构；

图5是本实用新型的部份结构图，绘示充电装置的一种实施方式的结构；

图6是本实用新型的部份结构图，绘示散热装置装设于车辆的一种实施方式的结构。

符号说明

10 盒体 11 腔室

12 入口 13 出口

14 第一电连接器接口 15 第二电连接器接口

20 电解液 21 第一电极

22 第二电极 30 电池芯

40 热交换装置 41 热交换器

42 泵 50 离子浓度自动平衡装置

51 第一容器 52 第二容器

53 侦测器 54 配送器

55 控制电路 60 充电装置

61 第一电缆线 62 第二电缆线

63 充电接口 64 第一快速接头

641 管路 65 第二快速接头

651 管路 70 充电枪

71 第一流体接头 72 第二流体接

73 充电插头 A 充电桩

P 外部电源

具体实施方式

为使本实用新型的技术手段及其它特点能进一步被了解，以下兹以较佳实施例并配合图式作说明，但应了解的是，该等实施例仅为说明之用，不应限制本实用新型的实施。

首先请参阅图图1，是本实用新型高功率电池模块的一种实施例的结构示意图，包括：盒体10、电解液20、未封装的电池芯30(unpacked cells)和热交换装置40。

其中盒体10的内部具有一腔室11，盒体10具有连通腔室11的内部的一入口12和一出口13，盒体10可以是刚性或软性的容器。

电解液20填充于腔室11之中，可通过腔室11的入口12进入腔室11，以及通过腔室11的出口13离开腔室11。

未封装的电池芯30(一般是由阴极/隔离物/阳极组成)，以串联及/或并联形式存在，配置于盒体10的腔室11之中，电池芯30被浸入电解液20，电池芯30的负极电性连接配置于盒体10的外部的第一电极21，电池芯30的正极电性连接配置于盒体10的外部的第二电极22。

热交换装置40连接盒体10的入口12及出口13和腔室11一起构成一种密闭的流体循环空间，热交换装置40循环地通过出口13将电解液20带出腔室11后降低离开腔室11的电解液20的温度，再将降温后的电解液20从入口12送回腔室。

热交换装置40的一种实施例结构包含热交换器41和一泵42(pump)，热交换器41和泵42通过管路连接盒体10的入口12和出口13，电池芯30在充电/放电时产生的热量会先被电解液20吸收，泵42循环地将吸收热量的电解液20从出口13带出腔室11后，通过热交换器41降低离开腔室11的电解液 20的温度，再将降温后的电解液20从入口12送回腔室11。作为冷却液的电解液20也可以通过密封软/硬管进入腔室11和离开腔室11。当电池正在充电 /放电时，连接，因此电池芯30产生的热量可以与电解液20一起到达腔室11 的外部的热交换器41。可以解决高功率电池模块在充/放电操作过程的发热问题，也延长了电池系统的寿命。

请参阅图2，在本实用新型高功率电池模块的进一步优选实施例中，还包括：离子浓度自动平衡装置50，可以侦测电解液20的离子浓度，如果检测到较低的离子浓度，则可以将高浓度的相同电解液补充注入腔室11或热交换器41之中。因此可以帮助未封装的电池芯30的电极维定稳定的离子浓度，减少了由于锂离子的减少而导致的循环寿命中的电池衰减，并且延长了电池模块的寿命。离子浓度自动平衡装置50包含：侦测器53，用以侦测电解液20的离子浓度；第一容器51，用以储存高离子浓度的电解液；第二容器52，用以储存低离子浓度的电解液；配送器54连接第一容器51、第二容器52和腔室 11或是热交换器41，配送器54可以选择性地将第一容器51中的高离子浓度的电解液或是第二容器52中的低离子浓度的电解液补充入电解液20；控制电路55电性连接侦测器53和配送器54，控制电路55依据侦测器53侦测获得的电解液20的离子浓度，控制配送器54将第一容器51中的高离子浓度的电解液或是第二容器52中的低离子浓度的电解液补充入电解液20，例如通过管路将配送器54连接腔室11或是热交换器41的方式，从热交换器41或是腔室11的位置对电解液20进行离子的补充和平衡调节。

请参阅图3，在本实用新型高功率电池模块的进一步优选实施例中，还包括：充电装置60，充电装置60电性连接外部电源P、第一电极21和第二电极22，充电装置60使用外部电源提供的电力对电池芯30行充电。

本实用新型的一方面提出了一种使用于车辆的高功率(high power)电池模块，在本实用新型的优选实施例中，腔室11之中置入了多个电池芯30，这些电池芯30彼此串联及/或并联后，电池芯30的负极和第一电极21电性连接，电池芯30的正极和第二电极22电性连接进而构成一个电池模块或称作电池包(Battery Pack)，一般而言，一部车辆或许需要多个电池模块/电池包，只需要利用管路将这些电池模块/电池包的入口12和出口13和热交换装置40 的管路连接起来构成一种密闭的流体循环空间，同样可以获得相同的对电池芯30进行冷却的效果。

应当可以理解的是，在本实用新型的实施例中所述的电池芯30也可以替换为同样用于储存电能的高功率电容器(high power capacitor)，进而应用于其他需要高功率电力的设备。

如图4绘示的一种实施方式，盒体10是以塑料/金属材料制作的刚性容器，其中一种优选的实施方式，在盒体10的外侧设置有第一电连接器接口14；第一电连接器接口14电性连接第一电极21和第二电极22，其中一种实施方式，在第一电连接器接14设置有两组第一电极21和两组第二电极22，第一电连接器接口14同时作为充电接口和电力的输出接口，充电装置60可以通过第一电缆线61电性连接第一电连接器接口14的其中一对第一电极21和第二电极22用以对电池芯30进行充电；电力负载(例如车辆的电动机-electric motor)可以通过第二电缆线62电性连接第一电连接器接口14的另一对第一电极21和第二电极22，进而使用电池芯30输出的电力。

在本实用新型高功率电池模块使用于车辆的实施例中，其中热交换器41 的一种优选的实施方式是将热交换器41装设于汽车或电动车的前侧位置(见图6)，以气冷或是水冷的热交换方式降低电解液20的温度，再将降温后的电解液20从入口12送回腔室11之中，如此循环地利用电解液20将电池芯30 在充电/放电过程产生的热排出，达到冷却电池芯30和控制温度的效果。

在本实用新型高功率电池模块使用于车辆的实施例中，其中热交换器41 的另一种优选的实施方式，是将热交换装置40配置于充电桩A(见图5)，充电桩A具有一充电枪70，充电枪70装设有第一流体接头71和第二流体接头 72，第一流体接头71用以连接盒体10的入口12，第二流体接头72用以连接盒体10的出口13，充电枪70通常是通过装设在电动车的车体外侧的充电接口63连接盒体10的入口12和出口13(见图4)，例如充电接口63设置有可以和第一流体接头71连接的第一快速接头64，可以和第二流体接头72连接的第二快速接头65，第一快速接头64和第二快速接头65再分别通过管路641, 651连接入口12和出口13，配置于充电桩A的热交换装置40的热交换器41 的热交换介质入口和出口连接充电桩A的充电枪70的第一流体接头71和第二流体接头72(优选地是一种快速接头)；因此，当车辆使用充电桩A进行充电操作时，也能够通过配置于充电桩A的热交换装置40冷却电池芯30。

在本实用新型高功率电池模块及其充电装置的优选结构，其中充电装置 60装设于车辆，充电装置60电性连接车辆的发电机，以发电机产生的电力作为外部电源。

在本实用新型高功率电池模块及其充电装置的另一种优选结构，其中充电装置60设置于充电桩A，充电装置60电性连接市电电源，作为充电装置 60的外部电源，充电枪70还具有充电插头73，充电插头73可以和前述装设在电动车的车体外侧的充电接口电性连接，由充电桩A提供的外部电源对电池芯30进行充电。

虽然本实用新型已通过上述的实施例公开如上，然其并非用以限定本实用新型，本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的专利保护范围须视本申请的权利要求所界定者为准。