一种电池模组及其涂胶设备和工艺的制作方法

本发明涉及电池模组领域，尤其涉及一种电池模组及其涂胶设备和工艺。

背景技术：

电池包在充电和放电过程中，电池模组会发热；特别是在夏天，对于液冷电池包，电池模组产生的热量的散失主要通过冷却板带走；对于自然冷却电池包，电池模组产生的热量的散失主要通过导热结构传导到电池箱体，再由电池箱体散发到大气环境中。电池模组由若干个电芯并列而成，由于模组成组过程中，电芯之间存在位置公差，导致模组底部不平整，直接将电池模组安装到电池包，会影响传热，导致电池温度高，温差大。

对于液冷电池包，电池模组散热面和冷却板之间的配合，比较成熟的技术方案是往往采用导热垫填充间隙和公差，实现模组和冷却板之间的有效传热，实践表明，电池模组散热面和冷却板之间采用导热垫，界面传热系数会达到1000w/m2k以上；如果模组和冷却板之间没有采用导热垫，界面传热系数往往低于600w/m2k。对于自然冷却电池包，比较成熟的技术方案是往往采用导热垫填充模组和电池包下箱体之间的间隙，实现模组散热面和箱体之间的有效传热。

对于液冷电池包来说，当前阶段的设计方式存在以下三个问题：1)位于模组和液冷板之间的导热垫存在一定硬度和弹性，需要一定压力才能保证模组和液冷板之间的传热配合面，这对模组和液冷板的机械强度有一定要求；2)导热垫硬度在shone0055左右，较软容易变形，在电池包装配过程中难以自动化；3)导热垫在贴敷过程中，容易在模组与导热垫、液冷板与导热垫之间形成不确定的难以排出的空气气泡，影响传热。

对于风冷电池包，当前阶段的设计方式存在以下两个问题：1)导热垫硬度在shone0055左右，较软容易变形，在电池包装配过程中难以自动化；2)导热垫在贴敷过程中，容易在模组与导热垫、箱体与导热垫之间形成难以排出的空气气泡，影响传热。

电池模组除了应用到动力电池包内，还可以应用到储能电柜，以及需要采用电池模组作为备用电源供电的设备内，需要将电池产热的热量从电池本体散发掉。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种电池模组及其涂胶设备和工艺，该电池模组的散热面设有固化好的具有一定规律分布的高弹性导热材料层，用该电池模组成组电池包，可方便实现自动化，实现比贴导热垫更高的生产效率，也实现比导热垫更低的工艺成本，此外，也能防止配合面出现气泡。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电池模组，所述模组本体的对外传热面上涂覆有高弹性导热材料层。

所述模组本体包括若干电芯构成的电芯排列和模组本体侧板，所述高弹性导热材料层涂覆并固化在电芯排列的底部或模组的侧面上。

所述模组本体侧板具有朝向电芯的翻边，电芯底部裸露在外的面为主要涂胶面，模组本体侧板翻边的面为可选涂胶面，且可选涂胶面涂胶之后的高度小于主要涂胶面涂胶之后的高度。

所述模组本体包括模组底板和若干电芯构成的电芯排列，所述模组底板位于电芯排列的底部，所述高弹性导热材料层涂覆并固化在模组底板上。

本发明也可采用软包电芯组成模组本体；所述模组本体包括若干电芯构成的电芯排列、模组端板和散热铝；所述散热铝片位于电芯排列之间，散热铝片采用t字形结构或l形结构，散热铝片的一横位置为散热铝片的末端，散热铝片的末端位于电芯排列的底部或电芯排列的侧面，所述高弹性导热材料层涂覆并固化在散热铝片的末端、或同时涂覆在散热铝片末端所在的模组表面。

所述高弹性导热材料层采用条式排布，条与条之间形成有排气沟。

所述高弹性导热材料层的底部设有离型膜，所述离型膜用于保护高弹性导热材料层不受污染，所述电池模组安装到电池包、储能柜等使用位置时，去掉离型膜。

安装到电池包时，去掉离型膜。

所述高弹性导热材料层采用导热凝胶、硅胶、橡胶、乳胶等高弹性材料，所述导热凝胶为双组份预成型导热硅脂产品；所述硅胶、橡胶、乳胶包括带有导热添加剂的硅胶、橡胶或乳胶等高弹性材料；本发明优选采用导热凝胶。

一种用于电池模组的涂胶设备，包括探测系统、储胶系统、出胶系统、恒温系统和计算机终端；

所述探测系统包括先期探测和后期探测，先期探测用于探测待涂胶表面的表面质量，并将探测结果反馈到计算机终端；后期探测用于探测涂胶质量是否满足技术要求；

所述储胶系统用于存储胶水；

所述出胶系统包括胶水的挤出装置和控制挤出装置的运动机构；所述挤出装置包括电磁阀，所述电磁阀用于接收计算机终端的信号，并调节阀门的开度，从而控制胶水的挤出速度；所述运动机构由步进电机控制，所述步进电机接收计算机终端的信号，从而控制运动机构的移动速度；所述电磁阀和/或步进电机，根据模组本体涂胶表面的波纹度实现涂胶厚度以满足技术要求；

所述恒温系统用于确保胶水的状态稳定，避免温度变化引起的密度和粘度的变化，从而保证涂胶量符合设定值。所述恒温系统由加热片、隔热材料、温度传感器、加热电源等组成，温度传感器反馈胶水的温度信号给加热电源，加热电源采用pid等技术控制输出到加热片的电功率，从而保证胶水温度的稳定。

一种用于电池模组的涂胶工艺，包括以下步骤：

1)将模组本体的待涂胶面朝上放置在模组涂胶工位；

2)涂胶设备的探测系统探测模组本体的轮廓和表面不平整度，将数据反馈给计算机终端；

3)计算机终端将探测系统输入的数据转化为步进电机的转速随位置的变化曲线数据；

4)步进电机根据步骤3)的变化曲线数据控制涂胶头移动速度进行涂胶；

5)涂胶完成，探测系统探测涂胶质量；

6)若涂胶质量满足设计要求，则将模组本体置入烘烤箱，固化高弹性导热材料层，从而得到电池模组。

一种用于电池模组的涂胶工艺，包括以下步骤：

1)将模组本体的待涂胶面朝上放置在模组涂胶工位；

2)涂胶设备的探测系统探测模组本体的轮廓和表面不平整度，将数据反馈给计算机终端；

3)计算机终端将探测系统输入的数据转化为电磁阀开度随涂胶头位置的变化曲线数据；

4)电磁阀根据控制步骤3)的变化曲线数据控制胶水挤出速度进行涂胶；

5)涂胶完成，探测系统探测涂胶质量；

6)若涂胶质量满足设计要求，则将模组本体置入烘烤箱，固化高弹性导热材料层，从而得到电池模组。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、所述电池模组的散热面涂覆有高弹性导热材料层，可实现模组本体主要散热面具有一定的可压缩性；能够满足不平整界面的填充，可以满足各种应用下的传热需求。与电子产品组装时有良好的接触，表现出较低的接触热阻和良好的电气绝缘特性。

2、本发明除了主要涂胶面涂胶以外，可选涂胶面也可涂胶，增大有效传热面积，保证电池更好的散热效果。可选涂胶面涂胶之后的高度应该小于主要涂胶面涂胶之后的高度，如此，可保证模组在电池包中装配的时候，压紧模组后，主要涂胶面的压强等于或者接近可选涂胶面的压强。可选涂胶面涂胶之后的高度与主要涂胶面涂胶之后的高度的高度差，可以通过模组锁紧实验获得，或者通过计算获得。

3、所述涂胶设备可以根据模组本体主要散热面的平整度自动调整涂胶量，此外，针对本发明所述电池模组及其涂胶设备，提供一种涂胶工艺，可通过电磁阀和/或步进电机，根据模组本体涂胶表面的波纹度实现涂胶厚度以满足技术要求。

4、本发明可方便实现自动化，实现比贴导热垫更高的生产效率，也实现比导热垫更低的工艺成本，此外，通过排气沟也能防止配合面出现气泡。

5、用本发明所述电池模组成组储能电柜，可以通过模组表面的高弹性导热材料层将模组的热量导向电柜结构件，从而增大有效散热面积；用本发明所述电池模组作为备用电源供电的设备内，可以通过模组表面的高弹性导热材料层将模组的热量导向供电设备结构件，从而增大有效散热面积。

附图说明

图1为未涂覆高弹性导热材料层的模组本体的正面结构示意图；

图2为未涂覆高弹性导热材料层的模组本体的底部结构示意图；

图3为主要涂胶面涂覆有高弹性导热材料层的模组本体的结构示意图之一；

图4为主要涂胶面涂覆有高弹性导热材料层的模组本体的结构示意图之二；

图5为未涂覆高弹性导热材料层时，电芯底部的结构示意图；

图6为涂覆高弹性导热材料层时，电芯底部的结构示意图；

图7为散热铝片末端位于电芯排列侧面的电池模组的结构示意图；

图8为散热铝片的结构示意图；

图9为散热铝片末端涂覆高弹性导热材料层的电池模组的结构示意图；

图10为恒温系统的电路图；

图11为通过控制涂胶头运动速度控制涂胶厚度的涂胶工艺流程图；

图12为通过控制电磁阀开度控制涂胶厚度的涂胶工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1～4所示，一种电池模组包括模组本体，所述模组本体包括若干电芯构成的电芯排列、模组本体上盖、模组本体端板、模组本体侧板、模组信号采集板，所述模组本体侧板具有朝向电芯的翻边；可选地，模组本体还可以包含模组底板，所述模组底板位于电芯排列的底部；

本实例中，所述模组本体的对外传热面上涂覆有高弹性导热材料层；电池模组主要的对外传热面对于液冷电池包，指的是模组相对液冷板的配合面；对于自然冷却电池包来说，模组主要的对外传热面指的是模组与箱体的配合面；

更具体地，对于不带有模组底板的模组本体，所述高弹性导热材料层涂覆并固化在模组的电芯排列的底部；对于带有模组底板的模组本体，所述高弹性导热材料层涂覆并固化在模组底板上。

如图5所示为一个不带底板的模组本体切面示意图，模组本体底部具有高度差d。模组本体成组过程中，电芯之间存在位置公差，甚至电芯本身之间具有高度差d，导致模组底部不平整。如图6所示，为涂覆高弹性导热材料层之后的电池模组切面图，底部为平整面。

本实施例中，所述电芯底部裸露在外的面为主要涂胶面，模组本体侧板翻边的面为可选涂胶面；除了主要涂胶面涂胶以外，可选涂胶面也可涂胶，增大有效传热面积，保证电池更好的散热效果。可选涂胶面涂胶之后的高度应该小于主要涂胶面涂胶之后的高度，如此，可保证模组在电池包中装配的时候，压紧模组后，主要涂胶面的压强等于或者接近可选涂胶面的压强。可选涂胶面涂胶之后的高度与主要涂胶面涂胶之后的高度的高度差，可以通过模组锁紧实验获得，或者通过计算获得。

如图3～4所示，为仅带有主要涂胶面涂覆高弹性导热材料层的模组本体，且两个模组本体的涂胶方向不一样，实际操作中，涂胶方向可与电芯排列方向一致或垂直于电芯排列方向。

如图7～9所示，本发明也可采用软包电芯组成的模组本体；所述模组本体包括若干电芯构成的电芯排列、模组端板和散热铝片；模组端板设有模组安装孔，电芯排列之间设有散热铝片，散热铝片的末端位于模组的侧面；所述散热铝片采用t字形结构或l形结构，散热铝片的一横位置为散热铝片的末端，散热铝片的末端位于电芯排列的底部或电芯排列的侧面，此时，散热铝片的末端为模组的对外主要散热面，所述高弹性导热材料层涂覆并固化在散热铝片的末端、或同时涂覆在散热铝片末端所在的模组表面。

具体地，所述高弹性导热材料层采用条式排布，条与条之间形成有排气沟，可将配合面的空气排出，保障导高弹性导热材料层与箱体完美贴合，中间无空气夹层。

所述高弹性导热材料层的底部设有离型膜，所述离型膜用于保护高弹性导热材料层不受污染，所述电池模组安装到电池包、储能柜等使用位置时，去掉离型膜。

本实施例中，所述高弹性导热材料层采用导热凝胶，所述导热凝胶为双组份预成型导热硅脂产品。

本发明所述电池模组的安装如下：电池包箱体上有凸筋，模组本体的四个模组固定脚对齐电池包箱体上对应的四个凸筋，然后用螺栓将模组模组本体锁紧在电池箱体上时，模组本体的四个脚接触箱体凸筋，模组本体的高弹性导热材料层受力压缩，且通过排气沟排空模组本体底部和箱体的配合面之间的空气。

另外，本实施例是以方形电芯模组为例进行说明的，本发明所述电池模组设计还包括软包电芯构成的模组，有些软包模组本体的主要散热面为模组底面，也有些软包模组本体的主要散热面为模组侧面。对于主要散热面为模组底面的软包模组，其高弹性导热材料涂覆固化在模组底面，对于主要散热面为模组侧面的软包模组，其高弹性导热材料层涂覆固化在模组本体的侧面。

本实施例中，一种用于电池模组的涂胶设备，包括探测系统、储胶系统、出胶系统、恒温系统、自检系统和计算机终端；

所述探测系统包括先期探测和后期探测，先期探测用于探测待涂胶表面的表面质量，如表面轮廓和尺寸、表面不平整度等，并将探测结果反馈到计算机终端；后期探测用于探测涂胶质量(包括胶水的高度、宽度、路径、涂覆面积以及边缘轮廓)是否满足技术要求；一般地，先期探测系统采用激光测距；

所述储胶系统用于存储a、b胶水；

所述出胶系统包括a、b胶水的挤出装置和控制挤出装置的运动机构；所述挤出装置包括电磁阀，所述电磁阀用于接收计算机终端的信号，并调节阀门的开度，从而控制胶水的挤出速度；所述运动机构由步进电机控制，所述步进电机接收计算机终端的信号，从而控制运动机构的移动速度；所述电磁阀和/或步进电机，根据模组本体涂胶表面的波纹度实现涂胶厚度以满足技术要求；电磁阀的布置位置，尽量接近出胶头，以减少胶水密度变化对涂胶量的影响；

所述恒温系统用于确保胶水的状态稳定，避免温度变化引起的密度和粘度的变化，从而保证涂胶量符合设定值。如图10所示，所述恒温系统由加热片、隔热材料、温度传感器、加热电源等组成，温度传感器反馈胶水的温度信号给加热电源，加热电源采用pid等技术控制输出到加热片的电功率，从而保证胶水温度的稳定。

本实施例用于电池模组的涂胶工艺有两种，一是通过控制涂胶头运动速度控制涂胶厚度：二是通过控制电磁阀开度控制涂胶厚度。

如图11所示，通过控制涂胶头运动速度控制涂胶厚度的涂胶工艺，包括以下步骤：

1)将模组本体的待涂胶面朝上放置在模组涂胶工位；

2)涂胶设备的探测系统探测模组本体的轮廓和表面不平整度，将数据反馈给计算机终端；

3)计算机终端将探测系统输入的数据转化为步进电机的转速随位置的变化曲线数据；

4)步进电机根据步骤3)的变化曲线数据控制涂胶头移动速度进行涂胶；

5)涂胶完成，探测系统探测涂胶质量；

6)若涂胶质量满足设计要求，则将模组本体置入烘烤箱，固化高弹性导热材料层，从而得到电池模组。

如图12所示，通过控制电磁阀开度控制涂胶厚度的涂胶工艺，包括以下步骤：

1)将模组本体的待涂胶面朝上放置在模组涂胶工位；

2)涂胶设备的探测系统探测模组本体的轮廓和表面不平整度，将数据反馈给计算机终端；

3)计算机终端将探测系统输入的数据转化为电磁阀开度随涂胶头位置的变化曲线数据；

4)电磁阀根据控制步骤3)的变化曲线数据控制胶水挤出速度进行涂胶；

5)涂胶完成，探测系统探测涂胶质量；

6)若涂胶质量满足设计要求，则将模组本体置入烘烤箱，固化高弹性导热材料层，从而得到电池模组。