电池模组及其组装方法与流程

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种电池模组及其组装方法。

背景技术：

目前锂离子电池以其能量密度高、使用寿命长、绿色环保等优点广泛用于各种储能领域。而不断提高的电池能量密度对电池安全提出了更高的要求。但锂电池组工作时会产生大量的热，并且各个电池产生的热量往往有所差别，需要及时将电池产生的热量扩散出去，否则将会使电池寿命快速下降甚至导致爆炸或燃烧。并且，电池的温度还需保持一致，否则在运行一段时间后电池的一致性误差将会逐渐增大，这将导致电池组的寿命降低，即“短板效应”。

目前在锂电池模组或锂电池封装(pack)领域，导热硅胶已十分广泛应用于锂电池组的散热管理，通过导热硅胶可以及时将锂电池组产生的废热传走，保障电池组温度的一致性，同时在电池组受到外力冲击时，还可以起到抗震减震的作用。而对电池组的温度进行监测时，往往是采用诸如热敏电阻等测温元件，由于电池组空间的限制，电池之间的空隙有限，导热硅胶片已经填满，很难再在电池面布置测温元件，因此，往往将测温探头粘接在电池极耳连接片上或放置在某一需要测温的固定位置来检测电池组的温度，这导致电池组测温不准。

技术实现要素：

为部分地或全部地解决上述技术问题以及其他部分技术问题，本申请实施例提供了一种电池模组及其组装方法。

根据本申请的一个方面，提供了一种电池模组，包括：

两块或两块以上的电池；

导热硅胶片，设置于两块电池之间且所述导热硅胶片的两侧面分别接触所述两块电池表面；

温度监测部，包括：光纤传感器、光纤和光纤光栅解调器；

其中，所述光纤传感器和所述光纤均固定于所述导热硅胶片内部，所述光纤的一端连接所述光纤传感器、另一端从所述导热硅胶片的顶端延伸出来并连接所述光纤光栅解调器。

根据本申请的另一方面，提供了一种电池模组的组装方法，包括：

获得预定厚度的导热硅胶片；

在所述导热硅胶片上冲切孔洞；

在所述导热硅胶片内部钎出空心管道；

在所述孔洞上固定光纤传感器，并将光纤的一端通过所述空心管道位于所述导热硅胶片顶端的开口穿入所述空心管道并接入所述光纤传感器；

将所述导热硅胶片放置于两块电池之间，并使所述导热硅胶片的两个侧面分别与所述两块电池表面接触；

将所述光纤上位于所述导热硅胶片之外的另一端接入光纤光栅解调器。

本申请实施例，将可用于检测电池温度的光纤传感器集成于导热硅胶内部，利用导热硅胶片对电池模组进行散热的同时可以通过光纤传感器来监测电池的温度，不仅不会额外增加电池组的体积，而且能够在保证散热效果的同时准确监测电池模组内电池真实的温度，从而显著降低误判和反应不及时的风险，有效预防热失控的发生。

附图说明

图1为本申请实施例电池模组中部分结构的示例图。

图2为本申请实施例电池模组的导热硅胶片的截面示例图。

图3为本申请实施例光纤传感器和光纤设置于导热硅胶片上的示例图。

图4为本申请实施例中电池模组的组装方法的流程示意图。

附图标记说明：

10、电池模组；11、电池；12、导热硅胶片；13、光纤传感器；14、光纤；141、光纤纤芯；142、单层不粘涂层。

具体实施方式

下文将结合附图对本申请实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各个实施例及其中的各特征可以相互任意组合。

在锂离子电池模组领域，为了提高能量密度，需要使用比能量高的电池材料，并作轻量化、更紧密的设计，这就要求电池组有高的散热性能及传热性能，并且拥有测量精度高、响应时间短、抗干扰稳定性高的温度测量系统。

如前文所述，相关技术中通过单纯增加各种类型的导热胶片和散热装置来提高电池组的散热性能和温度一致性，同时还需要通过热电偶等元件来监测电池组的温度。然而，因电池组体积所限、电池之间的空隙有限，导热硅胶片填满电池之间的空隙后，诸如热电偶等元件的位置一般位于极耳连接片上，由于极耳连接片的温度并不能准确地反应电池本身的温度，故而使用该方式测温往往不准，存在误判和反应不及时的风险。换言之，在电池组体积和测温准确性之间存在着矛盾。

为了解决上述技术问题，本申请实施例的基本构思是提供一种电池模组及其组装方法，该电池模组中，将可用于检测电池温度的光纤传感器集成于导热硅胶内部，在能够准确测量电池温度的同时无需增加电池之间的空隙，不额外增加电池组的体积，导热硅胶片仍能充满电池之间紧贴电池表面，不影响散热效果，也对电池模组的能量密度几无影响。并且，由于光纤具有优异的抗电磁和原子辐射性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能，重量轻、质软的机械性能，非常适合应用于锂离子模组或组装的温度监测，故在保障电池模组散热性能的同时，能够准确监测到电池模组内每个电池真实的温度，可显著降低误判和反应不及时的风险，从而有效预防热失控的发生。

下面对本申请实施例中电池模组及其组装方法的示例性实现方式进行详细说明。

图1示出了本申请实施例中电池模组10中的部分结构，图2示出了本申请实施例中电池模组10的导热硅胶片赞示意图。如图1所示，电池模组10可以包括：两块或两块以上的电池11、导热硅胶片12和温度监测部，温度监测部可以包括：光纤传感器13、光纤14和光纤光栅解调器(图中未示出)。

图3示出了光纤传感器13和光纤14设置于导热硅胶片12上的示例图。光纤传感器13和光纤14均固定于导热硅胶片12内部，光纤14的一端连接光纤传感器13、另一端从导热硅胶片12的顶端延伸出来并连接光纤光栅解调器(图中未示出)。

本申请实施例中，导热硅胶片12可以采用导热填料、阻燃剂、颜料、胶联剂、催化剂等原材料制成。如图1所示，为了提高电池模组的散热性能和温度一致性，导热硅胶片12可以紧紧贴合在两电池11之间且无空隙。一些示例中，导热硅胶片12的厚度与电池模组中相邻电池11之间的空隙的大小相匹配。例如，电池模组中相邻电池11之间的空隙在1～2mm时，导热硅胶片12的厚度可以在1～2mm之间。例如，导热硅胶片12的厚度优选在1mm左右。此外，导热硅胶片12的尺寸可以与电池11表面的尺寸相匹配。例如，导热硅胶片12的尺寸可以略小于电池11表面(即发热面)的大小。

本申请实施例中，光纤传感器13可以通过各种可能的方式固定在导热硅胶片12内部。一些示例中，导热硅胶片12的预定位置处可以设有孔洞，光纤传感器固定于该孔洞中。为便于加工成型，该孔洞可以是形状规则的孔洞，优选地，该孔洞的尺寸、形状可以与光纤传感器13的尺寸、形状相适应。例如，光纤传感器14一般为四边形，该孔洞也可以是四边形，并且孔洞的内腔恰好可以容纳光纤传感器13。一些示例中，为避免增加厚度，光纤传感器13的厚度可以略小于导热硅胶片12的厚度，光纤传感器13可通过镶嵌或卡扣等方式嵌在导热硅胶片12的孔洞中，这样，光纤传感器13不仅可以与导热硅胶片12两侧的电池11表面相接触来监测其表面相关的光信号，而且嵌入该孔洞之中的情况下不会增加导热硅胶片12的厚度。

实际应用中，导热硅胶片12位于两块电池11之间时，其上固定光纤传感器13的预定位置可以恰好与电池11表面发热区域相接触。以图2和图3为例，该预定位置可以是导热硅胶片12表面的中心位置。当然，图2和图3仅为示例，实际应用中，该预定位置还可以是导热硅胶片12表面上的任意其他位置，本申请实施例对此不作限制。

本申请实施例中，可以采用各种可适用的方式将光纤14设置于导热硅胶片12内。以图2和图3为例，导热硅胶片12内可设有空心管道，光纤14的一端通过该空心管道位于导热硅胶片12顶端的开口穿入空心管道内并连接光纤传感器13，光纤14的另一端则位于导热硅胶片12之外并接入光纤光栅解调器(图中未示出)。通过空心管道的方式将光纤14设置在导热硅胶片12内部，可以方便地将光纤14埋入导热硅胶片12之中，不仅可以通过导热硅胶片12保护光纤14，防止光纤14折断，而且不会增加导热硅胶片12的厚度，无需增大电池11之间的空隙来容纳包含光纤14的导热硅胶片12，由此不仅可确保电池表面温度监测的准确性，同时还可避免对电池模组10的体积带来额外的增加。

本申请实施例中，由于光纤14设置于导热硅胶片12之内，可由导热硅胶片12来保护光纤14，故而光纤14无需像普通光纤一样采用多层保护，而仅增加一层不粘涂层(例如，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)作为光纤的保护层即可。也就是说，如图3所示，本申请实施例的光纤14可以包括裸光纤纤芯141和其外表面包覆的单层不粘涂层142。采用该单层保护层的光纤14还有助于减小光纤14直径，进而避免因内置光纤14而增大导热硅胶层12的厚度。

本申请实施例中，光纤光栅解调器可以设置在电池模组10的外壳上，便于外接电池管理系统。光纤光栅解调器可用于根据光纤14实时传送过来的反射中心波长来确定电池11表面的温度，并将实时计算出来的温度值传送给外部的电池管理系统，从而实现电池表面温度的实时监测。

实际应用中，当电池模组10工作时，将光纤14接入光纤光栅解调器，即测得每一根光纤光栅的反射中心波长，再根据反射中心波长与温度之间的预定关系，计算得到每个测量点的温度值并将温度值传输给电池管理系统，这样即可实时监测电池表面的温度。

例如，反射中心波长与温度之间的预定关系可以为如下式(1)所示，其中的系数α和系数β可以通过实验来统计分析得到。

λ＝α+βt(1)

其中，λ表示当前测得的反射中心波长，t表示光纤传感器13所处位置的温度，也即t为电池表面的温度。

图4示出了本申请实施例中电池模组10的示例性组装方法。如图4所示，电池模组10的组装方法可以包括如下步骤：

步骤s410，获得预定厚度的导热硅胶片12。

一些示例中，本步骤可以包括：制备导热硅胶片，并将导热硅胶片剪裁为与电池侧面相匹配的大小。具体地，可以首先将有机硅、导热填料、阻燃剂、颜料、胶联剂、催化剂等原材料通过加热除水、搅拌混合、压延、硫化的流程制得1mm厚度的导热硅胶片，再将制得的导热硅胶片根据电池组的设计需求修整裁切成所需的大小，裁剪后导热硅胶片的大小可以略小于电池的最大表面。

步骤s420，在导热硅胶片12上冲切孔洞；

在所述导热硅胶片上冲切出与光纤传感器的大小相匹配的孔洞。

例如，可以通过自动化冲切设备或自动化冲切工具来执行本步骤。首先，用夹具将导热硅胶片固定后，在对应的温度测试位置(即上述的预定位置)冲切出形状规则的孔洞，关于孔洞的细节可参考上文描述，不再赘述。

步骤s430，在导热硅胶片12内部钎出空心管道。

例如，可以在导热硅胶片的一侧利用直径不超过导热硅胶片厚度(例如，直径为导热硅胶片厚度的0.75倍)的不锈钢空心管钎出一条空心管道，该空心管道的一端可以与上述孔洞连通、另一端开口位于导热硅胶片的顶端。

实际应用中，本步骤可以采用自动化设备来执行。

步骤s440，在导热硅胶片12的孔洞上固定光纤传感器13，并将光纤14的一端通过空心管道位于导热硅胶片12顶端的开口穿入空心管道并接入光纤传感器13。

具体地，将裸光纤纤芯包覆一层ptfe层后穿过步骤s430中打出的空心管道至导热硅胶片12上孔洞的另一端，光纤14在导热硅胶片12上孔洞处的一端接入光纤传感器13，并使光纤14、光纤接入光纤传感器13的端部、光纤与光纤传感器的连接处、光纤传感器的厚度均与导热硅胶片的厚度持平或略小，以避免导热硅胶片12厚度增加，而增加其在电池之间需占据的空间，进而影响电池模组的体积。

步骤s450，将导热硅胶片12放置于两块电池11之间，并使导热硅胶片12的两个侧面分别与两块电池11表面接触。

具体地，在制作成模组时含有光纤14和光纤传感器13的导热硅胶片12放置于两块电池11之间，电池11、导热硅胶片12、电池11三者紧紧贴紧且之间不留有空隙，光纤传感器13可以胶粘于其中一块电池的表面。

步骤s460，将光纤14自导热硅胶片12的顶部延伸而出的另一端接入光纤光栅解调器。

具体地，光纤14另一端部从导热硅胶片12的上部穿出，可与电压等测量线束捆在一起，连入放置在电池模组10外部的光纤调制解调器。

一些示例中，电池模组10的组装方法还可以包括：将光纤接入光纤光栅解调器之前，可以先将光纤光栅解调器固定于所述电池模组的外壳上。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。