一种液体换热电池模块结构及设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及片状电池的热管理系统，具体涉及一种片状电池的液体换热电池模块结构设计方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于面临能源成本的压力以及政府和消费者对于环保的日益重视，混合动力汽车和电动汽车以其能够大幅度减少或消除尾气排放和降低能耗的优点，引起众多汽车生产厂家的重视，并纷纷投入巨资研发和推广。然而，动力电池技术却极大的制约了混合动力汽车和电动汽车的推广，成为新能源汽车发展的瓶颈。
[0003]动力电池作为能量储存器件，在混合动力汽车和电动汽车中起到关键作用，其性能好坏极大的影响整车的性能。目前的动力电池单体在极端低温(小于_30°C)和极端高温(大于50°C)的环境下都无法正常工作，导致以动力电池为能量来源的车辆此时也无法正常工作，使车辆无法达到全天候运行的要求，和传统汽车相比其使用有较大局限性。
[0004]另外，动力电池与其它系统之间的大功率能量交换(包括能量注入电池模块或能量从电池模块输出)，以及动力电池部分电路发生故障(如短路)时，电池模块可能因过热而引起性能恶化甚至引起动力电池爆炸的严重事故，给车辆的运行造成了安全隐患。
[0005]上述问题的存在都严重制约了汽车和电动汽车的推广使用，动力电池目前已经成为新能源汽车发展的瓶颈，全球各大汽车厂商和科研机构也纷纷投入大量资金和人力到动力电池的研究工作上去，单就目前的电池技术发展来看，短时间内解决动力电池技术的问题仍然非常困难。
【发明内容】
[0006]目前，车用动力电池主要包括柱状电池、片状电池等形式，而国内的车用动力电池以片状电池为主。本发明针对片状动力电池设计了一种符合国内混合动力汽车或电动汽车的新型动力电池模块结构。该种新型动力电池模块结构能增强电池单体或电池组的换热效果，使得电池系统始终保持在良好的工作环境中，延长电池系统的寿命，保证电池系统的安全。
[0007]另一方面，随着电池技术的不断进步，电池除了作为车用电源外，也开始在一些储能系统(电力系统)上实现其价值，如分布式电站和大型备用电源等。因此，本发明也可应用于储能系统。
[0008]一种液体换热的电池模块结构，其特征在于，所述的液冷电池模块为一个电池单元或者为相互电连接的多个电池单元组成，电池单元为一个电池单体或片状电池组；或电池单元为相互并联的多个片状电池单体或片状电池组；电池模块中布置多个电池腔，电池单元置于电池腔内，电池腔底部密封并被填充有冷却液的空隙所包围，且所有填充有冷却液的空隙都相互连通；电池模块密封包装并设置有冷却液的入口和出口。
[0009]进一步，所述电池腔的腔壁由两层构成，外层为金属层，内层为硅胶层。
[0010]进一步，电热膜布置于液冷电池模块底部；或者沿电池模块内壁布置，布置在内壁的一面或者多面。
[0011]进一步，所述电池腔之间设有对冷却液的流动起导向作用的隔板。
[0012]进一步，整个电池模块底部沿电池腔四周开有弧形槽。
[0013]进一步，所述的液冷模块为其他正负极在同侧的储能模块，例如超级电容。
[0014]进一步，在所述液冷电池模块底部应力最大处布置有应变片，应力变化反映液冷电池模块内的压力变化，应变片将应力变化信号传递给电池管理单元。
[0015]所述结构的设计方法，其特征在于，所述电池腔的形状根据片状电池单体的类型和数量来设计；所述的电池腔单独加工并与液冷电池模块单独装配，或者根据液冷电池模块的尺寸整体加工并与液冷电池模块整体装配。
[0016]整个电池模块底部沿电池腔四周开有弧形槽，整个电池模块底部沿电池腔四周开有弧形槽，当腔内电池发生异常(如爆炸、燃烧等)时，腔内压力会增大，由于弧形槽处应力最大，压力会首先破坏电池模块底部，进而电池可从腔体掉落，以此来防止电池爆炸时冲破顶部造成严重后果。在所述液体换热电池模块底部应力最大处布置有应变片，应变片可将应力变化信号传递给电池管理单元，应力变化可反映液体换热电池模块内的压力变化，当压力值过高时，电池管理单元可实现报警等安全措施。
【附图说明】
[0017]图1为片状动力电池示意图。
[0018]图2为片状动力电池的电池模块主视图。
[0019]图3为片状动力电池的电池模块俯视图。
[0020]图4为片状动力电池的电池模块左视图。
[0021]其中:
[0022]1、片状动力电池2、片状动力电池组
[0023]3、电池模块的电池腔壁4、冷却液
[0024]5、冷却液密封层6、电池模块顶部密封层
[0025]7、电池模块底部密封层8、弧形槽
[0026]9、应变片10.冷却液入口
[0027]11.冷却液出口12.电热膜
[0028]13.隔板
【具体实施方式】
[0029]本发明的实施例如图1、图2、图3、图4所示。
[0030]本发明所设计的液体换热电池模块由相互电连接的电池单元组成，所述片状电池单元由一个或相互并联的多个片状电池单体(片状电池组)组成，如图1所示。液体换热电池模块中布置多个电池腔，电池腔底部密封，电池单体或电池组置于电池腔内，电池腔被填充有冷却液的空隙所包围，且所有填充有冷却液的空隙都相互连通，如图2、图3所示。所述电池模块密封包装并设置有冷却液的入口和出口，如图4所示。所述液体换热电池模块的电池腔形状可根据片状电池单体的类型和数量来设计。
[0031]所述的电池腔之间设有隔板，对冷却液的流动起导向作用。通过隔板将电池模块分为多个通道，防止的回流现象，增强冷却液和电池腔之间的热交换。
[0032]所述的液体换热模块结构也可以为其它与片状电池结构类似的储能模块，如超级电容等。
[0033]在对电池进行冷却时，可采用制冷子系统依靠制冷剂对冷却液进行制冷，也可以采用热交换器依靠风冷对冷却液进行制冷，并在系统中加设储液箱，采用栗驱动冷却液在电池模块中流动。
[0034]在对冷却液进行加热时，可在电池箱内加设电热膜，通过对电热膜通电可加热冷却液，电热膜可布置于液体换热电池模块底部，也可沿液体换热电池模块内壁布置，电热膜可以布置一边，也可以布置多边。同时也可在储液箱内加设电热元件或电热膜，或同时加设电热元件和电热膜，用于对冷却液进行辅助加热。
[0035]整个电池模块底部沿电池腔四周开有弧形槽，如图2所示，，当腔内电池发生异常(如爆炸、燃烧等)时，腔内压力会增大，由于弧形槽处应力最大，压力会首先破坏电池模块底部，进而电池可从腔体掉落，以此来防止电池爆炸时冲破顶部造成严重后果。在所述液体换热电池模块底部应力最大处布置有应变片，应变片可将应力变化信号传递给电池管理单元，应力变化可反映液体换热电池模块内的压力变化，当压力值过高时，电池管理单元可实现报警等安全措施。
[0036]根据所述的液体换热电池模块结构，由于片状电池的阴极和阳极布置于一侧，因此电池模块可将底部密封，片状电池可直接从顶部放入电池腔内。而柱状电池的阴极和阳极布置于两侧，其电池模块的底部不能密封，同时由于电池腔壁较薄，导致圆形电池腔在焊接时难度很大，而本发明中针对于片状电池的电池腔为方形，在焊接时难度大大降低。相比之下，液体换热电池模块的结构更简单，电池的拆装更方便，并且加工难度降低。
[0037]所述冷却液的入口和出口的布置方式不受限制。
[0038]所述电池腔的电池腔壁由两种材料构成，外层为导热性良好的金属层，内层为硅胶层。加设硅胶层主要是为了更好地固定片状电池，同时可避免在拆装电池时对电池造成损坏。
[0039]所述的冷却液类型不限，可以是乙二醇和水的混合物，也可以是变压器油。变压器油具有绝缘和不着火的特点，作为电池的冷却液可防止某个电池腔的电池发生爆炸时产生连锁爆炸的严重后果。
[0040]所述液体换热电池模块的外形设计方式不受限制；所述电池腔在液体换热电池模块中的布置方式不受限制。
【主权项】
1.一种液体换热的电池模块结构，其特征在于，所述的液冷电池模块为一个电池单元或者为相互电连接的多个电池单元组成，电池单元为一个电池单体或片状电池组；或电池单元为相互并联的多个片状电池单体或片状电池组；电池模块中布置多个电池腔，电池单元置于电池腔内，电池腔底部密封并被填充有冷却液的空隙所包围，且所有填充有冷却液的空隙都相互连通；电池模块密封包装并设置有冷却液的入口和出口。2.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述电池腔的腔壁由两层构成，外层为金属层，内层为硅胶层。3.根据权利要求1所述结构，其特征在于，电热膜布置于液冷电池模块底部；或者沿电池模块内壁布置，布置在内壁的一面或者多面。4.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述电池腔之间设有对冷却液的流动起导向作用的隔板。5.根据权利要求1所述结构，其特征在于，整个电池模块底部沿电池腔四周开有弧形槽。6.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述的液冷模块为正负极在同侧的储能模块。7.根据权利要求1所述结构，其特征在于，在所述液冷电池模块底部应力最大处布置有应变片，应力变化反映液冷电池模块内的压力变化，应变片将应力变化信号传递给电池管理单元。8.根据权利要求1所述结构的设计方法，其特征在于，所述电池腔的形状根据片状电池单体的类型和数量来设计；所述的电池腔单独加工并与液冷电池模块单独装配，或者根据液冷电池模块的尺寸整体加工并与液冷电池模块整体装配。
【专利摘要】本发明涉及片状电池的热管理系统，具体涉及一种片状电池的液体换热电池模块结构设计方法。本发明所设计的液体换热电池模块由相互电连接的电池单元组成，所述片状电池单元由一个或相互并联的多个片状电池单体(片状电池组)组成。所述电池模块密封包装并设置有冷却液的入口和出口，电池模块中布置多个电池腔，电池腔底部密封，并在电池腔之间设有隔板。电池单体或电池组置于电池腔内，电池腔被填充有冷却液的空隙所包围，且所有填充有冷却液的空隙都相互连通。该种结构能增强电池单体或电池组的换热效果，使得电池系统始终保持在良好的工作环境中，延长电池系统的寿命，并能提高电池系统的安全性。
【IPC分类】H01M10/647, H01M10/615, H01M10/613, H01M10/625, H01M10/6567, H01M2/10
【公开号】CN105304842
【申请号】CN201510781423
【发明人】冯能莲, 米磊, 陈龙科, 王军, 张春强
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月15日