一种新能源汽车动力电池热管理结构的制作方法

1.本发明属于新能源汽车技术领域，更具体地说，是涉及一种新能源汽车动力电池热管理结构。


背景技术：

2.在新能源产业中，锂离子动力电池因其高能量密度、优良的循环效能成为近年来发展最快、普及最广的一种。但在安全性方面的问题同样需要各方面的重视，尤其是锂离子电池内部稳定性较差，来自电池内部或外部的故障，如过热、过充过放、内短路或是物理碰撞，都有可能导致后果较为严重的热失控，使电芯内大量能量在短时间内爆发式释放出来，甚至伴随爆炸和火焰，严重危害人员和财产安全。
3.在乘用车这一特殊的环境中，受有限的空间限制、重量要求、安全要求等，电池包的设计十分重要，各大汽车生产厂家的整体方向相对统一，即：增大电池包能量密度、降低整车重量、强化充放电管理和热管理效果、增加热失控应急措施等。在使用带铝壳电芯的锂离子动力电池的结构中，通常水冷板置于由多个电芯组成的模组之下，通过水带走电池在充放电过程中产生的多余热量，使电池包处于合适的工作温度，并将电池包各处的温度控制在一个较小的范围之内。也有将水冷板置于电池模组侧面的应用，以减小水冷系统占用空间。
4.当电池发生热失控，根据电池负极材料及比例的不同，会发生不同程度的热失控现象，包括热量急速释放、产生大量反应气体、甚至发生明火和爆炸。故障电芯内部的化学反应将产生大量能量，温度急速升高，一旦相邻电芯在热传递过程中超过热失控触发温度，将导致热失控蔓延。另一方面，其释放的可燃气体同样具有高温，若不以恰当的手段进行降温、灭火，其造成的损害同样不可忽视。若将水冷板置于电池模组底部或侧面，较难利用水冷板的散热功能降低热失控排气温度。从当前技术层面来讲，缺少一种同时兼顾电池包热管理和热失控灭火、降温、阻止蔓延、定向排气的锂离子动力电池包结构。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，能够有效保障电池正常充放电时的热管理，还可用于热失控应急处理，从而兼顾电池包热管理和热失控灭火、降温、阻止蔓延、定向排气，提高整体安全性的新能源汽车动力电池热管理结构。
6.要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
7.本发明为一种新能源汽车动力电池热管理结构，所述的新能源汽车动力电池热管理结构包括电池模组，电池模组包括多个电芯，电芯上方设置液冷板，液冷板连通冷却液管路，液冷板上设置灭火排烟通道，电芯上的泄压阀连通灭火排烟通道，电芯和液冷板之间设置绝缘导热件，电池模组安装在壳体内，壳体内设置中空腔体，壳体内壁设置与中空腔体连通的多个气孔，中空腔体连通设置在壳体上的排气通道。
8.所述的壳体上设置冷却液进出口，液冷板上设置冷却液流道，所述的冷却液进出口与冷却液管路连通，冷却液管路与冷却液流道连通。
9.所述的绝缘导热件为导热硅胶片。
10.所述的电池模组的多个电芯上设置汇流排，液冷板位于汇流排上方位置，液冷板与汇流排将绝缘导热件夹紧。
11.所述的液冷板上设置多个开口部，网格结构的灭火排烟通道贯穿多个开口部形成多个灭火排烟通道，每个开口部设置为能够对准电芯的一个泄压阀的结构。
12.所述的壳体上方扣装顶盖，液冷板位于顶盖下方，壳体侧面设置防爆阀和电源接口，防爆阀与壳体内部的排气通道连通。
13.所述的冷却液管路包括冷却液进液管路和冷却液出液管路，所述的新能源汽车动力电池热管理结构包括多个液冷板，每个液冷板的冷却液进口连通一个冷却液进液管路，每个液冷板的冷却液出口连通一个冷却液出液管路。
14.所述的电池模组上方从下到上依次设置支架、汇流排、绝缘导热件，灭火排烟通道与支架上的排气通路连通，排气通路连通电芯上的泄压阀。
15.所述的电池模组的相邻电芯之间设置隔热板，电池模组底部设置缓冲垫。
16.所述的壳体内壁设置肋片，每相邻两个肋片之间设置一个电芯，壳体内壁还设置管路固定凹槽。
17.采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
18.本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构，结构设置时，对其多个部位进行独特的改进，主要创新点体现在三个方面：一是在液冷板上有可灭火的排烟通道。当电池模组的某个电芯发生热失控时，内部化学反应会产生大量高温可燃气体，电芯顶部泄压阀打开，气体被释放至外部。这部分气体将被定向引导，并通过液冷板中的排烟通道排出，而网状结构可有效抑制明火，有效控制火势，保障电池和人员的安全性。同时，高温气体可被液冷板快速冷却，被降低温度的气体密度将大幅减小，以此达到降低电池包内部压力的效果，更降低了可燃气体接触氧气后起火的可能。二是电芯极耳上设置的汇流排顶部附有绝缘导热件(可以选用导热硅胶片)，液冷板置于绝缘导热件之上，同时电池模组中电芯与电芯之间设有隔热板。在充放电过程中，电芯中产生的多余热量通过顶部汇流排传至液冷板，以此达到热管理的效果。同时，一旦某个电芯发生热失控，由于电芯与电芯之间的隔热板的存在，故障电芯热量将以极慢的速度传递至模组内相邻电芯，绝大部分能量由顶部液冷板带走。进一步地，模组与模组之间由中空铝壳隔开，故障电芯中的热量也会以此较慢的传递至相邻模组，进而由水冷板带走。三是电池包壳体镂状中空，并在内侧有多个连通电池包内部的气孔。作为热失控发生后排气通道。某个电芯发生热失控，其排放的气体在经过液冷板中的排烟通道灭火、降温后进入电池模组外部，在压力的作用下通过气孔进入壳体中空的气体通道，最后由电池包壳体尾部定向排放至外部环境中。较长的通道可以进一步降低气体温度。进一步地，镂状结构可弥补中空对壳体强度的影响。本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构，结构简单，有效保障电池正常充放电时的热管理，还可用于热失控应急处理，从而兼顾电池包热管理和热失控灭火、降温、阻止蔓延、定向排气，提高整体安全性。
附图说明
19.下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
20.图1a为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的外部结构示意图；
21.图1b为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的外部结构的另一角度的示意图；
22.图2为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的爆炸结构示意图；
23.图3a为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的壳体的内壁结构示意图；
24.图3b为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的壳体的局部俯视结构示意图；
25.图4a为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的电池模组的结构示意图；
26.图4b为图4a所述的新能源汽车动力电池热管理结构的a部位的局部放大结构示意图；
27.图4c为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的电池模组的结构示意图；
28.图5a为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的液冷板的结构示意图；
29.图5b为本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构的液冷板的结构示意图；
30.附图中标记分别为：1、顶盖，2、壳体，21、电源接口，22、冷却液进出口，23、防爆阀，24、肋片，26、气孔，27、排气通道，271、加强筋，28、管路固定凹槽，3、液冷板，31、固定孔，32、冷却液流道，33、冷却液进口，34、冷却液出口，35、灭火排烟通道，4、冷却水管路，41、冷却液进液管路，42、冷却液出液管路，5、电池模组，51、电芯，52、隔热板，53、汇流排，54、绝缘导热件，55、侧板，56、支架，57、绝缘垫片，58、缓冲垫，6、开口部，7、排气通路。
具体实施方式
31.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
32.如附图1a-附图5b所示，本发明为一种新能源汽车动力电池热管理结构，所述的新能源汽车动力电池热管理结构包括电池模组5，电池模组5包括多个电芯51，电芯51上方设置液冷板3，液冷板3连通冷却液管路4，液冷板3上设置灭火排烟通道35，电芯51上的泄压阀连通灭火排烟通道35，电芯51和液冷板3之间设置绝缘导热件54，电池模组5安装在壳体2内，壳体2内设置中空腔体，壳体2内壁设置与中空腔体连通的多个气孔26，中空腔体连通设置在壳体2上的排气通道27。上述结构，针对现有技术中的不足，提出改进的技术方案。在进行新能源汽车动力电池热管理结构设置时，对其多个部位进行独特的改进，主要创新点体现在三个方面：一是在液冷板上有可灭火的排烟通道。当电池模组的某个电芯发生热失控时，内部化学反应会产生大量高温可燃气体，电芯顶部泄压阀打开，气体被释放至外部。这部分气体将被定向引导，并通过液冷板中的排烟通道排出，而网状结构可有效抑制明火，有效控制火势，保障电池和人员的安全性。同时，高温气体可被液冷板快速冷却，被降低温度的气体密度将大幅减小，以此达到降低电池包内部压力的效果，更降低了可燃气体接触氧气后起火的可能。二是电芯极耳上设置的汇流排顶部附有绝缘导热件(可以选用导热硅胶片)，液冷板置于绝缘导热件之上，同时电池模组中电芯与电芯之间设有隔热板。在充放电
过程中，电芯中产生的多余热量通过顶部汇流排传至液冷板，以此达到热管理的效果。同时，一旦某个电芯发生热失控，由于电芯与电芯之间的隔热板的存在，故障电芯热量将以极慢的速度传递至模组内相邻电芯，绝大部分能量由顶部液冷板带走。进一步地，模组与模组之间由中空铝壳隔开，故障电芯中的热量也会以此较慢的传递至相邻模组，进而由水冷板带走。三是电池包壳体镂状中空，并在内侧有多个连通电池包内部的气孔。作为热失控发生后排气通道。当某个电芯发生热失控，其排放的气体在经过液冷板中的排烟通道灭火、降温后进入电池模组外部，在压力的作用下通过气孔进入壳体中空的气体通道，最后由电池包壳体尾部定向排放至外部环境中。较长的通道可以进一步降低气体温度。进一步地，镂状结构可弥补中空对壳体强度的影响。本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构，结构简单，能够有效保障电池正常充放电时的热管理，还可用于热失控应急处理，从而兼顾电池包热管理和热失控灭火、降温、阻止蔓延、定向排气，提高整体安全性。
33.所述的壳体2上设置冷却液进出口22，液冷板3上设置冷却液流道32，所述的冷却液进出口22与冷却液管路4连通，冷却液管路4与冷却液流道32连通。上述结构，冷却液流道用于冷却液流通，而冷却液管路用于冷却液输送，确保液冷板可靠实现降温冷却作用。
34.所述的绝缘导热件54为导热硅胶片。上述结构，绝缘导热件54优选为导热硅胶片，这样，可靠实现绝缘导热功能，满足功能要求。
35.所述的电池模组5的多个电芯51上设置汇流排53，液冷板3位于汇流排53上方位置，液冷板3与汇流排53将绝缘导热件54夹紧。所述的液冷板3上设置多个开口部6，网格结构的灭火排烟通道35贯穿多个开口部6形成多个灭火排烟通道35，每个开口部6设置为能够对准电芯51的一个泄压阀的结构。
36.所述的壳体2上方扣装顶盖1，液冷板3位于顶盖1下方，壳体2侧面设置防爆阀23和电源接口21，防爆阀23与壳体2上的排气通道27连通。上述结构，壳体和顶盖可以分离，也可以扣合，分离时便于取放电池模组等部件，扣合后形成箱体，保护电池模组。
37.所述的冷却液管路4包括冷却液进液管路41和冷却液出液管路42，所述的新能源汽车动力电池热管理结构包括多个液冷板3，每个液冷板3的冷却液进口33连通一个冷却液进液管路41，每个液冷板3的冷却液出口34连通一个冷却液出液管路42。
38.所述的电池模组5上方从下到上依次设置支架56、汇流排53、绝缘导热件54，灭火排烟通道35与支架56上的排气通路7连通，排气通路7连通电芯51上的泄压阀。所述的电池模组5的相邻电芯51之间设置隔热板52，电池模组5底部设置缓冲垫58。
39.所述的壳体2内壁设置肋片24，每相邻两个肋片24之间设置一个电芯51，壳体2内壁还设置管路固定凹槽28。
40.本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构中，图1a、图1b所示为动力电池(电池包)的正面和背面示意图。由外观可见，电池包最外侧为顶盖1和壳体2。其中外壳正面设有连接外部的电源总接口21、冷却液进出口22，背面设有防爆阀23用于定向排气。
41.图2展示了电池包内部整体结构，由上至下依次为顶盖1、液冷板3、冷却液管路4、电池模组5。其中，液冷板3位于每两个电池模组5之上，液冷板3两端分别设有冷却液进口、冷却液出口。电池包的壳体2内部设有多组中空结构的肋片24，肋片24将相邻的电池模组依次隔开。某个电芯发生热失控，热量由电芯侧面传递至中空肋片24，缓慢传递至相邻电池模组，可作为辅助稀释热失控电芯大量热量的手段。
42.如图3a和图3b为电池包壳体2内侧示意图。在壳体内侧的两个长边上设有多组气孔26，用于引导电芯发生热失控后产生的气体进入壳体内部排气通道。壳体2为镂状中空排气通道27。其中设有用于增加结构强度的加强筋271。在壳体2内部壁面一侧设有多个用于支撑、固定冷却液管路的凹槽28。
43.如图4a和图4b为电池模组的结构示意图。每个电池模组包含多个电芯51，每两个电芯51之间设有隔热板，用于延缓热失控发生后故障电芯将热量传递给相邻电芯。两端的电芯外侧为侧板55，用于固定模组结构。电芯极耳处设有汇流排53，汇流排53上端设有导热硅胶片54，用于传递热量。进一步地，尽可能增大汇流排53和导热硅胶片54的表面积以强化换热效果。每个电池模组上端还设有支架，用作结构辅助固定以及热失控电芯所释放可燃气体在突破电芯顶端防爆阀后的引导通路。电芯两个较小的侧面和底面由绝缘垫片57包覆。进一步地，在模组最底部设有缓冲垫58。
44.如图5a和图5b为液冷板结构及其剖面示意图。液冷板主要包括两个冷却液流道32、一个排烟通道(灭火通道)35、两组冷却液进口33、两组冷却液出口34以及用于固定的固定孔31。其中，冷却液流道32位于对应电池模组的汇流排53和绝缘导热件54正上方，冷却液在内部流动用于带走电池充放电过程中产生的多余热量。进一步地，当某个电芯发生热失控，外部控制系统加大冷却液流量，强化换热效果，可通过冷却汇流排快速带走热失控电芯的热量。网状的灭火通道35与电池模组中支架56上的排气通路相连，若热失控电芯所释放的可燃气体发生燃烧，在经过灭火通道35中的网状结构时刻实现分割，达到灭火效果。进一步地，网状的灭火通道35属于液冷板3的一部分，热失控电芯所释放的高温气体可被水冷板直接降温。进一步地，热失控电芯所释放的气体在经过液冷板后进入电池包内部，在压力作用下通过电池包壳体2内侧的气孔26进入排气通道27，由壳体2冷却进一步降低温度，最终通过防爆阀23定向排放至环境。
45.本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构中，1)液冷板置于电池模组上方，通过直接冷却汇流排的方式对电芯进行更直接的热量控制。由于电芯极耳直接与内部相连，热管理更高效。2)当某个电芯发生热失控，电芯正面两侧的隔热板能够极大减缓热量传递至热失控电芯相邻位置电芯，同时，中空肋片的设计使得热量可通过电芯侧面以较慢的速度传递至相邻模组，在不发生热失控蔓延的前提下辅助稀释热量。最后，当热失控发生，控制系统加大液冷板中冷却液流速，电芯极耳直接与电芯内部相连，通过冷却极耳上方汇流排的方法可迅速将热量带走。3)电池包中的液冷板兼顾热管理和热失控灭火、降温、引流的功能。液冷板带有可灭火的烟道，当某个电芯发生热失控，内部化学反应会产生大量高温可燃气体，电芯顶部泄压阀打开，气体被释放至外部。这部分气体将被定向引导，并通过网状烟道，网状结构可有效抑制明火。高温气体可被水冷板快速冷却，被降低温度的气体密度将大幅减小，以此达到降低电池包内部压力的效果，更降低了可燃气体接触氧气后起火的可能。4)电池包壳体镂状中空，并在内侧有多个连通电池包内部的气孔。作为热失控发生后排气通道。当某个电芯发生热失控，其排放的气体在经过水冷板中烟道灭火、降温后进入电池模组外部，在压力的作用下通过气孔进入壳体中空的气体通道，最后由电池包壳体尾部定向排放至环境中。较长的通道可进一步降低气体温度。进一步地，镂状结构弥补中空对壳体强度的影响。
46.本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构，结构设置时，对其多个部位进行
独特的改进，主要创新点体现在三个方面：一是在液冷板上有可灭火的排烟通道。当电池模组的某个电芯发生热失控时，内部化学反应会产生大量高温可燃气体，电芯顶部泄压阀打开，气体被释放至外部。这部分气体将被定向引导，并通过液冷板中的排烟通道排出，而网状结构可有效抑制明火，有效控制火势，保障电池和人员的安全性。同时，高温气体可被液冷板快速冷却，被降低温度的气体密度将大幅减小，以此达到降低电池包内部压力的效果，更降低了可燃气体接触氧气后起火的可能。二是电芯极耳上设置的汇流排顶部附有绝缘导热件(可以选用导热硅胶片)，液冷板置于绝缘导热件之上，同时电池模组中电芯与电芯之间设有隔热板。在充放电过程中，电芯中产生的多余热量通过顶部汇流排传至液冷板，以此达到热管理的效果。同时，一旦某个电芯发生热失控，由于电芯与电芯之间的隔热板的存在，故障电芯热量将以极慢的速度传递至模组内相邻电芯，绝大部分能量由顶部液冷板带走。进一步地，模组与模组之间由中空铝壳隔开，故障电芯中的热量也会以此较慢的传递至相邻模组，进而由水冷板带走。三是电池包壳体镂状中空，并在内侧有多个连通电池包内部的气孔。作为热失控发生后排气通道。某个电芯发生热失控，其排放的气体在经过液冷板中的排烟通道灭火、降温后进入电池模组外部，在压力的作用下通过气孔进入壳体中空的气体通道，最后由电池包壳体尾部定向排放至外部环境中。较长的通道可以进一步降低气体温度。进一步地，镂状结构可弥补中空对壳体强度的影响。本发明所述的新能源汽车动力电池热管理结构，结构简单，有效保障电池正常充放电时的热管理，还可用于热失控应急处理，从而兼顾电池包热管理和热失控灭火、降温、阻止蔓延、定向排气，提高整体安全性。
47.上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。