一种动力电池模组冷却结构的制作方法

1.本发明属于新能源汽车动力电池技术领域，更具体地说，是涉及一种动力电池模组冷却结构。


背景技术：

2.动力电池是新能源汽车中的动力来源；在使用中，锂离子电池会因充放电内部电阻及化学反应产生热量，导致电池电芯温度升高；电池若偏离合适的工作温度区间，会降低电池寿命、减少电池容量。需要对动力电池包的电池单体进行散热，形成一个热管理系统，保证电池工作在合理温度范围。此外，由于动力电池的能量密度的提高，以及自身的不稳定因素，会引发的电池热失控。通常形式有电池的过充过放和收到挤压、穿刺等。单个电芯在发生热失控后，所含的能量将在极短的时间内以热量的形式释放，并伴随产生的大量气体喷射而出。若不采取适当手段，热失控电芯所产生的热量将很快传递至相邻电芯，导致热失控扩散，有可能引起电池包爆炸，导致严重的后果。根据国家出台的相应标准规范，应确保电池发生热失控并向乘员发出警报后，留有5分钟以上的时间供乘员逃离车辆。这对极端情况下的热量控制提出了较高的挑战。在热管理中，常见的有风冷、水冷、油冷及直冷，其中以风冷成本最低，水冷应用最广泛。风冷一般是采用强制对流手段，空气通入电池包内部带走热量。由于空气对流换热系数较低，而动力电池能量密度高，单位体积内的产热量高，在某些能量密度高的车型中风冷并不能满足散热需求,另外在热失控情况下风冷对于电池包的冷却作用非常有限。水冷模式是通过冷板的形式铺设在电池模组底端或侧面，在温度控制方面性能优良，但水冷对于可能存在的热失控时瞬间(几十秒内)产生的高温(可达900℃)依然无法应对。直冷模式采用空调系统的冷媒直接进入电池的冷却管路中，具有结构简单效率高的优点。但是依然无法应对热失控产生的高温。在某电芯发生热失控后，最明显的特点之一是温度的急剧上升，为避免热失控扩散，应尽可能避免相邻电芯温度上升到热失控触发温度以上。


技术实现要素：

3.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，以油作为冷却介质，能够阻止电芯发生热失控后由汇流排热传递而引起的热失控隐患；能够阻止相邻电芯由接触面而引起热失控蔓延；既能满足动力电池加热以及散热需求，又能保证其电芯工作在合理的温度范围之内，提高电池安全性的动力电池模组冷却结构。
4.要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
5.本发明为一种动力电池模组冷却结构，所述的动力电池模组冷却结构包括多个电芯，多个电芯设置在底部隔热板上，每相邻两个电芯之间设置隔热板，电芯侧面设置冷却油流道，电芯上的汇流排2的部分结构通过冷却油流道上的开口部延伸到冷却油流道内部，每个电芯侧面分别与冷却油流道之间设置导热片。
6.多个电芯一端设置一个模组端板，多个电芯另一端设置另一个模组端板，所述的
冷却油流道一端卡装在一个模组端板的上部缺口位置，冷却油流道另一端卡装在另一个模组端板的上部缺口位置，冷却油流道一端设置进油口，冷却油流道另一端设置出油口。
7.多个电芯每侧侧面分别设置冷却油流道，每个冷却油流道一端卡装在一个模组端板的上部缺口位置，每个冷却油流道另一端卡装在另一个模组端板的上部缺口位置，汇流排上设置散热筋，汇流排设置散热筋的部位通过冷却油流道上的开口部延伸到冷却油流道内部。
8.每个电芯上方分别设置电池防爆阀，多个电芯上方设置排气通道，每个电芯的电池防爆阀对准排气通道上的进气孔，进气孔的开口面积设置为大于电池防爆阀口的结构。
9.所述的导热片为硅胶片，电芯侧面黏贴导热片，黏贴在电芯上部的导热片同时与冷却油流道侧面黏贴，黏贴在电芯下部的导热片同时与导热铝板黏贴，导热铝板与冷却油流道底部黏贴。
10.所述的冷却油流道上的开口部和汇流排之间设置橡胶套，橡胶套设置为能够密封冷却油流道上的开口部和汇流排的连接部位的结构。
11.多个电芯通过汇流排并联或者串联，汇流排呈l型结构。
12.多个电芯上设置电芯固定支架，电芯固定支架分别连接模组端板、箱体侧板和盖板，电芯固定支架上设置排气口。
13.所述的排气通道端头设置排气出口，排气出口设置为多个矩形口组成的结构。
14.所述的动力电池模组冷却结构还包括模组箱体，多个隔热板和底部隔热板与模组箱体组成半封闭式的结构。
15.采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
16.本发明所述的动力电池模组冷却结构，提出全新的技术方案。本发明的结构中，创新点主要体现在：1)独特的油冷热管理方式。a、不同于将电池模组全部或部分浸入冷却油中，该方案在电芯的侧面设置冷却油流道(冷却油道)。b、冷却油流道侧面与电芯侧面上部分通过导热片(可以是硅胶片)进行良好接触。电芯侧面下部分通过导热铝板与冷却油流道1底面接触，借助导热铝板传导热量到冷却油，使电芯各部分温度均衡，并确保在合适的温度范围内工作。2)可以应对热失控的导热、隔热结构。a、利用隔热材料隔热板将相邻的电芯与电芯隔离，防止热失控电芯通过电芯外壳将热量传导到相邻电芯，从而触发相邻电芯的热失控。b、电芯与相邻电芯之间互相连接的汇流排带有散热筋的部分伸入到冷却油流道的冷却油中。通过冷却油的冷却，可以降低汇流排的温度，有效阻止热量通过汇流排传递到相邻电芯。3)设置高温可燃气体排放通道。电芯热失控时产生的气体可由预留的排气通道排出。排气通道内部设置多道肋板，将通道分割为若干相互独立的小通道，或者排气通道端头设置排气出口，排气出口设置为多个矩形口组成的结构。这样，可以分割火焰并降低高温可燃气体的温度，消除明火。4)独特的汇流排设计。a、l型的汇流排可以增加汇流排的散热面积。b、在汇流排表面增加散热筋，进一步增加汇流排的散热面积。c、汇流排和冷却油流道之间通过密封件橡胶套实现可靠密封，避免冷却油渗出，确保密封可靠性。本发明所述的动力电池模组冷却结构，结构简单，以油作为冷却介质，能够阻止电芯发生热失控后由汇流排热传递而引起的热失控隐患；能够阻止相邻电芯由接触面而引起热失控蔓延；既能满足动力电池加热以及散热需求，又能保证其电芯工作在合理的温度范围之内，提高电池安全性。
附图说明
17.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：
18.图1为本发明所述的动力电池模组冷却结构的结构示意图；
19.图2为本发明所述的动力电池模组冷却结构的内部结构示意图；
20.图3为本发明所述的动力电池模组冷却结构的爆炸结构示意图；
21.图4a为本发明所述的动力电池模组冷却结构的冷却油流道的进油和出油的走向的示意图；
22.图4b为本发明所述的动力电池模组冷却结构的冷却油流道的进油和出油的另一种走向的示意图；
23.图5为本发明所述的动力电池模组冷却结构的结构示意图；
24.附图中标记分别为：1、冷却油流道；2、汇流排；3、盖板；4、电芯；5、排气通道；6、模组端板；7、隔热绝缘板；8、导热铝板；9、橡胶套；10、隔热板(复合隔热板)；11、导热片；12、绝缘护套；13、电芯固定支架；14、上部缺口；15、进油口；16、出油口；17、模组箱体。
具体实施方式
25.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：
26.如附图1-附图4所示，本发明为一种动力电池模组冷却结构，所述的动力电池模组冷却结构包括多个电芯4，多个电芯4设置在底部隔热绝缘板7上，每相邻两个电芯4之间设置复合隔热板10，电芯4侧面设置冷却油流道1，电芯4上的汇流排2的部分结构通过冷却油流道1上的开口部延伸到冷却油流道1内部，每个电芯4侧面分别与冷却油流道1之间设置导热片11。上述结构，针对现有技术中的不足，提出全新的技术方案。本发明的结构中，创新点主要体现在：1)独特的油冷热管理方式。a、不同于将电池模组全部或部分浸入冷却油中，该方案在电芯4的侧面设置冷却油流道1(冷却油道)。b、冷却油流道1侧面与电芯4侧面上部分通过导热片(可以是硅胶片)进行良好接触。电芯4侧面下部分通过导热铝板8与冷却油流道1底面接触，借助导热铝板8传导热量到冷却油，使电芯4各部分温度均衡，并确保在合适的温度范围内工作。2)可以应对热失控的导热、隔热结构。a、利用复合隔热板10将相邻的电芯4与电芯4隔离，防止热失控电芯4通过电芯外壳将热量传导到相邻电芯4，从而触发相邻电芯的热失控。b、电芯4与相邻电芯4之间互相连接的汇流排2带有散热筋的部分伸入到冷却油流道的冷却油中。通过冷却油的冷却，可以降低汇流排的温度，有效阻止热量通过汇流排传递到相邻电芯。3)设置高温可燃气体排放通道。电芯热失控时产生的气体可由预留的排气通道5排出。排气通道5内部设置多道肋板，将通道分割为若干相互独立的小通道，或者排气通道5端头设置排气出口，排气出口设置为多个矩形口组成的结构。这样，可以分割火焰并降低高温可燃气体的温度，消除明火。4)独特的汇流排设计。a、l型的汇流排2可以增加汇流排2的散热面积。b、在汇流排2表面增加散热筋，进一步增加汇流排的散热面积。c、汇流排2和冷却油流道之间通过密封件橡胶套实现可靠密封，避免冷却油渗出，确保密封可靠性。上述结构，以油作为冷却介质，阻止电芯发生热失控后由汇流排热传递而引起的热失控；使用良好的隔热材料将电芯与电芯隔开，阻止相邻电芯由接触面而引起热失控蔓延；电池模
组侧油冷方式，既能满足动力电池加热以及散热需求，又能保证其电芯工作在合理的温度范围之内。
27.多个电芯4一端设置一个模组端板6，多个电芯4另一端设置另一个模组端板6，所述的冷却油流道1一端卡装在一个模组端板6的上部缺口14位置，冷却油流道1另一端卡装在另一个模组端板6的上部缺口14位置，冷却油流道1一端设置进油口15，冷却油流道1另一端设置出油口16。上述结构，进油口15用于冷却油进入，出油口17用于冷却油流出，从而实现冷却油的循环，可靠完成电芯冷却。
28.多个电芯4每侧侧面分别设置冷却油流道1，每个冷却油流道1一端卡装在一个模组端板6的上部缺口14位置，每个冷却油流道1另一端卡装在另一个模组端板6的上部缺口14位置，汇流排2上设置散热筋，汇流排2设置散热筋的部位通过冷却油流道1上的开口部延伸到冷却油流道1内部。这样，可以在多个电芯两侧分别设置冷却油流道，每侧也可以根据电芯尺寸设置两个或两个以上冷却油流道1。
29.每个电芯4上方分别设置电池防爆阀，多个电芯4上方设置排气通道5，每个电芯5的电池防爆阀对准排气通道5上的进气孔，进气孔的开口面积设置为大于电池防爆阀口的结构。上述结构，排气通道5用于在电芯发生热失控时，电芯内部的高温气体鞥能够通过电池防爆阀排出芯体，并通过排气通道5使高温气体及时排出到模组外。
30.所述的导热片11为硅胶片，电芯4侧面黏贴导热片11，黏贴在电芯4上部的导热片11同时与冷却油流道1侧面黏贴，黏贴在电芯4下部的导热片11同时与导热铝板8黏贴，导热铝板8与冷却油流道1底部黏贴。上述结构，导热片和导热铝片快捷可靠实现热量传递。
31.所述的冷却油流道1上的开口部和汇流排2之间设置橡胶套9，橡胶套9设置为能够密封冷却油流道1上的开口部和汇流排2的连接部位的结构。上述结构，橡胶套作为密封件，可靠实现密封。
32.多个电芯4通过汇流排2并联或者串联，汇流排2呈l型结构。
33.多个电芯4上设置电芯固定支架13，电芯固定支架13分别连接模组端板6、箱体侧板和盖板3，电芯固定支架13上设置排气口。
34.所述的排气通道5端头设置排气出口，排气出口设置为多个矩形口组成的结构。作为另一实施方式，排气通道5内部设置多道肋板，将通道分割为若干相互独立的小通道。上述结构，在电芯发生热失控时，排气通道5的结构可以分割火焰及高温气体，降低明火概率。
35.所述的动力电池模组冷却结构还包括模组箱体17，多个复合隔热板10和底部隔热绝缘板7与模组箱体17组成半封闭式的结构。
36.本发明所述的动力电池模组冷却结构，部件主要有电芯、冷却油流道、隔热板、模组箱体、电芯固定支架、导热硅胶、导热铝板、排气通道及模组端板等。如图1和图2所示，展示了动力电池模组内部结构，电芯2与复合隔热板10交替布置，复合隔热板10和底部隔热板7与模组箱体17共同组成一个半封闭式结构。冷却油流道1将电芯的l型汇流排2部分密封在冷却油道中。冷却油流道1由冷却油流道接口连接至电池包冷却油总管路。冷却油流道1中，冷却介质油在密封的流道中流动，并带走电芯工作时产生的热量，以及电芯发生热失控时，带走通过汇流排传递的能量，保证相邻电芯不发生热失控；电芯中间的复合隔热板10和底部隔热板7，阻止电芯发生热失控时，隔绝热源，防止相邻电芯发生热失控；模组有排气通道5；当电芯发生热失控时，高温气体通过电池防爆阀排出芯体，并通过排气通道5，使高温气
体及时排除模组外；排气通道设计在与下部开进气孔，与电池防爆阀同心，开口大于防爆阀口；排气通道出口为微小矩形排气口，可以分割火焰及高温气体，降低明火概率。这样，有效提高电池的安全性。
37.如图3，展示了模组、电芯、l型汇流排、冷却油道、橡胶密封套、隔热板、导热硅胶片、导热铝板、及电芯固定支架、软排线束等部件的爆炸示意图。电芯4侧面黏贴硅胶片11，上部的硅胶片11与冷却流道1黏贴，保证热量传递到冷却流道壁面；下部的硅胶片11与导热铝板8黏贴，导热铝板8与冷却流道1的底部表面黏贴，使电池下部产生的热量，通过导热铝板8传递道冷却流道1的底部。当电池正常充放电，电池产生热量，通过热传递，冷却介质油带走电芯产生的热量，保证电池在合理的温度下工作；电芯4的并联或者串联，是通过l型汇流排2实现的；汇流排2一部分密封于冷却油道中，通过橡胶套9密封，防止冷却油溢出。当电芯发生热失控时，有很大一部分能量通过汇流排传递到相邻电芯，汇流排直接侵入到冷却油中，能够及时带走热量，阻止相邻电芯由通过汇流排的能量传递，而发生的热失控。电芯4通过电芯固定支架13、模组端板6、箱体侧板和盖板3，进行固定；电芯固定支架13开有排气口、与模组盖子3通信，保证高温气体及时排除模组内部；汇流排焊接到电芯4上，冷却流道1，固定在模组端板6上；最终组装成一个完整的油冷模组。
38.图4展示了冷却油进口和出口的布置图，模组有两个进口和两个出口，不区分流入方式。如图4a所示，可以单个模组并联流入后在与其它模组串联流入。也可以如图4b所示，单个模组流道可以内部串联流入后，在和其它模组串联流入。从而实现冷却介质流动。
39.本发明所述的动力电池模组冷却结构，提出全新的技术方案。本发明的结构中，创新点主要体现在：1)独特的油冷热管理方式。a、不同于将电池模组全部或部分浸入冷却油中，该方案在电芯的侧面设置冷却油流道(冷却油道)。b、冷却油流道侧面与电芯侧面上部分通过导热片(可以是硅胶片)进行良好接触。电芯侧面下部分通过导热铝板与冷却油流道1底面接触，借助导热铝板传导热量到冷却油，使电芯各部分温度均衡，并确保在合适的温度范围内工作。2)可以应对热失控的导热、隔热结构。a、利用隔热材料隔热板将相邻的电芯与电芯隔离，防止热失控电芯通过电芯外壳将热量传导到相邻电芯，从而触发相邻电芯的热失控。b、电芯与相邻电芯之间互相连接的汇流排带有散热筋的部分伸入到冷却油流道的冷却油中。通过冷却油的冷却，可以降低汇流排的温度，有效阻止热量通过汇流排传递到相邻电芯。3)设置高温可燃气体排放通道。电芯热失控时产生的气体可由预留的排气通道排出。排气通道内部设置多道肋板，将通道分割为若干相互独立的小通道，或者排气通道端头设置排气出口，排气出口设置为多个矩形口组成的结构。这样，可以分割火焰并降低高温可燃气体的温度，消除明火。4)独特的汇流排设计。a、l型的汇流排可以增加汇流排的散热面积。b、在汇流排表面增加散热筋，进一步增加汇流排的散热面积。c、汇流排和冷却油流道之间通过密封件橡胶套实现可靠密封，避免冷却油渗出，确保密封可靠性。本发明所述的动力电池模组冷却结构，结构简单，以油作为冷却介质，能够阻止电芯发生热失控后由汇流排热传递而引起的热失控隐患；能够阻止相邻电芯由接触面而引起热失控蔓延；既能满足动力电池加热以及散热需求，又能保证其电芯工作在合理的温度范围之内，提高电池安全性。
40.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。