一种基于半导体的电芯模组结构的制作方法

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1.本发明涉及一种基于半导体的电芯模组结构，其属于电池系统开发设计技术领域。


背景技术：

2.电动汽车的电池箱标准化已经是一种趋势，其可以简化同车型不同电量车辆的方案布置。但电芯模组由于电芯种类，冷却方式，电芯成组方案的不同会有很大的差异。如若将电芯模组标准化，同一电芯方案可以通用各种散热方式，能简化电池箱内部构造和设计周期。
3.电池在充放电时均会产生热量，理想散热状态下，电芯温度同步上升，电芯温度一致。但由于各模组布置位置，散热能力存在差异，各电芯温差会持续增大，电芯一致性下降，不利于电芯的均衡，导致电池充放电能力下降，电池容量减少。电芯温差问题在电池低温环境加热工况中尤为突出，电芯不仅会受到散热差异的影响，加热模块的差异也会加剧温差的变化。
4.半导体制冷片工作温度区间远大于电池工作温度区间，且部分工作电压在12v左右，满足在车载工况上的使用。通过改变半导体片两端的电压，即可进行制冷或加热操作，其制热效率远大于电阻式加热膜。半导体制冷片响应速度极快，通过控制电流能对其加热和制冷功率进行高精度控制，与高精度温度探头配套使用可精确控制模组温度。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于半导体的电芯模组结构，其能够对所有电芯进行均温，可减少因电池温度差异导致的电压差异，减少电芯电压均衡需求。
6.本发明所采用的技术方案有：一种基于半导体的电芯模组结构，由若干电芯组件组成，所述电芯组件包括电池模组导热板、粘贴于电池模组导热板上的半导体制冷片、三爪铜排、负极极板、电芯、包覆于电芯外侧的绝缘导热膜、正极极板、以及供绝缘导热膜插入其中的绝缘紧固件，所述三爪铜排包括粘贴于半导体制冷片上的均热板以及自均热板向上延伸的且间隔开的铜排，所述绝缘紧固件穿设于负极极板中，所述绝缘导热膜包覆于电芯后其下末端位于绝缘紧固件的上段部的内侧，且与绝缘紧固件的上段部之间留有间隙，所述铜排沿着绝缘紧固件的内壁且自间隙穿过后包围于绝缘导热膜的外侧，所述电芯的上下末端分别设有极耳，极耳上分别连接有铝丝，所述铝丝分别焊接于负极极板和正极极板上。
7.进一步地，所述绝缘紧固件呈台阶状，且包括直接较大的上段部以及直径较小的下段部。
8.进一步地，所述负极极板中间设置有供绝缘紧固件的下段部穿过的圆孔。
9.进一步地，所述绝缘紧固件的上段部紧贴于负极极板。
10.进一步地，所述铜排的个数为三个。
11.进一步地，所述半导体制冷片为绝缘部件。
12.进一步地，所述电芯组件采用的是圆柱型电池。
13.本发明具有如下有益效果：
14.(1).对所有电芯进行均温，可减少因电池温度差异导致的电压差异，减少电芯电压均衡需求。
15.(2).三爪铜排可对电芯进行紧固和吸能，增加了电池模组的安全性和稳定性。
16.(3).半导体散热可对电池进行精确控温，在有需求的情况下还可主动改变电池温度，对电池进行持续加热和制冷，使电池工作在理想温度下，提高了电池模组性能。
17.(4).模块化设计，减少了安装部件数量，降低了装箱工艺的复杂度，增加了电池的稳定性和一致性。
18.(5).同一模组可适用于各种冷却方案，降低了电池箱体的开发难度。
附图说明：
19.图1为本发明半导体制冷片原理图。
20.图2为本发明电芯结构示意图。
21.图3为本发明电芯结构剖面示意图。
22.图4为本发明电芯模组结构示意图。
具体实施方式：
23.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
24.本发明基于半导体的电芯模组结构由若干电芯组件1组成，电芯组件1包括电池模组导热板10、粘贴于电池模组导热板10上的半导体制冷片20、三爪铜排30、负极极板 40、电芯50、包覆于电芯50外侧的绝缘导热膜60、正极极板90、以及供绝缘导热膜 60插入其中的绝缘紧固件70。三爪铜排30包括粘贴于半导体制冷片20上的均热板300 以及自均热板300向上延伸的且间隔开的三个铜排301。绝缘紧固件70呈台阶状，且包括直接较大的上段部以及直径较小的下段部。负极极板40中间设置有供绝缘紧固件70 的下段部穿过的圆孔(未标示)，此时绝缘紧固件70的上段部紧贴于负极极板40。绝缘导热膜60包覆于电芯50后其下末端位于绝缘紧固件70的上段部的内侧，且与绝缘紧固件70的上段部之间留有间隙。三个铜排301沿着绝缘紧固件70的内壁且自间隙穿过后包围于绝缘导热膜60的外侧。电芯50的上下末端分别设有极耳，极耳上分别连接有铝丝500，铝丝500分别焊接于负极极板40和正极极板90上。
25.电芯50的极耳通过铝丝500焊连接于负极极板40和正极极板90上，其在电池电流失控时熔断，具有单电芯限流的能力，能有效的控制单电芯故障导致的电池热失控问题。三爪铜排30与电芯之间不仅有电芯自身的绝缘封装膜(未标示)，还外加了一层绝缘导热膜60，可有效的防止电芯的负极与其他电芯或导电部位的接触。半导体制冷片 20为绝缘部件。
26.图1为半导体制冷片20的原理图，在两端加载电压后，热量会从制冷片的热端传递到冷端，在制冷片的两端形成温差，通过改变电压正负可改变半导体制冷片的冷热端，即该制冷片可对电池进行加热和散热操作，而精确的控制通电电流大小，通电时间和时机即可
对温度进行控制。
27.图2为该电池模组中电芯散热部分的结构示意图，该图中删去了电池模组的塑料固定件，电芯50的侧面由三爪铜排30辅助固定，其带有预紧力和弹性，电芯50的抗震抗撞能力有所提高，铜排301与均热板300一体成型，电芯50的热量可直接传递到均热板300上。均热板300与电池模组导热板10中间放置半导体制冷片20。
28.图4为电池模组的结构示意图，该电池模组以30p100s成组，容量系统可达126ah。电池模组前后都带有正负电极且相互错开，竖排相互成组时可直接拼接紧固成组，无需进行连接片的安装，连接时也无需更换模组方向，减少了电池系统中的接触面，增加了可靠性。在横向成组时还可通过模组线直接拼接，极大的简化了包装难度。
29.电池模组中所有电芯依靠均热板进行均温，可保证单模组内电芯温度的一致性。在成组时负极极板和均热板被绝缘阻热材料隔开，形成半封闭系统由半导体制冷片20进行温度控制，半导体制冷片20不工作时也能进行热量传导，热量从电芯50由均热板300 传导到电池模组导热板10进行系统热量的自然交换，当电池系统处于过热时，制冷片常通，加快电池模组热量导出，同时散热端温度上升，温差变大，加快散热。当系统处于过冷时，半导体制冷片20反向供电，冷热端交换，给电池模组加热。同理在电池充放电时，各个电池模组直接出现温差，也可通过控制半导体制冷片20，来调节电芯温度，可保证电池包内各个模组间温度一致性，防止因温度差异导致电池充放电能力不一致。
30.本发明电芯组件1采用的是圆柱型电池，该圆柱型电池主动散热主流采用电芯冷排液冷，相变材料冷却或主动风冷，而被动方式为被动风冷和自然散热。该电池模组将电池的散热面从侧面变更为底部进行散热，简化了箱内散热方案，，可适配各种散热方式。液冷方案可直接使用底部冷排进行散热，冷排覆盖绝缘导热膜后直接与模组底部导热片连接，简化了水路布置，降低了液冷系统的需求，可直接在电池箱底部加装冷排管路。风冷可直接将散热鳍片与底部导热片贴合，也简化了风路布置，进而保证电池箱内的洁净度。相变材料密封后可直接放置于箱体底部，将模组直接放置与相变材料上，相变材料也可通过箱体向外散热。自然散热为最经济的方案，可将电池模组的隔热保温材料减少或去除，将导热板绝缘处理后直接放置于箱体底部，通过箱体向外散热。而电池模组因放置部位的不同散热能力会出现差异，此时均温系统工作，通过控制制冷片对电池进行加热或对电池进行制冷，使得电池内各模组温度保持一致，提高了电芯的一致性。
31.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。