一种蓄电池模块及其制作方法与流程

本发明涉及一种蓄电池模块，尤其涉及一种装配于密闭外壳中且经常以较大功率工作或持续工作的蓄电池组中的蓄电池模块及其制作方法。

背景技术：

目前，随着公众环境意识的不断提高，蓄电池越来越多地应用于电动车辆、储能等大容量或大功率工作的场合。实用场合中，蓄电池多以单体电池串联和/或并联成电池组的形式使用，串/并联的数量从几十只到几百只不等。为了提高有效使用空间，需要减少电池组体积，单体电池往往排布得非常紧密，这对于电池组的散热非常不利。在充电末期和大功率工作时，蓄电池内部会放热，电池组中间位置的单体电池的温度要明显高于靠近壳壁的单体电池的温度，它们表现出的电化学特性与其它电池不同，组装前通过种种努力获得的电池均一性就不复存在，使用中这部分单体电池很快就会工作在过充、过放状态下，性能迅速衰退，失效，造成整组电池性能下降甚至故障、失效。通过对循环寿命终了的蓄电池组的解剖分析，也表明电池组中间部位单体电池的残余容量远远低于电池组边缘部位单体电池的残余容量，电池组的失效主要是由于电池组中间部位部分单体电池的失效造成的。这就造成电池组的寿命大大低于单体电池的循环寿命。而且，由于被废弃的电池组中还含有相当比例的仍有使用价值的单体电池，也造成资源的浪费和使用成本的增加。

为了改善电池组使用过程中存在的单体电池温度不均匀的状况，进而提高电池组的使用寿命，人们提出了各种解决方案。如在电池组中加上各种冷却装置，其中以用空气作为冷却介质的风冷装置和用水作为冷却介质的水冷装置较为常见。但是这两种方式存在着需要外加冷却介质循环设备的不足，提供介质循环动力的装置如风机、水泵本身需要耗费电能和占用空间，在电池组中还要预留冷却介质通道，这就会增大电池组的体积，限制了电池组在应用场合的安放位置。并且，如在汽车上使用，停车后，如果关闭车上的电源，风机、水泵等装置就会停止工作，不能保证电池组的充分冷却。若要实现在电池组充分冷却后才关闭风机、水泵及车上的电源，则要明显增加电气控制的复杂程度，提高成本。

技术实现要素：

鉴于上述背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种蓄电池模块，该蓄电池模块仅需要在传统的电池模块中加入专门的导热介质，借助于热传导就可以实现模块内单体电池的温度均一。

本发明是这样实现的：一种温度一致的蓄电池模块，包括由多个单体电池组成的电池单元，其中，单体电池表面包装或是涂覆有防水层；由高导热系数的液体或凝胶作为导热介质，其中，电池单元浸入导热介质中；和具有密封功能的外壳；其中，周围环绕导热介质的电池单元安装于外壳中。本发明提供的蓄电池模块，采用密封的外壳，通过导热介质介质以热传导的方式进行热交换，具体地，为了提高传热效果，在单体电池或电池单元与外壳之间填充传热性良好的导热介质，可以使模块内的单体电池的温度均匀性明显提高。在使用时，该蓄电池模块中的所有单体电池都处于相当一致的温度下。

具体地，所述导热介质由高导热系数的液体或凝胶制成，导热介质优选导热系数高的羧甲基纤维素钠(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水凝胶，胶液固含量为3～10％。

所述蓄电池模块的外壳由密封件与金属或非金属材料制成，且由外壳上部与外壳下部对接构成。

其中，外壳可以由金属，如镀镍碳钢、铝、不锈钢等材料制成，也可以由树脂，如PP、PE、PPE、ABS、MBS等材料制成。

其中，导热介质与电池单元接触，进行热传递。

所述的蓄电池模块，还包括凹形定位夹板与凸型定位夹板，所述两种定位夹板由树脂制成，且安装在所述外壳两侧。

所述的蓄电池模块，通过所述的凹形定位夹板与凸型定位夹板可以横向或纵向扩展蓄电池模块。

所述的蓄电池模块，还包括由树脂制成且安装在所述定位夹板外的保护板。

所述的蓄电池模块，其中：所述定位夹板和所述保护板由紧固件固定于所述外壳上。

所述的蓄电池模块，其中：所述多个单体电池之间进行串联和/或并联连接；所述电池单元有多个，这些所述电池单元之间进行串联和/或并联连接。

根据本发明的实施例，电池单元由50个单体电池串并联5P10S(5只并联后再串联)而成。

本发明的技术效果在于：提供一种蓄电池模块，采用散热良好的外壳，通过热传 导的方式散热，具体地，为了提高传热效果，在单体电池或电池单元与外壳之间填充导热性良好的绝缘材料。本发明提供的蓄电池模块，可以使模块内的单体电池的温度均匀性明显提高，使这些单体电池的电化学特性达到相当接近的程度，从而保证这些单体电池不论是在串联使用还是在并联使用的情况下都不会出现个别电池的过充或过放电，延长了电池组的使用寿命。

本发明提出的蓄电池模块，特别适用于组成平板型电池组。本发明设计的蓄电池模块中，所用电池的种类不仅可以是镍氢电池，也可以是锂离子电池、镍锌电池、镍镉电池等其他种类蓄电池。本发明中在单体电池或电池单元与散热外壳之间填充的导热介质优选导热系数高的羧甲基纤维素钠(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水凝胶，在强化传热的同时，还兼具减震、绝缘的作用。

【附图说明】

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是传统蓄电池模块的整体结构示意图；

图2是本发明具体实施例中所述的蓄电池模块中使用的电池单元的结构示意图；

图3是单体电池间的连接片连接状态示意图；

图4是本发明具体实施例中所述的蓄电池模块的扩展示意图；

图5是本发明具体实施例中所述的蓄电池模块的实施效果图。

图中1.外壳，1-1.外壳上部，1-2.外壳下部，2.连接片，2-1.连接片熔断保护处，3.单体电池，3-1.单体电池表面的防水涂层或包装层，3a.单体电池正极端子，3b.单体电池负极端子，4.导热介质，5.密封圈，6.电池单元，7.凸型定位板，8.凹形定位板，9.连接螺纹，10.凝胶注入孔，11.保护板，12.保护板。

【具体实施方式】

以下是根据特定的具体实例说明本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员可由以下实施例中所揭示的内容轻易地了解本发明的构造，优点与功效。

本发明亦可藉由其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本创作之精神下进行各种修饰与变更。

再者，以下图式均为简化的示意图式，而仅以示意方式说明本发明的基本构想，故图式中仅显示与本发明有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘 制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可作随意的变更，且其组件布局型态可能更为复杂。

图1是传统的电池模块，单体电池3间用连接片2串并联成电池单元6。结构简单，但电池组中间位置的单体电池的温度要明显高于模块外侧单体电池的温度，电池内部与外部的温度差较大，使用中内部单体电池很快就会工作在过充、过放状态下，性能迅速衰退，失效，电池模块的使用寿命较短。

参见图2～图4，本发明提供了一种蓄电池模块，用于储能及电动汽车等大功率工作场合的蓄电池组中，包括由多个单体电池3组成的电池单元6组成。其中，单体电池表面包装或是涂覆有防水层3-1；在单体电池3或电池单元6与散热外壳1之间填充的导热介质4，优选的是导热系数高的CMC或HPMC的水溶液，或是水溶性的相变材料与CMC或HPMC的混合溶液，固含量5～10％的水溶液呈凝胶状，故也称凝胶介质。之所以采用凝胶态导热介质是为了确保电池模块的外壳1与电池单元6之间密封可靠，导热介质4不外泄。在本实施例中，采用导热介质4，在强化传热的同时，还兼具减震、绝缘的作用。

该凝胶介质4一方面起到吸收热量的作用，另一方面起热传导作用。该方法还可以通过外置泵驱动导热凝胶介质4流动起来，使整个电池模块内的单个电池温度一致，即整个模块处于同一温度下。

本发明提供的蓄电池模块，借助于导热介质4和电池单元6之间的热传导就可以实现单体电池的温度均一。

根据本发明的实施例，根据本发明的实施例，所述蓄电池模块的外壳由密封件与金属或非金属材料制成，且由外壳上部与外壳下部对接构成。

其中，外壳可以由金属，如镀镍碳钢、铝、不锈钢等材料制成，也可以由树脂，如PP、PE、PPE、ABS、MBS等材料制成。

其中，凝胶介质4与外壳1接触，进行热传递，实现单体电池的散热，使模块内电池单元6中的单体电池3的温度趋于平均，使这些单体电池的电化学特性达到相当接近的程度，从而保证这些单体电池不论是在串联使用还是在并联使用的情况下都不会出现个别电池的过充或过放电，延长了电池组的使用寿命。

此外，发明提供的蓄电池模块，体积紧凑，特别适合于在比较狭小的空间安装使用。本发明提出的蓄电池模块，特别适用于组成平板型电池组。

根据本发明，电池单元6中所用单体电池的种类不仅可以是镍氢电池，也可以是锂离子电池、镍锌电池、镍镉电池等其他种类蓄电池。多个单体电池之间进行串联和 /或并联连接；同时，多个单体电池3之间进行串联和/或并联连接。也就是说，如图2和图3所示，在本发明的蓄电池模块中，每个单体电池3只有一个正极端子3a和一个负极端子3b，实现多个单体电池3之间的串/并联，并且，每个单体电池3浸泡在导热介质4中。具体地，在本发明的实施例中，电池单元6由50个单体电池3先并联(5P)再串联(10S)而成。如图3所示，其中，浸泡在导热介质4中的多个单体3紧凑排列在外壳1中，通过导热介质4进行热传递，实现电池单元6的热扩散并达到温度均一。保护板11及保护板12可通过凸型定位板7和凹形定位板8横向或纵向扩展电池模块，如图4所示。

图5是实施例的使用效果图。与传统模块相比，采用本发明技术的电池模块5P10S的循环寿命由820次提高至2200次。

本发明提供的蓄电池模块，制造方式之一如下：

首先，配制固含量8％的CMC水溶液作为导热介质，常温下成凝胶状。

在单体电池表面包装或是涂覆有防水层3-1；

模块组装方式如下：如图2所示，使用5只圆柱形单体电池3并联组合，而后再将每10个并联好的电池组串联组合形成电池单元6，然后，将电池单元6安放在电池外壳1内，电池单元6与电池外壳上部1-1、电池外壳下部1-2的接触处用密封材料密封；再通过连螺连接孔9，用螺栓将电池模块上箱1-1、电池模块下箱1-2、单体电池3、密封圈5组成一个密封整体。而后将凝胶介质4通过注入孔10注入密封体内并充满于单体电池3周围的空间内。保护板11及保护板12可通过凸型定位板7和凹形定位板8通过凸凹槽配合，横向及纵向扩展电池模块，如图4中的A、B、C、D模块的扩展。

如图3所示，根据不同串并联要求，用电池连接片2将单体电池3的正负极用连接起来，连接片2与单体电池3之间可以采用电阻焊或激光焊等焊接的方法连接。其中连接片2的材质可以是铜、镍、镀镍铜，其连接片熔断保护处2-1，当电池电流达到一定值时熔断，保护模块的安全性。

图4的保护板12固定在保护板11上，与标准模块组成整体。保护板12可以直接与连接片2的连接采样端2-1连接用于电压采样，由于没有采样线连接，增加模块的采样可靠性。保护板可以通过CAN通讯与电源管理系统的主控板通讯。

本发明提供的蓄电池模块，通过在电池单元或单体电池与电池单元与外壳之间填充导热性能良好的导热介质，通过热传导的方式导热，使模块内的单体电池的温度均匀性明显提高，使这些单体电池的电化学特性达到相当接近的程度，从而保证这些单 体电池不论是在串联使用还是在并联使用的情况下都不会出现个别电池的过充或过放电，延长了电池组的使用寿命。

上述本发明的实施例仅例示性地说明了本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，熟知本领域的技术人员应明白，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。本发明的权利保护范围，应如本申请的申请专利范围所界定的为准。