兼具高效散热快速加热的动力电池结构的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，特别是一种兼具高效散热快速加热的动力电池结构。


背景技术：

2.近年来，民品新能源车发展迅速，动力电池技术发展更是日新月异。随着车辆对续航里程要求越来越高，动力电池在民品领域的发展更加趋向于高能量密度。因此，方形电池和聚合物软包电池因单体能量密度高，体积比也有优势，逐渐成为民品新能源行业的主流。
3.在特种车辆领域，混合动力车型正在成为未来发展方向。但限于工况差异，特种车辆动力电池技术发展与民品动力电池差异也越来越大。高比能高比功率(双高型)动力电池成为未来发展的重点。混动特种车动力电池电压高，容量小，圆柱形电池因便于配组具有主流地位，尤其是18650、26650、21700等圆柱型电池在军用特种车领域仍具有广泛应用前景。
4.特种车辆严苛的使用环境，尤其是高低温(-43℃～55℃)工作要求，对动力电池高温散热能力、低温快速加热能力有了更加苛刻的要求。现有采用圆柱型单体电池的动力电池均不具备如此高效的热管理系统。


技术实现要素：

5.本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种兼具高效散热快速加热的动力电池结构。
6.具体技术方案如下；
7.一种兼具高效散热快速加热的动力电池结构，包括电池模组、贯穿螺杆、上下层绝热垫、侧绝热片、上盖板、bms板、高压器件、液冷板、液冷管、下壳、液冷接头、密封垫、上盖和铜排；圆柱型单体电池用pc+abs框架通过螺栓固定，两侧用铜排镍片组合件焊接组成电池模组，模组表面贴一体式加热膜；所述贯穿螺杆将电池模块、上下层绝热垫、上盖板、液冷板整体贯穿，固定在下壳上；所述上下层绝热垫、侧绝热片均为气凝胶毡绝热垫，两侧用防火布包裹，黏贴在将电池模块上；所述bms板安装在上盖板上面，通过贯穿螺杆将二者压紧；液冷板布置在电池模块之间，冷却管与所述冷却板连通；所述下壳和上盖用螺栓固定，接合面布置密封垫。
8.优选地，所述一体式加热膜为新型加热膜，中间部分为聚酰亚胺加热膜，厚度为0.3mm，两侧部分为高导热系数导热垫。
9.优选地，所述圆柱型单体电池包括但不限于18650圆柱电池、26650圆柱电池、21700圆柱电池等圆柱型结构的单体电池。
10.优选地，所述高压器件包括充放电继电器、加热继电器、二极管和电流传感器等器件，用于动力电池输出控制和加热控制。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.针对混合动力特种车严苛的使用环境工况，较大的充放电电流，本发明通过采用新型加热膜以及新型的液冷布置结构，大幅提高了动力电池的加热能力，散热能力，均温能力，使之动力电池加热能力提高到2.5℃/min，降
温能力达到0.8℃/min，且动力电池温差＜3℃，相关指标均远高于传统乘用车动力电池。
12.2.开发出新型一体式加热膜，相比传统的硅胶加热膜、恒温加热膜等，具备更强的加热能力，而且均温性更好，并且具备较高的导热能力。
13.3.开发的电池结构具有十分广泛的应用前景，无论18650还是21700、26650等圆柱型电池，还是方形电池、聚合物电池，均可采用此发明的方案，尽可能减少了结构件，降低了动力电池重量，增加了动力电池强度。
14.4、本发明的液冷散热从圆柱型电池正负极柱处散热，相比于传统圆柱型电池侧面液冷散热方式，大幅降低了液冷板加工难度，大幅降低了液冷系统成本，并且可靠性大幅度提高。为进一步增加散热能力，可以在正负极柱灌导热胶，也可改为上下层双液冷板散热方式。因此，此液冷散热方式拓展性极佳。
15.5、电池模块均采用气凝胶毡绝热垫包裹，进一步提高了动力电池均温性，对防热失控也具有十分重要的作用。
附图说明
16.图1为动力电池示意图；
17.1.电池模块；2.贯穿螺杆；3.上下层绝热垫；4.侧绝热片；5.上盖板；6.bms板；7.高压器件；8.液冷板；9.液冷管；10.下壳；11.液冷接头；12.密封垫；13.上盖；14.铜排；
18.图2为电池模块示意图；
19.101.一体式加热膜；102.铜排镍片组合件；103.圆柱型单体电池；
20.图3为一体式加热膜示意图；
21.1011.导热垫；1012.聚酰亚胺加热膜.
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“固连”“固接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
25.下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1至图3所示，
本实施例提供一种兼具高效散热快速加热的动力电池结构，包括电池模块1、贯穿螺杆2、上下层绝热垫3、侧绝热片4、上盖板5、bms板6、高压器件7、液冷板8、液冷管9、下壳10、液冷接头11、密封垫12、上盖13、铜排14。电池模块1为圆柱型单体电池103用pc+abs框架通过螺栓固定，两侧用铜排镍片组合件102焊接组成电池模组，模组表面贴一体式加热膜101。一体式加热膜101为新型加热膜，中间部分为聚酰亚胺加热膜1012，厚度为0.3mm。两侧部分为高导热系数导热垫1011，组成的一体式加热膜厚度约2mm，具备极高的加热效率，较高的导热能力，较强的结构强度，优异的耐压绝缘能力以及较好的均温性。铜排镍片组合件102为铜片和镍片采用激光焊/超声焊而成。根据电流不同，采用不同厚度的铜片。圆柱型单体电池103包括但不限于18650圆柱电池、26650圆柱电池、21700圆柱电池等圆柱型结构的单体电池。贯穿螺杆2为高强度螺杆，用于将电池模块1、上下层绝热垫3、上盖板5、液冷板8整体贯穿，固定在下壳10上。上下层绝热垫3、侧绝热片4均为气凝胶毡绝热垫，两侧用防火布包裹，黏贴在将电池模块1上，保证动力电池均温性和减少热蔓延。上盖板5采用铝合金材质，将bms板6安装在上面，通过贯穿螺杆2将其压紧，保证电池模块1的固定强度。所述bms板6为动力电池管理系统，可采集动力电池电压、温度、电流等信息，并通过can通信上报动力电池状态。高压器件7包括充放电继电器、加热继电器、二极管、电流传感器等器件，用于动力电池输出控制和加热控制。液冷板8采用al6061材质，表面绝缘氧化处理，将其布置在电池模块1之间，通过液冷管9、液冷接头11进出低温冷却液，可带走大量热量，将电池组温度控制在合理范围。液冷管9为快插液冷管，其接头和水管均为高强度塑料材质，相关水管已大量应用，密封性极佳。下壳10为动力电池下壳，可采用钢或者铝合金材质，和上盖13用螺栓固定，接合面布置密封垫12，使动力电池箱体具备ip67防护能力。液冷接头11安装在下壳10上，用于和外部水管对接，可采用快插插座，也可采用卡箍固定形式。密封垫12用于上盖13和下壳10密封，采用中等发泡闭孔硅胶材质，通过下壳10做出2.5mm限位结构，可将密封垫12厚度5mm压缩至2.5mm，保证壳体密封性。上盖13采用加强结构，保证动力电池强度。铜排14泛指动力电池回路串联铜排。
26.如图1所示，动力电池模块1为6个，上下层布置，每层3个电池模块，液冷板布置在电池模块1之间。具体项目可根据实际需要增加或减少电池模块数量。液冷板也可根据需要，增加数量，将电池模块两端均用液冷散热，散热能力也将大幅度提高。
27.液冷散热需要从液冷接头进冷却液，冷却液需保证在-50℃不结冰，正常工作时，进液温度需为15℃到25℃之间，制冷功率，液体流速根据不同项目调整。采用液冷方式的动力电池也可采用液热方式加热电池。
28.如图3所示，一体式加热膜可变更为导热垫。液热方式相比于本发明一体式加热膜方式加热，因加热为单面且水热需要时间，效率相对较低，加热时间会大幅度增长。
29.如图2所示，电池模块1为圆柱型单体电池103用pc+abs框架通过螺栓固定，两侧用铜排镍片组合件102焊接组成电池模组，模组表面贴一体式加热膜101。为进一步提高加热能力，可提高加热膜加热功率，通过对加热膜表面温度的实时监测，适时开启/断开加热继电器，防止出现热失控。还可通过对电池模块1表面灌导热胶，增加加热膜到单体电池的传热速率。通过加导热胶的方式，也将液冷散热能力进一步加强。
30.采用液冷/液热动力电池，为防止动力电池温差过大，需进行保温处理，本发明将动力电池模块1四周均黏贴气凝胶毡绝热垫，绝热垫表面用防火布包裹，既增加了绝热能
力，改善电池内部温差，也使电池模块之间进行了防火隔热，有效减缓热失控的速度。
31.综上所述，本发明提供的一种兼具高效散热快速加热的动力电池结构，具高效散热、快速加热、均热保温、防热蔓延、高可靠性、高环境适应性等特点，动力电池结构简单，空间布置合理，具有广泛的推广实践意义。
32.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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。