电动汽车电池热管理系统的制作方法

1.本发明涉及电池领域，具体涉及电动汽车电池热管理系统。


背景技术：

2.随着制造业的快速发展，中国汽车工业面临着产业转型、降低排放、能源危机和低碳发展的挑战，发展新能源汽车已经成为降低汽车工业石油依赖和排气污染的有效途径。电池组是电动汽车的主要储能部件，由锂电池组成，直接影响电动汽车的性能。由于车辆上装载电池的空间有限，正常运行所需的电池数量也很大。电池会以不同的速率放电，并以不同的发热速率产生大量的热量。此外，时间积累和空间影响会聚集大量热量，导致电池组运行环境温度复杂多变。电池组的温升严重影响电化学系统的运行、循环寿命、充电可接受性、电池组功率和能量、安全性和可靠性。如果电动汽车的电池组不能及时散热，电池组系统的温度会过高或分布不均匀，电池的充放电循环效率会降低，电池的功率和能量也会受到影响，严重时还会导致热失控，影响系统的安全性和可靠性。
3.此外，由于加热电池的密集排列，中间区域不可避免地会有更多的热量积累，而较少的边缘区域会增加电池组中各单元之间的温度不平衡，从而导致各电池模块和单体性能的不平衡，最终影响电池性能的一致性和电池荷电状态估计的准确性，以及电动汽车的系统控制。
4.目前动力电池散热可分为空气散热、液冷散热、固体相变材料散热和热管散热等方式，但是现有的方式效果不佳，难以实现高的电池温度均匀性。因此，为了提高整车的性能，使电池组发挥出最佳的性能和寿命，有必要对电池组的热管理系统结构进行优化，为电动汽车电池组设计一套能够适应高低温的热管理系统。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于提供电动汽车电池热管理系统，解决电池散热不均匀，影响电池性能和寿命的问题。
6.该目的采用以下技术方案实现：
7.本系统包括相互配合连接母排和电池模组，现有的母排为实心结构，本发明人将母排由原来的实心结构改变成空心结构，且母排内设置有冷却液，母排的一端与循环泵连接，所述循环泵用于使冷却液在母排内流动。
8.由于电池发热量是因充放电电流而产生的热量，且是由电池内部发热，而现有技术是在电池外部实行导热和散热，电池内的温度是从内到外散发，内部温度高于外部温度，采用外部导热和散热方式无法解决电池内部和外部温度的一致性问题，无法实现快速精准的热管理控制。本发明人将母排内部设置为空心结构，在使用的过程中不仅能冷却液直接对电池内部进行散热，且每个电池模组连接在母排上，因此每个电池模组均可进行散热，使得电池内部均可进行散热，进而使电池内部得到温度分布均匀的散热，减少各个电芯单体之间的温差，使得电池组发挥最佳的性能和寿命，提高整车性能。
9.在此基础上，本发明人将循环泵与控制系统连接，控制系统包括控制器，在使用时控制器获取电池模组的温度，并根据电池模组温度控制循环泵关闭或开启。具体的，当电池模组需要进行散热时，控制器控制循环泵开起，冷却液在母排中进行循环流动进而进行散热，其次，循环泵还可以和散热器连接，流动的冷却液在散热器处进行散热，进一步保证冷却液的散热效率。
10.具体的，本系统的母排包括相互平行的两个主母排和若干汇流母排，若干汇流母排位于两个主母排之间；主母排的一侧、汇流母排的两侧均并排设置有若干连接片，主母排上的连接片与相邻的汇流母排的连接片交错设置，相邻两个汇流母排上的连接片均交错设置，每个电池模组分别与交错设置的相邻的两个连接片连接。主母排和若干汇流母排之间通过空心绝缘管连接，空心绝缘管与循环泵连接。冷却液在主母排、若干汇流母排和空心绝缘管之间循环流动。
11.通过上述结构的设置能够对每个电池模组进行散热，真正实现透芯散热的目的，同时，母排上设置有连接片，母排与连接片之间设置有柔性铜带，上述结构不仅能起到辅助散热作用，同时，与现有的结构相比，现有的连接件与电池模组之间的连接结构只能对电池模组进行上下方向的固定，不能对左右方向进行固定保护，而本结构通过主母排与汇流母排、相邻的汇流母排之间交错的连接片的设置，能够对电池模组同时进行上下、左右方向的保护，并通过柔性铜带极大地削弱了由冲击、振动带来的不利影响，可避免周围环境因地震、位移等造成运行事故。
12.同时，上述结构使大电流设备之间的导电连接更方便、可靠、安全，保护各关联设备不受外力影响。还可以吸收大电流电器设备运行时产生的噪音及振动；其次，电池模组的正负极可以直接通过螺栓连接在一起，具有连接方便可靠、串并联容易、节约成本等优点。
13.柔性铜带的设置能够保证动力电池连接的受力强度，解决了动力电池纯软连接的扭力不足的问题和硬连接经不起震动的不足，采用软硬结合的连接处，能有效的提高连接的可靠性，大大提高动力电池的方便实用性和安全性。
14.其次，上述结构的设置还可以降低电池模组的高度，实现结构轻量化，母排结构简单，适用范围较广，并且，可以缩短产品的加工周期，降低了产品方案设计的人工成本，生产效率较高，综合成本较低。
15.其中，优选的，母排的内侧为圆形，外侧为矩形。母排做成扁平截面，相同截面积下，导线越薄越宽，其寄生电感就越小。与传统电缆相比，本系统的母排还具有更好的载流能力和导热散热能力、较低的制作成本、装配简单且节省空间、较高的安全性与可靠性等一系列优点。
16.更进一步的，本系统的电池模组包括电芯、正极连接端子和负极连接端子，电芯包括正极片、负极片和设置在所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片的一侧设置有若干正极耳，所述负极片的一侧设置有若干负极耳；正极片和负极片叠放时，若干正极耳和若干负极耳位于同一侧，且依次交错设置；若干正极耳组成正极耳群，若干负极片组成负极耳群。其中，正极耳群位于同一侧，且与正极连接端子连接，负极耳群位于同一侧且与负极连接端子连接。
17.电芯的正极片上相重叠的正极耳重合后连接在正极连接端子上，位于相同侧上的重合的正极耳组成正极耳群，电芯的负极片上相重叠的正负极耳重合后连接在负极连接端
子上，位于相同侧上的重合的负极耳组成负极耳群，与现有的电芯结构相比，本结构所有的正极耳或负极耳并没有重叠在一起，而是依次平铺在正极连接端子或负极连接端子上，这样增加了极耳与连接端子之间的接触面积，即增加了电池内部的散热通道，利用集流体直接向外导热，提高散热效率，母排直接与集流体相连接缩短导热路径，通过母排内的冷却液直接把电芯内的温度导出，实现透芯散热的目的。其次，采用多极耳交叉叠片的结构，能够缩短电子流通路径，直接减小电芯内阻和发热量，由于电池内阻的减少，内部损耗降低，可带来更高的输出功率和更好的快充性能。
18.另一方面，低温下，活性物质在电极表面嵌锂的反应速率减慢，活性物质中锂离子浓度降低，会导致电池平衡电位降低，内阻增大，放电容量降低。极端低温下，电解液结冰，电池无法放电，会极大影响电池系统的低温性能，导致动力输出性能下降，电动汽车续驶里程减少。另外，在低温环境下充电时，容易在负极表面形成锂沉积。负极表面锂金属的堆积会刺穿电池隔膜，造成电池正负极短路，威胁电池安全。电动汽车电池系统的低温充电安全性极大地制约了电动汽车在寒冷地区的推广。因此，本发明人为了进一步的提高电池的性能，本系统的控制系统还包括加热器，所述控制器根据电池模组温度控制加热器的关闭或开启。当电池模组需要进行加热时，控制器控制循环泵开起，冷却液经过循环泵。加热器进行加热，加热后的冷却液在母排中进行循环流动进而进行加热。
19.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
20.1、本发明电动汽车电池热管理系统，将母排由原来的实心结构改变成空心结构，并在其内装有冷却液，能够在电池内部进行散热，使电池内部温度均匀；
21.2、电芯采用多极耳交叉叠片结构，不仅能直接减小电芯内阻和发热量，可带来更高的输出功率和更好的快充性能；同时还增加了电池内部的散热通道，利用集流体直接向外导热，母排直接与集流体相连接缩短导热路径，通过母排内的冷却液直接把电芯内的温度导出，真正实现透芯散热的目的，彻底改善电动车电池的导热、散热效果，确保电池内部的温度分布均匀，减少各个电芯单体之间的温差，实现快速精准的热管理控制，进一步增强电池的安全性。使电池组发挥出最佳的性能和寿命，提高整车安全性能。
22.3、连接器和母排结构的设置，极大地削弱了由冲击、振动带来的不利影响。同时，电池模组的正负极可以直接通过螺栓连接在一起，具有连接方便可靠、串并联容易、节约成本等优点。
23.4、母排是由导体材料和柔性铜带焊接而成，母排做成扁平截面，相同截面积下，导线越薄越宽，其寄生电感就越小。与传统电缆相比，空芯母排还具有更好的载流能力和导热散热能力、较低的制作成本、装配简单且节省空间、较高的安全性与可靠性等一系列优点。
24.5、本系统通过控制器控制不同的循环回路，具备保证各相关部件工作在最佳温度范围的能力，在保证可靠性的基础上，改善整车动力性经济性能。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
26.图1为实施例1中本系统结构示意图；
27.图2为实施例2中主母排结构示意图；
28.图3为实施例2中汇流母排结构示意图；
29.图4为实施例3正极片结构示意图；
30.图5为实施例3负极片结构示意图；
31.图6为实施例3中极片叠放结构示意图；
32.图7为实施例3中负极连接端子和正极连接端子的位置关系示意图；
33.图8为实施例3中多极耳交叉焊接结构图。
34.附图中标记及对应的零部件名称：
35.1-主母排，2-汇流母排，3-电池模组，4-连接片，5-交换机，6-控制器，7-循环泵，8-加热器，9-柔性铜带，10-压缩机，11-散热器，12-空心绝缘管，13-正极片，131-正极耳，14-负极片，141-负极耳，15-正极连接端子，16-负极连接端子。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。
38.【实施例1】
39.如图1所示，本系统包括相互配合连接母排和电池模组3，所述母排为空心结构，母排内设置有冷却液，母排的一端与循环泵7连接，所述循环泵7用于使冷却液在母排内流动。
40.在一个或多个实施例中，电池模组为现有的结构，本发明人并没有对其结构进行改进。
41.在一个或多个实施例中，母排内的冷却液也为现有的冷却液，本发明人并没有对其进行改进，其中，冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型的冷却液。
42.在一个或多个实施例中，母排与循环泵之间通过空心绝缘管12连接，冷却液在循环泵的作用下在母排内部、绝缘管内循环流动，已达到对电池内部均匀散热的效果。
43.在一个或多个实施例中，循环泵7与控制系统连接，控制系统包括控制器6、散热器11，所述控制器根据电池模组3温度控制循环泵7、散热器11的关闭或开启。在使用过程中，控制器根据电池模组的温度信号判断电池模组是否有降温需求，并确定循环泵的工作状态，确定是否开启冷却液冷却回路，当电池模组需要降温时，控制器开启循环泵、散热器11，电池冷却液冷却回路开启；当电池模组无需降温时，控制器关闭循环泵、散热器，电池冷却液冷却回路关闭。优选的，散热器11为风扇。
44.在一个或多个实施例中，控制系统包括加热器8、控制器6、散热器11、交换机5和压缩机10。控制器根据电池模组的温度信号判断电池模组是否有降温或加热需求，并确定循环泵的工作状态，确定是否开启冷却液冷却回路或冷却液加热回路。
45.当电池模组需要降温时，控制器开启压缩机、交换器、循环泵、散热器，电池冷却液
冷却回路开启；当电池模组无需降温时，控制器关闭压缩机、交换器、循环泵、散热器，电池冷却液冷却回路关闭。优选的，散热器11为风扇。
46.当电池模组需要加热时，控制器开启压缩机、交换器、循环泵、加热器，冷却液加热回路开启；当电池模组无需加热时，控制器关闭压缩机、交换器、循环泵、加热器，冷却液加热回路关闭。
47.【实施例2】
48.在上述实施例的基础上，母排包括相互平行的两个主母排1和五个汇流母排2，五个汇流母排2位于两个主母排1之间；如图2和3所示主母排1的一侧、汇流母排2的两侧均并排设置有若干连接片4，主母排1上的连接片4与相邻的汇流母排2的连接片4交错设置，相邻两个汇流母排2上的连接片4均交错设置，如图1所示，每个电池模组3分别与交错设置的相邻的两个连接片4连接。主母排1和五个汇流母排2之间通过空心绝缘管12连接，空心绝缘管12与循环泵7连接。
49.其中，母排为内侧为圆形，外侧为矩形的铜管。母排上设置有连接片4，母排与连接片4之间设置有柔性铜带9。柔性铜带9与绝缘塑料融为一体，电池模组3的负极连接端子16和正极连接端子15分别连接在相邻的两个汇流母排或汇合母排和主母排之间交错设置的相邻的两个连接片上，在本实施例中其连接方式为焊接连接。
50.【实施例3】
51.在上述实施例的基础上，电池模组3包括电芯，电芯包括正极片13、负极片14和设置在所述正极片13和所述负极片14之间的隔膜，如图4所示，所述正极片13的一侧设置有若干正极耳131，如图5所示，所述负极片14的一侧设置有若干负极耳141；正极片13和负极片14叠放时，如图6所示，若干正极耳131和若干负极耳141位于同一侧，且依次交错设置；若干正极耳131组成正极耳群，若干负极片14组成负极耳群。电池模组3包括正极连接端子15和负极连接端子16，正极耳群位于同一侧，且与正极连接端子15连接，负极耳群位于同一侧且与负极连接端子16连接。在本实施例中，负极连接端子16和正极连接端子15的位置关系如图7所示，正极片13和负极片14叠放时，若干正极耳131和若干负极耳141位于同一侧，且依次交错设置，如图8所示，将重合的正极耳连接在一起并汇聚在正极连接端子的位置上，得到一个正极耳点，将重合的负极耳连接在一起并汇聚在负极连接端子的位置上，得到一个负极耳点，在正极连接端子上多个正极耳点组成正极耳群，在负极连接端子上多个负极耳点组成负极耳群，与现有的结构相比，本结构的所有极耳点没有重叠在一起，而是平铺在连接端子上，已实现增加极耳与连接端子之间的接触面积的目的，进而达到热交换的目的。
52.【实施例4】
53.在上述实施例的基础上，连接片可以为片状结构，还以为为其他结构，例如，主母排的连接片为第一连接件，汇流母排上侧面的连接片为第二连接件下侧面的连接片为第一连接件，第一连接件和第二连接件上分别设置第一固定件和第二固定件，第一固定件和第二固定件为几字形固定件。第一固定件与电池模组的负极相连，第二固定件与电池模组的正极相连。
54.本文中所使用的“第一”、“第二”等只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
55.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。