带有冷却装置的电池组的制作方法_3

文档序号:10423182阅读:来源:国知局
。在隔板30的上半部设置用于使壳体I内的气、液体保持流通的通孔31;即,隔板30实际由位于下方的隔板实心块301和位于上方的通孔隔板结构块302组成,上述通孔31位于通孔隔板结构块302之上方。当冷却液7受热形成冷却液蒸汽时,能通过上述通孔31在壳体I内实现流通。当局部的冷却液7的液面超过隔板实心块301时,冷却液7能通过通孔31流到隔壁(S卩,实现在壳体I内的流通)。电池支架3、隔板30均是由耐高低温、耐冷却剂、密封性能好、绝缘和有一定强度的材料制成,上述材料例如可选用天然橡胶、合成橡胶、PVC塑料、聚四氟乙烯、尼龙、塑料等,具有相同的外壳电位的电池单体20成组为一个电池小组2,不同外壳电位的电池小组2之间由附加的组间绝缘相隔离。即,正极向上的电池小组2和负极向上的电池小组2由隔板30进行阻隔。隔板30由于具有一定的强度,因此还起到阻挡电池小组2受压的作用;从而避免电池小组2发生形变。
[0087]本实用新型上述结构的隔板30同时提供在外力冲击时变形引起的电池小组2之间的外壳间短路防护。同时对电池小组2下部形成的冷却液7进行隔离。隔离高度以18650规格电池为例占5?30mm(即,冷却液7液面在壳体I内的高度为略高于5?30mm,此时,相当于冷却液7大约占壳体I剩余空间的30?80 % ),为车辆在运动时提供冷却液7在隔板溢流对电池小组2的均分和留存,防止车辆在长时间的倾斜、转向时壳体I内一侧的电池小组2会失去与冷却液7的相接触,而导致电池失去冷却效果。
[0088]在壳体I内腔的上方和下方分别设置隔离罩4,该隔离罩4与壳体I的顶盖或底部固定相连,电池单体20的正极和负极均分别处于该隔离罩4内,从而使电池单体20的正极和负极与壳体I内腔相隔离;在具备一定真空度的壳体I的内腔中灌注有冷却液7;隔离罩4内的电池单体20的正极和负极与冷却液7相隔离。依靠该隔离罩4,电池单体20可被定位于壳体I的内腔中。
[0089]电池支架3可如图7所述,为若干个圆环状相连的支架,每个电池单体20对应的套在此圆环内,从而实现电池单体20相互之间保持一定的小间隙或气、液通道的联通,且使电池单体20稳固相连成一个电池小组2。该电池支架3可与隔离罩4设计成一体的形式(S卩,通过焊接、或结构设计等方式成为一体)。
[0090]电池单体20的正极/负极均分别被隔离罩4所密封覆盖。隔离罩4用绝缘的尼龙、聚四氟乙烯、橡胶等材料制成,内部导体表面填充驱水的绝缘材料(如绝缘硅油,合成油脂等液体或半固体材料),从而确保即使在有冷却液7浸入隔离罩4仍然可以提供高的绝缘可靠性(即,确保电池单体20的正极/负极不与冷却液7相接触)。
[0091]每个电池小组2内的电池单体20的正极通过保险丝5与电池引出线6相连;从而实现对整个电池组进行过流保护。电池引出线6可以为铜或铜合金、或铝合金等高导电性能材料制成。
[0092]备注说明:保险丝5密封的穿过隔离罩4后与电池引出线6相连。电池引出线6可与壳体I设计成一体。
[0093]为了进一步实现对整个电池组进行过流保护,还可以使每个电池小组2内的电池单体20的负极也通过相应的保险丝与相应的电池引出线相连。
[0094]在隔离罩4内可以设置湿度检测传感器,用于检测从壳体I内腔泄露至隔离罩4内的冷却液7。即,湿度检测传感器用于实现冷却液7泄漏的检测和报警。
[0095]在隔离罩4内设置温度检测传感器,用于监测电池单体20的温度。
[0096]在电池单体20的外表面包裹吸水层21,该吸水层21由能有效吸附冷却液7的材料制成;该吸水层21的下端必须与冷却液7相接触,从而确保吸水层21内含有冷却液7 ο吸收冷却液7后的吸水层21紧贴电池单体20的外表面,从而使电池单体20的外表面与冷却液7相接触。
[0097]备注说明:所述吸水性材料例如为脱脂棉、海绵、吸水泡沫体。也可以通过可在电池单体20的外表面设置微沟槽22,实现吸水层21相同效果,与电池单体20的外表面的充分接触,保持浸润。
[0098]向壳体I的内腔中注入冷却液7;然后对壳体I内腔中的剩余空气进行抽真空,使残余空气量分压小于lOOPa。由于壳体I的内腔的压力下降,因此,部分的冷却液7形成了冷却液的蒸汽;该冷却液的蒸汽将充满壳体I的内腔的空间(即,原先为空气存在的空间),其压力为相应温度下的蒸汽压,空气在其中为不凝结气体,对导热有阻碍效果。即,一旦当前工作温度下残余气体分压接近于蒸气压,将明显影响冷却液的蒸发和流动和凝结效应,从而使得本系统的均温和传热效果减弱。
[0099]冷却液7选用纯净水、也可选氟利昂、丙酮、乙醇等材料。在极端低温条件(S卩,环境温度<_20°C)下可选用丙三醇、乙二醇等的水溶液,质量浓度为1%到30%,降低溶液凝结成冰时的强度,防止对电池组造成伤害。优选纯水具有最佳的环境保护效果和安全的效果,水的泄漏对环境没有影响,大量的产品制造和运行、退役时,泄漏在所难免,选用水可以避免影响,同时水具有最低的供应成本。当电池组受到损害或燃烧时,水或稀的醇水溶液不会燃烧,保证意外情况下的安全性。
[0100]冷却液7占壳体I内空余空间(剩余空间)的10?90%。视不同的电池组大小和形式而定,当选用18650规格电池时,冷却液7占壳体I内空余空间(剩余空间)的30 %左右,重量上计,每个电池单体20的对应的冷却液7约为2.5?25g。
[0101 ]备注说明:壳体I内空余空间是指壳体I的空间去除电池单体20、隔离罩4、电池支架3等零部件后的空间。
[0102]进一步而言:
[0103]本实用新型的带有冷却装置的电池组还包括电池管理系统检测系统,该检测系统包括并不限于用于检测壳体I内腔中的温度、压力的温度传感器和压力传感器;在壳体I上设置用于抽真空的预留口 11。备注说明:预留口 11可与上文中的预留抽真空口共用。
[0104]为了防止内部绝缘的破损后,对冷却液7的电解引起的氢气和氧气的积聚而爆炸,电池组对每一个等电位小组的冷却液7设有电位检测探头,通过检测冷却液7的电位变化可以检测到系统存在的绝缘泄漏。
[0105]在蒸汽腔中设有催化反应器,通过催化反应使得因绝缘泄漏而产生的微量氢、氧气体重新缓和反应成水,消除积聚燃烧时引起的爆炸危险。
[0106]更进一步而言:
[0107]可在壳体I内腔的上半部设置用于使冷却液蒸汽被冷却的散热装置,例如风冷式散热管、水冷式散热管、空调压缩机驱动的蒸发器等等;当然也可以在壳体I的外部设置散热装置,直接利用壳体进行部分的散热,或将位于壳体I内腔上半部的冷却液蒸汽密封的引出至上述外置的散热装置中,待被冷凝成液体后再返回至壳体I的内腔,这样可以加速冷却液蒸汽被冷凝成液体,从而实现对壳体I内腔的降温。
[0108]在壳体I内腔的下半部设置用于加热冷却液的加热装置。加热装置工作后,可通过冷却液蒸发成气态对整体加热;此结构适合寒冷地区(即,环境温度会导致冷却液7的结冰)。
[0109]典型的锂电池通常工作在50°C?_20°C的范围内,最佳工作范围在5?40°C,为了应对电池组在极端的高温,但当外部温度过高时,电池温度将无法被动散发到外部环境,可以用空调压缩机向外部强制排出热量,把电池温度控制在电池的允许工作范围内。同时当外部处于极端低温环境时,电池组将切断对外部的散热,利用自身热量保持温度,同时电池管理系统系统将限制电池的输出,保证电池的循环寿命。
[0110]具体说明如下:
[0111]当在环境温度低于冷却液7的冰点情况下,电池管理系统最佳的策略是保持一致的温度对电池组进行升温至冷却液7的冰点以上(通过电池组自身所带的加热装置实现上述升温),以尽量提高电池的使用寿命;可以采用较低浓度的醇溶液,主要目的在于降低结冰时的冰块强度,在壳体I能够承受结冰的情况下采用纯净水。
[0112]典型的情况下,一个26650电池在5C放电时电池内部的温差为5°C左右,体积更小的18650电池温差将更小。而采用本方面的冷却方式具有极大的表面冷却能力,因此电池组的具备强大的散热能力,而且电池组整体的热容量可以为电池提供巨大的热量缓冲,因此只要该系统未被破坏,冷却液7没有泄漏,少量的电池单体20即使发生短路,仍然难以超过热失控的温度,从而从根本上保证了电池组的安全运行。
[0113]即使系统发生了泄漏(S卩,外界的空气进入了壳体I内),冷却介质(冷却液7)仍然可以为电池组提供紧急冷却,只是此时的电池温度可能达到100°C左右,同时散热速度和效果将减低。
[0114]本实用新型的电池管理系统系统可以通过检测电池组的温度和内部的气体压力,及冷却介质的三态特性,监控到系统的运行状态,当一旦存在异常时及时报警。系统的主要失效为泄漏,但这种泄漏是降级发生的,当气体泄漏时,只是损失电池组的均温、部分散热能力,仍然具备电池组的紧急降温的功能,只有当泄漏状态继续扩展,冷
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