專利名稱：一種電池模塊及包括該電池模塊的電池系統的制作方法
技術領域：
一種電池模塊及包括該電池模塊的電池系統
技術領域：
本實用新型涉及二次電池領域，更具體地說，涉及一種二次電池的電池 模塊及包括該電池模塊的電池系統。
背景技術：
能源與環境的壓力使傳統內燃機汽車的發展面臨前所未有的挑戰，各國 政府、汽車公司、科研機構紛紛投入人力物力開發內燃機汽車的替代能源和 動力，這大大促進了電動汽車的發展。
二次電池作為電動車輛中的主要儲能元件，是電動汽車的關鍵部件，直 接影響到電動汽車的性能。因而，電池系統熱管理系統的研究與開發對于現 代電動汽車是必需的。原因在于(1)電動車輛用動力電池組會長時間工作
在比較惡劣的熱環境中，這將縮短電池使用壽命、降低電池性能；(2)電池 箱內溫度場的長久不均勻分布將造成各電池模塊、單體性能的不均衡；(3) 電池組的熱監控和熱管理對整車運行安全意義重大。
按照傳熱介質分類，熱管理系統可分為氣體、液體及相變材料三種系統， 其中氣體方式以其結構簡單、重量相對較小、不會發生漏液、成本低等優點 而被廣泛采用；液冷方式對密封要求很高，導致溫度管理系統成本較高。
說明書附圖l為現有技術中電池系統采用的一種串行通風結構示意圖， 附圖2為現有技術中采用的一種并行通風結構示意圖。而現有技術中以氣體 作為傳熱介質的熱管理系統主要存在的問題是在使用串行通風結構給電池 系統降溫或升溫時，氣體介質導熱效率低，傳熱不均，最終很容易造成單體 電池間降溫或升溫不一致；而使用并行通風結構的方式也同樣存在這個問 題。電池模塊中單體電池的溫度不一致， 一方面會使電池壽命降低，另一方 面甚至可能造成局部過充過放，引發安全事故。
實用新型內容
本實用新型的目的是解決現有技術中的電池模塊中氣體熱管理結構給 電池模塊升溫或降溫效果不一致，而提供的一種采用新型熱管理結構的電池 模塊。
本實用新型的另一個目的是解決現有技術中的電池系統中氣體熱管理 系統調節溫度效果差，而提供一種采用了新型的熱管理系統的電池系統。
本實用新型提供一種電池模塊，所述電池模塊包括多個單體電池，所述 單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電極端子串和/或并聯 連接，其中，所述電池模塊還包括金屬風道，所述金屬風道與所述電極端子 絕緣導熱連接，所述金屬風道用于給單體電池降溫或升溫。
本實用新型還提供一種電池系統，所述電池系統包括多個電池模塊和熱 管理系統，其中，所述多個電池模塊串和/或并聯，所述電池模塊包括多個單 體電池，所述單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電極端 子串和/或并聯連接；所述熱管理系統包括風機、加熱冷凝器，所述風機、加 熱冷凝器與多節金屬風道連接形成封閉的氣體流動通道，所述風機用于提供 氣體流動動力，所述加熱冷凝器用于加熱或冷卻氣體；所述每個電池模塊內 設置有一節金屬風道，所述金屬風道與所述電極端子絕緣導熱連接，所述金 屬風道用于給單體電池降溫或升溫。
本實用新型的有益效果是，通過在電池模塊中采用單獨的金屬風道的結 構設計，與現有技術中的串行通風結構或并行通風結構相比較，首先金屬風 道與單體電池的電極端子、金屬風道中氣體導熱效率大幅提高，使熱量在電
池模塊中的傳遞得到了有效保障；其次，金屬風道獨立流通氣體，減小氣體 流動時的阻力，使熱量傳遞更為有效。當電池系統中采用了這樣的金屬風道， 即將每個電池模塊中金屬風道連接成一個整體的流通管道，氣體流動更為順暢，熱量更加容易通過金屬風道從溫度高的電池模塊傳遞到溫度低的電池模 塊，電池模塊之間的溫度差異越大，熱量傳遞越快，各電池模塊的溫度就能 夠通過熱量傳遞達到均勻狀態。因此本實用新型能夠使整個電池系統內溫度 一致性很好，避免由此而造成的電池壽命下降。
圖1為現有技術中的一種電池模塊的熱管理結構示意圖。 圖2為現有技術中的另一種電池模塊的熱管理結構示意圖。 圖3為本實用新型的具體實施例的一種電池模塊結構示意圖。 圖4為本實用新型的具體實施例的一種電池模塊中金屬風道的內部結構 示意圖。
圖5為本實用新型的具體實施例的一種電池系統結構示意圖。 圖6為本實用新型的具體實施例的一種電池系統中內部金屬風道之間連
接結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種電池模塊，所述電池模塊包括多個單體電池，所述 單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電極端子串和/或并聯 連接，其中，所述電池模塊還包括金屬風道，所述金屬風道與所述電極端子 絕緣導熱連接，所述金屬風道用于給單體電池降溫或升溫。
所述金屬風道與所述電極端子絕緣導熱連接，優選的通過采用絕緣導熱 層接觸連接，使金屬風道與電極端子之間的導熱效率更佳。所述金屬風道、 絕緣導熱層、電極端子之間的接觸連接可以采用如螺釘、螺栓通過絕緣粒子 絕緣連接。進一步，所述金屬風道、絕緣導熱層、電極端子優選通過導熱膠依次粘結連接，即容易實現接觸連接，而且導熱效率更高。另外，采用單體 電池兩端的正負極電極端子對單體電池進行冷卻或加熱，金屬風道與單體電 池間只隔一層絕緣導熱層，可緊密排布，有效節省電池模塊內部空間。
本實用新型中所述金屬風道中流動的氣體可以是公知的各種氣體，但優 選空氣，可以節約使用成本。在采用空氣作為降溫或升溫的傳熱介質時，金 屬風道內的金屬壁與空氣接觸，為了提高金屬風道與空氣之間傳熱效率、增 加散熱/集熱面積，本實用新型優選在所述金屬風道中設置有至少一個集熱散 熱片，所述集熱散熱片沿金屬風道氣體流動方向設置。
所述金屬風道的材質優選為優良的熱導體，以保證整個電池包體內熱的 良好通道，材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬中的一種，優選為導熱效 率高的鋁或鋁合金。
所述金屬風道與單體電池電極端子之間設置導熱絕緣層的目的是導熱 和絕緣，可優選采用導熱絕緣陶瓷(氧化鋁或氮化鋁等)、導熱絕緣膠等方 式中的一種。
本實用新型進一步提供一種電池系統，所述電池系統包括多個電池模塊 和熱管理系統，其中，所述多個電池模塊串和/或并聯，所述電池模塊包括多 個單體電池，所述單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電
極端子串和/或并聯連接；所述熱管理系統包括風機、加熱冷凝器，所述風機、
加熱冷凝器與多節金屬風道連接形成封閉的氣體流動通道，所述風機用于提
供氣體流動動力，所述加熱冷凝器用于加熱或冷卻氣體；所述每個電池模塊 內設置有一節金屬風道，所述金屬風道與所述電極端子絕緣導熱連接，所述 風道用于給單體電池降溫或升溫。
所述金屬風道、絕緣導熱層、電極端子之間的接觸連接可以采用本領域 普通的技術手段實現，如螺釘、螺栓通過絕緣粒子絕緣連接。進一步，所述 金屬風道、絕緣導熱層、電極端子優選通過導熱膠依次粘結連接，即容易實現接觸連接，而且導熱效率更高。另外，采用單體電池兩端的正負極電極端 子對單體電池進行冷卻或加熱，金屬風道與單體電池間只隔一層絕緣導熱 層，可緊密排布，有效節省電池模塊內部空間。
本實用新型中所述金屬風道中流動的氣體可以是公知的各種氣體，但優 選空氣，可以節約使用成本。在采用空氣作為降溫或升溫的傳熱介質時，金 屬風道內的金屬壁與空氣接觸，為了提高金屬風道與空氣之間傳熱效率、增 加散熱/集熱面積，本實用新型優選在所述金屬風道中設置有至少一個集熱散 熱片，所述集熱散熱片沿金屬風道氣體流動方向設置。
所述金屬風道的材質優選為優良的熱導體，以保證整個電池包體內熱的 良好通道，材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬中的一種，優選為導熱效 率高的鋁或鋁合金。
所述金屬風道與單體電池電極端子之間設置導熱絕緣層的目的是導熱 和絕緣，可優選采用導熱絕緣陶瓷(氧化鋁或氮化鋁等)、導熱絕緣膠等方 式中的一種。
所述相互連接的單節金屬風道之間設置有導熱層，設置導熱層的目的在 于降低降低相互連接的單節金屬風道之間的接觸熱阻，提高傳熱效率，保證 不同電池模塊之間的溫度一致。導熱層也可以采用導熱陶瓷(氧化鋁或氮化 鋁等)、導熱膠等方式。
所述熱管理系統還包括溫度探測單元(如溫度探測器)，用于探測單體 電池溫度。電池系統在使用過程中，當溫度探頭檢測到單體電池溫度過高時 (預先設定一最高值)，熱管理系統啟動，在風機(可采用離心風機)和冷 凝器的作用下，冷空氣從金屬風道中通過，迅速使金屬風道溫度降低，從而 造成金屬風道和單體電池間的溫度差，單體電池中的熱量不斷地傳遞到金屬 風道中，然后被冷空氣帶走。從金屬風道排氣口出來的空氣通過管道再次輸 送到風機、冷凝器，重復上述過程。當單體電池溫度下降到設定范圍，熱管理系統停止工作。電池系統加熱時逆向原理。
本實用新型提供的電池系統所采用熱管理系統采用氣體內循環系統，大 大減少了能量損失；另一方面其成本低，實用性好，易于實現。相對于現有 技術中并行通風結構，單體電池之間不用預留一定間隙作為金屬風道，進而 為電池模塊節省了空間。
下面結合說明書附圖說明本實用新型的具體實施方式
。
如說明書附圖3所示，顯示了本實用新型一種具體實施方式
的電池模塊 結構示意圖，其中，電池模塊1中包括10節單體電池6及金屬風道2，每節單 體電池6的端面設置有電極端子5，相鄰單體電池6串聯連接；所述金屬風道2 的金屬壁3的材質為鋁合金，金屬壁3、絕緣導熱層4、電極端子5通過導熱膠 (圖中未標示)依次粘結連接。
絕緣導熱層4、導熱膠采用氧化鋁陶瓷材料制成。在保證粘結強度的情 況下，各層應盡可能薄，整體厚度小于lmm為宜，以免影響單體電池與金屬 風道間的熱傳導。金屬風道與電極端子接觸的底面要稍厚(2-10mm)，以 保證金屬風道能容納足夠的熱量，其余面厚度可略薄一些，以l-5mm為宜， 太厚則會增加金屬風道重量和材料成本。如圖所述，當金屬風道通入流動的 冷空氣即可實現對單體電池降溫，通入流動的熱空氣可實現對單體電池的加 執。
"、、o
如說明書附圖4所示，顯示了一種電池模塊中金屬風道的內部結構示意 圖，為了有效提高金屬風道金屬壁3與空氣的接觸面積，在金屬風道內部沿 空氣流動方向的增加設計了 2個散熱集熱片7，來提高金屬風道與空氣的導 熱效率。
如說明書附圖5所示，顯示了一種電池系統結構示意圖，包括10個電 池模塊1，所述IO個電池模塊1相互串聯輸出；電池系統中的熱管理系統包括風機9、加熱冷凝器IO，每個電池模塊l中的金屬風道2相互連接，并于 風機8和加熱冷凝器9連接形成封閉的氣體流動通道。電池模塊1中的金屬 風道設置結構如附圖3所示。其中，金屬風道與風機的連接可以采用排氣管 道10，不用采用金屬風道。進一步，電池模塊1中設置有溫度探測器，當溫 度探測傳感器檢測到溫度高于預先設定值時，熱管理系統啟動，高速冷空氣 在風機(離心風機)和冷凝器的作用下進入金屬風道，與電池模塊進行熱交 換，降低電池模塊溫度。當電池溫度達到設定值，溫度管理系統關閉。當需 要給電池加熱時，溫度探測器測試電池溫度低于預定值時，在整個熱管理系 統中，加熱器(PTC加熱板)加熱空氣，再于電池交換熱。在熱管理系統溫 度調節過程中由于空氣在金屬風道內部流動，風阻遠比在電池間隙流動要 小，因此可在相同功率的風機條件下得到更高流速的流體，從而能更有效地 對電池進行散熱或加熱。
如說明書附圖6所示，顯示了一種電池系統中內部金屬風道之間連接結 構示意圖，包括兩個相鄰金屬風道2通過導熱層11連接，用于降低金屬風 道連接處熱阻，提高金屬風道之間的導熱效果。
雖然上述文字對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但本領域的普 通技術人員應該明白，本實用新型所包含的內容并不限于此，在不脫離本實 用新型實質范圍的前提下，可以做出各種修改、替換和變化。
權利要求1.一種電池模塊，所述電池模塊包括多個單體電池，所述單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電極端子串和/或并聯連接，其特征在于，所述電池模塊還包括金屬風道，所述金屬風道與所述電極端子絕緣導熱連接，所述金屬風道用于給單體電池降溫或升溫。
2. 根據權利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風道與所述電極端子通過絕緣導熱層接觸連接。
3. 根據權利要求2所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風道、絕緣 導熱層、電極端子通過導熱膠依次粘結連接。
4. 根據權利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風道中設置 有至少一個集熱散熱片，所述集熱散熱片沿金屬風道氣體流動方向設置。
5. —種電池系統，所述電池系統包括多個電池模塊和熱管理系統，其特 征在于，所述多個電池模塊串和/或并聯，所述電池模塊包括多個單體電池，所 述單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電極端子串和/或并 聯連接；所述熱管理系統包括風機、加熱冷凝器，所述風機、加熱冷凝器與多節 金屬風道連接形成封閉的氣體流動通道，所述風機用于提供氣體流動動力， 所述加熱冷凝器用于加熱或冷卻氣體；所述每個電池模塊內設置有一節金屬風道，所述金屬風道與所述電極端 子絕緣導熱連接，所述風道用于給單體電池降溫或升溫。
6. 根據權利要求5中一項所述的電池系統，其特征在于，所述金屬風道與所述電極端子通過絕緣導熱層接觸連接。
7. 根據權利要求6中一項所述的電池系統，其特征在于，所述金屬風道、 絕緣導熱層、電極端子通過導熱膠依次粘結連接。
8. 根據權利要求5所述的電池系統，其特征在于，所述金屬風道中設置 有至少一個集熱散熱片，所述集熱散熱片沿金屬風道氣體流動方向設置。
9. 根據權利要求5所述的電池系統，其特征在于，所述相互連接的金屬 風道之間設置有導熱層。
10. 根據權利要求5所述的電池系統，其特征在于，所述熱管理系統還 包括溫度探測單元，用于探測單體電池溫度。
專利摘要本實用新型公開了一種電池模塊及采用該電池模塊的電池系統，所述單體電池端面設置有電極端子，所述多個單體電池通過電極端子串和/或并聯連接，其中，所述電池模塊還包括金屬風道，所述金屬風道與所述電極端子絕緣導熱連接，所述金屬風道用于給單體電池降溫或升溫。本實用新型公開的電池模塊采用的熱管理結構以及本實用新型提供的電池系統的熱管理系統，有效實現了對電池模塊中溫度的調節，避免了造成電池性能的不一致，進而造成電池壽命降低或引發安全事故。
文檔編號H01M10/50GK201430185SQ20092013205
公開日2010年3月24日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者鄭衛鑫, 魯志佩 申請人:比亞迪股份有限公司