一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，包括上蓋、殼體、導流板、鋰離子電池單體、電池固持組件及內部氣體介質，上蓋與殼體機械連接成密封腔體，導流板設在殼體的底端外側，導流板設有用于流通外部介質的內腔，內部氣體介質填充于殼體的內部，鋰離子電池單體設有多個，多個鋰離子電池單體通過電池固持組件連接在一起，并浸潤在內部氣體介質中，電池固持組件與上蓋之間安裝電路，上蓋內側設有用于焊接極柱的極柱焊接臺；通過導流板內腔中流通的外部介質以及殼體內的內部氣體介質來對鋰離子電池單體進行降溫、升溫及安全保護作用。與現有技術相比，本發明具有效率高、能有效調節鋰離子電池單體工作溫度、結構簡單、安全性高等優點。
【專利說明】一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電池模塊，尤其是涉及一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊。【背景技術】
[0002]目前大功率大容量的電池被廣泛應用于電動汽車及混合動力汽車。目前關于電池包或電池模塊的設計中，多數不考慮電池熱失控，相關研究表明一旦電池熱失控，與空氣接觸燃燒造成的危害遠遠大于無燃燒的熱失控。故電池包或電池模塊的隔絕空氣設計能有效減小熱失控的危害。
[0003]傳統電池系統工作溫度調節方式多以風冷或液冷為主，主要是由電池組外設置的風道通過氣體(空氣)對流或通有冷卻(加熱)液的水冷板通過其與電池包的接觸面進行熱交換，從而達到調節電池工作溫度的目的。
[0004]采用風冷方式調節電池工作溫度:系統結構簡單，質量輕，有氣體產生時能有效通風，成本較低。然而，氣體與電池壁面之間換熱系數低，冷卻速度慢，效率低，且由于電池包自身產熱、傳熱特性以及引入環境空氣的溫度的不一致性，會使電池組整體溫度具有較大的不均勻性，且一旦產生熱失控，電池燃燒的危險大大增加；采用液冷方式調節電池工作溫度:液冷板與電池壁面之間換熱系數高，冷卻、加熱速度快。然而，由于電池性能的差異，電池單體之間排布方式的局限性，存在導熱性能較低的缺陷。另外，電池自身傳熱性能差，使得與水冷板接觸的電池壁面熱量交換速度大于電池其他部位，從而使電池組整體溫度成梯度分布，具有一定不均勻性。傳統電池系統工作溫度調節方式存在效率低且容易引發電池溫度不均勻等缺陷。而研究得知，電池組工作溫度的不均勻性會對電池壽命、安全性等方面帶來影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有較高換熱系數、高效率、減弱熱失控危害并且能夠有效降低電池組工作溫度差異的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]—種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，包括上蓋、殼體、導流板、鋰離子電池單體及電池固持組件，所述的上蓋與殼體機械連接成密封腔體，所述的導流板設在殼體的底端外側，所述的導流板設有用于流通外部介質的內腔，所述的鋰離子電池單體設有多個，多個鋰離子電池單體通過電池固持組件連接在一起，并設在殼體內部，所述的電池固持組件與上蓋之間安裝電路，所述的上蓋內側設有用于焊接極柱的極柱焊接臺，所述的殼體的內部填充內部氣體介質，所述的鋰離子電池單體浸潤在內部氣體介質中。
[0008]所述的內部氣體介質為氦氣，具有絕緣、阻燃以及導熱性好的特點，可有效實現熱傳遞及隔絕空氣的功能。
[0009]所述的上蓋上開設有用于填充氣體的進氣塞，該進氣塞用以向殼體中填充內部氣體介質，所述的進氣塞與上蓋之間通過密封圈密封連接。
[0010]所述的殼體的底端密封連接有氣壓計，該氣壓計用來檢測內部氣體介質的濃度及壓強，氣壓計與殼體之間設有密封圈。
[0011]所述的電池固持組件包括上固定柵板、下固定柵板及固定柵板連接軸，所述的上固定柵板上開設有多個能使鋰離子電池單體貫通的孔洞，所述的下固定柵板上開設有能使鋰離子電池單體貫通的通孔，所述的上固定柵板卡持在鋰離子電池單體的上端，所述的下固定柵板卡持在鋰離子電池單體的下端，所述的上固定柵板與下固定柵板之間通過固定柵板連接軸固定連接。所述的電池固持組件起固定鋰離子電池單體防沖擊的作用。
[0012]所述的鋰離子電池單體設有2?24個。
[0013]所述的鋰離子電池單體優選為12個。
[0014]所述的上蓋與殼體之間設有密封圈，所述的上蓋與殼體之間機械密封連接。
[0015]所述的殼體的外側設有加強筋凸臺，在本發明的電池模塊受擠壓的工作狀態下起到加強筋的作用。
[0016]所述的殼體、上蓋及電池固持組件均由金屬材料制成。
[0017]當鋰離子電池單體需要加熱時，在導流板內腔中通入熱水作為外部介質，熱水將熱量傳遞給導流板，導流板將熱量依次傳遞給殼體及內部氣體介質，通過內部氣體介質流動性及傳熱性好的優點，將熱量迅速傳遞給鋰離子電池單體，使其加熱到理想的溫度；當離子電池單體需要降溫時，在導流板內腔中通入冷水作為外部介質，鋰離子電池單體的熱量通過內部氣體介質、殼體及導流板傳遞給冷水，使鋰離子電池單體冷卻到理想的溫度。
[0018]電池模塊工作時，當電池出現熱失控時，內部氣體介質能有效的隔絕空氣，有效的減少電池燃燒的概率。
[0019]與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果:
[0020]I)本發明氣體介質型密封式動力蓄電池模塊利用內部氣體介質導熱性好，具有絕緣、阻燃的特性，使鋰離子電池單體產生的熱量實現均勻快速的轉移，通過導流板實現加熱或散熱的功能；而傳統方式直接通過外部裝置輸送或吸取熱量，靠電池金屬殼壁來傳遞熱量，相比之下，本發明的效率更高，加熱或散熱更均勻；
[0021]2)本發明氣體介質型密封式動力蓄電池模塊的鋰離子電池單體通過電池固持組件固定連接，鋰離子電池單體與鋰離子電池單體之間填充內部氣體介質，具有防止擠壓與緩解沖擊的作用；
[0022]3)本發明氣體介質型密封式動力蓄電池模塊利用內部氣體介質隔絕空氣，能有效的減少電池熱失控造成的危害。
[0023]4)本發明由于在殼體上設置數道加強筋凸臺，使本電池模塊有較強的抗擠壓性，以適應工程中電池組的夾緊環境；
[0024]5)本發明氣體介質型密封式動力蓄電池模塊采用高度集成的全密封式結構，免去了傳統設計的冗余結構，大大簡化了車用電池包的設計。
[0025]6)本發明能夠有效的轉移電池模塊內部熱量，等效于大大增加了電池的換熱面積，與傳統方式相比，本發明結構簡單，節省空間，簡化電池熱管理系統設計，降低電池熱管理系統成本。【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的主視半剖視結構示意圖；
[0027]圖2為本發明的俯視結構示意圖；
[0028]圖3為本發明的側視結構示意圖；
[0029]圖4為上蓋的旋轉剖視結構示意圖；
[0030]圖5為上固定柵板的結構示意圖；
[0031]圖6為下固定柵板的結構示意圖。
[0032]圖中:1為上蓋，2為第一密封圈，3為上固定柵板，4為殼體，5為固定柵板連接軸，6為下固定柵板，7為鋰離子電池單體，8為導流板，9為氣壓計，10為第二密封圈，11為加強筋凸臺，12為第三密封圈，13為進氣塞，14為內部氣體介質，15為極柱焊接臺。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0034]實施例1
[0035]—種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊,如圖1?4所不,包括上蓋1、殼體4、導流板8、鋰離子電池單體7、電池固持組件及內部氣體介質14，上蓋I與殼體4機械連接成密封腔體，導流板8設在殼體4的底端外側，導流板8設有用于流通外部介質的內腔，內部氣體介質14設在殼體4的內部，鋰離子電池單體7設有多個，多個鋰離子電池單體7通過電池固持組件連接在一起，并浸潤在內部導流介質14中，電池固持組件與上蓋I之間安裝電路。殼體4的外側設有加強筋凸臺11，在本發明的電池模塊受擠壓的工作狀態下起到加強筋的作用。上蓋I與殼體4之間設有第一密封圈2，上蓋I與殼體4之間機械密封連接。殼體4的底端密封連接有氣壓計9，該氣壓計9用來檢測內部氣體介質14的濃度及壓強，氣壓計9與殼體4之間設有第二密封圈10。上蓋I上開設有用于填充氣體的進氣塞13，該進氣塞13用以向殼體4中填充內部氣體介質14，進氣塞13與上蓋I之間通過第三密封圈12密封連接。殼體4、上蓋I及電池固持組件均由金屬材料制成，本實施例中采用鋁制備。內部氣體介質14為氦氣。內部氣體介質14具有絕緣、阻燃以及導熱性好的特點，可有效實現熱傳遞以及隔絕空氣的功能。
[0036]其中，電池固持組件包括上固定柵板3、下固定柵板6及固定柵板連接軸5，如圖5所示，上固定柵板3上開設有多個能使鋰離子電池單體7貫通的孔洞，如圖6所示，下固定柵板6上開設有能使鋰離子電池單體7貫通的通孔，上固定柵板3卡持在鋰離子電池單體7的上端，下固定柵板6卡持在鋰離子電池單體7的下端，上固定柵板3與下固定柵板6之間通過固定柵板連接軸5固定連接。電池固持組件起固定鋰離子電池單體7防沖擊的作用。鋰離子電池單體7的個數一般設有2?24個。本實施例中鋰離子電池單體7個數為12個。
[0037]組裝上述氣體介質型密封式動力蓄電池模塊步驟如下:首先將殼體4放置在安裝臺上；將上固定柵板3、固定柵板連接軸5、下固定柵板6與鋰離子電池單體7連接固定，然后平穩置于殼體4中，檢查裝配；裝配合格后，安裝第二密封圈10與氣壓計9 ;安裝電路后，安裝第一密封圈2與上蓋1，通過機械密封連接；最后安裝第三密封圈12與進氣塞13，檢查裝配后向殼體內充入內部氣體介質14至要求為止；并通過氣壓計9檢查內部氣體介質14的狀態。[0038]以氦氣作為內部氣體介質14，水作為導流板8空腔內外部介質為例描述上述氣體介質型密封式動力蓄電池模塊電池模塊的工作原理:
[0039]當鋰離子電池單體7工作溫度較低，需要加熱時:通過向導流板8空腔內通入熱水循環，導流板8升溫，殼體4接觸面吸收導流板8傳遞的熱量，通過熱傳導使腔體內的內部氣體介質14溫度不斷升高，并且輸往殼體4內部的其他各處，從而達到加熱鋰離子電池單體7的目的，如此進行，直到鋰離子電池單體7被加熱至理想工作溫度；當鋰離子電池單體7工作溫度較高，需要冷卻時，導流板8空腔內通入低溫水，鋰離子電池單體7的熱量傳遞給內部氣體介質14，然后傳給殼體4，殼體4上的熱量被其與導流板8的接觸面傳遞到導流板8上，被低溫水吸收，通過內部導流介質14的熱傳導作用，快速到達殼體4其它壁面，實現對鋰離子電池單體7降溫的目的，如此循環，直到鋰離子電池單體7被冷卻至理想工作溫度。
【權利要求】
1.一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，包括上蓋、殼體、導流板、鋰離子電池單體及電池固持組件，所述的上蓋與殼體機械連接成密封腔體，所述的導流板設在殼體的底端外側，所述的導流板設有用于流通外部介質的內腔，所述的鋰離子電池單體設有多個，多個鋰離子電池單體通過電池固持組件連接在一起，并設在殼體內部，所述的電池固持組件與上蓋之間安裝電路，所述的上蓋內側設有用于焊接極柱的極柱焊接臺，其特征在于，所述的殼體的內部填充內部氣體介質，所述的鋰離子電池單體浸潤在內部氣體介質中。 通過導流板內腔中流通的外部介質以及殼體內的內部氣體介質的熱傳導來對鋰離子電池單體進行降溫或升溫。
2.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的內部氣體介質為氦氣。
3.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的上蓋上開設有用于填充氣體的進氣塞，該進氣塞用以向殼體中填充內部氣體介質，所述的進氣塞與上蓋之間通過密封圈密封連接。
4.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的殼體的底端密封連接有氣壓計，該氣壓計用來檢測內部氣體介質的濃度及壓強，氣壓計與殼體之間設有密封圈。
5.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的電池固持組件包括上固定柵板、下固定柵板及固定柵板連接軸，所述的上固定柵板上開設有多個能使鋰離子電池單體貫通的孔洞，所述的下固定柵板上開設有能使鋰離子電池單體貫通的通孔，所述的上固定柵板卡持在鋰離子電池單體的上端，所述的下固定柵板卡持在鋰離子電池單體的下端，所述的上固定柵板與下固定柵板之間通過固定柵板連接軸固定連接。
6.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的鋰離子電池單體設有2?24個。
7.根據權利要求6所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的鋰離子電池單體優選為12個。
8.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的上蓋與殼體之間設有密封圈，所述的上蓋與殼體之間機械密封連接。
9.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊，其特征在于，所述的殼體的外側設有加強筋凸臺。
10.根據權利要求1所述的一種氣體介質型密封式動力蓄電池模塊,其特征在于,所述的殼體、上蓋及電池固持組件均由金屬材料制成。
【文檔編號】H01M10/6566GK103779513SQ201410006563
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】魏學哲, 孫澤昌, 朱建功, 戴海峰, 劉耀鋒 申請人:同濟大學