專利名稱：一種電池模塊及包括該電池模塊的電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)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(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源與環(huán)境的壓力使傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)展面臨前所未有的挑戰(zhàn)，各國政府、汽 車公司、科研機(jī)構(gòu)紛紛投入人力物力開發(fā)內(nèi)燃機(jī)汽車的替代能源和動(dòng)力，這大大促進(jìn)了電 動(dòng)汽車的發(fā)展。二次電池作為電動(dòng)車輛中的主要儲(chǔ)能元件，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，直接影響到 電動(dòng)汽車的性能。因而，電池系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)對(duì)于現(xiàn)代電動(dòng)汽車是必需的。原 因在于(1)電動(dòng)車輛用動(dòng)力電池組會(huì)長(zhǎng)時(shí)間工作在比較惡劣的熱環(huán)境中，這將縮短電池 使用壽命、降低電池性能；(2)電池箱內(nèi)溫度場(chǎng)的長(zhǎng)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(jiān)控和熱管理對(duì)整車運(yùn)行安全意義重大。按照傳熱介質(zhì)分類，熱管理系統(tǒng)可分為氣體、液體及相變材料三種系統(tǒng)，其中氣體 方式以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量相對(duì)較小、不會(huì)發(fā)生漏液、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用；液冷方式 對(duì)密封要求很高，導(dǎo)致溫度管理系統(tǒng)成本較高。說明書附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電池系統(tǒng)采用的一種串行通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2為 現(xiàn)有技術(shù)中采用的一種并行通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖。而現(xiàn)有技術(shù)中以氣體作為傳熱介質(zhì)的熱管理 系統(tǒng)主要存在的問題是在使用串行通風(fēng)結(jié)構(gòu)給電池系統(tǒng)降溫或升溫時(shí)，氣體介質(zhì)導(dǎo)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(fēng)結(jié)構(gòu)的方 式也同樣存在這個(gè)問題。電池模塊中單體電池的溫度不一致，一方面會(huì)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(fā)安全事故。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的電池模塊中氣體熱管理結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的電池模塊。本發(fā)明的另一個(gè)目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的電池系統(tǒng)中氣體熱管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度 效果差，而提供一種采用了新型的熱管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種電池模塊，所述電池模塊包括多個(gè)單體電池，所述單體電池端面 設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接，其中，所述電池模塊 還包括金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，所述金屬風(fēng)道用于給單體 電池降溫或升溫。本發(fā)明還提供一種電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括多個(gè)電池模塊和熱管理系統(tǒng)，其 中，所述多個(gè)電池模塊串和/或并聯(lián)，所述電池模塊包括多個(gè)單體電池，所述單體電池端面 設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接；所述熱管理系統(tǒng)包 括風(fēng)機(jī)、加熱冷凝器，所述風(fēng)機(jī)、加熱冷凝器與多節(jié)金屬風(fēng)道連接形成封閉的氣體流動(dòng)通道，所述風(fēng)機(jī)用于提供氣體流動(dòng)動(dòng)力，所述加熱冷凝器用于加熱或冷卻氣體；所述每個(gè)電池 模塊內(nèi)設(shè)置有一節(jié)金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，所述金屬風(fēng)道 用于給單體電池降溫或升溫。本發(fā)明的有益效果是，通過在電池模塊中采用單獨(dú)的金屬風(fēng)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與現(xiàn) 有技術(shù)中的串行通風(fēng)結(jié)構(gòu)或并行通風(fēng)結(jié)構(gòu)相比較，首先金屬風(fēng)道與單體電池的電極端子、 金屬風(fēng)道中氣體導(dǎo)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(fēng)道獨(dú)立流通氣體，減小氣體流動(dòng)時(shí)的阻力，使熱量傳遞更為有效。當(dāng)電池系統(tǒng)中采用了 這樣的金屬風(fēng)道，即將每個(gè)電池模塊中金屬風(fēng)道連接成一個(gè)整體的流通管道，氣體流動(dòng)更 為順暢，熱量更加容易通過金屬風(fēng)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(dá)到均 勻狀態(tài)。因此本發(fā)明能夠使整個(gè)電池系統(tǒng)內(nèi)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(xiàn)有技術(shù)中的一種電池模塊的熱管理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種電池模塊的熱管理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的具體實(shí)施例的一種電池模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的具體實(shí)施例的一種電池模塊中金屬風(fēng)道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的具體實(shí)施例的一種電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的具體實(shí)施例的一種電池系統(tǒng)中內(nèi)部金屬風(fēng)道之間連接結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明提供一種電池模塊，所述電池模塊包括多個(gè)單體電池，所述單體電池端面 設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接，其中，所述電池模塊 還包括金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，所述金屬風(fēng)道用于給單體 電池降溫或升溫。所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，優(yōu)選的通過采用絕緣導(dǎo)熱層接觸連 接，使金屬風(fēng)道與電極端子之間的導(dǎo)熱效率更佳。所述金屬風(fēng)道、絕緣導(dǎo)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(jìn)一步，所述金屬風(fēng)道、絕緣 導(dǎo)熱層、電極端子優(yōu)選通過導(dǎo)熱膠依次粘結(jié)連接，即容易實(shí)現(xiàn)接觸連接，而且導(dǎo)熱效率更 高。另外，采用單體電池兩端的正負(fù)極電極端子對(duì)單體電池進(jìn)行冷卻或加熱，金屬風(fēng)道與單 體電池間只隔一層絕緣導(dǎo)熱層，可緊密排布，有效節(jié)省電池模塊內(nèi)部空間。本發(fā)明中所述金屬風(fēng)道中流動(dòng)的氣體可以是公知的各種氣體，但優(yōu)選空氣，可以 節(jié)約使用成本。在采用空氣作為降溫或升溫的傳熱介質(zhì)時(shí)，金屬風(fēng)道內(nèi)的金屬壁與空氣接 觸，為了提高金屬風(fēng)道與空氣之間傳熱效率、增加散熱/集熱面積，本發(fā)明優(yōu)選在所述金屬 風(fēng)道中設(shè)置有至少一個(gè)集熱散熱片，所述集熱散熱片沿金屬風(fēng)道氣體流動(dòng)方向設(shè)置。所述金屬風(fēng)道的材質(zhì)優(yōu)選為優(yōu)良的熱導(dǎo)體，以保證整個(gè)電池包體內(nèi)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(yōu)選為導(dǎo)熱效率高的鋁或鋁合金。
所述金屬風(fēng)道與單體電池電極端子之間設(shè)置導(dǎo)熱絕緣層的目的是導(dǎo)熱和絕緣，可 優(yōu)選采用導(dǎo)熱絕緣陶瓷(氧化鋁或氮化鋁等)、導(dǎo)熱絕緣膠等方式中的一種。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括多個(gè)電池模塊和熱管理系 統(tǒng)，其中，所述多個(gè)電池模塊串和/或并聯(lián)，所述電池模塊包括多個(gè)單體電池，所述單體電 池端面設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接；所述熱管理 系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、加熱冷凝器，所述風(fēng)機(jī)、加熱冷凝器與多節(jié)金屬風(fēng)道連接形成封閉的氣體流 動(dòng)通道，所述風(fēng)機(jī)用于提供氣體流動(dòng)動(dòng)力，所述加熱冷凝器用于加熱或冷卻氣體；所述每個(gè) 電池模塊內(nèi)設(shè)置有一節(jié)金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，所述風(fēng)道 用于給單體電池降溫或升溫。所述金屬風(fēng)道、絕緣導(dǎo)熱層、電極端子之間的接觸連接可以采用本領(lǐng)域普通的技 術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，如螺釘、螺栓通過絕緣粒子絕緣連接。進(jìn)一步，所述金屬風(fēng)道、絕緣導(dǎo)熱層、電 極端子優(yōu)選通過導(dǎo)熱膠依次粘結(jié)連接，即容易實(shí)現(xiàn)接觸連接，而且導(dǎo)熱效率更高。另外，采 用單體電池兩端的正負(fù)極電極端子對(duì)單體電池進(jìn)行冷卻或加熱，金屬風(fēng)道與單體電池間只 隔一層絕緣導(dǎo)熱層，可緊密排布，有效節(jié)省電池模塊內(nèi)部空間。本發(fā)明中所述金屬風(fēng)道中流動(dòng)的氣體可以是公知的各種氣體，但優(yōu)選空氣，可以 節(jié)約使用成本。在采用空氣作為降溫或升溫的傳熱介質(zhì)時(shí)，金屬風(fēng)道內(nèi)的金屬壁與空氣接 觸，為了提高金屬風(fēng)道與空氣之間傳熱效率、增加散熱/集熱面積，本發(fā)明優(yōu)選在所述金屬 風(fēng)道中設(shè)置有至少一個(gè)集熱散熱片，所述集熱散熱片沿金屬風(fēng)道氣體流動(dòng)方向設(shè)置。所述金屬風(fēng)道的材質(zhì)優(yōu)選為優(yōu)良的熱導(dǎo)體，以保證整個(gè)電池包體內(nèi)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(yōu)選為導(dǎo)熱效率高的鋁或鋁合金。所述金屬風(fēng)道與單體電池電極端子之間設(shè)置導(dǎo)熱絕緣層的目的是導(dǎo)熱和絕緣，可 優(yōu)選采用導(dǎo)熱絕緣陶瓷(氧化鋁或氮化鋁等)、導(dǎo)熱絕緣膠等方式中的一種。所述相互連接的單節(jié)金屬風(fēng)道之間設(shè)置有導(dǎo)熱層，設(shè)置導(dǎo)熱層的目的在于降低降 低相互連接的單節(jié)金屬風(fēng)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(dǎo)熱層也可以采用導(dǎo)熱陶瓷(氧化鋁或氮化鋁等)、導(dǎo)熱膠等方式。所述熱管理系統(tǒng)還包括溫度探測(cè)單元(如溫度探測(cè)器)，用于探測(cè)單體電池溫度。 電池系統(tǒng)在使用過程中，當(dāng)溫度探頭檢測(cè)到單體電池溫度過高時(shí)(預(yù)先設(shè)定一最高值)，熱 管理系統(tǒng)啟動(dòng)，在風(fēng)機(jī)(可采用離心風(fēng)機(jī))和冷凝器的作用下，冷空氣從金屬風(fēng)道中通過， 迅速使金屬風(fēng)道溫度降低，從而造成金屬風(fēng)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(fēng)道中，然后被冷空氣帶走。從金屬風(fēng)道排氣口出來的空氣通過管道再 次輸送到風(fēng)機(jī)、冷凝器，重復(fù)上述過程。當(dāng)單體電池溫度下降到設(shè)定范圍，熱管理系統(tǒng)停止 工作。電池系統(tǒng)加熱時(shí)逆向原理。本發(fā)明提供的電池系統(tǒng)所采用熱管理系統(tǒng)采用氣體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，大大減少了能量 損失；另一方面其成本低，實(shí)用性好，易于實(shí)現(xiàn)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中并行通風(fēng)結(jié)構(gòu)，單體電池 之間不用預(yù)留一定間隙作為金屬風(fēng)道，進(jìn)而為電池模塊節(jié)省了空間。下面結(jié)合說明書

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如說明書附圖3所示，顯示了本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的電池模塊結(jié)構(gòu)示意圖， 其中，電池模塊1中包括10節(jié)單體電池6及金屬風(fēng)道2，每節(jié)單體電池6的端面設(shè)置有電極 端子5，相鄰單體電池6串聯(lián)連接；所述金屬風(fēng)道2的金屬壁3的材質(zhì)為鋁合金，金屬壁3、絕緣導(dǎo)熱層4、電極端子5通過導(dǎo)熱膠(圖中未標(biāo)示)依次粘結(jié)連接。絕緣導(dǎo)熱層4、導(dǎo)熱膠采用氧化鋁陶瓷材料制成。在保證粘結(jié)強(qiáng)度的情況下，各層 應(yīng)盡可能薄，整體厚度小于Imm為宜，以免影響單體電池與金屬風(fēng)道間的熱傳導(dǎo)。金屬風(fēng)道 與電極端子接觸的底面要稍厚(2-10mm)，以保證金屬風(fēng)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(huì)增加金屬風(fēng)道重量和材料成本。如圖所述，當(dāng)金屬風(fēng) 道通入流動(dòng)的冷空氣即可實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池降溫，通入流動(dòng)的熱空氣可實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的加 熱。如說明書附圖4所示，顯示了一種電池模塊中金屬風(fēng)道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，為了 有效提高金屬風(fēng)道金屬壁3與空氣的接觸面積，在金屬風(fēng)道內(nèi)部沿空氣流動(dòng)方向的增加設(shè) 計(jì)了 2個(gè)散熱集熱片7，來提高金屬風(fēng)道與空氣的導(dǎo)熱效率。如說明書附圖5所示，顯示了一種電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括10個(gè)電池模塊1，所 述10個(gè)電池模塊1相互串聯(lián)輸出；電池系統(tǒng)中的熱管理系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)9、加熱冷凝器10，每 個(gè)電池模塊1中的金屬風(fēng)道2相互連接，并于風(fēng)機(jī)8和加熱冷凝器9連接形成封閉的氣體流 動(dòng)通道。電池模塊1中的金屬風(fēng)道設(shè)置結(jié)構(gòu)如附圖3所示。其中，金屬風(fēng)道與風(fēng)機(jī)的連接 可以采用排氣管道10，不用采用金屬風(fēng)道。進(jìn)一步，電池模塊1中設(shè)置有溫度探測(cè)器，當(dāng)溫 度探測(cè)傳感器檢測(cè)到溫度高于預(yù)先設(shè)定值時(shí)，熱管理系統(tǒng)啟動(dòng)，高速冷空氣在風(fēng)機(jī)(離心 風(fēng)機(jī))和冷凝器的作用下進(jìn)入金屬風(fēng)道，與電池模塊進(jìn)行熱交換，降低電池模塊溫度。當(dāng)電 池溫度達(dá)到設(shè)定值，溫度管理系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)需要給電池加熱時(shí)，溫度探測(cè)器測(cè)試電池溫度低 于預(yù)定值時(shí)，在整個(gè)熱管理系統(tǒng)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(tǒng)溫度調(diào)節(jié)過程中由于空氣在金屬風(fēng)道內(nèi)部流動(dòng)，風(fēng)阻遠(yuǎn)比在電池間隙流動(dòng)要小， 因此可在相同功率的風(fēng)機(jī)條件下得到更高流速的流體，從而能更有效地對(duì)電池進(jìn)行散熱或 加熱。如說明書附圖6所示，顯示了一種電池系統(tǒng)中內(nèi)部金屬風(fēng)道之間連接結(jié)構(gòu)示意 圖，包括兩個(gè)相鄰金屬風(fēng)道2通過導(dǎo)熱層11連接，用于降低金屬風(fēng)道連接處熱阻，提高金屬 風(fēng)道之間的導(dǎo)熱效果。雖然上述文字對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 該明白，本發(fā)明所包含的內(nèi)容并不限于此，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的前提下，可以做出各 種修改、替換和變化。
權(quán)利要求
一種電池模塊，所述電池模塊包括多個(gè)單體電池，所述單體電池端面設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接，其特征在于，所述電池模塊還包括金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，所述金屬風(fēng)道用于給單體電池降溫或升溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子通過 絕緣導(dǎo)熱層接觸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風(fēng)道、絕緣導(dǎo)熱層、電極端 子通過導(dǎo)熱膠依次粘結(jié)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風(fēng)道中設(shè)置有至少一個(gè)集 熱散熱片，所述集熱散熱片沿金屬風(fēng)道氣體流動(dòng)方向設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其特征在于，所述金屬風(fēng)道的材質(zhì)選自鋁、鋁合 金、銅、銅合金中一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池模塊，其特征在于，所述絕緣導(dǎo)熱層的材質(zhì)選自陶瓷、導(dǎo) 熱絕緣膠中一種。
7.一種電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括多個(gè)電池模塊和熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)電池模塊串和/或并聯(lián)，所述電池模塊包括多個(gè)單體電池，所述單體電池端 面設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接；所述熱管理系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、加熱冷凝器，所述風(fēng)機(jī)、加熱冷凝器與多節(jié)金屬風(fēng)道連接形 成封閉的氣體流動(dòng)通道，所述風(fēng)機(jī)用于提供氣體流動(dòng)動(dòng)力，所述加熱冷凝器用于加熱或冷 卻氣體；所述每個(gè)電池模塊內(nèi)設(shè)置有一節(jié)金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連 接，所述風(fēng)道用于給單體電池降溫或升溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬風(fēng)道與所述電極端 子通過絕緣導(dǎo)熱層接觸連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬風(fēng)道、絕緣導(dǎo)熱層、 電極端子通過導(dǎo)熱膠依次粘結(jié)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬風(fēng)道中設(shè)置有至少一個(gè)集 熱散熱片，所述集熱散熱片沿金屬風(fēng)道氣體流動(dòng)方向設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述相互連接的金屬風(fēng)道之間設(shè)置 有導(dǎo)熱層。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管理系統(tǒng)還包括溫度探測(cè)單 元，用于探測(cè)單體電池溫度。全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池模塊及采用該電池模塊的電池系統(tǒng)，所述單體電池端面設(shè)置有電極端子，所述多個(gè)單體電池通過電極端子串和/或并聯(lián)連接，其中，所述電池模塊還包括金屬風(fēng)道，所述金屬風(fēng)道與所述電極端子絕緣導(dǎo)熱連接，所述金屬風(fēng)道用于給單體電池降溫或升溫。本發(fā)明公開的電池模塊采用的熱管理結(jié)構(gòu)以及本發(fā)明提供的電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池模塊中溫度的調(diào)節(jié)，避免了造成電池性能的不一致，進(jìn)而造成電池壽命降低或引發(fā)安全事故。
文檔編號(hào)H01M10/50GK101894964SQ200910107610
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者鄭衛(wèi)鑫, 魯志佩 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司