一种电池包的多层次热管理结构及电池包的制作方法

1.本实用新型属于电池技术领域，涉及一种电池包的多层次热管理结构及电池包。


背景技术：

2.随着社会低碳环保生活观念的不断增强，电动汽车作为一种新型出行工具逐步进入人们的日常生活，给人们的生活带来极大的便利的同时又避免了对环境的负面影响。目前的电动汽车为了追求高能量密度以及高续航，将电池中的隔膜厚度进行消减，对电池安全造成了一定的安全隐患，很容易造成热失控。对于锂离子电池来说，当温度过高或充电电压过高，会引起很多潜在的放热副作用，而这些热量如果得不到散发，就会引起电池温度和压力急促上升，最后导致电池热失控。随着自燃事件的发生，行业开始审视自燃事件背后的质量问题，故在提升新能源汽车能量密度以及续航里程的同时，保证电池与整车的安全性，已成为当下需要解决的关键问题。
3.传统技术中，作为提高电池箱安全性的手段之一，在箱上的设置防水透气阀（又称puw泄压阀），可在电池箱中的压强达到防水透气阀的爆喷值时，通过防水透气阀进行泄压，但防水泄压阀仅仅具有泄压功能，不具有热失控的管理功能。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电池包的多层次热管理结构及电池包，本实用新型通过在电池仓内层叠设置隔热粘结层和流体均温层，提高了热失控单体电池对周边近距离正常单体电池横向热蔓延的防护能力，实现了对电池仓的整体均温热管理。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.第一方面，本实用新型提供了一种电池包的多层次热管理结构，所述多层次热管理结构包括电池仓和设置于所述电池仓内的电池组；所述电池组包括若干同向设置的单体电池，所述单体电池包括端部、底部和壳体，所述单体电池的端部朝下倒置于所述电池仓内；
7.所述电池仓内由下至上依次设置有隔热粘结层和流体均温层，所述单体电池的端部通过隔热粘结层固定于所述电池仓底面，所述单体电池的至少部分壳体浸泡于所述流体均温层内。
8.本实用新型通过隔热粘结层将每颗单体电池的电池极柱端附近的壳体进行间距固定和包裹隔离，从而提高了热失控单体电池对周边近距离正常单体电池横向热蔓延的防护能力，有利于延缓周边其他单体电池温度的过快增长，防止其热失控或至少推迟引发其发生热失控的时间，从而防止或推迟电池模组或电池包因某个单体电池热失控导致的接续串烧甚至整体燃爆；此外，在单体电池壳体所在区域内设置流体均温层，随着流体均温层的介质流动，浸泡于流体均温层的壳体外表面的热量被快速带离热失控单体电池表面，均分到流体均温层和其他正常单体电池的大热容中，有效防止热量就近蔓延到其他相邻的单体
电池，防止热失控单体电池壳体表面温度的过快增长，以及抑制相邻正常单体电池壳体表面温度受近距离热蔓延的直接影响，实现电池仓的整体均温热管理。
9.需要说明的是，本实用新型所述的“流体均温层”是指具有自主热均衡对流能力的流动介质，优选采用硅油，泄压阀端面下径向的未能进入热疏导仓的热量和反冲向上的热量，以及泄压阀端面被固体绝热层隔离的未能横向蔓延的热量，将沿壳体径向方向向上扩散，并在流体均温层内的壳体表面散发，自主流动的均温介质将不断带走热失控单体表面的热量，由于流体均温层和其他电池均为低温大热容体，故温升非常缓慢，回流导热失控单体表面的流动介质的温度将仍为低温状态，具有再次带离热失控单体表面高热的能力，从而抑制了其周边正常电池的邻近面温度的过快增长，降低对正常电池的热影响。本实用新型采用流动介质进行均温，均温能力强，没有管道等其他降温设备，热接触面积大，传导效率高，热疏导能力强，各单体电池之间的温差小于2℃，与传统的散热降温方式相比，保证单体电池的温度均衡，更有利于控制其他单体电池到达热失控的热高点。
10.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电池仓的内部空间被热隔板分为上层的热均温仓和下层的热疏导仓，所述电池组倒置于所述热均温仓内，所述隔热粘结层和流体均温层由下至上依次设置于所述热隔板靠近热均温仓的一侧表面。
11.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述单体电池的端部包括至少一极柱和泄压阀，所述热隔板上对应所述泄压阀的位置上设置有向所述热疏导仓单向开启的阀门或暴露窗口，由热失控单体电池的泄压阀排出的热流经阀门或暴露窗口排入热疏导仓，并由热疏导仓归集后疏排。
12.本实用新型提供的多层次热管理结构在单体电池出现热失控现象后，单体电池的泄压阀排出的高热热流从避害（泄压阀向车辆下方喷射（高压）到阀门或暴露窗口（中压）到热疏导仓（低压）再到箱外（无压），热流的体积密度（功率密度）逐级下降，实现了对上层热疏导仓内正常电池的热保护以及对电池包上层人员财产的热保护以及将热流疏导到箱外安全区域的热疏导目的。
13.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述隔热粘结层和流体均温层之间还设置有固体绝热层，所述固体绝热层填充于所述单体电池靠近所述端部的壳体之间，用于热失控单体电池靠近所述端部的发热壳体与相邻正常单体电池的对应部位的热隔离。
14.隔热粘结层主要用于快速固定相邻的单体电池的间距以及单体电池上端面、汇流排、固态绝热层下表面和热隔板上表面之间，以及衔接固态绝热层下表面和泄压阀端面侧壁之间，使之形成一体化结构。固体绝热层主要用于对相邻单体电池的邻近极柱和部分壳体进行热对流和热传导的隔离，由于未发生热失控的电池极柱与发生热失控的电池极柱之间通过固体绝热层相互隔离，固体绝热层的高度方向自泄压阀端面以下到一定高度的端部壳体，优选到圆柱形电池颈部，可选地，固体绝热层控制在20mm左右。固体绝热层在电池泄压阀端面以下的部分，对应泄压阀所在区域，并将泄压阀包裹，形成由固体绝热层侧壁、泄压阀端面和隔离板围成的封闭热疏导区。
15.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述流体均温层表面还依次设置有隔绝层和热交换层，所述隔绝层设置在所述单体电池的底部，和/或所述单体电池底部附近的壳体。
16.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述热交换层包括导热层和吸热介质层；
所述导热层包括设置在所述隔绝层表面、所述热均温仓内壁以及所述单体电池底部壳体外周的热导体，用于直接对所述单体电池底部，以及从侧面对流体均温层进行热传导。
17.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述流体均温层与所述吸热介质层间还设置真空层或惰性气体层。
18.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述吸热介质层为外循环水冷板、热管、半导体制冷板或相变材料中的任意一种或至少两种的组合。
19.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述隔热粘结层采用的材料为聚脲。
20.需要说明的是，本实用新型采用聚脲作为隔热粘结层，其优势在于：聚脲可以在10s内常温快速固化并实现密闭粘结覆盖。
21.所述固体绝热层采用的材料为发泡聚氨酯或酚醛。
22.本实用新型提供的固体绝热层优选采用高绝热的发泡材料，但由于高绝热的发泡材料为粉末状的聚合物，在流体不断冲击下具有离散的可能，故其下表面用绝热粘结层进行表面封闭，其上表面用单面背胶的绝缘薄膜进行的表面封闭。
23.所述流体均温层采用的介质为硅油。
24.第二方面，本实用新型提供了一种具有热管理功能的电池包，所述电池包包括第一方面所述热管理结构。
25.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
26.本实用新型通过隔热粘结层将每颗单体电池的电池极柱端附近的壳体进行间距固定和包裹隔离，从而提高了热失控单体电池对周边近距离正常单体电池横向热蔓延的防护能力，有利于延缓周边其他单体电池温度的过快增长，防止其热失控或至少推迟引发其发生热失控的时间，从而防止或推迟电池模组或电池包因某个单体电池热失控导致的接续串烧甚至整体燃爆；此外，在单体电池壳体所在区域内设置流体均温层，随着流体均温层的介质流动，浸泡于流体均温层的壳体外表面的热量被快速带离热失控单体电池表面，均分到流体均温层和其他正常单体电池的大热容中，有效防止热量就近蔓延到其他相邻的单体电池，防止热失控单体电池壳体表面温度的过快增长，以及抑制相邻正常单体电池壳体表面温度受近距离热蔓延的直接影响，实现电池仓的整体均温热管理。
附图说明
27.图1为本实用新型一个具体实施方式提供的多层次热管理结构的示意图。
28.其中，1-隔热粘结层；2-固体绝热层；3-单体电池；4-壳体；5-泄压阀；6-极柱；7-底部；8-端部；9-流体均温层；10-隔绝层；11-导热层；12-吸热介质层；13-真空层。
具体实施方式
29.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等
的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
32.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种电池包的多层次热管理结构，所述多层次热管理结构如图1所示，包括电池仓和和设置于所述电池仓内的电池组；所述电池组包括若干同向设置的单体电池3，所述单体电池3包括端部8、底部7和壳体4，所述单体电池3的端部8朝下倒置于所述电池仓内；
33.所述电池仓内由下至上依次设置有隔热粘结层1和流体均温层9，所述单体电池3的端部8通过隔热粘结层1固定于所述电池仓底面，所述单体电池3的至少部分壳体4浸泡于所述流体均温层9内。
34.本实用新型通过隔热粘结层1将每颗单体电池3的电池极柱6端附近的壳体4进行间距固定和包裹隔离，从而提高了热失控单体电池3对周边近距离正常单体电池3横向热蔓延的防护能力，有利于延缓周边其他单体电池3温度的过快增长，防止其热失控或至少推迟引发其发生热失控的时间，从而防止或推迟电池模组或电池包因某个单体电池3热失控导致的接续串烧甚至整体燃爆；此外，在单体电池壳体4所在区域内设置流体均温层9，随着流体均温层9的介质流动，浸泡于流体均温层9的壳体4外表面的热量被快速带离热失控单体电池3表面，均分到流体均温层9和其他正常单体电池3的大热容中，有效防止热量就近蔓延到其他相邻的单体电池3，防止热失控单体电池壳体4表面温度的过快增长，以及抑制相邻正常单体电池壳体4表面温度受近距离热蔓延的直接影响，实现电池仓的整体均温热管理。
35.需要说明的是，本实用新型所述的“流体均温层9”是指具有自主热均衡对流能力的流动介质，优选采用硅油，泄压阀5端面下径向的未能进入热疏导仓的热量和反冲向上的热量，以及泄压阀5端面被固体绝热层2隔离的未能横向蔓延的热量，将沿壳体4径向方向向上扩散，并在流体均温层9内的壳体4表面散发，自主流动的均温介质将不断带走热失控单体表面的热量，由于流体均温层9和其他电池均为低温大热容体，故温升非常缓慢，回流导热失控单体表面的流动介质的温度将仍为低温状态，具有再次带离热失控单体表面高热的能力，从而抑制了其周边正常电池的邻近面温度的过快增长，降低对正常电池的热影响。本实用新型采用流动介质进行均温，均温能力强，没有管道等其他降温设备，热接触面积大，传导效率高，热疏导能力强，各单体电池3之间的温差小于2℃，与传统的散热降温方式相比，保证单体电池3的温度均衡，更有利于控制其他单体电池3到达热失控的热高点。
36.进一步地，所述电池仓的内部空间被热隔板分为上层的热均温仓和下层的热疏导仓，所述电池组倒置于所述热均温仓内，所述隔热粘结层1和流体均温层9由下至上依次设置于所述热隔板靠近热均温仓的一侧表面。
37.进一步地，所述单体电池3的端部8包括至少一极柱6和泄压阀5，所述热隔板上对应所述泄压阀5的位置上设置有向所述热疏导仓单向开启的阀门或暴露窗口，由热失控单
体电池3的泄压阀5排出的热流经阀门或暴露窗口排入热疏导仓，并由热疏导仓归集后疏排。
38.本实用新型提供的多层次热管理结构在单体电池3出现热失控现象后，单体电池3的泄压阀5排出的高热热流从避害（泄压阀5向车辆下方喷射（高压）到阀门或暴露窗口（中压）到热疏导仓（低压）再到箱外（无压），热流的体积密度（功率密度）逐级下降，实现了对上层热疏导仓内正常电池的热保护以及对电池包上层人员财产的热保护以及将热流疏导到箱外安全区域的热疏导目的。
39.进一步地，所述隔热粘结层1和流体均温层9之间还设置有固体绝热层2，所述固体绝热层2填充于所述单体电池3靠近所述端部8的壳体4之间，用于热失控单体电池3靠近所述端部8的发热壳体4与相邻正常单体电池3的对应部位的热隔离。
40.隔热粘结层1主要用于快速固定相邻的单体电池3的间距以及单体电池3上端面、汇流排、固态绝热层下表面和热隔板上表面之间，以及衔接固态绝热层下表面和泄压阀5端面侧壁之间，使之形成一体化结构。固体绝热层2主要用于对相邻单体电池3的邻近极柱6和部分壳体4进行热对流和热传导的隔离，由于未发生热失控的电池极柱6与发生热失控的电池极柱6之间通过固体绝热层2相互隔离，固体绝热层2的高度方向自泄压阀5端面以下到一定高度的端部8壳体4，优选到圆柱形电池颈部，可选地，固体绝热层2控制在20mm左右。固体绝热层2在电池泄压阀5端面以下的部分，对应泄压阀5所在区域，并将泄压阀5包裹，形成由固体绝热层2侧壁、泄压阀5端面和隔离板围成的封闭热疏导区。
41.进一步地，所述流体均温层9表面还依次设置有隔绝层10和热交换层，所述隔绝层10设置在所述单体电池3的底部7，和/或所述单体电池3底部7附近的壳体4。
42.进一步地，所述热交换层包括导热层11和吸热介质层12；所述导热层11包括设置在所述隔绝层10表面、所述热均温仓内壁以及所述单体电池3底部7壳体4外周的热导体，用于直接对所述单体电池3底部7，以及从侧面对流体均温层9进行热传导。
43.进一步地，所述流体均温层9与所述吸热介质层12间还设置真空层13或惰性气体层。
44.进一步地，所述吸热介质层12为外循环水冷板、热管、半导体制冷板或相变材料中的任意一种或至少两种的组合。
45.进一步地，所述隔热粘结层1采用的材料为聚脲。
46.需要说明的是，本实用新型采用聚脲作为隔热粘结层1，其优势在于：聚脲可以在10s内常温快速固化并实现密闭粘结覆盖。
47.所述固体绝热层2采用的材料为发泡聚氨酯或酚醛。
48.本实用新型提供的固体绝热层2优选采用高绝热的发泡材料，但由于高绝热的发泡材料为粉末状的聚合物，在流体不断冲击下具有离散的可能，故其下表面用绝热粘结层进行表面封闭，其上表面用单面背胶的绝缘薄膜进行的表面封闭。
49.所述流体均温层9采用的介质为硅油。
50.在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种具有热管理功能的电池包，所述电池包包括上述具体实施方式提供的所述热管理结构。
51.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在
本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。