一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置制造方法及图纸

一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置，在方块状导热基体上卧式/立式间隔开设若干个电池安装通孔和流体通孔，每个电池安装通孔内紧套一个柱形电池；电池轴向和流体通孔轴向相互垂直或平行，导热基体上设有进口汇流槽和出口汇流槽与流体通孔连通，对应流体通孔两端，在导热基体相对两侧外表面上分别覆盖一块平板式的密封盖板，并在安装了盖板的导热基体立侧、靠近导热基体底侧位置开设进口汇流槽进口和出口汇流槽出口；换热器连通进口汇流槽进口和出口汇流槽出口，形成导热流体循环换热通道；本装置解决现有的热管理装置换热能力不足、电池温度不均匀、装置结构复杂、并易与电路互相干涉等问题，并能够避免热失控向周围电池扩散的风险。

Bidirectional temperature regulation and thermal runaway anti diffusion device for automobile power battery

A car battery temperature and thermal runaway prevention device for bidirectional diffusion, horizontal / vertical heat conduction block in the matrix space opened with a plurality of battery mounting hole and a fluid through holes, each battery is installed in the through hole sleeve of a cylindrical battery; battery and axial fluid through holes mutually perpendicular or parallel to the axial heat conduction. The substrate is provided with an inlet and outlet flow converge trough sink communicates with the fluid through holes corresponding fluid through holes at both ends, on opposite sides of conduction substrate on the outer surface of a sealing cover covering plate, and in the installation of the heat conduction substrate cover vertical side, close to the conduction substrate bottom side position of an inlet converge trough of import and export converge trough exports; imports converge trough the import and export of converge trough heat exchanger outlet, forming thermal fluid circulation heat exchange channel; thermal management device to solve the device heat transfer ability The problems of uneven temperature, complicated device structure, easy to interfere with each other, and the risk that the thermal runaway will spread to the surrounding batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置
本专利技术涉及电动汽车领域，尤其涉及汽车动力电池的温度调控及热失控防扩散技术。
技术介绍
汽车动力电池如锂离子电池能量密度高，体积小，循环寿命较长，在电动乘用车、商务车上应用潜力和市场很大。然而锂离子电池在充放电操作过程中因电化学产热与焦耳产热导致自身温度升高，影响动力性能与循环寿命，过高的温度甚至引起热失控，导致自燃、爆炸等事故，常规的锂离子电池负极保护膜分解温度为80～120摄氏度，内部热失控温度在150～175摄氏度。因此电池在正常工作时，其外壳温度需要控制在50摄氏度以内，以避免热量积聚引发容量衰减、热失控，提高热安全性。随着电池材料和工艺的进步，以磷酸铁锂为正极材料的电池工作温度虽然可以提升到60摄氏度或更高，但随着温度进一步上升，电池容量衰减明显，并且在高温下仍然会发生热失控和着火现象。当某一电池发生热失控温度偏高时，虽然采用隔热材料和大的电池间隔可以避免热失控直接扩散到其他电池，但随着热失控电池热量在短时间内积聚加速，导致电池材料喷射，仍有可能引燃周围电池导致灾害。另一方面，在我国某些北方城市的冬天，在低温下，电池容量大幅度下降，甚至会导致无法启动的现象发生。因此动力锂离子电池温控技术的研究和实施尤为迫切。目前，动力电池包的热管理系统往往只具备散热的单一功能，采取导热件进行被动冷却，或者采用电池通道的强迫空气冷却。被动冷却以及强迫风冷散热系统体积小，成本低，但是散热效果非常有限，并且电池温度均匀性很差，严重影响电池寿命。需要开发具有更好性能的换热装置，以提高电池换热性能。专利201210399617.6公开了一种电池模块，包括：多个方形电池单体；以及限定了大致蜿蜒形状的波纹翅片，所述波纹翅片带有交替的直线段和顶部段，使得所述多组电池单体中的至少一个设置在所述波纹翅片的限定在相邻直线段之间的区域中。该专利属于被动冷却，虽然具有一定的散热效果，但动力电池向翅片传热没有专门的紧固机制，导致接触缝隙和接触热阻较大，中心向外传热具有较大温差，散热能力不足，不适合于动力型电池。专利US8263250B2公开了一种用于电池包热管理的液体冷却歧管结构，液冷金属管经折弯后贴合电池排列。双层热界面膜添加在冷管与电池之间，用于电绝缘金属冷管和电池的碰撞并减少热阻。然而，由于冷管和电池之间没有固定装配，不可避免导致较大空气间隙，另外，实际运行当中频繁碰撞也会引起冷管和电池之间额外的空气间隙，而空气是热的不良导体，从而造成较大的界面接触热阻，不利于热传递，导致电池温升较高，温差较大。专利201210531497.0公开了一种电池液体冷却装置，包括36个电池单体1、上盖结构与下盖结构，上盖结构包括上层壳体8、冷却液出口5、上冷却液流道12以及上连接通道7，下盖结构包括下层壳体9、冷却液入口4、下冷却液流道13以及下连接通道10组成；上下结构中间布置25个类菱形流动通道并上下串联连接，形成流体通路。然而由于该专利技术申请所有流体通道完全串联连接，具有很大流阻，需要消耗更多泵功，另外，上下盖需要额外布置螺钉、垫片密封电池空腔，不容易密封，流体上盖安放在电池电极上部，与电极汇流片互相干涉，不容易实现装配、正常运行。专利201310581581.8公开了一种锂离子动力电池液体冷却结构，包括主体框架、出水端盖2、入水端盖3、垫片5、电池单体4、监测装置16、汇流板8、汇流片9以及螺栓10；所述入水端盖3和出水端盖2通过过盈配合与主体框架1连接在一起，形成4x6个圆柱形空腔13和5x7个冷却液流动通道14、15；所述垫片5分别布置在出水端盖2、入水端盖3和主体框架1之间，所述电池单体4安装在圆柱形空腔13之内，所述冷却液流动通道截面分别设计成四边为圆弧形的类菱形结构和斜边为圆弧形的类三角形结构，围绕电池单体间隔分布，冷却液由入口流入入口端盖之后，分别通过水平冷却液流动通道流入出口端盖，从出口流出，和专利201210531497.0全串联连接相比，可以降低流动通道的阻力。然而，该结构没有体现进、出口汇流槽，入口与出口端盖与电池空腔垫片如何密封问题没有解决。流体入口端盖安放在电池电极上部，与电极汇流片互相干涉，带电操作容易发生短路、爆燃事故，不利于实施与正常运行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种紧凑、高效的汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置，解决现有的热管理装置换热能力不足、冷却液流动不均匀、装置结构复杂、并易与电路互相干涉等问题，能够避免热失控向周围电池扩散的风险，此外还具有在低温环境温度下电池能够正常启动，并且结构简单紧凑，单位体积的电池输出功率高，便于加工安装，安全系数高，利于长期使用等优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置，其特征在于：在方块状导热基体上卧式/立式间隔开设若干个电池安装通孔和流体通孔，导热基体的外露面为电绝缘面，每个电池安装通孔内同轴紧套一个外形与电池安装通孔开孔形状相匹配的柱形电池；电池和流体通孔在导热基体上有两种位置配置方案：A、电池轴向和流体通孔轴向相互垂直：电池呈矩阵状顺排，流体通孔在每列/每排电池两侧呈矩阵状顺排，相邻电池之间的流体通孔共用，流体通孔孔道横截面呈沿电池轴向立式布置的长形，即流体通孔沿电池轴向的开设尺寸大于垂直于电池轴向的开设尺寸；对应流体通孔位于导热基体相对两侧外表面上的端口，在该两侧外表面上分别开设进口汇流槽和出口汇流槽，流体通孔两端分别与进口汇流槽和出口汇流槽连通，在导热基体内构成从进口汇流槽、流体通孔再到出口汇流槽的流道方向；B、电池轴向和流体通孔轴向相互平行：电池呈矩阵状顺排，每个电池位于四个流体通孔的中心位置，相邻电池之间的流体通孔共用；对应流体通孔位于导热基体相对两侧外表面上的端口，在该两侧外表面上分别开设若干连接槽，连接槽槽道横截面呈沿电池轴向布置的长形，即连接槽槽道开设宽度小于开设深度；连接槽两端连通两个流体通孔位于导热基体同一侧外表面上的端口，且连接处流体通孔开口尺寸大于连接槽开口尺寸；连接槽将导热基体内所有的流体通孔连接成若干并联流道，每条流道内的多个流体通孔之间通过连接槽并联和/或串联；在开设了连接槽的一侧导热基体外表面上并列间隔开设进口汇流槽和出口汇流槽，流道排布于进口汇流槽和出口汇流槽之间；进口汇流槽/出口汇流槽的开设位置分别对应位于每条流道两端的两个流体通孔的进口端/出口端并各自连通，在导热基体内构成从进口汇流槽、流体通孔再到出口汇流槽的流道方向；各槽、孔的大小关系为：进口汇流槽和出口汇流槽槽道截面积最大，连接槽槽道截面积次之，流体通孔孔道截面积最小，并且，连接槽开设深度﹥流体通孔孔径≧连接槽开设宽度；以在保证导热基体紧凑性、抗机械冲击性的前提下，减小流动阻力，降低压差，并使流体均匀分布于流体通孔内；垂直于电池轴向作一导热基体的横截面，当该横截面宽度小于导热基体沿电池轴向上高度的2倍时，电池和流体通孔按A方案配置或者B方案配置；当按A方案配置时，流体通孔轴向沿横截面宽度方向布置；当该横截面宽度大于等于导热基体沿电池轴向上高度的2倍时，电池和流体通孔按B方案配置；两种配置方案的选择，是综合考虑了确保热交换效果(尤其是电池均匀性效果)和循环换热通道内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置，其特征在于：在方块状导热基体(1)上卧式/立式间隔开设若干个电池安装通孔和流体通孔(2)，导热基体(1)的外露面为电绝缘面，每个电池安装通孔内同轴紧套一个外形与电池安装通孔开孔形状相匹配的柱形电池(4)；电池(4)和流体通孔(2)在导热基体(1)上有两种位置配置方案：A、电池(4)轴向和流体通孔(2)轴向相互垂直：电池(4)呈矩阵状顺排，流体通孔(2)在每列/每排电池(4)两侧呈矩阵状顺排，相邻电池(4)之间的流体通孔(2)共用，流体通孔(2)孔道横截面呈沿电池(4)轴向立式布置的长形，即流体通孔(2)沿电池(4)轴向的开设尺寸大于垂直于电池(4)轴向的开设尺寸；对应流体通孔(2)位于导热基体(1)相对两侧外表面上的端口，在该两侧外表面上分别开设进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)，流体通孔(2)两端分别与进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)连通，在导热基体(1)内构成从进口汇流槽(5)、流体通孔(2)再到出口汇流槽(6)的流道方向；B、电池(4)轴向和流体通孔(2)轴向相互平行：电池(4)呈矩阵状顺排，每个电池(4)位于四个流体通孔(2)的中心位置，相邻电池(4)之间的流体通孔(2)共用；对应流体通孔(2)位于导热基体(1)相对两侧外表面上的端口，在该两侧外表面上分别开设若干连接槽(3)，连接槽(3)槽道横截面呈沿电池(4)轴向立式布置的长形，即连接槽(3)槽道开设宽度小于开设深度；连接槽(3)两端连通两个流体通孔(2)位于导热基体(1)同一侧外表面上的端口；且连接处流体通孔(2)开口尺寸大于连接槽(3)开口尺寸；连接槽(3)将导热基体(1)内所有的流体通孔(2)连接成若干列并联流道，每列流道内的多个流体通孔(2)之间通过连接槽(3)并联和/或串联；在开设了连接槽(3)的一侧导热基体(1)外表面上并列间隔开设进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)，流道排布于进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)之间；进口汇流槽(5)/出口汇流槽(6)的开设位置分别对应位于每条流道两端的两个流体通孔(2)的进口端/出口端并各自连通，在导热基体(1)内构成从进口汇流槽(5)、流道再到出口汇流槽(6)的流道方向；各槽、孔的大小关系为：进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)槽道截面积最大，连接槽(3)槽道截面积次之，流体通孔(2)孔道截面积最小，并且，连接槽(3)开设深度﹥流体通孔(2)孔径≧连接槽(3)开设宽度；垂直于电池(4)轴向作一导热基体(1)的横截面，当该横截面宽度小于导热基体(1)沿电池(4)轴向上高度的2倍时，电池(4)和流体通孔(2)按A方案配置或者B方案配置；当按A方案配置时，流体通孔(2)轴向沿横截面宽度方向布置；当该横截面宽度大于等于导热基体(1)沿电池(4)轴向上高度的2倍时，电池(4)和流体通孔(2)按B方案配置；上述A方案或者B方案中，对应流体通孔(2)两端，在导热基体(1)相对两侧外表面上分别覆盖一块平板式的密封盖板(7)，形成对导热基体(1)两侧外表面上的流道、进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)的密封，盖板(7)的外露面为电绝缘面，电池(4)两端外露于盖板(7)外；根据电池安装通孔立式/卧式开设方式的不同,在导热基体(1)或盖板(7)上开设进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)，分别与进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)连通，进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)位于安装了盖板(7)的导热基体(1)立侧、靠近导热基体(1)底侧位置；配置于导热基体(1)外部的换热器连通进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)，形成换热器‑进口汇流槽(5)‑每条流道‑出口汇流槽(6)‑换热器的导热流体循环换热通道；电池(4)通过电池安装通孔内壁‑导热基体(1)‑流道换热。...

【技术特征摘要】
1.一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置，其特征在于：在方块状导热基体(1)上卧式/立式间隔开设若干个电池安装通孔和流体通孔(2)，导热基体(1)的外露面为电绝缘面，每个电池安装通孔内同轴紧套一个外形与电池安装通孔开孔形状相匹配的柱形电池(4)；电池(4)和流体通孔(2)在导热基体(1)上有两种位置配置方案：A、电池(4)轴向和流体通孔(2)轴向相互垂直：电池(4)呈矩阵状顺排，流体通孔(2)在每列/每排电池(4)两侧呈矩阵状顺排，相邻电池(4)之间的流体通孔(2)共用，流体通孔(2)孔道横截面呈沿电池(4)轴向立式布置的长形，即流体通孔(2)沿电池(4)轴向的开设尺寸大于垂直于电池(4)轴向的开设尺寸；对应流体通孔(2)位于导热基体(1)相对两侧外表面上的端口，在该两侧外表面上分别开设进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)，流体通孔(2)两端分别与进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)连通，在导热基体(1)内构成从进口汇流槽(5)、流体通孔(2)再到出口汇流槽(6)的流道方向；B、电池(4)轴向和流体通孔(2)轴向相互平行：电池(4)呈矩阵状顺排，每个电池(4)位于四个流体通孔(2)的中心位置，相邻电池(4)之间的流体通孔(2)共用；对应流体通孔(2)位于导热基体(1)相对两侧外表面上的端口，在该两侧外表面上分别开设若干连接槽(3)，连接槽(3)槽道横截面呈沿电池(4)轴向立式布置的长形，即连接槽(3)槽道开设宽度小于开设深度；连接槽(3)两端连通两个流体通孔(2)位于导热基体(1)同一侧外表面上的端口；且连接处流体通孔(2)开口尺寸大于连接槽(3)开口尺寸；连接槽(3)将导热基体(1)内所有的流体通孔(2)连接成若干列并联流道，每列流道内的多个流体通孔(2)之间通过连接槽(3)并联和/或串联；在开设了连接槽(3)的一侧导热基体(1)外表面上并列间隔开设进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)，流道排布于进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)之间；进口汇流槽(5)/出口汇流槽(6)的开设位置分别对应位于每条流道两端的两个流体通孔(2)的进口端/出口端并各自连通，在导热基体(1)内构成从进口汇流槽(5)、流道再到出口汇流槽(6)的流道方向；各槽、孔的大小关系为：进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)槽道截面积最大，连接槽(3)槽道截面积次之，流体通孔(2)孔道截面积最小，并且，连接槽(3)开设深度﹥流体通孔(2)孔径≧连接槽(3)开设宽度；垂直于电池(4)轴向作一导热基体(1)的横截面，当该横截面宽度小于导热基体(1)沿电池(4)轴向上高度的2倍时，电池(4)和流体通孔(2)按A方案配置或者B方案配置；当按A方案配置时，流体通孔(2)轴向沿横截面宽度方向布置；当该横截面宽度大于等于导热基体(1)沿电池(4)轴向上高度的2倍时，电池(4)和流体通孔(2)按B方案配置；上述A方案或者B方案中，对应流体通孔(2)两端，在导热基体(1)相对两侧外表面上分别覆盖一块平板式的密封盖板(7)，形成对导热基体(1)两侧外表面上的流道、进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)的密封，盖板(7)的外露面为电绝缘面，电池(4)两端外露于盖板(7)外；根据电池安装通孔立式/卧式开设方式的不同,在导热基体(1)或盖板(7)上开设进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)，分别与进口汇流槽(5)和出口汇流槽(6)连通，进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)位于安装了盖板(7)的导热基体(1)立侧、靠近导热基体(1)底侧位置；配置于导热基体(1)外部的换热器连通进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)，形成换热器-进口汇流槽(5)-每条流道-出口汇流槽(6)-换热器的导热流体循环换热通道；电池(4)通过电池安装通孔内壁-导热基体(1)-流道换热。2.根据权利要求1所述的汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置，其特征在于：靠近电池(4)在安装了盖板(7)的导热基体(1)上安装用以监测电池温度的第一温度传感器；在进口汇流槽进口(8)和出口汇流槽出口(9)部位分别安装用以监测进、出口处导热流体温度的第二温度传感器(16)和第三温度传感器；循环换...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒运，宋利民，徐屾，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31