一种穿管翅片式圆柱电池模组制造技术

本发明专利技术涉及电池热管理技术领域，尤其是一种穿管翅片式圆柱电池模组，包括电池套管、圆柱电池和翅片组，所述翅片组由若干平行排列的翅片组成，所述翅片上设有与电池套管相匹配的装配圆孔，所述电池套管垂直穿装在各翅片的装配圆孔上并与所述翅片配合，所述电池套管的内径与所述圆柱电池的外径相匹配，所述圆柱电池首尾串联连接安装在所述的电池套管内。本发明专利技术可以解决现有技术中水平布置串接成组的圆柱电池组的温度场分布不均匀、非特定区域局部过热的问题，该电池模组具有更高的比能量密度，可以兼顾良好的均温、控温性能与低成本、轻量化和工艺性的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种穿管翅片式圆柱电池模组
本专利技术涉及电池热管理
，具体领域为一种穿管翅片式圆柱电池模组。
技术介绍
目前，电动汽车和储能系统的动力电池单体主要有圆柱电池、方形电池和软包电池等结构形式。圆柱卷绕式电池单体是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池，生产工艺成熟，电池的标准化、一致性、安全性都很高，综合成本也较低，组装的电池模块能量密度高，在众多公司的电动汽车和储能系统中得到广泛应用。圆柱电池的单体容量小，所需的单体数量很大，电池内部容易出现温差，需要加强散热管理以改善温度分布的均匀性。随着电池模块结构尺寸和能量密度的不断提高，由于受到成本、结构和可靠性的限制，电池模块的温度均匀性问题所面临的挑战也越来越大。过高或过低的环境温度都会影响锂电池的性能和寿命，因此夏季高温时要对电池系统进行冷却，冬季低温时要对电池系统进行加热，使电池处于适当的温度范围，以保证其安全性、使用效率和寿命。对于电池模组来说，由于电池单体所处位置不同和个体差异，个别电池发热量大引起的局部温升并形成热电正反馈，可能导致更为严重的飞温和热失控。与传统的换热器或发热设备的散热系统不同的是，电池模组的热管理所面临的关键问题并不是散热或吸热，对于散热或吸热问题可以通过合理设置换热器来解决，而是要解决电池模组这种大规模、不均匀、单体能量密度低的发热系统的温度场分布不均匀问题，并且解决方案受到成本、结构和重量的严格限制。进一步地，电池模组的局部过热发生在非特定区域，热失控的过程是不确定性的，因而无法预先针对性地进行传热结构设计优化。目前大多数对圆柱电池组内温度分布不均匀问题的研究，通常采用优化流场设计、增强介质传热和温度测控系统的解决方案，这些研究和技术方案大多没有区分位致温差和局部发热的区别，特别是很多方案由于在成本、重量、工艺性和可靠性方面的缺陷而难以实施。因此，对于低能量密度的温度场不均匀问题和非特定区域的局部过热问题，需要有效提高传热效率，研究重点要将不均匀的发热控制在临界点以下，使之不能形成热电正反馈，才能有效地控制局部过热，更不会导致热失控。相对于立式成组的圆柱电池组，水平布置、首尾串接的卧式电池组可以更充分高效地利用空间，实现更高的体积能量密度，但随之带来的问题是单位体积电池模组的发热功率也更大，需要研究与其相适应的电池模组的控制局部过热及均温控温方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种穿管翅片式圆柱电池模组，以解决现有技术中水平布置串接成组的圆柱电池组的温度场分布不均匀、非特定区域局部过热的问题,兼顾均温、控温性能与低成本、轻量化和工艺性的需求。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种穿管翅片式圆柱电池模组，包括电池套管、圆柱电池和翅片组，所述翅片组由若干平行排列的翅片组成，所述翅片上设有与电池套管相匹配的装配圆孔，所述装配圆孔边沿处向外延伸形成翻边；所述电池套管垂直穿装在各翅片上的装配圆孔上并与所述翅片配合，所述电池套管的内径与圆柱电池的外径相匹配，每个所述电池套管内装有一个或多个所述圆柱电池；当所述电池套管内装有多个所述圆柱电池时，所述多个圆柱电池首尾串联连接安装。所述穿管翅片式圆柱电池模组还设有外壳。现有换热器技术中经常采用穿管翅片的技术方案来扩大传热面积，翅片装设在传热管的外侧或表面，翅片侧为空气强制对流或自然对流，传热管内侧为液相流体，热源的能量密度都很大。这种换热器中翅片的作用是扩大传热面积提高换热能力和效率，因而空冷管翅式换热器需要安装在开放空间内、水冷管翅式换热器的翅片侧需要强制液体流动。而本专利技术提出的穿管翅片式圆柱电池模组带有密闭的外壳，在安装使用时通常被装配在封闭的箱体内，因此套装在电池套管外侧的翅片，目的并不是通过翅片增大传热面积来提高向环境的散热能力，而是用来在电池单体之间传热以实现电池组的温度均衡，以控制电池组的局部过热、防止热失控。现有发热器件的散热器也会采用翅片或肋片增大散热面积，翅片或肋片的作用也是增强散热器向环境的散热性能；由于发热器件的热源的位置和功率是确定和稳定的，因此散热器的设计可以根据热环境的计算或测试来进行设计和优化。而本专利技术提出的穿管翅片式圆柱电池模组，局部过热发生在非特定区域，热失控的过程是不确定性的，无法预先针对性地进行传热结构的设计优化；所述电池套管和翅片组连接而成的导热系统，可以将局部过热快速传导到整个电池模组，避免了局部快速升温形成热电正反馈，从而解决大规模电池组非特定区域局部过热、不确定热失控问题。优选的，所述翅片为铝/铝合金翅片或铜/铜合金翅片，其中“/”代表“或”。所述翅片的厚度d为0.08-0.8mm，前后两翅片之间的片间距Ld为2-20mm，片间距Ld与翻边的高度h的差值Ld-h为0-15mm，所述翅片上的任意两个装配圆孔之间的最小间距Lr为1-10mm。优选的，所述翅片上的装配圆孔的数量不小于电池套管的数量。优选的，所述装配圆孔边沿处向外延伸形成具有一定高度的翻边或局部翻边，所述翻边为直管形或锥管形或锥管形与直管形的组合，所述翻边的高度h在1-8mm之间。优选的，所述装配圆孔的翻边在圆周的不同方向的翻边高度不同，具体而言在所述装配圆孔朝向相邻近的装配圆孔的角度为15-30°的扇形区域所对应圆弧方向上的翻边高度较低或不设翻边。优选的，所述穿管翅片式圆柱电池模组还包括若干根传热管。所述翅片上设有与传热管相配合的传热管孔，所述传热管垂直穿过所述翅片上的传热管孔。所述传热管之间通过弯头、分流器和/或汇流器等连接件串并联连接为一个传热组件。优选的，所述传热管是铝/铝合金圆管或扁管、或铜/铜合金圆管或扁管，传热管的壁厚t在0.2-1.5mm之间。优选的，所述传热管是直径在3-10mm之间的圆管，或者厚度在3-10mm之间的扁管或椭圆扁管。所述装配圆孔按“W”形的相邻行交错排列，或者按行列对齐的矩阵排列。当所述装配圆孔按“W”形的相邻行交错排列时，则所述传热管孔取代部分装配圆孔的位置。当所述装配圆孔按行列对齐的矩阵排列时：如果所述装配圆孔的直径Dc、传热管孔的直径或厚度Dh以及两个装配圆孔之间的最小间距Lr满足以下关系：则所述传热管孔设置在由相邻行与相邻列的4个装配圆孔的圆心的连线所构成矩形的基本中心位置，或设置在装配圆孔与翅片边缘之间；否则以所述传热管孔取代部分装配圆孔的位置。优选的，所述传热管内通有冷却液或制冷剂，所述传热管与空调系统、加热系统或其它换热系统相连通；或者，所述传热管内装有相变材料；或者，所述传热管是热管；或者，所述传热管内设有电加热器。通过所述传热管及连通的换热系统，可以对电池模组进行加热、冷却以控制电池模组的温度。优选的，所述电池模组的顶面、底面和/或侧面设有壳板或冷却板，所述翅片与冷却板相接触的侧边设有与翅片所在平面垂直的折边。优选的，所述电池套管为铝/铝合金管或铜/铜合金管，其壁厚t在0.1-1.0mm之间；或者，所述电池套管为塑料管或复合绝缘材料管，其壁厚t在0.05-0.5mm之间；或者，所述电池套管为热收缩管，其壁厚t在0.02-0.2mm之间；或者，所述电池套管为由金属或塑料或复合绝缘材料的薄片螺旋缠绕或卷为圆柱壳体而形成管状，所述薄片的壁厚t在0.05-0.5mm之间、宽度W在5-50mm之间。优先的，所述电池套管的管壁上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿管翅片式圆柱电池模组，其特征在于：包括电池套管、圆柱电池和翅片组，所述翅片组由若干平行排列的翅片组成，所述翅片上设有与电池套管相匹配的装配孔，所述装配孔边沿处向外延伸形成翻边；所述电池套管垂直穿装在各翅片上的装配孔上并与所述翅片配合，所述电池套管的内径与圆柱电池的外径相匹配，每个所述电池套管内装有一个或多个所述圆柱电池；当所述电池套管内装有多个所述圆柱电池时，所述多个圆柱电池首尾串联连接安装。

【技术特征摘要】
1.一种穿管翅片式圆柱电池模组，其特征在于：包括电池套管、圆柱电池和翅片组，所述翅片组由若干平行排列的翅片组成，所述翅片上设有与电池套管相匹配的装配孔，所述装配孔边沿处向外延伸形成翻边；所述电池套管垂直穿装在各翅片上的装配孔上并与所述翅片配合，所述电池套管的内径与圆柱电池的外径相匹配，每个所述电池套管内装有一个或多个所述圆柱电池；当所述电池套管内装有多个所述圆柱电池时，所述多个圆柱电池首尾串联连接安装。2.根据权利要求1所述的一种穿管翅片式圆柱电池模组，其特征在于：所述翅片的厚度d为0.08-0.8mm，前后两翅片之间的片间距Ld为2-20mm，片间距Ld与翻边高度h的差值Ld-h为0-15mm，所述翅片上的任意两个装配圆孔之间的最小间距Lr为1-10mm。3.根据权利要求1所述的一种穿管翅片式圆柱电池模组，其特征在于：所述装配孔的翻边在圆周的不同方向的翻边高度不同，在所述装配孔朝向相邻近的装配孔的角度为15-30°的扇形区域所对应圆弧方向上的翻边高度较低或不设翻边。4.根据权利要求1所述的一种穿管翅片式圆柱电池模组，其特征在于：还包括若干根传热管；所述翅片上设有与所述传热管相配合的传热管孔，所述传热管垂直穿过所述翅片上的传热管孔。5.根据权利要求4所述的一种穿管翅片式圆柱电池模组，所述传热管是直径在3-10mm之间的圆管，或者厚度在3-10mm之间的扁管或椭圆扁管，其特征在于：(1)所述装配圆孔按“W”形的相邻行交错排列，或者按行列对齐的矩阵排列；(2)当所述装配圆孔按“W”形的相邻行交错排列时，则所述传热管孔取代部分装配圆孔的位置；(3)当所述装配圆孔按行列对齐的矩阵排列时：如果所述装配圆孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海云，雷环宇，马云骏，
申请(专利权)人：马海云，
类型：发明
国别省市：天津,12