水冷式鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及鋰離子電池領(lǐng)域，公開了一種水冷式鋰離子電池，包括電池模塊及水冷板；電池模塊包括兩個電池極片和多個單體電池，單體電池的電極分別設(shè)置在兩端的位置；單體電池夾設(shè)在兩個電池極片之間，且電極分別與電池極片相連接；水冷板設(shè)置在電池極片的外側(cè)，與電池極片通過導(dǎo)熱片與水冷板絕緣導(dǎo)熱連接，導(dǎo)熱片采用相變導(dǎo)熱絕緣材料制成。使用本實用新型的水冷式鋰離子電池，使用水冷板與單體電池的電極相貼合，著重冷卻單體電池的電極位置，提高冷卻效率。使用水冷的方式，冷卻效果好。在溫度升高至相變溫度時，導(dǎo)熱片發(fā)生變形，導(dǎo)熱片與單體電池的電極位置更好地貼合導(dǎo)熱，提高冷卻效果。
【專利說明】水冷式鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是涉及一種水冷式鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子動力電池具有較高的能量密度、良好的循環(huán)特性，因此廣泛應(yīng)用于混合動力汽車上，而其中圓柱形電池有著很高的應(yīng)用比例。鋰離子動力電池具有一定的使用溫度，溫度過高或是過低都會影響其工作性能和使用壽命?；旌蟿恿ζ囋谛旭倳r鋰離子動力電池可能不斷的出現(xiàn)大倍率的充放電，鋰離子動力電池具有一定的內(nèi)阻，所以在這個過程中鋰離子動力電池會出現(xiàn)較嚴(yán)重的發(fā)熱情況，其溫度也會隨著熱量增加而升高。
[0003]鋰離子動力電池工作時發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)對工作溫度有一定要求，經(jīng)過試驗驗證，鋰離子動力電池在25°C至55°C溫度范圍內(nèi)工作時具有良好的工作性能；而當(dāng)工作溫度超過該范圍，尤其是高于65°C時電池能夠釋放的能量大幅降低，而且電池的使用壽命也明顯下降。通過對圓柱形電池反應(yīng)模型的虛擬分析和實際測量發(fā)現(xiàn)圓柱型電池在工作時主要發(fā)熱部位為電池電極兩端。
[0004]現(xiàn)有的鋰離子電池的冷卻方式主要采用的風(fēng)冷的熱管理方式，風(fēng)冷系統(tǒng)主要是利用風(fēng)機(jī)提供動力使空氣通過單體電池之間縫隙或是設(shè)立的風(fēng)道，在空氣流動過程中與發(fā)熱元件(單體電池)進(jìn)行熱交換，帶走熱量，實現(xiàn)降溫目的。風(fēng)冷方式存在兩點問題:第一，由于空氣與單體電池之間的熱交換效率較低，冷卻效果低于水冷；第二，風(fēng)冷空氣的流向較難控制，難以對單體電池重點發(fā)熱部位的著重降溫，降低了冷卻的均衡性。
實用新型內(nèi)容
[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本實用新型的目的是提供一種具有冷卻效果好，并且散熱均勻的水冷式鋰離子電池。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種水冷式鋰離子電池，包括電池模塊及水冷板；所述電池模塊包括兩個電池極片和多個單體電池，所述單體電池的電極分別設(shè)置在兩端的位置；所述單體電池夾設(shè)在兩個所述電池極片之間，且所述電極分別與所述電池極片相連接；所述水冷板設(shè)置在所述電池極片的外側(cè)，與所述電池極片絕緣導(dǎo)熱連接。
[0009]其中，該水冷式鋰離子電池還包括導(dǎo)熱片，所述導(dǎo)熱片設(shè)置在所述電池極片與所述水冷板之間，所述導(dǎo)熱片的一面與所述電池極片的外側(cè)相貼合，另一面與所述水冷板相貼合；所述導(dǎo)熱片由絕緣材料制成。
[0010]其中，所述導(dǎo)熱片由相變導(dǎo)熱絕緣材料制成。
[0011]其中，所述導(dǎo)熱片和水冷板均為兩個，所述導(dǎo)熱片和水冷板依次對稱設(shè)置在所述電池模塊的兩側(cè)。
[0012]其中，該水冷式鋰離子電池還包括保護(hù)殼和底殼，所述電池模塊、導(dǎo)熱片及水冷板設(shè)置在所述保護(hù)殼及底殼之內(nèi)；所述保護(hù)殼和底殼上分別設(shè)有管孔，所述水冷板的進(jìn)水管和出水管穿透所述管孔與外部水管連接。
[0013]其中，兩個所述水冷板分別固定在所述保護(hù)殼和底殼內(nèi)。
[0014]其中，所述導(dǎo)熱片的尺寸大于所述電池極片的尺寸。
[0015]其中，所述單體電池為圓柱形單體電池。
[0016]其中，所述導(dǎo)熱片由導(dǎo)熱絕緣橡膠制成。
[0017]其中，所述電池模塊還包括第一套蓋和第二套蓋，所述單體電池相互平行，且整齊排列地套裝于所述第一套蓋及第二套蓋內(nèi)，并且所述單體電池的端部穿透伸出所述第一套蓋及第二套蓋外。
[0018](三)有益效果
[0019]本實用新型提供的水冷式鋰離子電池具有以下優(yōu)點:
[0020](I)單體電池的電極位置是電池產(chǎn)生熱量最大的位置，使用水冷板與電池極片絕緣導(dǎo)熱連接，著重冷卻單體電池的電極位置，使用水冷的方式，水的冷卻效果比風(fēng)的冷卻效果好，并且冷卻均勻；提高冷卻效率。
[0021](2)電池極片與水冷板通過絕緣材料制成的導(dǎo)熱片導(dǎo)熱，導(dǎo)熱片較好地與電池極片貼合導(dǎo)熱，導(dǎo)熱效果好，有利于水冷板對單體電池進(jìn)行冷卻，提高冷卻效果。
[0022](3)使用相變導(dǎo)熱絕緣材料制成的導(dǎo)熱片，在溫度升高到相變溫度時，導(dǎo)熱片發(fā)生變形，導(dǎo)熱片盡量大的與單體電池的電極位置貼合導(dǎo)熱，提高冷卻效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型實施例1的水冷式鋰離子電池的整體立體圖；
[0024]圖2為本實用新型實施例1的水冷式鋰離子電池的爆炸圖；
[0025]圖3為本實用新型實施例1的水冷板的立體圖。
[0026]圖中，1:保護(hù)殼;2a、2b:水冷板;3a、3b:導(dǎo)熱片;4a、4b:電池極片；5:第一套蓋；6:單體電池；7:第二套蓋；8:底殼；21:進(jìn)水管；22:出水管。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0028]實施例1:
[0029]如圖1至2所示，本實用新型的水冷式鋰離子電池，包括保護(hù)殼1、底殼8、電池模塊、兩個導(dǎo)熱片3a、3b及兩個水冷板2a、2b,電池模塊設(shè)置在保護(hù)殼I與底殼8構(gòu)成的空間內(nèi)，且位于中部位置，兩個導(dǎo)熱片3a、3b和兩個水冷板2a、2b依次對稱設(shè)置在電池模塊的兩偵牝?qū)崞?a、3b由絕緣材料制成。保護(hù)殼I和/或底殼8上設(shè)有使電池模塊與外部用電設(shè)備的連接的主電連接孔。具體的，電池模塊包括兩個電池極片4a、4b、第一套蓋5、第二套蓋7和多個單體電池6，單體電池6的電極分別設(shè)置在兩端的位置；多個單體電池6相互平行，且整齊排列地套裝于第一套蓋5及第二套蓋7內(nèi)，第一套蓋5和第二套蓋7使用螺栓連接，并且單體電池6的端部穿透伸出第一套蓋5及第二套蓋7外，使多個單體電池6整齊排列，即多個單體電池6的端部位于相同的平面內(nèi)。電池極片4a位于單體電池6的左端部的電極位置，電池極片4b位于單體電池6的右端部的電極位置，單體電池6夾設(shè)在電池極片4a和電池極片4b之間，且電極分別與電池極片4a和電池極片4b相連接。電池極片4a、4b與電極通過焊接的方式相連接，通過電池極片4a、4b將多個單體電池6相互串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，達(dá)到所需的電壓，多個單體電池6之間的連接方式為現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)，并且與本實用新型的發(fā)明點沒有關(guān)系，在此不再贅述。導(dǎo)熱片3a、3b和水冷板2a、2b依次設(shè)置在兩個電池極片4a、4b的外側(cè)，水冷板2a、2b與電池極片4a、4b通過導(dǎo)熱片3a、3b絕緣導(dǎo)熱連接。具體的，導(dǎo)熱片3a、3b設(shè)置在電池極片4a、4b與水冷板2a、2b之間，如圖2所示，導(dǎo)熱片3a的一面與電池極片4a的外側(cè)相貼合,導(dǎo)熱片3a的另一面與水冷板2a相貼合；導(dǎo)熱片3b的一面與電池極片4b的外側(cè)相貼合,導(dǎo)熱片3b的另一面與水冷板2b相貼合。導(dǎo)熱片3a、3b與電池極片4a、4b及水冷板2a、2b之間采用夾持或者膠接的方式使三者較好的貼合在一起，形成較好的絕緣導(dǎo)熱連接。如圖3所示，優(yōu)選的，水冷板2a、2b均為一個鋁制的中空殼體，并設(shè)有進(jìn)水管21及出水管22，在中空殼體外設(shè)置有用于與外部水管連接的進(jìn)水管21及出水管22，在中空殼體內(nèi)設(shè)有與進(jìn)水管21及出水管22連接的銅管。保護(hù)殼I和底殼8上分別設(shè)有管孔(未標(biāo)注，即圖1中進(jìn)水管和出水管伸出保護(hù)蓋I的位置)，水冷板2a、2b的進(jìn)水管21和出水管22穿透管孔與外部水管連接。在使用時,外部水管的冷水從進(jìn)水管21流入水冷板2a、2b，并從出水管22流出，從而進(jìn)行熱交換，帶走由單體電池6通過導(dǎo)熱片3a、3b傳遞給水冷板2a、2b的熱量，使單體電池6的溫度降低，防止單體電池6的溫度過高。另夕卜，水冷板也可以采用絕緣材料制成，使水冷板與電池極片絕緣導(dǎo)熱連接。
[0030]使用時，單體電池6的端部的電極部位大量發(fā)熱，熱量由導(dǎo)熱片3a、3b傳送給水冷板2a、2b,外部水管的冷水通過進(jìn)水管21流入水冷板2a、2b,并從出水管22流到外部水管，使水冷板2a、2b與導(dǎo)熱片3a、3b進(jìn)行熱交換，冷卻導(dǎo)熱片3a、3b及單體電池6，防止單體電池6的溫度過度的升高，使單體電池6處于最佳的工作溫度之下。使用水冷的方式，冷卻效果比風(fēng)冷的效果好。在單體電池的電極部位對單體電池6進(jìn)行冷卻，提高了電池散熱的均衡性。單體電池的電極與水冷板絕緣導(dǎo)熱連接，水冷板對單體電池的電極位置進(jìn)行水冷，提高冷卻速度和效果。
[0031]優(yōu)選的，導(dǎo)熱片3a、3b由相變導(dǎo)熱絕緣材料制成。相變導(dǎo)熱絕緣材料，具有良好散熱能力。相變導(dǎo)熱絕緣材料在大約45?50°C時會發(fā)生相變，并在壓力作用下流進(jìn)并填充發(fā)熱體和散熱器之間的不規(guī)則間隙，擠走空氣，以形成良好導(dǎo)熱的界面。在導(dǎo)熱片3a、3b的溫度達(dá)到45?50°C時，相變導(dǎo)熱絕緣材料制成的導(dǎo)熱片3a、3b發(fā)生變形，擠壓到單體電池6的端部空隙內(nèi)，與單體電池6更好的接觸，導(dǎo)熱效果迅速提升。導(dǎo)熱片3a、3b的尺寸大于電池極片4a、4b的尺寸。導(dǎo)熱片3a、3b稍大于電池極片4a、4b,使導(dǎo)熱片3a、3b能夠更好的覆蓋電池極片4a、4b，導(dǎo)熱效果更好。相變導(dǎo)熱絕緣材料在電池模塊使用中保持10%至20%的壓縮量，保證導(dǎo)熱片與電池極片以及水冷板之間較好地貼合，保證散熱的傳導(dǎo)面積。同時，在使用過程中，由于熱脹冷縮的原理，各個部件在溫度升高時，也會相應(yīng)地膨脹，使相變導(dǎo)熱絕緣材料制成的導(dǎo)熱片受到更大的壓縮，導(dǎo)熱片更好的與單體電池接觸，導(dǎo)熱效果更好，從而提升散熱效果。
[0032]優(yōu)選的，如圖2所示，單體電池6為圓柱形單體電池，圓柱形單體電池整齊排列，圓柱形單體電池排列后，相互之間留有較大的間隙，使相變導(dǎo)熱絕緣材料制成的導(dǎo)熱片3a、3b更好的擠入單體電池6的端部間隙，更大范圍的冷卻單體電池6，降低單體電池6的溫度。[0033]優(yōu)選的，水冷板2a、2b分別固定在保護(hù)殼I及底殼8的內(nèi)側(cè)。保護(hù)殼I與底殼8通過螺栓組件連接，向內(nèi)壓合，使水冷板2a、2b緊壓導(dǎo)熱片3a、3b，導(dǎo)熱片3a、3b更好的與電池極片4a、4b及水冷板2a、2b相貼合，導(dǎo)熱片3a、3b的導(dǎo)熱效果增強(qiáng)。
[0034]在鋰離子電池或多個串聯(lián)的鋰離子電池中，各水冷板采用并聯(lián)的方式與外部水管連接，以保證散熱的均勻性；導(dǎo)熱片的壓縮使用保證了較大的接觸導(dǎo)熱面積，水的高導(dǎo)熱能力保證了電池模塊的散熱能力；水冷板貼近單體電池的電極，單體電池發(fā)熱最大處，也保證了散熱的均勻和高效。
[0035]實施例2:
[0036]本實施例與實施例1基本相同，所不同之處在于:導(dǎo)熱片還可以選擇使用導(dǎo)熱絕緣橡膠制成。另外，導(dǎo)熱片還可以采用其他絕緣的導(dǎo)熱材料制成。
[0037]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水冷式鋰離子電池，其特征在于，包括電池模塊及水冷板；所述電池模塊包括兩個電池極片和多個單體電池，所述單體電池的電極分別設(shè)置在兩端的位置；所述單體電池夾設(shè)在兩個所述電池極片之間，且所述電極分別與所述電池極片相連接；所述水冷板設(shè)置在所述電池極片的外側(cè)，與所述電池極片絕緣導(dǎo)熱連接。
2.如權(quán)利要求1所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，該水冷式鋰離子電池還包括導(dǎo)熱片，所述導(dǎo)熱片設(shè)置在所述電池極片與所述水冷板之間，所述導(dǎo)熱片的一面與所述電池極片的外側(cè)相貼合，另一面與所述水冷板相貼合；所述導(dǎo)熱片由絕緣材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，所述導(dǎo)熱片由相變導(dǎo)熱絕緣材料制成。
4.如權(quán)利要求3所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，所述導(dǎo)熱片和水冷板均為兩個，所述導(dǎo)熱片和水冷板依次對稱設(shè)置在所述電池模塊的兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，該水冷式鋰離子電池還包括保護(hù)殼和底殼，所述電池模塊、導(dǎo)熱片及水冷板設(shè)置在所述保護(hù)殼及底殼之內(nèi)；所述保護(hù)殼和底殼上分別設(shè)有管孔，所述水冷板的進(jìn)水管和出水管穿透所述管孔與外部水管連接。
6.如權(quán)利要求5所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，兩個所述水冷板分別固定在所述保護(hù)殼和底殼內(nèi)。
7.如權(quán)利要求3所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，所述導(dǎo)熱片的尺寸大于所述電池極片的尺寸。
8.如權(quán)利要求3所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，所述單體電池為圓柱形單體電池。
9.如權(quán)利要求2所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，所述導(dǎo)熱片由導(dǎo)熱絕緣橡膠制成。
10.如權(quán)利要求1至9任一項所述的水冷式鋰離子電池，其特征在于，所述電池模塊還包括第一套蓋和第二套蓋，所述單體電池相互平行，且整齊排列地套裝于所述第一套蓋及第二套蓋內(nèi)，并且所述單體電池的端部穿透伸出所述第一套蓋及第二套蓋外。
【文檔編號】H01M10/625GK203617406SQ201320817276
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】李瀟, 張君鴻, 楊重科, 趙云, 谷業(yè)明, 孫永賢, 張英濤 申請人:北汽福田汽車股份有限公司