[发明专利]液冷电池组系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种软包电池模块及包含电池模块的液冷电池组系统。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度大，平均输出电压高，输出功率大，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽（为-20℃～ 60℃），循环性能优越，充放电效率高，使用寿命长，不含有毒有害物质的绿色电池。它是依靠锂离子在正、负极之间的往返嵌入、脱嵌完成电池充电和放电工作的。

虽然电动汽车与传统汽车相比存在诸多优势，但是将锂离子电池组应用到电动汽车中还存在诸多问题，其中最待解决的就是锂离子电池的成组技术，这其中涉及到以下几个关键问题：1.提高电池组的能量密度、2.保持电池组在适当的温度下工作、3.保证电池组的安全性能。

锂离子电池组的能量密度主要由电池组的构架决定，一般是先将锂离子电池单元并联之后，再将并联模块串联组成，而电池单元的极耳的连接需要使用集流片，现有技术中，电池单元的并联是直接将电池单元的极耳焊接在集流片上，而串联是使用导线将集流片连接起来；但是这种电池模块的组合存在以下缺点：1、电池组在运行过程中，容易将导线与集流片的焊点震松，从而导致虚焊和脱焊；2、由于电池组中还存在其他采样用的采样线等线材，再加入导线，使得电池组内部较为凌乱，占用过多空间。

申请号为CN201010142205.5，名称为“电池组”的发明专利公开了一种由数个软包电池单元构成的电池组,包括与两电池连接的连接装置,通过导线将电池和连接装置连接在一起，大大占用了电池组的空间，降低了能量密度，且导线与连接装置为点焊接，在使用过程中，容易被震松，导致虚焊和脱焊的发生。

又如，Tesla公司投放在市场上，能量密度最大的产品ModelS采用的电池模块，其尺寸为长2.7m，宽1.5m，厚度为0.1m至0.18m，由7600个18650电池组成，一节18650电池单元中，电池外壳大约为0.02dm, 去除电池顶部和底部的部件之后极片的长度为0.65-0.05，故单节18650电池单元的极片的体积为3.14*(（0.18-0.004）/2)²*（0.6）=0.0146升，整个车辆所用的电池的极片的体积为0.0146*7600=111升,电池模块的体积为27*15*1+3*15*0.8=441L。综上，此电池组中极片所占体积比（Electrode Volume Ratio下文简称EVR）为111/441=25.2%，在其他材料相同的情况下，极片所占比例越高，电池组的能量密度越高，反之也就越低，25.2%的EVR对于电动汽车体积能量密度的提高制约较大，不利于动力电池的布置使电动车行驶里程达到传统燃油车的指标从而满足顾客的需求（传统汽车单次加油行驶里程大多在600公里左右，而Tesla的行驶里程最长的也只有单次充电400公里左右）。

而且此电池组采用的是圆柱型电池单元，将圆柱型电池单元焊接到连接片上只能通过点焊的方式，且由于电池单元两极与连接片的接触面积较小，减小了电流通过能力，也增加了发热量，而将如此数量的圆柱型电池单元组合成电池组，产生的热量将非常巨大，用于散热的设计也更加复杂，浪费的电能也就更多，又进一步降低了整个锂离子动力电池组的能量有效利用。

锂离子电池组在充放电过程中会产生热量，尤其是在快速充电或者过放的时候发热更为严重，一旦发生热失控，后果非常严重，电解液会由于高温而发生分解，产生的气体会立即充满电芯，电芯的内压过高时就会发生爆裂，最后与空气中的氧气接触发生爆炸，目前，锂离子电池组的散热冷却方式主要分为风冷和液冷两种。

风冷是通过外界灌入装置内的冷风或采用电子风扇使锂离子电池组系统对流降温。但是，由于电池组通过串并联方式成组安装，电池之间间隔较小，处于中心位置的电池通风困难温度较高，强风冷却不均，这会导致电池组的一致性下降，影响电池寿命。如果为了提高风冷效果，增加风冷的流道，则会导致大量的体积空间浪费，降低了电池组系统的体积能量密度，因此在电动汽车锂离子电池组的使用中，采用风冷不能达到好的冷却效果。

液冷是利用液体的高导热性将锂离子电池组产生的热量带走，以达到降温目的。液冷降温较为均匀且效果明显，尤其是占用的空间较少，比较适合电动汽车用锂离子电池组系统，然而，目前液冷的系统设计比较复杂，液体的流道设计不合理，不能针对电池组的主要发热部位进行散热，虽然也使用了液冷的方式，但是实际效果有限，并不能很好的解决散热问题。