本發(fā)明涉及一種蓄電池模塊，尤其涉及一種裝配于密閉外殼中且經(jīng)常以較大功率工作或持續(xù)工作的蓄電池組中的蓄電池模塊及其制作方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著公眾環(huán)境意識的不斷提高，蓄電池越來越多地應(yīng)用于電動車輛、儲能等大容量或大功率工作的場合。實用場合中，蓄電池多以單體電池串聯(lián)和/或并聯(lián)成電池組的形式使用，串/并聯(lián)的數(shù)量從幾十只到幾百只不等。為了提高有效使用空間，需要減少電池組體積，單體電池往往排布得非常緊密，這對于電池組的散熱非常不利。在充電末期和大功率工作時，蓄電池內(nèi)部會放熱，電池組中間位置的單體電池的溫度要明顯高于靠近殼壁的單體電池的溫度，它們表現(xiàn)出的電化學(xué)特性與其它電池不同，組裝前通過種種努力獲得的電池均一性就不復(fù)存在，使用中這部分單體電池很快就會工作在過充、過放狀態(tài)下，性能迅速衰退，失效，造成整組電池性能下降甚至故障、失效。通過對循環(huán)壽命終了的蓄電池組的解剖分析，也表明電池組中間部位單體電池的殘余容量遠遠低于電池組邊緣部位單體電池的殘余容量，電池組的失效主要是由于電池組中間部位部分單體電池的失效造成的。這就造成電池組的壽命大大低于單體電池的循環(huán)壽命。而且，由于被廢棄的電池組中還含有相當比例的仍有使用價值的單體電池，也造成資源的浪費和使用成本的增加。

為了改善電池組使用過程中存在的單體電池溫度不均勻的狀況，進而提高電池組的使用壽命，人們提出了各種解決方案。如在電池組中加上各種冷卻裝置，其中以用空氣作為冷卻介質(zhì)的風(fēng)冷裝置和用水作為冷卻介質(zhì)的水冷裝置較為常見。但是這兩種方式存在著需要外加冷卻介質(zhì)循環(huán)設(shè)備的不足，提供介質(zhì)循環(huán)動力的裝置如風(fēng)機、水泵本身需要耗費電能和占用空間，在電池組中還要預(yù)留冷卻介質(zhì)通道，這就會增大電池組的體積，限制了電池組在應(yīng)用場合的安放位置。并且，如在汽車上使用，停車后，如果關(guān)閉車上的電源，風(fēng)機、水泵等裝置就會停止工作，不能保證電池組的充分冷卻。若要實現(xiàn)在電池組充分冷卻后才關(guān)閉風(fēng)機、水泵及車上的電源，則要明顯增加電氣控制的復(fù)雜程度，提高成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述背景技術(shù)中提到的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種蓄電池模塊，該蓄電池模塊僅需要在傳統(tǒng)的電池模塊中加入專門的導(dǎo)熱介質(zhì)，借助于熱傳導(dǎo)就可以實現(xiàn)模塊內(nèi)單體電池的溫度均一。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種溫度一致的蓄電池模塊，包括由多個單體電池組成的電池單元，其中，單體電池表面包裝或是涂覆有防水層；由高導(dǎo)熱系數(shù)的液體或凝膠作為導(dǎo)熱介質(zhì)，其中，電池單元浸入導(dǎo)熱介質(zhì)中；和具有密封功能的外殼；其中，周圍環(huán)繞導(dǎo)熱介質(zhì)的電池單元安裝于外殼中。本發(fā)明提供的蓄電池模塊，采用密封的外殼，通過導(dǎo)熱介質(zhì)介質(zhì)以熱傳導(dǎo)的方式進行熱交換，具體地，為了提高傳熱效果，在單體電池或電池單元與外殼之間填充傳熱性良好的導(dǎo)熱介質(zhì)，可以使模塊內(nèi)的單體電池的溫度均勻性明顯提高。在使用時，該蓄電池模塊中的所有單體電池都處于相當一致的溫度下。

具體地，所述導(dǎo)熱介質(zhì)由高導(dǎo)熱系數(shù)的液體或凝膠制成，導(dǎo)熱介質(zhì)優(yōu)選導(dǎo)熱系數(shù)高的羧甲基纖維素鈉(CMC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)的水凝膠，膠液固含量為3～10％。

所述蓄電池模塊的外殼由密封件與金屬或非金屬材料制成，且由外殼上部與外殼下部對接構(gòu)成。

其中，外殼可以由金屬，如鍍鎳碳鋼、鋁、不銹鋼等材料制成，也可以由樹脂，如PP、PE、PPE、ABS、MBS等材料制成。

其中，導(dǎo)熱介質(zhì)與電池單元接觸，進行熱傳遞。

所述的蓄電池模塊，還包括凹形定位夾板與凸型定位夾板，所述兩種定位夾板由樹脂制成，且安裝在所述外殼兩側(cè)。

所述的蓄電池模塊，通過所述的凹形定位夾板與凸型定位夾板可以橫向或縱向擴展蓄電池模塊。

所述的蓄電池模塊，還包括由樹脂制成且安裝在所述定位夾板外的保護板。

所述的蓄電池模塊，其中：所述定位夾板和所述保護板由緊固件固定于所述外殼上。

所述的蓄電池模塊，其中：所述多個單體電池之間進行串聯(lián)和/或并聯(lián)連接；所述電池單元有多個，這些所述電池單元之間進行串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，電池單元由50個單體電池串并聯(lián)5P10S(5只并聯(lián)后再串聯(lián))而成。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：提供一種蓄電池模塊，采用散熱良好的外殼，通過熱傳 導(dǎo)的方式散熱，具體地，為了提高傳熱效果，在單體電池或電池單元與外殼之間填充導(dǎo)熱性良好的絕緣材料。本發(fā)明提供的蓄電池模塊，可以使模塊內(nèi)的單體電池的溫度均勻性明顯提高，使這些單體電池的電化學(xué)特性達到相當接近的程度，從而保證這些單體電池不論是在串聯(lián)使用還是在并聯(lián)使用的情況下都不會出現(xiàn)個別電池的過充或過放電，延長了電池組的使用壽命。

本發(fā)明提出的蓄電池模塊，特別適用于組成平板型電池組。本發(fā)明設(shè)計的蓄電池模塊中，所用電池的種類不僅可以是鎳氫電池，也可以是鋰離子電池、鎳鋅電池、鎳鎘電池等其他種類蓄電池。本發(fā)明中在單體電池或電池單元與散熱外殼之間填充的導(dǎo)熱介質(zhì)優(yōu)選導(dǎo)熱系數(shù)高的羧甲基纖維素鈉(CMC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)的水凝膠，在強化傳熱的同時，還兼具減震、絕緣的作用。

【附圖說明】

為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點能更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是傳統(tǒng)蓄電池模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明具體實施例中所述的蓄電池模塊中使用的電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是單體電池間的連接片連接狀態(tài)示意圖；

圖4是本發(fā)明具體實施例中所述的蓄電池模塊的擴展示意圖；

圖5是本發(fā)明具體實施例中所述的蓄電池模塊的實施效果圖。

圖中1.外殼，1-1.外殼上部，1-2.外殼下部，2.連接片，2-1.連接片熔斷保護處，3.單體電池，3-1.單體電池表面的防水涂層或包裝層，3a.單體電池正極端子，3b.單體電池負極端子，4.導(dǎo)熱介質(zhì)，5.密封圈，6.電池單元，7.凸型定位板，8.凹形定位板，9.連接螺紋，10.凝膠注入孔，11.保護板，12.保護板。

【具體實施方式】

以下是根據(jù)特定的具體實例說明本發(fā)明的具體實施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可由以下實施例中所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的構(gòu)造，優(yōu)點與功效。

本發(fā)明亦可藉由其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不悖離本創(chuàng)作之精神下進行各種修飾與變更。

再者，以下圖式均為簡化的示意圖式，而僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，故圖式中僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪 制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可作隨意的變更，且其組件布局型態(tài)可能更為復(fù)雜。

圖1是傳統(tǒng)的電池模塊，單體電池3間用連接片2串并聯(lián)成電池單元6。結(jié)構(gòu)簡單，但電池組中間位置的單體電池的溫度要明顯高于模塊外側(cè)單體電池的溫度，電池內(nèi)部與外部的溫度差較大，使用中內(nèi)部單體電池很快就會工作在過充、過放狀態(tài)下，性能迅速衰退，失效，電池模塊的使用壽命較短。

參見圖2～圖4，本發(fā)明提供了一種蓄電池模塊，用于儲能及電動汽車等大功率工作場合的蓄電池組中，包括由多個單體電池3組成的電池單元6組成。其中，單體電池表面包裝或是涂覆有防水層3-1；在單體電池3或電池單元6與散熱外殼1之間填充的導(dǎo)熱介質(zhì)4，優(yōu)選的是導(dǎo)熱系數(shù)高的CMC或HPMC的水溶液，或是水溶性的相變材料與CMC或HPMC的混合溶液，固含量5～10％的水溶液呈凝膠狀，故也稱凝膠介質(zhì)。之所以采用凝膠態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)是為了確保電池模塊的外殼1與電池單元6之間密封可靠，導(dǎo)熱介質(zhì)4不外泄。在本實施例中，采用導(dǎo)熱介質(zhì)4，在強化傳熱的同時，還兼具減震、絕緣的作用。

該凝膠介質(zhì)4一方面起到吸收熱量的作用，另一方面起熱傳導(dǎo)作用。該方法還可以通過外置泵驅(qū)動導(dǎo)熱凝膠介質(zhì)4流動起來，使整個電池模塊內(nèi)的單個電池溫度一致，即整個模塊處于同一溫度下。

本發(fā)明提供的蓄電池模塊，借助于導(dǎo)熱介質(zhì)4和電池單元6之間的熱傳導(dǎo)就可以實現(xiàn)單體電池的溫度均一。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述蓄電池模塊的外殼由密封件與金屬或非金屬材料制成，且由外殼上部與外殼下部對接構(gòu)成。

其中，外殼可以由金屬，如鍍鎳碳鋼、鋁、不銹鋼等材料制成，也可以由樹脂，如PP、PE、PPE、ABS、MBS等材料制成。

其中，凝膠介質(zhì)4與外殼1接觸，進行熱傳遞，實現(xiàn)單體電池的散熱，使模塊內(nèi)電池單元6中的單體電池3的溫度趨于平均，使這些單體電池的電化學(xué)特性達到相當接近的程度，從而保證這些單體電池不論是在串聯(lián)使用還是在并聯(lián)使用的情況下都不會出現(xiàn)個別電池的過充或過放電，延長了電池組的使用壽命。

此外，發(fā)明提供的蓄電池模塊，體積緊湊，特別適合于在比較狹小的空間安裝使用。本發(fā)明提出的蓄電池模塊，特別適用于組成平板型電池組。

根據(jù)本發(fā)明，電池單元6中所用單體電池的種類不僅可以是鎳氫電池，也可以是鋰離子電池、鎳鋅電池、鎳鎘電池等其他種類蓄電池。多個單體電池之間進行串聯(lián)和 /或并聯(lián)連接；同時，多個單體電池3之間進行串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。也就是說，如圖2和圖3所示，在本發(fā)明的蓄電池模塊中，每個單體電池3只有一個正極端子3a和一個負極端子3b，實現(xiàn)多個單體電池3之間的串/并聯(lián)，并且，每個單體電池3浸泡在導(dǎo)熱介質(zhì)4中。具體地，在本發(fā)明的實施例中，電池單元6由50個單體電池3先并聯(lián)(5P)再串聯(lián)(10S)而成。如圖3所示，其中，浸泡在導(dǎo)熱介質(zhì)4中的多個單體3緊湊排列在外殼1中，通過導(dǎo)熱介質(zhì)4進行熱傳遞，實現(xiàn)電池單元6的熱擴散并達到溫度均一。保護板11及保護板12可通過凸型定位板7和凹形定位板8橫向或縱向擴展電池模塊，如圖4所示。

圖5是實施例的使用效果圖。與傳統(tǒng)模塊相比，采用本發(fā)明技術(shù)的電池模塊5P10S的循環(huán)壽命由820次提高至2200次。

本發(fā)明提供的蓄電池模塊，制造方式之一如下：

首先，配制固含量8％的CMC水溶液作為導(dǎo)熱介質(zhì)，常溫下成凝膠狀。

在單體電池表面包裝或是涂覆有防水層3-1；

模塊組裝方式如下：如圖2所示，使用5只圓柱形單體電池3并聯(lián)組合，而后再將每10個并聯(lián)好的電池組串聯(lián)組合形成電池單元6，然后，將電池單元6安放在電池外殼1內(nèi)，電池單元6與電池外殼上部1-1、電池外殼下部1-2的接觸處用密封材料密封；再通過連螺連接孔9，用螺栓將電池模塊上箱1-1、電池模塊下箱1-2、單體電池3、密封圈5組成一個密封整體。而后將凝膠介質(zhì)4通過注入孔10注入密封體內(nèi)并充滿于單體電池3周圍的空間內(nèi)。保護板11及保護板12可通過凸型定位板7和凹形定位板8通過凸凹槽配合，橫向及縱向擴展電池模塊，如圖4中的A、B、C、D模塊的擴展。

如圖3所示，根據(jù)不同串并聯(lián)要求，用電池連接片2將單體電池3的正負極用連接起來，連接片2與單體電池3之間可以采用電阻焊或激光焊等焊接的方法連接。其中連接片2的材質(zhì)可以是銅、鎳、鍍鎳銅，其連接片熔斷保護處2-1，當電池電流達到一定值時熔斷，保護模塊的安全性。

圖4的保護板12固定在保護板11上，與標準模塊組成整體。保護板12可以直接與連接片2的連接采樣端2-1連接用于電壓采樣，由于沒有采樣線連接，增加模塊的采樣可靠性。保護板可以通過CAN通訊與電源管理系統(tǒng)的主控板通訊。

本發(fā)明提供的蓄電池模塊，通過在電池單元或單體電池與電池單元與外殼之間填充導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱介質(zhì)，通過熱傳導(dǎo)的方式導(dǎo)熱，使模塊內(nèi)的單體電池的溫度均勻性明顯提高，使這些單體電池的電化學(xué)特性達到相當接近的程度，從而保證這些單 體電池不論是在串聯(lián)使用還是在并聯(lián)使用的情況下都不會出現(xiàn)個別電池的過充或過放電，延長了電池組的使用壽命。

上述本發(fā)明的實施例僅例示性地說明了本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明，熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對本發(fā)明所作的任何改變和改進都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如本申請的申請專利范圍所界定的為準。