專(zhuān)利名稱：一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋰離子蓄電池模塊。
背景技術(shù)：
鋰離子蓄電池作為最受歡迎的綠色電池之一，憑借其比能量高、壽命長(zhǎng)、開(kāi)路電壓高、自放電率低、對(duì)環(huán)境友好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為電池市場(chǎng)的新力軍。隨著鋰離子蓄電池在民用領(lǐng)域(手機(jī)、筆記本、攝像機(jī)、電動(dòng)玩具)得到了廣泛使用，其安全性和實(shí)用性均得到業(yè)界好評(píng)。目前，鋰離子蓄電池已朝著大功率，高比能量，高循環(huán)壽命方向迅速發(fā)展，以鋰離子電池為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車(chē)將逐步取代部分燃油汽車(chē)；大型儲(chǔ)能鋰離子電池系統(tǒng)將進(jìn)入儲(chǔ)能電站、智能電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)中，起到十分重要的技術(shù)保障作用。在這種情況下，傳統(tǒng)的蓄電池模塊不能滿足其高功率、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命等要求，必須設(shè)計(jì)一種適合大電流操作，能適應(yīng)高倍率放電、能量密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的電池模塊及電池組。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決目前鋰離子蓄電池模塊不能滿足高功率、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命要求的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊。利用本實(shí)用新型， 可達(dá)到能量密度高，電均衡性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，散熱能力強(qiáng)，安全性高，可靠性好，適合大電流工作的鋰離子電池模塊。為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊，該裝置包括圓柱型鋰離子電池陳列于上支架板和下支架板之間，固定組成電池模塊；上支架板和下支架板內(nèi)部設(shè)有多個(gè)通孔；圓柱型鋰離子電池之間分布有支撐柱；上支架底面上有一凹面，安裝有四個(gè)上集流板；上集流板與電池組模塊內(nèi)的鋰離子電池正極焊接相連；下支架底面具有凹面，三塊下集流板固定在下支架中間凹面內(nèi)，下集流板與電池組模塊內(nèi)的鋰離子電池負(fù)極焊接相連；兩塊極耳板固定在下支架兩側(cè)凹面內(nèi)，分別與上集流板、下集流板連接；每四個(gè)上支架及下支架通過(guò)連接條連接固定，組成一個(gè)并聯(lián)電池組；在上集流板或下集流板上焊接有保險(xiǎn)絲，通過(guò)鎳條或鎳鋼片引出。上述上集流板或下集流板的外側(cè)平面上可安裝一個(gè)液體冷卻板；該液體冷卻板包括底板和蓋板通過(guò)左右封條和前后封條密封，其內(nèi)設(shè)置有格柵形的導(dǎo)流槽；前后封條上分別設(shè)置冷卻液入口管道和冷卻液出口管道；所述的底板采用鋁板制作。上述上集流板或下集流板的外側(cè)平面上還可以安裝有一個(gè)相變冷卻板，該相變冷卻板包括底板上安裝箱體，箱體由翅片分成多個(gè)小區(qū)間，區(qū)間內(nèi)填充相變材料；箱體頂蓋上設(shè)置有多片肋片；所述的底板采用鋁板、箱體采用絕緣材料制成。本實(shí)用新型一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊，由于采取上述的技術(shù)方案，電池模塊包括單體圓柱型鋰離子蓄電池串并組合、上下兩塊采用強(qiáng)度高、耐熱性好、重量輕的絕緣支架板。支架板底面設(shè)有通孔，所述通孔呈錯(cuò)開(kāi)陣列式排列，每個(gè)所述通孔固定裝有一個(gè)所述單體圓柱型鋰離子電池。支架板兩側(cè)有固定孔及長(zhǎng)條型的凹槽。圓柱型電池采用激光焊接與點(diǎn)焊相結(jié)合的焊接方式與上下金屬集流板穩(wěn)固焊接，焊接材料采用鎳條或鍍鎳鋼板，根據(jù)不同倍率選擇不同大小的保險(xiǎn)絲，保險(xiǎn)絲焊接在鎳條(或鍍鎳鋼板)與集流板之間。冷卻板與金屬集流板全接觸，并通過(guò)螺栓固定。接觸面采用導(dǎo)熱率高的金屬材料，其它周邊材料均作絕緣處理。所述冷卻板可采用相變冷卻和液冷兩種方式。因此，本實(shí)用新型解決了電池模塊內(nèi)阻大，能量密度低，循環(huán)壽命短、在大電流條件下工作時(shí)，電均一性及熱均一性都很差等問(wèn)題，取得了整體效率高、重量輕、散熱好等有益效果。

圖1是本實(shí)用新型一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊的外觀圖；圖2是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的冷卻方式圖；圖4是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的液體冷卻板結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的液體冷卻系統(tǒng)圖；圖6是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的相變冷卻板結(jié)構(gòu)圖；圖7是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的安全性保險(xiǎn)示意圖；圖8是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的高倍率放電性能曲線圖；圖9是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的循環(huán)性能曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是本實(shí)用新型一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊的外觀圖；圖2是該鋰離子蓄電池模塊的結(jié)構(gòu)圖，如圖1、圖2所示，該裝置包括圓柱型鋰離子電池2陳列于上支架板6和下支架板7之間，固定組成電池模塊；上支架板6和下支架板7內(nèi)部設(shè)有多個(gè)通孔9 ；圓柱型鋰離子電池2之間分布有支撐柱3，用于固定和支撐電池模塊；上支架板6的上方安裝上集流板5，用于匯集電池正極電流；下支架板7的下方安裝下集流板8，用于匯集電池負(fù)極電流；上支架6及下支架7每四個(gè)通過(guò)連接條4連接固定，組成一個(gè)并聯(lián)電池組；兩塊極耳板1固定在下支架7兩側(cè)凹面內(nèi)，分別作為鋰離子電池模塊的正負(fù)極輸出端子。鋰離子電池模塊包括多節(jié)串并方式連接起來(lái)的圓柱單體電池，上支架6及下支架 7采用絕緣材料PVC制作而成，其內(nèi)部設(shè)有多個(gè)通孔9，所述通孔9呈錯(cuò)開(kāi)式陣列排列，每列錯(cuò)開(kāi)一個(gè)通孔的位置。每個(gè)通孔9固定裝有一個(gè)單體鋰離子電池2，單體鋰離子電池2兩頭被上支架6及下支架7固定，并由支撐柱3卡牢，支撐柱3的卡柱與上支架6及下支架7上的固定孔配合相插接。上支架6底面上有一凹面，凹面形狀大小與上集流板5形狀大小相匹配，共四個(gè)上集流板5固定在上支架6凹面內(nèi)；下支架7底面有不同與上支架6的凹面， 三塊下集流板8固定在下支架7中間凹面內(nèi)，兩塊極耳板1固定在下支架7兩側(cè)凹面內(nèi)，分別與上集流板5、下集流板8連接，作為鋰離子電池模塊的正負(fù)極輸出端子。上集流板5與電池組內(nèi)的鋰離子電池2正極焊接相連；下集流板8及極耳板1與電池組內(nèi)的鋰離子電池2負(fù)極焊接相連。極耳板1、上集流板5和下集流板均采用紫銅材料制成，導(dǎo)電性能良好。焊接是以激光焊與點(diǎn)焊相結(jié)合的方式，焊接材料采用鎳條或鍍鎳鋼片，連接牢固，導(dǎo)電性能良好。圖3是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的冷卻方式圖；在環(huán)境溫度過(guò)高或者高倍率、長(zhǎng)時(shí)間充放電的情況下，對(duì)于該電池組宜采用如圖3 的冷卻方式。如圖3所示，在集流板兩側(cè)裝配冷卻板10能均衡、有效保持電池在適合溫度內(nèi)(溫差小于5°C)。根據(jù)不同的冷卻要求，電池組可以分別采用液體冷卻和相變冷卻兩種方式。圖4是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的液體冷卻板結(jié)構(gòu)圖，采用液態(tài)水作為冷卻流體，在上集流板5 (或下集流板8)板的外側(cè)平面上安裝一個(gè)液體冷卻板，如圖4的實(shí)施例所示，該液體冷卻板包括底板14和蓋板11通過(guò)左右封條12和前后封條15密封，其內(nèi)設(shè)置有格柵形的導(dǎo)流槽13 ；前后封條15上分別設(shè)置冷卻液入口管道和冷卻液出口管道。底板14采用導(dǎo)熱系數(shù)高的鋁板制作，導(dǎo)流槽13將液體均勻的分布于冷卻板內(nèi)，傳熱過(guò)程主要通過(guò)底板14與流體之間的對(duì)流換熱來(lái)完成。底板14與上集流板5 (或下集流板8)板完全接觸，并通過(guò)螺栓固定。蓋板11及左右封條12、前后封條15均采用絕緣材料 PVC通過(guò)高強(qiáng)度膠黏合起來(lái)，封條15鉆孔后安裝管道作進(jìn)出液體使用。圖5是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊液體冷卻系統(tǒng)圖，如圖5所示，該系統(tǒng)包括 上述液體冷卻板與一個(gè)泵、一個(gè)散熱器和過(guò)濾器串聯(lián)連接，散熱器的一側(cè)設(shè)置一個(gè)大型風(fēng)扇。單個(gè)或多個(gè)電池組可以通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流冷卻。這個(gè)系統(tǒng)用泵把吸收了電池模塊散熱的液態(tài)介質(zhì)抽吸到空氣-液體熱交換器(散熱器)，然后用大型風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)冷卻空氣通過(guò)熱交換器使液體冷卻。經(jīng)冷卻的液體又被抽回再次吸收電池模塊散熱，而吸收了液體熱量的空氣則被排放到周?chē)h(huán)境中。圖6是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊的相變冷卻板結(jié)構(gòu)圖；在上集流板5(或下集流板8)板的外側(cè)平面上安裝一個(gè)相變冷卻板，如圖6所示，該裝置包括底板18上安裝箱體16，箱體16由翅片20分成多個(gè)小區(qū)間，區(qū)間內(nèi)填充相變材料19 ；箱體16頂蓋上設(shè)置有多片肋片17，能起到增加冷卻板散熱面積的作用。上述底板18采用高導(dǎo)熱率的鋁板，箱體 16絕緣材料制成圖7是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊安全性保險(xiǎn)示意圖。用于防止短路燃燒、爆炸的保險(xiǎn)絲21焊接在上集流板5或下集流板8與鎳條(或鍍鎳鋼片)22之間，當(dāng)電池模塊出現(xiàn)短路造成超過(guò)其最大限流時(shí)，所述保險(xiǎn)絲21會(huì)自動(dòng)熔斷而使電路斷開(kāi)，保證電池組的安全性。圖8是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊高倍率放電性能曲線圖。在電流為460A放電時(shí)，采用液冷方式的電池模塊溫度正常。與3A小倍率放電相比電壓降只有4V。放電容量達(dá)到66%以上，重量能量密度為100Wh/Kg，體積能量密度為134Kwh/m3。圖9是本實(shí)用新型鋰離子蓄電池模塊循環(huán)性能曲線圖。在環(huán)境溫度中，采用3C充放電持續(xù)對(duì)電池模塊進(jìn)行性能循環(huán)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)350次后，電池性能容量只下降5%。本實(shí)用新型所述鋰離子蓄電池模塊可以通過(guò)電連接組合成不同能量要求的鋰離子電池組。根據(jù)鋰離子電池模塊能量密度高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，可設(shè)計(jì)滿足大功率，高比能量，高循環(huán)壽命的儲(chǔ)能電池組，例如車(chē)用動(dòng)力電池、風(fēng)力發(fā)電或太陽(yáng)能發(fā)電儲(chǔ)能電池、智能電網(wǎng)儲(chǔ)能電池等。 本實(shí)用新型有效解決了電池模塊內(nèi)阻大，能量密度低，循環(huán)壽命短、在大電流條件下工作時(shí)，電均一性及熱均一性都很差等問(wèn)題，適合于大型儲(chǔ)能電池組和大型動(dòng)力電池組使用。本實(shí)用新型的冷卻設(shè)計(jì)及保險(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)有效的增加了鋰離子電池模塊的安全性和穩(wěn)定性，適合于高倍率沖放電模式。本實(shí)用新型電池組排列緊密但集熱不明顯，電池間串并聯(lián)合理使得各單體電一致性好且連接電阻低(電池組連接電阻小于ΙπιΩ)，與其他同類(lèi)型的鋰離子電池模塊比較，本實(shí)用新型具有體積小，重量輕，能量密度高等優(yōu)勢(shì)；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，組裝簡(jiǎn)單，減小了電池的組裝成本。
權(quán)利要求1.一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊，其特征在于，該裝置包括圓柱型鋰離子電池[2]陳列于上支架板[6]和下支架板[7]之間，固定組成電池模塊； 上支架板[6]和下支架板[7]內(nèi)部設(shè)有多個(gè)通孔[9]；圓柱型鋰離子電池[2]之間分布有支撐柱[3]；上支架[6]底面上有一凹面，安裝有四個(gè)上集流板[5]；上集流板[5]與電池組模塊內(nèi)的鋰離子電池[2]正極焊接相連；下支架[7]底面具有凹面，三塊下集流板[8]固定在下支架[7]中間凹面內(nèi)，下集流板[8]與電池組模塊內(nèi)的鋰離子電池[2]負(fù)極焊接相連；兩塊極耳板[1]固定在下支架[7]兩側(cè)凹面內(nèi)，分別與上集流板[5]、下集流板[8]連接；每四個(gè)上支架[6]及下支架[7]通過(guò)連接條[4]連接固定，組成一個(gè)并聯(lián)電池組；在上集流板[5]或下集流板[8]上焊接有保險(xiǎn)絲[21]，通過(guò)鎳條或鎳鋼片引出。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子蓄電池模塊，其特征在于所述的上集流板[5]或下集流板[8]的外側(cè)平面上可安裝一個(gè)液體冷卻板；所述的液體冷卻板包括底板[14]和蓋板 [11]通過(guò)左右封條[12]和前后封條[15]密封，其內(nèi)設(shè)置有格柵形的導(dǎo)流槽[13]；前后封條[15]上分別設(shè)置冷卻液入口管道和冷卻液出口管道；所述的底板[14]采用鋁板制作，與上集流板[5]或下集流板[8]板完全接觸，通過(guò)螺栓固定；蓋板[11]及左右封條[12]、前后封條[15]均采用PVC絕緣材料，通過(guò)高強(qiáng)度膠黏合。
3.如權(quán)利要求2所述的鋰離子蓄電池模塊，其特征在于所述的液體冷卻板與一個(gè)泵、 一個(gè)散熱器和一個(gè)過(guò)濾器串聯(lián)連接，散熱器的一側(cè)設(shè)置一個(gè)大型風(fēng)扇。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子蓄電池模塊，其特征在于所述的上集流板[5]或下集流板[8]的外側(cè)平面上還可以安裝有一個(gè)相變冷卻板，所述的相變冷卻板包括底板[18] 上安裝箱體[16]，箱體[16]由翅片[20]分成多個(gè)小區(qū)間，區(qū)間內(nèi)填充相變材料[19]；箱體 [16]頂蓋上設(shè)置有多片肋片[17]；所述的底板[18]采用鋁板、箱體[16]采用絕緣材料制成。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子蓄電池模塊，其特征在于所述的上支架[6]及下支架 [7]采用PVC絕緣材料制作，所述的極耳板[1]、上集流板[5]和下集流板[8]均采用紫銅材料制成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及蓄電池模塊，公開(kāi)了一種高能量密度鋰離子蓄電池模塊，包括鋰離子電池陳列于上支架板[6]和下支架板[7]之間組成電池模塊；上、下支架板內(nèi)部設(shè)有多個(gè)通孔[9]；鋰離子電池之間分布有支撐柱；上支架板[6]的凹面內(nèi)安裝有集流板[5]，與鋰離子電池正極相連；下支架[7]底面的凹面安裝下集流板，與鋰離子電池負(fù)極焊接相連；兩塊極耳板分別與上集流板[5]、下集流板[8]連接。本實(shí)用新型解決了電池模塊內(nèi)阻大，能量密度低，循環(huán)壽命短、在大電流條件下工作時(shí)，電均一性及熱均一性都很差等問(wèn)題，取得了整體效率高、重量輕、散熱好等有益效果。
文檔編號(hào)H01M2/26GK202042528SQ20112004619
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者劉輝, 王諶, 解晶瑩, 顏萍, 黃嘉燁 申請(qǐng)人:上?？臻g電源研究所