一种采用圆柱电池单体的电池箱及其导热路径选择方法技术

本发明专利技术涉及一种采用圆柱电池单体的电池箱及其导热路径选择方法，通过比较圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻，确定优选圆柱电池单体的轴向或径向作为导热路径；确定导热路径后，通过在电池箱箱体中设置若干电池模组，并在电池模组的第一框体和第二框体间对应的通孔中设置圆柱电池单体，根据选择的导热路径将圆柱电池单体通过相应的导热元件连接至散热体或加热体进行热管理。本发明专利技术根据圆柱电池单体的实际情况选择合适的导热路径，根据实际情况使用该导热路径将圆柱电池单体与散热体或加热体配合设置以进行自然冷却、强制风冷、液冷、加热膜加热、PTC加热和液热等，具有较好的热管理，热管理的复杂度低，电池模组重量小，成本低，安全性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组的
，特别涉及一种可以根据圆柱电池单体的实际选择情况确定热管理传热路径且热管理优异的采用圆柱电池单体的电池箱及其导热路径选择方法。
技术介绍
在国家的支持和市场的利好下，动力锂离子电池行业发展非常迅速，尤其是在大巴、乘用车和物流车等领域，动力锂离子电池的使用率增长极为迅速。圆柱电池单体作为锂离子电池的一种，因其特殊的几何结构和较小的容量，成组时往往需要将大量的电池单体进行串并联，才能满足动力电池系统对电流和电压的需求。显而易见，这种成组方式伴随而来的是对电池系统热管理的挑战。随着消费者对电动汽车动力性能和快充性能等要求的提升，动力锂离子电池在使用过程中的发热问题越来越严重，尤其是在夏天的南方地区，因为电池过热导致的故障及事故频频发生。电池的发热使得电池温度升高，进而使电池寿命降低，甚至发生不可预测的危险。经过一些研发，业内开发了一些针对圆柱电池单体构成的电池模组的热管理方法，如知名的Tesla的液冷电池系统，其基于以圆柱电池单体的圆柱大面为主要的导热路径进行设计，然而，这种设计需要对每个圆柱电池单体的圆柱面都进行热管理，使得热管理系统非常复杂，热管理系统的设计和制造十分复杂，成本也比较高；也有将整个圆柱电池单体全部浸没在灌封胶中，这种设计不但会大幅增加模组的重量，降低能量密度，亦会增加成本，同时未对可能产生的电池模组的热失控蔓延采取合理的规避措施。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，现有技术中，针对圆柱电池单体构成的电池模组的热管理方法无法兼顾便利性和性能两方面的优势，而导致的要么需要对每个圆柱电池单体的圆柱面都进行热管理，使得热管理系统非常复杂，热管理系统的设计和制造十分复杂，成本也比较高，要么将整个圆柱电池单体全部浸没在灌封胶中，大幅增加模组重量，降低能量密度，亦会增加成本，同时未对可能产生的电池模组的热失控蔓延采取合理的规避措施的问题，进而提供了一种优化的采用圆柱电池单体的电池箱及其导热路径选择方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种采用圆柱电池单体的电池箱导热路径选择方法，所述导热路径选择方法包括以下步骤：步骤1：确定圆柱电池单体的高度l、直径d、轴向导热系数λA和径向导热系数λR；步骤2：所述圆柱电池单体的导热路径包括轴向和径向，设定圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻的热阻比为α；步骤3：根据傅立叶导热定律用差分格式替代偏导数项，得到即热阻得到圆柱电池单体的轴向热阻径向热阻其中，为热流量，△T为温差，A为导热面积，△x为导热路径的长度；步骤4：得到圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻比：步骤5：当α＜1时，选择圆柱电池单体的轴向作为导热路径；当α>1时，选择圆柱电池单体的径向作为导热路径；当α＝1时，选择圆柱电池单体的轴向或径向作为导热路径。优选地，所述步骤4中，其中，ε为圆柱电池单体的圆周面等效利用率，0＜ε＜1，η为圆柱电池单体的端面等效利用率，0＜η＜1。一种采用所述的导热路径选择方法的采用圆柱电池单体的电池箱，所述电池箱包括箱体，箱体中设有若干电池模组，所述任一电池模组包括配合设置的第一框体和第二框体，所述对应的第一框体和第二框体内设有包括对应的通孔的阵列，所述第一框体和第二框体的边缘高于阵列所在平面；所述第一框体和第二框体的对应的通孔间配合设有圆柱电池单体，所述圆柱电池单体的正极端与所述第一框体的通孔配合设置，所述圆柱电池单体的负极端与所述第二框体的通孔配合设置；所述圆柱电池单体上设有导热元件，所述导热元件连接至散热体或加热体。优选地，所述导热元件为设置在圆柱电池单体的负极端和第二框体的通孔间的导热胶层；或所述导热元件为设置在圆柱电池单体中部的导热片。优选地，所述任一电池模组中的所有圆柱电池单体并联，所述若干电池模组顺次串联。优选地，所述任一电池模组中的所有圆柱电池单体的正极焊接至第一金属板，所述任一电池模组中的所有圆柱电池单体的负极焊接至第二金属板，所述任一第一金属板上设有电极，所述任一第二金属板上设有电极，所述若干电池模组顺次以在先电池模组的第一金属板上的电极连接至在后电池模组的第二金属板上的电极。优选地，所述任一电池模组包括若干电池单体群，所述电池单体群包括数量相等的圆柱电池单体；所述任一电池单体群中的所有圆柱电池单体并联，所述若干电池单体群顺次串联；所述若干电池模组顺次串联。优选地，所述任一电池单体群中所有圆柱电池单体的正极焊接至第三金属板，所述任一电池单体群中所有圆柱电池单体的负极焊接至第四金属板，所述任一第三金属板上设有电极，所述任一第四金属板上设有电极，所述若干电池单体群顺次以在先电池单体群的第三金属板上的电极连接至在后电池单体群的第四金属板上的电极，所述若干电池模组顺次以在先电池模组的最后一个电池单体群的第三金属板上的电极连接至在后电池模组的第一个电池单体群的第四金属板上的电极。优选地，所述第一框体背向通孔的侧面上分布设有若干第一凸台和第二凸台；所述若干第一凸台的高度相等，所述若干第二凸台的高度相等，所述第二凸台的高度大于第一凸台的高度；所述若干第一凸台上贴设有隔热防冲击层，所述隔热防冲击层上设有若干定位孔，所述若干第二凸台的上端部与所述定位孔贴合设置，所述若干第二凸台的顶面与所述隔热防冲击层的表面齐平；所述第二框体背向通孔的侧面上分布设有若干高度相等的第三凸台。优选地，所述第一框体和第二框体的四周分布设有排气孔；所述电池模组外的箱体内侧设有防爆阀。本专利技术提供了一种优化的采用圆柱电池单体的电池箱及其导热路径选择方法，通过对于当前使用的圆柱电池单体进行轴向热阻与径向热阻的比较，确定更优选圆柱电池单体的轴向还是径向作为导热路径；确定导热路径后，通过在电池箱箱体中设置若干电池模组，并在电池模组的第一框体和第二框体间对应的通孔中设置圆柱电池单体，根据选择的导热路径将圆柱电池单体通过相应的导热元件连接至散热体或加热体进行热管理。本专利技术根据圆柱电池单体的实际情况选择了合适的导热路径，并能根据实际情况，使用这条导热路径将圆柱电池单体与散热体或加热体配合设置以进行自然冷却、强制风冷、液冷、加热膜加热、PTC加热和液热等，具有较好的热管理，热管理的复杂度低，电池模组重量小，成本低，安全性高。专利技术附图图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术采用轴向作为导热路径时电池模块的爆炸图结构示意图；图3为本专利技术采用径向作为导热路径时电池模块的爆炸图结构示意图；图4为本专利技术中实施例1电池模块间连接的剖视图结构示意图；图5为本专利技术中实施例2电池模块间连接的结构示意图；图6为本专利技术中电池模块的第一框体相对设置时的局部剖视图结构示意图；图7为本专利技术中电池模块的第二框体相对设置时的局部剖视图结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细描述，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术涉及一种采用圆柱电池单体1的电池箱导热路径选择方法，所述导热路径选择方法包括以下步骤。步骤1：确定圆柱电池单体1的高度l、直径d、轴向导热系数λA和径向导热系数λR。步骤2：所述圆柱电池单体1的导热路径包括轴向和径向，设定圆柱电池单体1的轴向热阻与径向热阻的热阻比为α。本专利技术中，步骤1和2确定了圆柱电池单体1的基本特性，圆柱电池单体1的导热路径包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用圆柱电池单体的电池箱导热路径选择方法，其特征在于：所述导热路径选择方法包括以下步骤：步骤1：确定圆柱电池单体的高度l、直径d、轴向导热系数λA和径向导热系数λR；步骤2：所述圆柱电池单体的导热路径包括轴向和径向，设定圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻的热阻比为α；步骤3：根据傅立叶导热定律用差分格式替代偏导数项，得到即热阻得到圆柱电池单体的轴向热阻径向热阻其中，为热流量，△T为温差，A为导热面积，△x为导热路径的长度；步骤4：得到圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻比：α=γA:γR=12lλA2π(12d)2:12dλRπld=2λRλA(ld)2;]]>步骤5：当α＜1时，选择圆柱电池单体的轴向作为导热路径；当α>1时，选择圆柱电池单体的径向作为导热路径；当α＝1时，选择圆柱电池单体的轴向或径向作为导热路径。

【技术特征摘要】
1.一种采用圆柱电池单体的电池箱导热路径选择方法，其特征在于：所述导热路径选择方法包括以下步骤：步骤1：确定圆柱电池单体的高度l、直径d、轴向导热系数λA和径向导热系数λR；步骤2：所述圆柱电池单体的导热路径包括轴向和径向，设定圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻的热阻比为α；步骤3：根据傅立叶导热定律用差分格式替代偏导数项，得到即热阻得到圆柱电池单体的轴向热阻径向热阻其中，为热流量，△T为温差，A为导热面积，△x为导热路径的长度；步骤4：得到圆柱电池单体的轴向热阻与径向热阻比：α=γA:γR=12lλA2π(12d)2:12dλRπld=2λRλA(ld)2;]]>步骤5：当α＜1时，选择圆柱电池单体的轴向作为导热路径；当α>1时，选择圆柱电池单体的径向作为导热路径；当α＝1时，选择圆柱电池单体的轴向或径向作为导热路径。2.根据权利要求1所述的一种采用圆柱电池单体的电池箱导热路径选择方法，其特征在于：所述步骤4中，其中，ε为圆柱电池单体的圆周面等效利用率，0＜ε＜1，η为圆柱电池单体的端面等效利用率，0＜η＜1。3.一种采用权利要求1～2之一所述的导热路径选择方法的采用圆柱电池单体的电池箱，所述电池箱包括箱体，箱体中设有若干电池模组，其特征在于：所述任一电池模组包括配合设置的第一框体和第二框体，所述对应的第一框体和第二框体内设有包括对应的通孔的阵列，所述第一框体和第二框体的边缘高于阵列所在平面；所述第一框体和第二框体的对应的通孔间配合设有圆柱电池单体，所述圆柱电池单体的正极端与所述第一框体的通孔配合设置，所述圆柱电池单体的负极端与所述第二框体的通孔配合设置；所述圆柱电池单体上设有导热元件，所述导热元件连接至散热体或加热体。4.根据权利要求3所述的一种采用圆柱电池单体的电池箱，其特征在于：所述导热元件为设置在圆柱电池单体的负极端和第二框体的通孔间的导热胶层；或所述导热元件为设置在圆柱电池单体中部的导热片。5.根据权利要求3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，蒋碧文，何聪，
申请(专利权)人：杭州捷能科技有限公司五常分公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33