对电芯双重保护的液冷板的制作方法

1.本发明涉及动力电池领域，具体涉及一种对电芯双重保护的液冷板。


背景技术：

2.近年来，随着动力电池市场需求的不断扩大，动力电池的安全性能越来越受重视，行业监管也趋于严格。国家市场监督总局在2020年发布的gb38031中明确要求，锂离子电池单体发热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，从而为乘员预留出必要的逃生时间。
3.根据触发方式的不同，动力电池热失控的诱因可分为机械滥用、电滥用和热滥用三种。尽管诱因不同，但最终表现形式均为电芯温度升高，内部各材料相继发生热分解反应，致使电芯内部温度急剧升高，最终热失控。在此情况下，如果电池系统内部防护不到位，或者不能及时将电芯副反应产生的高温高压物质排出，就会导致周围电芯温度升高，发生电芯连锁热失控，最终整个电池包热失控。为了避免电池包热失控的发生，目前行业内除了提升电芯自身材料的热安全性外，大多采用在电芯、模组以及系统层面增加低导热系数、高化学稳定性的隔热材料来延缓热蔓延。例如，在电芯间采用气凝胶等隔热材料、中间复合板隔热，模组间采用防火棉和云母等隔热，系统层面选用防火毯或涂覆阻燃材料。然而这种技术不能完全有效阻隔高温物质，导致电池包内部热量积聚，存在发生热失控的风险。
4.液冷板作为与电池模组几乎直接相接触的元件，其结构设计直接关系到电池包的热性能。本发明旨在通过优化液冷板的结构以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种对电芯双重保护的液冷板结构，当单个电芯发生热失控时能够及时高温高压物质排出去，同时对周围电芯进一步进行保护。
6.为了实现上述目的，本发明提出一种对电芯双重保护的液冷板，包括：
7.流道板，所述流道板上开有多个热扩散孔，热扩散孔的两侧布置有换热流体流道；
8.上平板，设置于所述流道板的上方，所述上平板上开有多个热扩散孔，上平板上的热扩散孔的位置和尺寸与流道板上的热扩散孔的位置和尺寸一一对应；
9.复合薄膜，设置于上平板的上方，所述复合薄膜与上平板粘接密封；以及
10.网状防火泡棉，设置于复合薄膜的上方，所述网状防火泡棉的开口位置与上平板上的热扩散孔的位置一一对应，所述网状防火泡棉的开口尺寸大于上平板上的热扩散孔的尺寸。
11.在一个实施例中，所述复合薄膜的尺寸至少为覆盖所述热扩散孔的尺寸，且不超出相邻的换热流体流道的较远一侧边。
12.在一个实施例中，所述复合薄膜包括层叠设置的复合薄膜基底和耐高温增强补丁，复合薄膜基底设置于耐高温增强补丁的上方，所述复合薄膜基底位于所述网状防火泡棉的下方，所述耐高温增强补丁位于上平板上的热扩散孔的上方，所述耐高温增强补丁的位置与上平板上的热扩散孔的位置一一对应，所述耐高温增强补丁的尺寸小于上平板上的
热扩散孔的尺寸。
13.在一个实施例中，所述复合薄膜基底为热塑性塑料，所述耐高温增强补丁为防火材料。
14.在一个实施例中，所述耐高温增强补丁的厚度为0.1～0.4mm，所述复合薄膜基底的厚度为0.1～0.4mm。
15.在一个实施例中，所述网状防火泡棉为可压缩防火泡棉。
16.在一个实施例中，所述多个热扩散孔组成多列热扩散孔，至少一列热扩散孔与另外一列热扩散孔交错排布。
17.在一个实施例中，相邻的每列热扩散孔之间设有至少一个换热流体流道。
18.在一个实施例中，所述复合薄膜通过胶粘剂与所述上平板密封粘接，所述网状防火泡棉通过胶粘剂粘贴在复合薄膜的上方。
19.在一个实施例中，所述胶粘剂为丙烯酸类压敏胶粘剂。
20.本发明的对电芯双重保护的液冷板具有如下有益效果：
21.(1)通过使用胶粘剂将复合薄膜与上平板粘合，在液冷板上方形成弱化区域，当单个电芯发生热失控时，高温高压可以将复合薄膜快速冲破，及时将高温高压气体或物质排出，对相邻电芯起到一定的缓冲作用。复合薄膜的耐高温增强补丁可以防止热量返回到电池模组腔内，从而对周围电芯造成伤害。同时通过网状防火泡棉的设置可以进一步减少扩散到隔壁电芯的热量。
22.(2)相比行业其他金属框架的弱化方案，本发明中的弱化方案将复合薄膜材料和网状防火泡棉与液冷板集成为一体。首先，可以在正常状况下保证电池包内腔体的密封性。其次，当单个电芯发生热失控时又可以提供定向爆破通道，将热失控时电芯喷发的高温高压气体或物质无延迟地排出电池包内腔，同时通过耐高温增强补丁和网状防火泡棉将热失控电芯喷发的热量与其余电芯隔离，阻止电池包进一步发生热失控的可能，提高电池包的热安全性能。
23.(3)相比无耐高温增强补丁和无网状防火泡棉的结构，本发明可以在单个电芯发生热失控时从液冷板上方和下方分别对隔壁电芯起到更好的保护，防止热量蔓延到隔壁电芯，进而避免引发整个电池包的热失控。
附图说明
24.图1是本发明一实施例的对电芯双重保护的液冷板的爆炸示意图；
25.图2是本发明一实施例对电芯双重保护的液冷板的中流道板的俯视图；
26.图3是本发明一实施例的对电芯双重保护的液冷板中复合薄膜的示意图；
27.图4是模组腔内部分本发明一实施例的对电芯双重保护的液冷板的结构示意图以及沿a-a的剖面示意图；以及
28.图5是包含本发明一实施例的对电芯双重保护的液冷板的电池包的结构示意图。
29.附图标记
30.1是上盖板；2是电池模组；3是壳体；4是液冷板；5是底护板；4.1是网状防火泡棉；4.2是复合薄膜；4.3是上平板；4.4是流道板；4.5是热扩散孔；4.6和4.7是换热流体流道；4.8和4.9是水管接头进出口；4.21是复合薄膜基底；4.22是耐高温增强补丁。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
32.如图1所示，本发明一实施例的对电芯双重保护的液冷板，包括：网状防火泡棉4.1、复合薄膜4.2、上平板4.3和流道板4.4。流道板4.4上开有多个热扩散孔4.5，热扩散孔的两侧布置有换热流体流道4.6和4.7，参见图2。上平板4.3设置于流道板4.4的上方。上平板4.3上开有多个热扩散孔，上平板上的热扩散孔的位置和尺寸与流道板上的热扩散孔4.5的位置和尺寸一一对应。复合薄膜4.2设置于上平板4.3的上方，复合薄膜4.2与上平板4.3粘接密封。复合薄膜4.2起到结构支撑和密封作用。网状防火泡棉4.1设置于复合薄膜4.2的上方。网状防火泡棉4.1的开口位置与上平板4.3上的热扩散孔的位置一一对应，网状防火泡棉4.1的开口尺寸大于上平板4.3上的热扩散孔的尺寸，以便于电芯热失控时喷出高温高压物质，参见图4。
33.进一步，复合薄膜4.2的尺寸至少为覆盖热扩散孔4.5的尺寸，以留有胶粘剂粘接的尺寸。复合薄膜4.2粘接在热扩散口4.5上，可以在单个电芯发生热失控时定向爆破。并且复合薄膜4.2的尺寸不超出相邻的换热流体流道的较远一侧边，避免给液冷板的换热增加热阻。
34.进一步，复合薄膜4.2包括层叠设置的复合薄膜基底4.21和耐高温增强补丁4.22，复合薄膜基底4.21设置于耐高温增强补丁4.22的上方，参见图3。复合薄膜基底4.21位于所述网状防火泡棉4.1的下方，耐高温增强补丁4.22位于上平板上的热扩散孔的上方。耐高温增强补丁4.22的位置与上平板上的热扩散孔的位置一一对应，耐高温增强补丁4.22的尺寸略小于上平板上的热扩散孔的尺寸，以便于装配。通过复合薄膜4.2的设置，在单个电芯发生热失控时，高温高压可以将复合薄膜4.2快速爆破，及时地将高温高压气体和物质排出。同时，复合薄膜上的耐高温增强补丁4.22和网状防火泡棉4.1可以对相邻电芯起到反向防护作用。具体地，复合薄膜4.2上的耐高温增强补丁4.22能避免高温高压气体或物质返回到高压模组腔内，从而对隔壁电芯进行反向防护。网状防火泡棉4.1粘接在复合薄膜4.2上，可以避免热量从液冷板上方的腔体向隔壁电芯进行扩散。从而，复合薄膜4.2和网状防火泡棉4.1在实现定向爆破的同时对隔壁电芯进行双重保护。
35.再进一步，复合薄膜基底4.21为热塑性塑料，耐高温增强补丁4.22为防火材料。复合薄膜4.21具备绝缘、粘接密封和一定的防火功能，耐高温增强补丁4.22具有防火性质。进一步，复合薄膜的基底4.21可以选用热塑性聚酯(pet)或聚丙烯(pp)或聚碳酸酯(pc)等塑料材料。耐高温增强补丁4.22可以选用陶瓷纤维膜(gt)或膨胀类型防火涂料(ppg)或高硅氧纤维布等防火材料。再进一步，耐高温增强补丁的厚度为0.1～0.4mm，所述复合薄膜基底的厚度为0.1～0.4mm。
36.当单个电芯发生热失控时，高温高压物质的爆破方向如图3所示。在此情境下，网状防火泡棉4.1可以从液冷板上方对隔壁电芯进行保护。复合薄膜4.2的耐高温增强补丁4.22可以从液冷板下方对隔壁电芯进行反向保护，防止热量蔓延到隔壁电芯。
37.进一步，热扩散孔4.5在流道板4.4上的具体排布方式如图5所示，热扩散孔4.4应避开换热流体流道4.6和4.7。排布在液冷板流道4.6和4.7的两侧多个热扩散孔4.5组成多
列热扩散孔，至少一列热扩散孔与另外一列热扩散孔交错排布。再进一步，相邻的每列热扩散孔之间设有至少一个换热流体流道4.6或4.7。该流道板4.4还包括水管接头进出口4.8和4.9。
38.本实施例中，复合薄膜4.2通过密封胶粘剂与上平板4.3密封粘接，保证电池模组的密封性。网状防火泡棉4.1通过胶粘剂粘贴在复合薄膜4.2的上方，确保每个电芯相对独立。其中，胶粘剂均可以采用丙烯酸酯胶粘剂等。
39.本实施例优选，网状防火泡棉为可压缩防火泡棉。进一步，网状防火泡棉可以选用xpe泡棉(化学交联泡棉)或ixpe泡棉(电子加速器辐照交联泡棉)或聚氨酯防火泡棉或硅胶防火泡棉或eva防火泡棉等。
40.本实施例优选，上平板的材质为金属铝。
41.本发明一实施例的对电芯双重保护的液冷板，其在整个电池包里的位置如图1所示。该电池包如图5所示，包括：上盖板1，电池模组2，壳体3，上文所述的对电芯双重保护的液冷板4和底护板5。上文所述的对电芯双重保护的液冷板4放置在电池模组2和壳体3的下方，底护板5放置在该液冷板4的下方。电池模组2由多个电芯封装而成，电池模组上开有多个泄压开口，液冷板4上热扩散孔4.5的位置与电池模组上的泄压开口的位置一一对应。通过对液冷板进行结构设计，将复合薄膜与上平板粘合，能够在电池模组泄压开口的下方及液冷板的上方形成弱化区域，及时将高温高压物质排出，防止热量在电芯内部积聚。同时，利用网状泡棉和耐高温增强补丁材料对隔壁电芯进行进一步双重防护，避免触发相邻电芯的热失控。具体地，当单个电芯发生热失控时，电芯内部的高温高压物质通过排气通道(即泄压开口和热扩散孔)将复合薄膜4.2爆破，之后再经过电池包上的泄压阀排出电池包外，避免高温高压气体在电池模组2内部积聚。同时，复合薄膜4.2上的耐高温增强补丁4.22和网状防火泡棉4.1将周围电芯和热失控电芯独立开来，对周围电芯进行保护，避免了积聚的热量传递给相邻电芯以引发相邻电芯的热失控。
42.本发明的对电芯双重保护的液冷板具有如下有益效果：
43.(1)通过使用胶粘剂将复合薄膜与上平板粘合，在液冷板上方形成弱化区域，当单个电芯发生热失控时，高温高压可以将复合薄膜快速冲破，及时将高温高压气体或物质排出，对相邻电芯起到一定的缓冲作用。复合薄膜的耐高温增强补丁可以防止热量返回到电池模组腔内，从而对周围电芯造成伤害。同时通过网状防火泡棉的设置可以进一步减少扩散到隔壁电芯的热量。
44.(2)相比行业其他金属框架的弱化方案，本发明中的弱化方案将复合薄膜材料和网状防火泡棉与液冷板集成为一体。首先，可以在正常状况下保证电池包内腔体的密封性。其次，当单个电芯发生热失控时又可以提供定向爆破通道，将热失控时电芯喷发的高温高压气体或物质无延迟地排出电池包内腔，同时通过耐高温增强补丁和网状防火泡棉将热失控电芯喷发的热量与其余电芯隔离，阻止电池包进一步发生热失控的可能，提高电池包的热安全性能。
45.(3)相比无耐高温增强补丁和无网状防火泡棉的结构，本发明可以在单个电芯发生热失控时从液冷板上方和下方分别对隔壁电芯起到更好的保护，防止热量蔓延到隔壁电芯，进而避免引发整个电池包的热失控。
46.应理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”和“设置”等类似词语应做
广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。还应理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
47.以上所述实施例仅是对本发明的进一步说明，并非对本发明做其他形式的限制，本发明还可有其它多种实施例。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的修改和变化，但这些相应的修改和变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，包括：流道板，所述流道板上开有多个热扩散孔，热扩散孔的两侧布置有换热流体流道；上平板，设置于所述流道板的上方，所述上平板上开有多个热扩散孔，上平板上的热扩散孔的位置和尺寸与流道板上的热扩散孔的位置和尺寸一一对应；复合薄膜，设置于上平板的上方，所述复合薄膜与上平板粘接密封；以及网状防火泡棉，设置于复合薄膜的上方，所述网状防火泡棉的开口位置与上平板上的热扩散孔的位置一一对应，所述网状防火泡棉的开口尺寸大于上平板上的热扩散孔的尺寸。2.根据权利要求1所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述复合薄膜的尺寸至少为覆盖所述热扩散孔的尺寸，且不超出相邻的换热流体流道的较远一侧边。3.根据权利要求1所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述复合薄膜包括层叠设置的复合薄膜基底和耐高温增强补丁，复合薄膜基底设置于耐高温增强补丁的上方，所述复合薄膜基底位于所述网状防火泡棉的下方，所述耐高温增强补丁位于上平板上的热扩散孔的上方，所述耐高温增强补丁的位置与上平板上的热扩散孔的位置一一对应，所述耐高温增强补丁的尺寸小于上平板上的热扩散孔的尺寸。4.根据权利要求3所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述复合薄膜基底为热塑性塑料，所述耐高温增强补丁为防火材料。5.根据权利要求3所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述耐高温增强补丁的厚度为0.1～0.4mm，所述复合薄膜基底的厚度为0.1～0.4mm。6.根据权利要求1所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述网状防火泡棉为可压缩防火泡棉。7.根据权利要求1所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述多个热扩散孔组成多列热扩散孔，至少一列热扩散孔与另外一列热扩散孔交错排布。8.根据权利要求7所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，相邻的每列热扩散孔之间设有至少一个换热流体流道。9.根据权利要求1所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述复合薄膜通过胶粘剂与所述上平板密封粘接，所述网状防火泡棉通过胶粘剂粘贴在复合薄膜的上方。10.根据权利要求9所述的对电芯双重保护的液冷板，其特征在于，所述胶粘剂为丙烯酸类压敏胶粘剂。

技术总结
本发明提供了一种对电芯双重保护的液冷板，包括：流道板、上平板、复合薄膜和网状防火泡棉。流道板上开有多个热扩散孔，热扩散孔的两侧布置有换热流体流道。上平板设置于流道板的上方。上平板上开有多个热扩散孔，上平板上的热扩散孔的位置和尺寸与流道板上的热扩散孔的位置和尺寸一一对应。复合薄膜设置于上平板的上方。网状防火泡棉设置于复合薄膜的上方。复合薄膜包括层叠设置的复合薄膜基底和耐高温增强补丁。在单个电芯发生热失控时，既可以提供定向爆破通道，又可以利用复合薄膜上的耐高温增强补丁和网状防火泡棉对相邻电芯起到反向防护作用。到反向防护作用。到反向防护作用。


技术研发人员：杨健 王洁冰 王洪吉 徐俊 黄晓 袁兼宗
受保护的技术使用者：上汽大众汽车有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/10/11