CN102655247A - 锂电池恒温运行的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使锂电池恒温运行的装置，包括：盛装锂电池的电池箱体、置于电池箱体内的相变储能材料，以及温控加热系统。还提供一种使锂电池恒温运行的方法，包括以下步骤：a)将锂电池与相变储能材料相接触，锂电池与相变储能材料与外界隔绝；b)预加热或预制冷相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度±10℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度；c)对锂电池开始充电。本发明将锂电池放入该装置后与相变储能材料接触，预加热相变储能材料，可依靠相变储能材料的固液相变化时的潜热来维持锂电池的最佳工作温度，减少外界环境温度对锂电池的影响，延长锂电池的使用寿命。

Description

锂电池恒温运行的方法与装置
技术领域
本发明涉及锂电池领域，具体涉及锂电池恒温运行的方法与装置。
背景技术
锂电池是新一代的储能电源，由锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液，广泛应用于当前的各种需要电池供电的产品设备上，特别是在电动汽车领域，锂电池更是最具有实用价值的供电电源。
技术原理、材料特性及生产工艺决定了锂电池各项技术特性参数指标受到运行温度环境的影响，这个温度环境能影响锂电池的能量密度与充放电次数。尤其在电动汽车的应用领域，锂电池运行温度环境的差异性显著。如果没有相应的控制办法，就会使得锂电池的使用性能大受影响。
通常情况下，小于最佳工作温度范围时，环境温度越低，电池内的活性物的活性越低，电解液内阻和粘度越高，离子扩散越难，电池充放电不易进行，严重影响电池使用寿命；高于最佳工作温度范围时，温度越高，同样会影响电池的充放电效率，而且对电池的损害更加严重，电池内的化学平衡受到破坏，导致电池材料的性能退化，电池使用寿命降低。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种使锂电池恒温运行的装置，能够减少外界环境温度对锂电池的影响，让不同特性的锂电池都可以在接近其最佳工作温度的状态下运行。本发明还提供一种锂电池装置，并提供一种使锂电池恒温运行的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种使锂电池恒温运行的装置，包括：盛装锂电池的电池箱体、置于电池箱体内的相变储能材料，以及温控加热系统。
作为优选，另一种使锂电池恒温运行的装置的结构可以为：所述相变储能材料封装在一个或多个独立的包装中，所述包装中的相变储能材料中置入温控加热系统。
作为优选，所述包装为金属容器或采用铝塑复合材料制备的袋式容器。
以上两种形式的使锂电池恒温运行的装置：
作为优选，所述电池箱体包括作为外层的保护支撑层、作为中层的保温层。
作为优选，所述保温层为真空隔热板。
作为优选，所述电池箱体还包括位于保温层以内的内部支撑层。
作为优选，所述相变储能材料为石蜡类、高级脂肪酸类、聚烯烃、醇类中的一种。
作为优选，所述温控加热系统包括电加热器和温度传感器。
一种锂电池装置，包括锂电池和第一种使锂电池恒温运行的装置，所述锂电池全部或局部浸泡于所述相变储能材料中。
一种锂电池装置，包括锂电池和第二种使锂电池恒温运行的装置，所述包装具有传热带，所述锂电池与所述包装通过传热带连接。
一种锂电池装置，包括锂电池和第二种使锂电池恒温运行的装置，所述锂电池为扁平结构，所述包装与锂电池直接接触。
一种使锂电池恒温运行的方法，包括以下步骤：
a)将锂电池与相变储能材料相接触，锂电池与相变储能材料与外界隔绝；
b)加热相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度±5℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度；
c)对锂电池开始充电。
作为优选，所述b)为当锂电池的实际运行环境温度低于最佳工作温度的，预加热相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度或相变温度+10℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度。
作为优选，所述b)为当锂电池的实际运行环境温度高于最佳工作温度的，预制冷相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度或相变温度-10℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度。
作为优选，所述将锂电池与相变储能材料相接触为将锂电池全部或局部浸泡于所述相变储能材料中。
作为优选，所述将锂电池与相变储能材料相接触为将所述相变储能材料独立封装后，通过传热带与锂电池相连接。
作为优选，所述将锂电池与相变储能材料相接触为将所述相变储能材料独立封装后，与锂电池接触。
本发明提供的一种使锂电池恒温运行的装置和方法，将锂电池放入该装置后与相变储能材料接触，预加热相变储能材料，可依靠相变储能材料的固液相变化时的潜热来维持锂电池的最佳工作温度，减少外界环境温度对锂电池的影响，延长锂电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明具体实施方式所提供的一种锂电池装置；
图2为本发明提供的锂电池装置的电池箱体的壁的结构；
图3为本发明具体实施方式所提供的又一种锂电池装置；
图4为本发明具体实施方式所提供的另一种锂电池装置。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种使锂电池恒温运行的装置，包括盛装锂电池的电池箱体，置于电池箱体内的相变储能材料，以及温控加热系统。在使用时，将锂电池放入该装置中，锂电池可以全部或局部浸泡于相变储能材料中。温控加热系统可以包括电加热器和温度传感器并置于相变储能材料中，也可为高温箱，加热时将电池箱体放入高温箱内进行加热。
本发明也提供一种锂电池装置，如图1所示，该锂电池装置包括锂电池2和使锂电池恒温运行的装置，锂电池2和相变储能材料3放于电池箱体1中，电池箱体1密闭，与外界隔绝，锂电池2全部浸泡在相变储能材料3中，另外在相变储能材料3中还放置了温控加热系统，图1所示的具体实施方式中，温控加热系统包括电加热器41和温度传感器42。
请参考图2为本发明提供的锂电池装置的电池箱体的壁的结构，为保证隔温效果，电池箱体1包括外层和内层，外层为保护支撑层11，提供支撑与保护作用，由具有良好硬度和强度的材料制成，可采用金属或高强度的树脂、塑料制成；内层为保温层12，具有良好保温能力，可采用各种泡沫塑料，本发明优选使用真空隔热板(VIP)。优选的，除了作为外层的保护支撑层11和保温层12以外，电池箱体还可以包括位于保温层12以内的内部支撑层，即第三层，因为保温层12的材料性质决定不能在上面布置其它的元件以及进行钻孔等，因此内部再设置一层保护支撑层，可方便在电池箱体的内壁上安装其它元件。
相变储能材料3的相变温度接近锂电池的最佳工作温度，相变储能材料在其物相变化过程中，可从环境中吸收热(冷)量或向环境中放出热量，从而达到能量储存和释放及调节能量需求和供给的目的，可以为石蜡类、高级脂肪酸类、聚烯烃、醇类中的一种。作为优选，相变储能材料中可掺入金属粉末或石墨微粒增加材料的热传导性能，或放入铜、铝或碳纤维编织的网络来增加材料的热传导性能。本发明相变储能材料优选使用石蜡，石蜡的固液相相变温度随组成石蜡的石蜡分子的碳链的长度而变化，约在0℃～80℃范围内。
本发明的温控加热系统包括电加热器41和温度传感器42，通过温控加热系统可对相变储能材料进行预热至预定温度，电加热器优选使用陶瓷PTC发热体，作为优选陶瓷PTC材料的居里点温度不高于锂电池的最大允许充电温度，利用陶瓷PTC材料的居里点控温效应，确保锂电池不会因加热到过高的温度引起损坏或发生危险。
本发明的使锂电池恒温运行的装置还可以做成另一种结构，请参考图3，图3为本发明具体实施方式所提供的又一种锂电池装置，包括锂电池和又一种使锂电池恒温运行的装置。本实施方式中，相变储能材料3封装在一个或多个独立的包装中，如图中的相变储能材料容器31，优选采用金属容器或铝塑复合材料制备的袋式容器，每个相变储能材料容器31中都有一套独立的温控加热系统，包括电加热器41和温度传感器42。每个相变储能材料容器31还具有传热带32，锂电池与相变储能材料容器31通过传热带32相连接，传热带32优选为铝箔或铜箔，传热带32与锂电池2表面和相变储能材料容器31表面大面积接触以实现热交换。
请参考图4，图4为本发明具体实施方式所提供的另一种锂电池装置。单个锂电池2为扁平结构，相变储能材料3封装在一个或多个独立的相变储能材料容器31中，每个相变储能材料容器31中都有一套独立的温控加热系统，包括电加热器41和温度传感器42。相变储能材料容器31与锂电池2直接接触，可以采用胶带或其它方式将两者固定在一起，相变储能材料容器31与锂电池2直接接触实现热交换。图4中采用三个相变储能材料容器31与两个扁平的锂电池2相间布置成三明治式夹层结构。
本发明还提供一种锂电池恒温运行的方法，包括以下步骤：
a)将锂电池与相变储能材料相接触，锂电池与相变储能材料与外界隔绝。具体操作时，可以直接将相变储能材料盛放于电池箱体中，锂电池全部或局部浸泡于相变储能材料中；也可以将相变储能材料独立封装后放于电池箱体中，然后通过传热带将锂电池与相变储能材料连接起来以进行热交换；或者将相变储能材料独立封装后，将包装好的相变储能材料与锂电池直接接触，可使用胶带等方式进行固定。
b)预加热或预制冷相变储能材料至预定温度，预定温度为相变储能材料的相变温度±10℃范围内，相变温度接近锂电池的最佳工作温度。最佳工作温度以能量密度或充放电次数为依据，结合试剂运行模式而选定。
本发明中，当锂电池的实际运行环境温度低于最佳工作温度的，充电前将相变储能材料预加热到等于或略高于相变温度，可在10℃范围内，这样锂电池在运行过程中，可以通过相变储能材料释放热量使锂电池的运行环境温度保持在最佳工作温度范围内；当锂电池的实际运行环境温度高于最佳工作温度的，充电前将相变储能材料预制冷到等于或略低于相变温度，可在10℃范围内，这样锂电池在运行过程中，可以通过相变储能材料吸收热量使锂电池的运行环境温度保持在最佳工作温度范围内。
c)对锂电池开始充电。
通过本发明提供的使锂电池恒温运行的装置和方法，依靠相变储能材料的固液相变化时的潜热，使锂电池的运行环境温度能保持在最佳工作温度范围内，锂电池的使用性不会受到影响，使用寿命得到延长。
以上对本发明所提供的锂电池恒温运行的方法与装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种使锂电池恒温运行的装置，其特征在于，包括：盛装锂电池的电池箱体、置于电池箱体内的相变储能材料，以及温控加热系统。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相变储能材料封装在一个或多个独立的包装中，所述包装中的相变储能材料中置入温控加热系统。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述包装为金属容器或采用铝塑复合材料制备的袋式容器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述电池箱体包括作为外层的保护支撑层和作为内层的保温层。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述保温层为真空隔热板。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电池箱体还包括位于保温层以内的内部支撑层。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述相变储能材料为石蜡类、高级脂肪酸类、聚烯烃、醇类中的一种。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述温控加热系统包括电加热器和温度传感器。
9.一种锂电池装置，包括锂电池和权利要求1、4至8中任一项所述的装置，所述锂电池全部或局部浸泡于所述相变储能材料中。
10.一种锂电池装置，包括锂电池和权利要求2至8中任一项所述的装置，所述包装具有传热带，所述锂电池与所述包装通过传热带连接。
11.一种锂电池装置，包括锂电池和2至8中任一项所述的装置，所述锂电池为扁平结构，所述包装与锂电池直接接触。
12.一种使锂电池恒温运行的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将锂电池与相变储能材料相接触，锂电池与相变储能材料与外界隔绝；
b)预加热或预制冷相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度±10℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度；
c)对锂电池开始充电。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述b)为当锂电池的实际运行环境温度低于最佳工作温度的，预加热相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度或相变温度+10℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述b)为当锂电池的实际运行环境温度高于最佳工作温度的，预制冷相变储能材料至预定温度，所述预定温度为相变储能材料的相变温度或相变温度-10℃范围内，所述相变温度接近锂电池的最佳工作温度。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述将锂电池与相变储能材料相接触为将锂电池全部或局部浸泡于所述相变储能材料中。
16.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述将锂电池与相变储能材料相接触为将所述相变储能材料独立封装后，通过传热带与锂电池相连接。
17.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述将锂电池与相变储能材料相接触为将所述相变储能材料独立封装后，与锂电池接触。
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