CN103996886A - 具备散热能力的电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱，所述电池箱内充入冷却剂，所述冷却剂为绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的相变物质，所述相变物质在电池箱内可以发生液汽相变，采用了本方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。

Description

具备散热能力的电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池模块，尤其是一种具备散热能力的电池模块。
背景技术
动力电池在大电流充放电过程中，电池内部会积聚大量的热，若热量不及时排除则电池组温度急剧升高，特别是大容量电池组，通常放热量更高且由于满足能量密度的需要更易积累热量，从而导致热失控，进一步带来电池释放气体、冒烟、漏液的后果，甚至可能会引起电池发生燃烧，所以动力电池的温度管理显得尤为重要；而传统的风冷和液冷结构对高能量密度且发热量巨大的电池组散热效果较差，专利号为CN201110135031的专利公开了一种将相变材料和热管结合的散热系统。
该专利的技术方案是：在单体电池之间缝隙内填充有相变材料，各相邻单体电池紧密接触，在各相邻单体电池之间的空隙内插装有热管，并且在壳体周围还设置外热管，外热管和内热管均具有安装于壳体内的蒸发端和设置于壳体外的冷凝端，并与相变材料相接触；该专利仅仅将相变材料作为导热介质，其实质上与普通的导热冷却剂并无本质区别，其实质都是将电池单元的热量带入相变材料中，再通过其他散热方式将热量带离电池组，这种结构并不能充分发挥相变物质的散热能力，也不能解决大型动力电池组的散热问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种具备优秀散热能力的中型或者大型电池模块。
本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱，所述电池箱内充入冷却剂，所述冷却剂为绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的相变物质，所述相变物质在电池箱内可以发生液汽相变。
当电池箱内的温度达到相变物质发生液汽相变的温度时，相变物质发生液汽相变，汽化过程的传热效率较高，从而将电池箱内的热量带走。
作为优选，所述冷却剂包括常压下沸点为-20℃至100℃的相变物质。
作为优选，所述冷却剂包括处于0.2bar至5bar 之间时，沸点为15℃至90℃的相变物质。
液体的沸点随着压力的增高而增高，随着压力的降低而降低，针对选定的某种冷却剂组分，通过预先调整电池箱内的压力，可以控制冷却剂的沸腾温度处于电池理想的工作温度范围。在电池箱内设置的冷却剂包括处于0.2bar至5bar 之间时，沸点为15℃至90℃的相变物质，对电池箱加压使得电池箱内的压力处于0.2bar至5bar 之间，达到了相变物质的沸点，部分冷却剂汽化，相比液体对流传热，汽化过程的传热效率更高，从而带走更多的热量；汽化后的冷却剂通过外部循环管路循环至冷凝器，和空气或者其它冷媒换热被冷凝成为液体，回到电池箱中，蒸汽冷凝过程的传热效率也很高。
作为优选，所述电池箱的外部设置散热鳍片。
在电池箱的外部设置散热鳍片使得整个电池箱体的散热效果更佳，相变物质的冷凝速度更快，从而加快电池模块的散热。
作为优选，所述相变物质包括卤代烃、磷酸酯、氢氟醚中的至少一种。
作为优选，所述卤代烃包括氟代烃、氟氯烃中的至少一种。
所述氢氟醚，举例包括，三氟乙基醚。
所述氟代烃，举例包括，六氟丙烷、七氟丙烷。
所述氟氯烃，举例包括，三氯一氟甲烷（即氟利昂R11）、三氯三氟乙烷、一氟二氯乙烷。
所述磷酸酯，举例包括，三氯乙基磷酸酯。
本发明将相变物质充入电池箱内与电池单元充分直接接触，且利用汽化过程传热，热传导效率更高，特别有利于传导电池模块内紧密排列的电池单元积聚的热量，使得电池之间的温度分布更加均匀；当电池单元温度升高后，相变物质改变自身的物理状态，从液态向汽态转换，从而吸收热量；充分利用了相变物质的状态变化从而达到对电池模块散热的目的，且利用具有绝缘和阻燃特性的相变物质也有利于提升电池模块的安全性能。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。
附图说明
图1是具备散热能力的电池模块的示意图。
其中1.电池箱，2.散热鳍片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为三氯乙基磷酸酯，它具有良好绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的性能，是常用的阻燃剂之一，在常压下沸点为194℃，电池密闭系统的压力设定为0.2bar时，沸点为15℃；当电池密闭系统的压力设定为0.2bar，电池组的温度达到15℃时，三氯乙基磷酸酯开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得三氯乙基磷酸酯蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。
实施例2
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为三氯三氟乙烷，它具有良好绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的性能，是常用的阻燃剂之一，电池密闭系统的压力设定为1bar时，沸点为47℃；当电池密闭系统的压力设定为1bar，电池组的温度达到47℃时，三氯三氟乙烷开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得三氯三氟乙烷蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。
实施例3
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为三氯一氟甲烷，它是一种稳定、微溶于水的无色液体，是常用的致冷剂之一，电池密闭系统的压力设定为1bar时，沸点为23.7℃；当电池密闭系统的压力设定为1bar，电池组的温度达到23.7℃时，三氯一氟甲烷开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得三氯一氟甲烷蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。
实施例4
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为三氟乙基醚，是常用的致冷剂、灭火剂和清洗剂，电池密闭系统的压力设定为1bar时，沸点为56.2℃；当电池密闭系统的压力设定为1bar，电池组的温度达到56.2℃时，氢氟醚开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得氢氟醚蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。
实施例5
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为六氟丙烷，它具有良好绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的性能，是常用的阻燃剂之一，在常压下沸点为-1.4℃，电池密闭系统的压力设定为2bar时，沸点为20℃；当电池密闭系统的压力设定为2bar，电池组的温度达到20℃时，六氟丙烷开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得六氟丙烷蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求
实施例6
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为七氟丙烷，它具有良好绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的性能，是常用的灭火剂之一，在常压下沸点为-16℃，电池密闭系统的压力设定为4bar时，沸点为21℃；当电池密闭系统的压力设定为4bar，电池组的温度达到21℃时，七氟丙烷开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得七氟丙烷蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求
实施例7
如图1所示，本发明提供一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱1，所述电池箱1内充入相变物质，靠相变物质的汽化带走热量，这种热量交换方式比传统的液冷和风冷的效果更好。
所述相变物质为一氟二氯乙烷，它具有良好绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的性能，是常用的阻燃剂之一，在常压下沸点为32℃，电池密闭系统的压力设定为5bar时，沸点为90℃；当电池密闭系统的压力设定为5bar，电池组的温度达到90℃时，一氟二氯乙烷开始沸腾汽化，吸收电池组的热量，相变物质蒸汽与电池箱1外部设置的散热鳍片2进行热量交换，外部采用温度低于20℃的空气对散热鳍片2进行散热，使得一氟二氯乙烷蒸汽冷凝成液体，从而降低电池组1的温度。
采用了本发明提供的方案之后，无须改变电池单元的排列状态和电气结构，在保证较高能量密度的前提下，完全满足了电池模块的散热需求。

Claims (6)

1.一种具备散热能力的电池模块，包括电池单元和容纳电池单元的电池箱，其特征在于：所述电池箱内充入冷却剂，所述冷却剂为绝缘、阻燃、抗电解、抗热分解的相变物质，所述相变物质在电池箱内可以发生液汽相变。
2.根据权利要求1所述的具备散热能力的电池模块，其特征在于：所述冷却剂包括常压下沸点为-20℃至100℃的相变物质。
3.根据权利要求1所述的具备散热能力的电池模块，其特征在于：所述冷却剂包括处于0.2bar至5bar 之间时，沸点为15℃至90℃的相变物质。
4.根据权利要求1所述的具备散热能力的电池模块，其特征在于：所述电池箱的外部设置散热鳍片。
5.根据权利要求2或3所述的具备散热能力的电池模块，其特征在于：所述相变物质包括卤代烃、磷酸酯、氢氟醚中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的具备散热能力的电池模块，其特征在于：所述卤代烃包括氟代烃、氟氯烃中的至少一种。
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