CN105140444A - 一种高安全的锂离子电池组 - Google Patents
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Abstract
一种高安全的锂离子电池组，包括表面带防护层的电池、固定支架、管理系统、动力电线和电压采集线，所述的表面带防护的电池是在电池表面装有耐高温和高绝缘层，所述的固定支架是耐高温和高绝缘材料制成。在电池表面防护层和耐高温电池固定支架双重保护下，消除了电池组安全隐患，从而有利于锂离子电池组及其系统大型化应用，给热稳定性稍差的高比能量锂离子电池应用于动力和储能系统的提高了基础。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种多串锂离子电池组。
背景技术
锂离子电池具有电压高、比能量高和环保，而广泛应用于便携式消费电子产品，其组成的电池组逐渐应用于电动汽车和储能系统。
用作电动汽车和储能系统的锂离子电池组必须高电压，甚至高达600多伏，需要约200只电池串联。多串电池组聚集能量大，电压高，面临着安全问题。其中只要一只电池因过充电或短路引起的电池热失控，电池表面温度高达300℃以上；高温导致电池组的常规电池固定支架软化或燃烧，使失控电池与周围电池接触，造成与其串联的周围电池外部短路，或者灼热周围电池，使周围电池隔膜失效，引起电池内短路，或者灼热周围电池，使周围电池泄放电解液气化的易燃气体，从而引起周围电池热失控和燃烧，造成电池组局部或全部电池燃烧，甚至爆炸。因此，必须解决电池组的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种高安全的锂离子电池组，以防止电池组其中某一电池失控，引起电池组失控、爆炸和燃烧等安全问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高安全的锂离子电池组，包括表面带防护层的电池，固定支架，管理系统，动力电线和电压采集线，所述的表面带防护的电池是在电池表面装有耐高温和绝缘层，所述的固定支架是耐高温和高绝缘材料制成，用于固定电池和支撑电池多层叠放。把电池套上或裹上防护层，放入电池固定支架，用动力电线串、并联连接电池，然后安装电池组管理系统，最后用电压采集线把每串电池连接到管理系统相应的端口，形成高安全的电池组。
作为改进，所述电池的耐高温和绝缘层为耐400℃以上高温，又高绝缘的材料，如玻璃纤维和酚醛树脂的复合材料、云母和有机硅复合材料、高硅氧耐火纤维布、陶瓷纤维布等材料。
作为改进，所述电池的耐高温和绝缘层结构可以是带状布包裹而成，根据电池形状也可以是薄园筒，或正方体、长方体和椭圆体形状。
作为改进，所述的电池固定支架采用耐400℃以上高温，又高绝缘的材料，如玻璃纤维和酚醛树脂的复合材料、云母和有机硅复合材料、陶瓷等材料。
通过在电池表面设置耐高温和高绝缘的保护层避免了电池被周围高温电池灼烧，电池内部隔膜失效或电池安全阀(或防爆片)打开泄气的情况发生；采用耐高温和高绝缘的电池固定支架可以使高温下支架结构不软化变形，叠放的电池不坍塌，电池间外壳不接触，串联电池间不短路。电池组在两者双重防护下可以消除锂离子电池组的安全隐患。
本发明与现有技术相比所带来效果是。
消除了锂离子电池组安全隐患，从而有利于锂离子电池组及其系统大型化应用，给热稳定性稍差的高比能量锂离子电池应用于动力和储能等系统的提高了基础。
附图说明
图1描述圆柱体锂离子电池表面带防护层电池结构
图2描述圆柱体电池的电池组固定支架结构
图3描述本发明的电池组结构
具体实施方式
下面结合说明书附件对本发明作进一步说明。
图1描述圆柱体锂离子电池表面带防护层电池结构。在正、负极同侧的电池101上包裹耐高温和绝缘层102，形成表面带保护层的电池，如图1(a)；在正、负极异侧的电池103上包裹耐高温和绝缘层102，形成表面带保护层的电池，如图1(b)。正方体、长方体或其他形状的电池，同样可以在其表面包裹或套上耐高温和绝缘层102。
图2描述圆柱体电池的电池组固定支架结构。圆柱体电池的电池组固定支架201是在一个整板上设置放置电池的孔洞，并把安放在孔洞中的电池固定住。固定支架201用于固定电池，防止电池晃动，支撑电池多层叠放；固定支架201采用耐高温和高绝缘材料制成，能够防止电池组某一电池过热造成电池叠堆塌陷，所引起的其他电池被灼热或电池之间的短路。正方体、长方体或其他形状的电池，可以设计类似的固定支架。
图3描述本发明的电池组结构。电池组301由包裹防护层102的电池103、固定支架201、管理系统303、电压采集线302和动力电线304组成。总正、总负动力电线用于电池组的充电、放电。
实施例1
用16只40Ah圆柱形60200镍锰钴酸锂正极材料锂离子电池作为电池组电池103。根据电池的直径、防护层厚度和电池组尺寸设计固定支架的模具，在模具里加入含50％玻璃纤维的酚醛树脂，经过24h固化，制得需要的玻璃纤维和酚醛树脂复合的固定支架201。在每个电池103表面包裹一层0.2mm厚的高硅氧耐火纤维布保护层102，制成表面带防护层的电池103。把电池103按照图3所示的正、负极标志，放置在两个固定支架201之间，安装电池管理系统303，用动力电线304按照图3连接各电池103，并引出总正、总负动力电线，用电压采集线302把每串电池的正、负极分别连接到管理系统303，完成电池组301的组装。模拟电池组其中1串电池中的3只电池损坏，管理系统电压控制失效。把电池组第三层自左往右第2只电池正极与其他电池断开，单独对该电池施加160A15V直流电流充电，8分钟后该电池防爆片打开，2分钟后无法再给电池充电，在接线柱处附近的电池壳体测得电池温度350℃。2小时后检查电池组，该电池周边电池和该电池接触的固定支架完好。
实施例2
用15只40Ah圆柱形60200镍锰钴酸锂正极材料锂离子电池和1只内有金属屑的模拟内短路镍锰钴酸锂正极材料电池作为电池组电池103。与实施例1相同方法组装电池组301，其中内有金属屑的模拟内短路电池放置在第三层自左往右第2只电池位置。给电池组进行160A，终止电压16.4V充电，充电至45min，模拟内短路的电池温度快速升高，防爆片打开，最后壳体温度达到350℃。2小时后检查电池组，该电池周边电池和该电池接触的固定支架完好。
对比例1
除了电池103表面只套PVC热缩膜，没有高温保护层外，其他与实施例1相同的方法和材料组装电池组301。同样，单独对该电池施加160A15V直流电流充电，8分钟后电池防爆阀打开，2分钟后无法再给电池再充电，在接线柱处附近的电池壳体测得电池稳定350℃。2小时后检查电池组，最靠近该电池的电池由于受到灼热，热缩膜收缩，发生防爆阀打开，接触的固定支架完好。
对比例2
除了固定支架采用ABS材料外，其他与实施例1相同的方法和材料组装电池组301。同样，单独对该电池施加160A15V直流电流充电，8分钟后电池防爆阀打开，2分钟后无法再给电池充电，在接线柱处附近的电池壳体测得电池稳定350℃。2小时后检查电池组，固定支架接触该电池的地方融化，该电池周边电池完好。
对比例3
电池103表面只套PVC热缩膜，固定支架采用ABS材料，其他与实施例1相同的方法和材料组装电池组301。同样，单独对该电池施加160A15V直流电流充电，8分钟后电池防爆阀打开，2分钟后无法再给电池充电，在接线柱处附近的电池壳体测得电池稳定350℃，同时在该电池附近的3只防爆阀打开，有明火。4小时后检查电池组，固定支架接触该电池的地方融化，电池叠堆塌陷，4只电池损坏。
Claims (6)
1.一种高安全的锂离子电池组，包括表面带防护层的电池、固定支架、管理系统、动力电线和电压采集线，用电压采集线把电池连接到管理系统相应的端口，其特征在于：所述的表面带防护的电池是在电池表面装有耐高温和高绝缘层，所述的固定支架是耐高温和高绝缘材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种高安全的锂离子电池组，其特征在于：电池表面的耐高温和绝缘层是耐400℃以上高温，又高绝缘的材料。
3.根据权利要求2所述的一种高安全的锂离子电池组，其特征在于：所述耐高温和高绝缘材料选自玻璃纤维和酚醛树脂的复合材料、云母和有机硅复合材料、高硅氧耐火纤维布、陶瓷纤维布。
4.根据权利要求1所述的一种高安全的锂离子电池组，其特征在于：所述的固定支架是耐高温和高绝缘材料是耐400℃以上高温，又高绝缘的材料。
5.根据权利要求4所述的一种高安全的锂离子电池组，其特征在于：所述耐高温和高绝缘材料选自玻璃纤维和酚醛树脂的复合材料、云母和有机硅复合材料、陶瓷。
6.根据权利要求1所述的一种高安全的锂离子电池组，其特征在于：所述的锂离子电池是圆柱形、正方体、长方体或椭圆体锂离子电池。
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