CN105552298A - 具有控温保护功能的大容量电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有控温保护功能的大容量电池组，它包括电池夹具、制于所述电池夹具上的电池安装孔、布置在所述电池安装孔中的金属弹片、插设在所述电池安装孔中的上层单体电池和下层单体电池，所述上层单体电池和下层单体电池均与所述金属弹片相连，从而实现上层单体电池和下层单体电池的串联连接；在所述电池安装孔中于金属弹片底部布置有导热绝缘垫片。本发明能够防止电池组发生热失控现象，在热失控发生时起保险丝的作用，增强电池组的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有控温保护功能的大容量电池组，属于电池组温度控制技术领域。
背景技术
随着电子技术的飞快发展，高比能量，高性能的圆柱形锂离子电池得到了广泛的应用。此类电池工作电压高，循环寿命长，而且不含有害物质，是当今最理想的独立电源产品。但是，它的储存能量高，又使用有机物做电解液，本质上存在着起火爆炸的危险。事实上也出现过一些起火爆炸的事故。因此，安全问题是此类电池的最主要的短板。
电池的安全主隐患主要来自电池的热失控，电池的热反应主要分为反应热、焦耳热和极化热、这些热又分别来自电池的物理产热和化学产热，那么作为锂离子电池安全设计和制造上，首要分析产热的机理；从材料上、结构上、体系上、都会带来电池产热，那么优化控制产热和散热问题便是设计和制造电池安全的首要，从体系上来看基本分成液态体系、凝胶态体系、固态体系、多孔态体系每个体系的制造工艺和对电池带来的性能均各有不同，液态体系导电性能好但安全性上差，凝胶态和准固态安全性能提高了但在倍率性能上又带来了新的问题，多方面的设计不合理性都会带来电池产热都是影响电池安全的因素。
大容量电池组起火爆炸的根本原因是电池内部的热失控。当电池内部温度升到160℃以上时会出现正极活性物质的放热分解，温度进一步猛烈上升，进而起火爆炸。因此控制电池温度就成为保障电池安全的重要手段。尤其是控制温度不要超过100℃。
为了保障电池电流输出的可靠性，制造中都将电池的连接点做的十分牢靠，即使发生了险情，电流仍然照常输出。只有靠管理系统发出断电指令，电流才可以切断。一旦管理系统出现故障，无法断电，只能任由事故继续发展。管理系统是控制事故的唯一屏障。
发明内容
本发明目的是：为了克服上述问题，提供一种具有控温保护功能的大容量电池组，以防止电池组发生热失控现象，增强大容量电池组的安全性。
本发明的技术方案是：一种具有控温保护功能的大容量电池组，包括电池夹具、制于所述电池夹具上的电池安装孔、布置在所述电池安装孔中的金属弹片、插设在所述电池安装孔中的上层单体电池和下层单体电池，所述上层单体电池的负极和下层单体电池的正极均与所述金属弹片相连，从而实现上层单体电池和下层单体电池的串联连接，在所述电池安装孔中布置有导热绝缘垫片。
本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选技术方案：
所述导热绝缘垫片的熔融温度为90～120℃。
所述导热绝缘垫片由具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料制成。
所述具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料是由热塑性弹性体和导热材料混炼而成的高导热复合材料，其导热系数在0.2W/(m·℃)以上。
所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯或可直接注塑成型的导热硅橡胶。
所述导热材料选自氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末中的任意一种或两种以上的混合物，所述氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末的粒径为5～50微米。
所述热熔性绝缘垫片由导热硅橡胶制成。
所述导热绝缘垫片的温度超过90～120℃时转变成绝热材料。
所述导热绝缘垫片的温度超过90～120℃时转变成粘稠性流体物质，吸附在所述金属弹片表面，提高金属弹片与单体电池的接触电阻，达到限流功能。
所述导热绝缘垫片为多孔材料，其孔隙内填充有能够吸附电解液的凝胶材料或干粉灭火剂。
所述电池夹具的电池安装孔中设置有能够引导熔融的导热绝缘垫片流入所述金属弹片与所述上、下层单体电池接触点处的导流沟槽。
本发明的优点是：本发明这种大容量电池组在电池夹具的电池安装孔中设置了导热绝缘垫片。较低温度下，所述导热绝缘垫片具有良好的强度，并能在各单体电池之间传递热量，以保证电池组内温度的均匀性。一旦该电池组中单体电池表面温度上升到上述导热绝缘垫片的熔融温度时，导热绝缘垫片熔融成粘稠状的液体，粘液吸附在所述金属弹片表面，流进单体电池与金属弹片间的电接触点，以加大了连接电阻甚至将将此接触点绝缘，迫使电流下降或断开。如此发热量不再继续增加，温度就不会继续提高，防止热失控现象发生，相当于在电池组中加了一个保险丝。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中电池组的分解结构示意图；
图2为本发明实施例中电池组的局部分解结构示意图；
图3为本发明实施例中固态导热绝缘垫片的结构示意图；
其中：1-电池夹具，2-电池安装孔，3-导热绝缘垫片，4-上层单体电池，5-下层单体电池，6-金属弹片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
图1为本实施例这种具有控温保护功能的大容量电池组的结构示意图，其包括电池夹具1、制于所述电池夹具上的电池安装孔2、布置在所述电池安装孔中的金属弹片6、插设在所述电池安装孔中的上层单体电池4和下层单体电池5，所述上层单体电池4的负极和下层单体电池5的正极均与所述金属弹片6相连，从而实现上层单体电池4和下层单体电池5的串联连接。具体来说，所述下层单体电池5的正极与所述金属弹片焊接连接，所述上层单体电池4的负极与所述金属弹片接触式连接(采用负极免焊接结构，依靠金属弹片上的触点与电池的负极壳体接触连接)。
本实施例的关键改进在于：在所述电池安装孔2中设置有导热绝缘垫片3。
所述导热绝缘垫片的熔融软化温度优选为90～120℃(一般需保证其熔融温度在80～130℃范围内)，当导热绝缘垫片的温度超过90～120℃时转变成粘稠性流体物质，从而吸附在所述金属弹片表面，提高金属弹片与单体电池的接触电阻，迫使电流下降或断开。如此发热量不再继续增加，温度就不会继续提高，防止热失控现象发生，相当于在电池组中加了一个保险丝。
所述导热绝缘垫片一般由具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料制成。所述具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料是由热塑性弹性体(该热塑性弹性体为热塑性聚氨酯或可直接注塑成型的导热硅橡胶)和导热材料(该导热材料选自氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末中的任意一种或两种以上的混合物，所述氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末的粒径为5～50微米)混炼而成的高导热复合材料，其导热系数在0.2W/(m·℃)以上。
当然，所述热熔性绝缘垫片3也可以由可直接注塑成型的导热硅橡胶制成。
所述导热绝缘垫片也可以采用当温度超过90～120℃时转变成绝热物质的材料制成。当电池组某处温度过高时，以阻断该处热量向其余部分传递。
所述导热绝缘垫片3可以是多孔材料(其内具有多孔结构)，而且在其孔隙内填充有能够吸附电解液的凝胶材料，当电池损坏而泄露电解液时，该凝胶材料能够及时将其吸附起来。也可以在其孔隙内填充干粉灭火剂，防止电池起火。
所述导热绝缘垫片3通常布置在下层单体电池5的正极帽附近，上层单体电池4负极壳与金属弹片的接触点附近。本例为了方便所述导热绝缘垫片3的装配布置，将导热绝缘垫片3制成圆环形结构，并将其布置在上层单体电池负极端和金属弹片之间，而且导热绝缘垫片3位于金属弹片的底部。
为了便于熔融后的导热绝缘垫片3能够顺利流入所述金属弹片6与上、下层单体电池的接触点处，本例在所述电池夹具1的电池安装孔2中制有相应的导流沟槽(图略)。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种具有控温保护功能的大容量电池组，包括电池夹具(1)、制于所述电池夹具上的电池安装孔(2)、布置在所述电池安装孔中的金属弹片(6)、插设在所述电池安装孔中的上层单体电池(4)和下层单体电池(5)，所述上层单体电池(4)的负极与下层单体电池(5)的正极带所述金属弹片(6)接触相连，从而实现上层单体电池(4)和下层单体电池(5)的串联连接，其特征在于：在所述电池安装孔(2)中布置有导热绝缘垫片(3)。
2.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述导热绝缘垫片(3)的熔融温度为90～120℃。
3.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述导热绝缘垫片(3)由具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料制成。
4.根据权利要求3所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料是由热塑性弹性体和导热材料混炼而成的高导热复合材料，其导热系数在0.2W/(m·℃)以上。
5.根据权利要求4所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯或可直接注塑成型的导热硅橡胶。
6.根据权利要求4所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述导热材料选自氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末中的任意一种或两种以上的混合物，所述氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末的粒径为5～50微米。
7.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述热熔性绝缘垫片(3)由导热硅橡胶制成。
8.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述导热绝缘垫片(3)的温度超过90-120℃时转变成绝热材料。
9.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述导热绝缘垫片(3)的温度超过90-120℃时转变成粘稠性流体物质，吸附在所述金属弹片(6)表面，提高金属弹片(6)与单体电池的接触电阻，达到限流功能。
10.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述导热绝缘垫片(3)为多孔材料，其孔隙内填充有能够吸附电解液的凝胶材料或干粉灭火剂。
11.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的大容量电池组，其特征在于：所述电池夹具(1)的电池安装孔(2)中设置有能够引导熔融的导热绝缘垫片(3)流入所述金属弹片(6)与所述上、下层单体电池接触点处的导流沟槽。
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Legal Events
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