CN105552472A - 大容量电池组温控装置和具有该装置的大容量电池组 - Google Patents

大容量电池组温控装置和具有该装置的大容量电池组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大容量电池组温控装置以及具有该装置的大容量电池组，其中温控装置包括由绝缘导热材料制成的导热套，所述导热套上开设有与电池组中的若干电池单体一一对应的若干个电池穿套孔，所述导热上还开设有位于各电池穿套孔之间的填料孔，并在所述填料孔内填充有吸热相变材料或/和灭火剂材料。大容量电池组是由多个小容量圆柱形单体电池串并联组成的，而且采用了上述结构的导热套。本发明能够改善大容量电池的导热性能，将大容量电池温度控制在适当范围内，提高电池组的温度一致性，通过热交换，避免热量累积于电池组中而降低电池使用寿命或引发电池组热失控。

Description

大容量电池组温控装置和具有该装置的大容量电池组
技术领域
本发明涉及一种大容量电池组温控装置和具有该装置的大容量电池组，属于电池组温度控制技术领域。
背景技术
随着电子技术的迅猛发展，高比能量，高性能的圆柱形锂离子电池获得了更广泛的应用。此种电池不仅性能好而且不含有害物质，是绿色电源。它的各个性能几乎都达到了目前电池所能达到的最好的程度。但是，它储存能量高。又使用有机电解液，有起火和爆炸的危险，而且也确实发生过此种事故。
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。
大容量电池组主要由电池夹具和电池单体构成，其中，电池夹具为绝缘材质，电池夹具上制有用于布置所述电池单体的多个电池安装孔，所述电池单体布置在所述电池安装孔中，且在每个电池安装孔中均设置有与所述电池单体相连的金属弹簧片。
大容量电池组起火爆炸的根本原因是电池内部出现热失控。当电池内部温度超过130℃时，会发生正极物质的分解等一系列猛烈的放热反应，使温度越来越高，变为热失控，进而起火爆炸。因此如何控制电池的温度就成了电池组设计的重要问题。
现有大容量电池组的结构中，除了弹簧片是良好导热的金属片外，其余皆是绝缘绝热材料，热量传递效果不佳。因此温控不良。在大电流充放电和高温环境中易出现电池温度过高的问题。
发明内容
本发明目的是：为了克服上述问题，提供一种大容量电池组温控装置和具有该装置的大容量电池组，以将电池组在充放电时的温度控制在适当范围内，提高电池组的温度一致性，避免热量累积于电池组中而降低电池使用寿命或引发热失控。
本发明的技术方案是：一种大容量电池组温控装置，其特征在于该装置包括由绝缘导热材料制成的导热套，所述导热套上开设有与电池组中的若干电池单体一一对应的若干个电池穿套孔。
本发明这种大容量电池组温控装置在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述导热套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(TPU)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。
所述导热套上还开设有位于所述各电池穿套孔之间的填料孔，并在所述填料孔中填充有吸热材料或/和灭火剂。
所述吸热材料是相变温度为50～80℃的吸热相变材料。
所述电池穿套孔两端的孔沿处制有倒角。
所述各填料孔的轴线与各电池穿套孔的轴线平行布置，所述灭火剂为干粉灭火剂。
本发明所公布的这种电池组，包括电池夹具以及布置在该电池夹具上的若干电池单体，还包括上述结构的温控装置，所述各电池单体分别穿设在所述导热套上各电池穿套孔中，并与电池穿套孔的孔壁紧贴布置。
本发明的优点是：
1、本发明在电池组上引入了作为温控装置的导热套结构，其一方面还能够通过导热套将电池单体在充放电过程中产生的热量传递给外部散热设备(如电池箱的金属外壳)，再由外部散热设备散发出去；另一方面能够通过填料孔内的吸热材料吸收各个电池单体在充放电过程中产生的热量。从而避免热量在电池单体内集中，延长了电池组的使用寿命，降低了电池安全事故发生的可能性。
2、填料孔内填充的灭火剂能够在电池组意外起火时及时灭火，将火势控制在起火阶段，进一步保证了电池组的使用安全。
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为本发明实施例中大容量电池组的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中导热套的结构示意图；
其中：1-导热套，2-电池穿套孔，3-填料孔，4-电池夹具，5-电池单体，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示出了为本发明这种大容量电池组一个具体实施例，其包括电池夹具4，电池夹具4上设置有电池安装孔，电池安装孔中布置有金属弹片6和电池单体5，其中电池单体5为圆柱形的锂离子电池。
本实施例的关键改进在于：该电池组还包括由绝缘导热材料制成的导热套1，所述导热套1上开设有与电池组中的若干电池单体一一对应的若干个电池穿套孔2。所述各电池单体5分别穿设在所述导热套1上各电池穿套孔2中，并与电池穿套孔2的孔壁紧贴布置。
当该电池组充放电时，各电池单体5产生的热量就会通过导热套1直接向周围较快地传递，直至送到外界散热设备(如电池箱的金属外壳)散发出去。大大提高了电池组的散热性能，将电池组温度控制在适当范围内，避免热量累积。
本例中，所述导热套1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，可进一步优选为1.2W/(m·℃)以上。其中，所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯(TPU)或可直接注塑成型的导热硅橡胶，所述导热材料(即前述导热系数在0.2W/(m·℃)以上的导热材料)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微米或其他物质。
如图2所示，此外，本例在所述导热套1上还制有位于所述各电池穿套孔2之间的填料孔3，并在所述填料孔3中填充有吸热材料。当电池组处于充放电状态时，各电池单体5产生的热量，一部分通过导热套1传递至填料孔3内的吸热材料，被吸热材料吸收；还有一部分热量经导热套1传递给外界的散热设备(如电池箱的金属外壳)而散发出去。从而将各个电池单体的温度控制在一定范围内，保证了电池的使用寿命，降低了电池安全事故发生的可能性。
而且，本例中所述吸热材料为吸热相变材料(该吸热相变材料被封闭于填料孔中)。该吸热相变材料在常态下一般为固态，其在吸收足够多的热量时会发生相变反应，由固态变为液态，相变时该吸热相变材料会吸收大量的热而不会升高温度。
电池组中的热量通过导热套1传递至填料孔3内的吸热相变材料，被吸热相变材料吸收，当吸热相变材料吸收的热量足够大时发生相变反应，由固态变为液态，而且在该相变过程中，吸热相变材料吸收只吸收热量而不会升高温度，从而将各个电池单体的温度控制在一定范围内。
所述吸热相变材料可以采用石蜡、金属合金、结晶水合盐或熔融盐，其相变温度最好在50～80℃(进一步优选为60～80℃)范围内。
为了方便吸热材料的填充，本例中所述各填料孔3的轴线与各电池穿套孔2的轴线平行布置。
为了让每个填料孔3中的吸热材料都能够均匀吸收其周围各个电池单体5的热量，以保证各个电池单体5的温度均匀性，本例采用了如下结构：任意相邻的四个电池穿套孔2之间的中央位置均设置有一个所述填料孔3。
本例中，所述吸热材料预先被制成圆柱形结构之后，再固定填充于所述填料孔3内。
为了让每个填料孔3中的吸热材料都能够均匀吸收其周围各个圆柱形电池单体5的热量，以保证各个圆柱形电池单体5的温度均匀性，本例采用了如下结构：任意相邻的四个电池穿套孔2之间的中央位置均设置有一个所述填料孔3，如图1所示。
而且，还可以在所述填料孔3内同时填充灭火剂，从而在电池组意外起火时及时灭火，将火势控制在起火阶段。
为了使得所述导热套1能够更为方便地套设在个电池单体5外，本例在所述电池穿套孔2两端的孔沿处制有倒角。装配时，各电池穿套孔2分别对准并穿套在电池组中的各个圆柱形电池单体5外。
而且，我们还可以在所述填料孔3内同时填充灭火剂，从而在电池组意外起火时及时灭火，将火势控制在起火阶段。当然，我们也可以仅在填料孔3内填充灭火剂而不填充上述吸热材料。所述灭火剂优选为干粉灭火剂。
可见，本例中的所述导热套1可视为该电池组的温控装置。
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 (10)

1.一种大容量电池组温控装置，其特征在于该装置包括由绝缘导热材料制成的导热套(1)，所述导热套(1)上开设有与电池组中的若干电池单体一一对应的若干个电池穿套孔(2)。
2.根据权利要求1所述的大容量电池组温控装置，其特征在于：所述导热套(1)由具有高导热性和高韧性的热塑性弹性体复合材料制成。
3.根据权利要求2所述的大容量电池组温控装置，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。
4.根据权利要求3所述的大容量电池组温控装置，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。
5.根据权利要求3所述的大容量电池组温控装置，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。
6.根据权利要求1所述的大容量电池组温控装置，其特征在于：所述导热套(1)上还开设有位于所述各电池穿套孔(2)之间的填料孔(3)，并在所述填料孔(3)中填充有吸热材料或/和灭火剂。
7.根据权利要求6所述的大容量电池组温控装置，其特征在于：所述吸热材料是相变温度为50～80℃的吸热相变材料。
8.根据权利要求1所述的大容量电池组温控装置，其特征在于：所述电池穿套孔(2)两端的孔沿处制有倒角。
9.根据权利要求6所述的大容量电池组温控装置，其特征在于：所述各填料孔(3)的轴线与各电池穿套孔(2)的轴线平行布置，所述灭火剂为干粉灭火剂。
10.一种大容量电池组，包括电池夹具(4)以及布置在该电池夹具上的若干电池单体(5)，其特征在于：还包括如权利要求1～9中任一所述的温控装置，所述各电池单体(5)分别穿设在所述导热套(1)上各电池穿套孔(2)中，并与电池穿套孔(2)的孔壁紧贴布置。
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