CN105702894A - 一种锂电池包 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池包，属于锂电池安全及储能领域。本锂电池包包括：电芯，固定电芯的电池架，电池电路保护板，动力线以及包裹上述部件的壳体。其中，所述电池架为一维碳纤维改性阻燃高分子复合材料，具有优异的散热性能，可以将电芯充放电过程中产生的热量定向散发至电池外面，杜绝因热量累积带来的安全隐患，并能保证一旦某个电芯发生爆炸后释放的大量热不影响周围电芯的工作环境；所述壳体为阻燃高分子材料，具有出色的机械性能，可耐受电芯爆炸产生的冲击，能避免因电芯着火而引起的锂电池包整体燃烧，壳体顶部凹槽结构既可防水又能保证电池包内热空气向外流动。本发明工艺简单，结构紧凑，在新能源储能领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有防爆功能的锂电池包，属于锂电池安全以及储能技术领域
背景技术
随着我国经济发展以及工业化进程加快，一系列的环境问题相继浮出水面，能源危机和环境污染也已成为制约我国发展的重要矛盾，因此，调整能源结构，推动储能技术创新已经成为国家重点发展战略。锂离子电池是储能领域最重要的技术之一，在光伏发电以及电动汽车领域均有广泛的应用。
市面现有的锂电池主要有磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池等，工作时采用的散热方式主要是空气冷却，然而空气的对流换热系数较小，换热效果不明显，锂电池在充放电过程中会因电化学反应以及物质传递产生热量，如果这些热量未及时排出而大量累积，会进一步造成电池温度上升，反应加快，影响电池寿命，一旦遇到某个电芯温度急剧上升的情况，无法保证电池组整体的安全。除此之外，部分锂电池(如三元锂电池)如内部短路，正极材料遇水或者发生严重挤压变形，会产生明火，更严重地，可能会引发热失控，最终导致电池剧烈燃烧甚至造成电池组连环爆炸。
提高锂电池包的安全性，可以通过改善电池包材料的力学性能和阻燃性能来实现。李轩科(CN103073836A)和易静(易静.沥青基炭纤维ABS/树脂导热复合材料的制备研究[D].武汉科技大学,2013.)等人制备了一系列一维碳纤维/高分子复合材料并研究了复合材料的导热性能及抗冲击性能，在此基础上，胡妞(胡妞,李布楠,高本征.炭纤维/树脂复合材料导热性能的数值模拟[J].当代化工,2014,43(12):2636-2639.)等人计算了一维碳纤维/环氧树脂界面热阻的大小，结果表明，上述复合材料在特定方向上具有出色的室温热导率及抗冲击强度。由于这些独特的性质，将上述复合材料用在锂电池包内部，既可以使热量沿一定路线定向传导，又能保证电池结构的力学性能，然而现有文献中并未见到这种复合材料在相关领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有锂电池包散热困难，整体机械强度不足，难以同时做到防水和透气的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种锂电池包，包括外壳盖子、壳体、电池架、分流器、电池电路保护板、采样线、通信线和动力线，所述电池架用于固定电芯，所述电芯通过动力线连接为电池组，所述电池组的正极通过动力线引至所述电池包的正极端子，所述电池组的负极通过动力线与分流器一极连接，所述分流器的另一极通过导线引致电池包的负极端子，所述电池电路保护板通过采样线与电芯、分流器以及热电偶相连，负责监测电芯及分流器的电压和温度，并通过通信线将采集数据传至电池包外。
优选地，所述电芯为磷酸铁锂电芯、钴酸锂电芯、三元锂电芯或聚合物锂电芯。
优选地，所述电池架为一维碳纤维改性阻燃高分子复合材料。
优选地，所述高分子复合材料的基体为阻燃环氧树脂或阻燃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
优选地，所述外壳壳体为阻燃PC合金和/或阻燃ABS合金。
优选地，所述一维碳纤维为表面活化处理的沥青碳纤维。
优选地，所述一维碳纤维伸展取向一致。
优选地，所述电池架设置有圆形空隙和\或星形空隙。
优选地，所述空隙的排布方向与碳纤维伸展方向相同。
优选地，所述壳体顶部设置有防水通风的凹槽结构。
本发明提供的锂电池包，具有优异的散热性能，可以通过碳纤维导路将电芯充放电过程中产生的热量定向散发至电池包外部，杜绝因热量累积带来的安全隐患，并能保证一旦某个电芯过热甚至爆炸后释放的大量热不影响周围电芯的工作环境，除此之外，所述锂电池包机械性能良好，可耐受电芯爆炸产生的冲击，阻燃性好，能避免电芯着火而引起的锂电池包整体燃烧。所述锂电池包壳体顶部特殊的凹槽结构既可防水又不会妨碍电池包内部热空气向外对流。本发明工艺简单，结构紧凑，重量轻，在光伏发电以及电动汽车等新能源储能技术领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种锂电池包结构示意图；
图2是图1所示锂电池包的壳体与电池架的配合示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，锂电池包包括外壳盖子1、壳体2、电池架3、分流器、电池电路保护板、采样线、通信线4和动力线，所述电池架3用于固定电芯，本实施例中的电芯为磷酸铁锂电芯、钴酸锂电芯、三元锂电芯或聚合物锂电芯，所述电芯通过动力线连接为电池组，电池组的正极通过动力线引至所述电池组的正极端子21，电池组的负极通过动力线与分流器一极连接，分流器的另一极通过导线引致电池包的负极端子22，所述电池电路保护板通过采样线与电芯、分流器以及热电偶相连，负责监测电芯及分流器的电压和温度，并通过通信线4将采集数据传至电池包外。
本实施例中的电池架3设置有圆形空隙和\或星形空隙，电池架3的材料为一维碳纤维改性阻燃高分子复合材料，其中一维碳纤维31为表面活化处理的沥青碳纤维，一维碳纤维伸展取向一致。高分子复合材料的基体32为环氧树脂或阻燃ABS。所述一维碳纤维改性阻燃环氧树脂通过以下方法获取：
取表面活化后的沥青碳纤维单向均匀排布在模具中，将环氧树脂加热到120℃，并加入阻燃剂，待其均匀分散后，降温至100℃，加入固化剂，溶解均匀后将液体缓慢倒入到盛有碳纤维的模具中，控制碳纤维体积分数为10-20％，140℃烘2h，接着在180℃固化4h，冷却之后将得到的复合材料按照一定防线切割成如附图2所示形状，并保证电池架空隙朝向与碳纤维31伸展方向相同。
本实施例中电池架3的材料为一维碳纤维改性阻燃ABS，通过以下方法获取：
取表面活化后的沥青碳纤维单向均匀排布在模具中，将一体积的ABS溶解在五体积的丙酮中，加入阻燃剂，溶解均匀后缓慢倒入盛有ABS的模具中，控制碳纤维体积分数为10-20％，室温下待丙酮挥发后，将树脂在200℃热压成型2h，冷却之后将得到的复合材料按照一定防线切割成如附图所示形状，并保证电池架空隙朝向与碳纤维31伸展方向相同。
本实施例中的壳体2的材料为阻燃PC合金和/或阻燃ABS合金，壳体2上部设置有凹槽，凹槽底端有合页链接。
本实施例中的电池架3设置有空隙，所述空隙的排布方向与碳纤维伸展方向相同。
本发明实施例提供的锂电池包的工作过程为：锂电池充放电过程会产生热量，由于高分子树脂基体32的热导率小，碳纤维增强相31的轴向热导率大，因此锂电池产生的热量会通过电池架3内部的碳纤维31轴向经电池壳流出电池外部，而沿径向流动比较困难，且由于星形空隙的存在，电芯之间热量的交互流动现象进一步减弱，避免了因热量累积带来的安全隐患，同时，一旦某电芯因热失控而燃烧甚至爆炸，具有阻燃性的电池架3会在第一时间将火焰熄灭，并且减弱爆炸膨胀对其它锂电池造成的冲击，保证电池组其它部分的安全运行，以此降低电池爆炸带来的危害。外壳盖子1的凹槽在电池包涉水时可以起到防水作用，而电池包内部温度上升时，热空气可通过凹槽排除包外。
以上对本发明所提供的一种电池包进行了详细介绍，并结合具体实施例对本发明做了进一步阐述，必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，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，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种锂电池包，包括外壳盖子(1)、壳体(2)、电池架(3)、分流器、电池电路保护板、采样线、通信线(4)和动力线，其特征在于，所述电池架(3)用于固定电芯，所述电芯通过动力线连接为电池组，所述电池组的正极通过动力线引至所述电池包的正极端子(21)，所述电池组的负极通过动力线与分流器一极连接，所述分流器的另一极通过动力线引致电池包的负极端子(22)，所述电池电路保护板通过采样线与电芯、分流器以及热电偶相连，负责监测电芯及分流器的电压和温度，并通过通信线(4)将采集数据传至电池包外。
2.根据权利要求1所述的锂电池包，其特征在于，所述电芯为磷酸铁锂电芯、钴酸锂电芯、三元锂电芯和聚合物锂电芯中的一种。
3.根据权利要求1所述锂电池包，其特征在于，所述电池架(3)为一维碳纤维改性阻燃高分子复合材料。
4.根据权利要求3所述锂电池包，其特征在于，所述一维碳纤维(31)为表面活化处理的沥青碳纤维。
5.根据权利要求3所述锂电池包，其特征在于，所述高分子复合材料的基体(32)为阻燃环氧树脂或阻燃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
6.根据权利要求1所述锂电池包，其特征在于，所述外壳盖子(1)为阻燃PC和/或阻燃ABS。
7.根据权利要求3所述锂电池包，其特征在于，所述一维碳纤维(32)伸展取向一致。
8.根据权利要求1所述锂电池包，其特征在于，所述电池架(3)设置有圆形空隙和\或星形空隙，空隙的排布方向与碳纤维(31)伸展方向相同。
9.根据权利要求1所述的锂电池包，其特征在于，所述外壳盖子(1)顶部设置有防水通风的凹槽结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160622 |