CN105826499A - 一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组 - Google Patents

一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组，锂电池组包括密封腔体，密封腔体中通过电池固持结构固定布置有多个锂电池，密封腔体中填充有用于对锂电池进行温度控制的相变材料，各锂电池上分别包覆有导热体以形成锂电池单元，任意相邻的锂电池单元之间及各锂电池单元与密封腔体的内腔壁之间分别填充有所述的相变材料。由于各锂电池上分别包覆导热体，使得每个锂电池各处散热的热量均通过导热体传递至相变材料处，避免出现局部导热、散热不均的问题。

Description

一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组
技术领域
本发明涉及一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组。
背景技术
随着新能源汽车与储能技术的发展，动力电池技术也在不断进步。目前三元锂电池凭借其比能量高、电压平台高、循环性能好、无记忆效应和环保无污染等优点而成为主流的动力电池之一。三元锂电池作为一种先进的电池，其能量密度不仅远高于铅酸、镍氢等传统型电池，而且也高于磷酸铁锂等类型的锂电池。但同时三元锂电池对温度的敏感性也更高，只有在一定的温度范围内才能获得性能、寿命和安全性的平衡，因此三元锂电池组在应用时必须具备相应的热管理系统。
热管理系统包括对电池的冷却和加热两个方面，而冷却更是避免因热失控而产生安全隐患的必要环节。目前工业领域的冷却形式主要有液体冷却、空气冷却、热电冷却、及热管冷却等。在动力电池的热管理方面，采用液体冷却和强制风冷已经被较多地应用，但在实际应用中，它们存在一个致命缺陷，即该类系统需要风机、泵、换热器、冷媒源、管线及其他各种附件，不仅结构庞大、复杂，更重要地是需要占用相当的空间，严重影响了电池组的功率密度和能量密度，同时其运行也消耗了电池自身的能量。热电及热管冷却在应用于电池热管理时，也存在各自的缺陷和不足。因此需要采用比以上热管理形式更有效的方式来保证电池最佳性能的发挥。
在申请公布号为CN103762378A的中国发明专利中公开了一种复合式相变材料填充的锂电池模块，该电池模块包括下壳体和上盖,上盖与下壳体机械连接围成密封腔体，密封栅板将密封腔体分为上半腔体与下半腔体，多个锂电池通过电池固持组件连接固定在下半腔体中，此处的电池固持组件包括两并行布置的固定栅板，固定栅板通过固定栅板连接轴固定在一起，固定栅板上开设有多个用于卡装锂电池的通孔，锂电池对应的卡持在两固定栅板的通孔之间。并且，在相邻的锂电池之间还设有导热肋板，导热肋板包括并行布置的两边部导热肋板及连接在两边部导热肋板之间的中部导热肋板，导热肋板的两边部导热肋板分别对应的贴合在相应侧的锂电池上，在下半腔体中填充有复合相变材料，复合相变材料填充在锂电池与下半腔体的内腔壁之间，在上半腔体中设有电池保护板及自恢复电路保护器，在上半腔体中还设有电路，电路的一端穿过密封栅板与锂电池的电极连接，电路的另一端通过上盖与外部极柱连接，此处的复合相变材料具有2个或多个相变点，能将电池维持在理想的工作温度范围内，同时，在电池热失控时能有效的吸收热量，此处的复合相变材料为固-固相变材料。上述锂电池模块采用复合式相变材料对锂电池进行填充，利用相变材料配合相关附件实现温度的自动调节，能有效减小电池之间的温度差异，通过避免锂电池模块热失控时的连锁反应提高模块应用的安全性。
上述的这种锂电池模块中，依靠由固定栅板等构成的电池固持组件将锂电池固定在下半腔体中，整体固定结构较为复杂，占用下半腔体内部空间相对较多，导致整个锂电池模块外形体积较大。而且，由于导热肋板布置相邻两锂电池的间隙中，仅与相应侧的锂电池的局部贴合，局部导热效果好，但对于锂电池整体来讲，容易出现导热不均的问题，进而影响散热效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组，以解决现有技术中存在的导热体仅与相应侧的锂电池局部贴合导致容易出现导热不均的技术问题。
为实现上述目的，本发明所提供的利用相变材料实现温度控制的锂电池组的技术方案是：一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组，包括密封腔体，密封腔体中通过电池固持结构固定布置有多个锂电池，密封腔体中填充有用于对锂电池进行温度控制的相变材料，各锂电池上分别包覆有导热体以形成锂电池单元，任意相邻的锂电池单元之间及各锂电池单元与密封腔体的内腔壁之间分别填充有所述的相变材料。
所述的多个锂电池沿左右方向依次排列，所述电池固持结构包括沿左右方向依次布置的多个槽口朝下的上固持定位槽和/或多个槽口朝上的下固持定位槽，多个上固持定位槽与多个锂电池的上端一一对应的吻合插配，多个下固持定位槽与多个锂电池的下端一一对应的吻合插配。
锂电池组包括密封装配在一起以形成内腔的上壳体和下壳体，所述内腔中设有将内腔分为上腔体和下腔体的分隔板，所述下腔体即为所述的密封腔体，分隔板上设有供各锂电池的对应极柱穿过的极柱穿孔，上腔体中对应布置有将多个锂电池对应导电串联的导电电路和对多个锂电池进行对应检测的检测单元。
所述的电池固持结构包括所述上固持定位槽和下固持定位槽，所述上固持定位槽设置在所述的分隔板上，所述的下固持定位槽设置在下固持板上，下固持板固定设置在所述下壳体的底部位置处。
所述的检测单元包括分布在上腔体中的多个温度传感器和与多个锂电池上的极柱对应导电连接的信号采集端子，温度传感器和信号采集端子通过密封穿过所述上壳体的线束与布置在所述内腔外的电池管理保护板连接，电池管理保护板上还设有用于实现至少两个锂电池组级联的外联插接口。
所述线束的穿出所述内腔的外端设有接插件，所述电池管理保护板上设有与所述接插件对应插接的内联插接口。
所述的下壳体和上壳体对应扣合在一起，下壳体和上壳体的相向扣合面上分别设有环形密封槽，下壳体和上壳体通过设在相应环形密封槽中的环形密封圈实现两者的密封装配。
所述的上壳体的左右两端处分别设有拉手槽，在拉手槽中对应铰接装配有嵌入式拉手。
锂电池组具有主正极极柱和主负极极柱，在分隔板上设有与所述主正极极柱导电连接的正极柱和与上述主负极极柱导电连接的负极柱，分隔板上的正极柱和负极柱对应穿出上壳体，在上壳体上对应穿出的正极柱和负极柱上分别固设有极柱保护罩，各极柱保护罩的旁侧分别对应设有用于固定连接导线的导线线夹。
所述的导热体为导热膜。
本发明的有益效果是：本发明所提供的利用相变材料实现温度控制的锂电池组中，各锂电池上分别包覆有导热体以形成锂电池单元，且相邻的锂电池单元之间及各锂电池单元及密封腔体的内腔壁之间分别填充相变材料，由于各锂电池上分别包覆导热体，使得每个锂电池各处散热的热量均通过导热体传递至相变材料处，避免出现局部导热、散热不均的问题。并且，在相邻的锂电池单元之间同样填充相变材料，这样可以有效加大各锂电池单元的导热体与相变材料的接触面积，有效提高导热体的导热效率，改善相变材料对锂电池组温度控制的性能。
进一步地，电池固持结构包括上固持定位槽和/或下固持定位槽，利用上固持定位槽与锂电池上端的吻合插配和/或下固持定位槽与锂电池下端的吻合插配实现对锂电池的固持定位，定位结构较为简单，占用空间较小，这样可以有效减少锂电池组的体积，有利于锂电池组的小型化改进设计。
进一步地，锂电池组的电池管理保护板不仅与锂电池组的检测单元连接，还设有外联插接口，将多个锂电池组的外联插接口对应连接，以方便实现多个锂电池组的级联。
进一步地，上壳体的左右两端处分别设有拉手槽，拉手槽中对应铰接装配有嵌入式拉手，这样一来，平时可以将嵌入式拉手隐藏在拉手槽中，当移动锂电池组时提起嵌入式拉手，方便操作和携带。当电池组需要沿垂直方向安装于狭小场合时，使用嵌入式拉手可使操作简单易行，且有效节约了操作空间。
附图说明
图1为本发明所提供的利用相变材料实现温度控制的锂电池组的一种实施例的结构示意图；
图2为图1所示锂电池组的分解图；
图3为图1所示锂电池组的半剖视图；
图4为图3中通讯线束的结构示意图；
图5为图1所示锂电池组的上壳体的结构示意图；
图6为图1所示锂电池组的嵌入式拉手的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步地说明。
本发明所提供的利用相变材料实现温度控制的锂电池组的具体实施例，如图1至图6所示，锂电池组包括密封装配在一起以形成内腔的下壳体1和上壳体2，在内腔中布置有将内腔分隔为上腔体和下腔体的分隔板13，下腔体为密封腔体，在密封腔体中通过电池固持结构固定布置有多个锂电池11，各锂电池11上分别包覆有导热体以形成锂电池单元，本实施例中的导热体具体为导热膜，导热膜为热固性胶体形式，以浸涂或喷涂方式涂刷电池外壳表面，再通过热辐射加热固化，为全包围形式，并且，任意相邻的锂电池单元之间及各锂电池单元与密封腔体的内腔壁之间分别填充有用于对锂电池进行温度控制的相变材料17。
本实施例中，下腔体中的多个锂电池11沿左右方向依次排列，此处的电池固持结构包括沿左右方向依次布置的多个槽口朝下的上固持定位槽和多个槽口朝上的下固持定位槽121，多个上固持定位槽与多个锂电池的上端一一对应的吻合插配，多个下固持定位槽121与多个锂电池的下端一一对应的吻合插配。
实际上，上述的上固持定位槽设置在分隔板13的下侧面上，而下固持定位槽121设置在下固持板12的上侧面上，下固持板12固定设在下壳体1的底部位置处。
本实施例中，上壳体、下壳体、分隔板及下固持板均为工程塑料制成，主要利用工程材料绝缘性好、耐电压、耐高低温冲击、耐高温高湿等性能。
在分隔板13上设有供各锂电池11的对应极柱穿过的极柱穿孔133，上腔体中对应布置有将多个锂电池对应导电串联的导电电路和对多个锂电池进行对应检测的检测单元。
上述的导电电路包括用于实现相邻锂电池的对应正极极柱与对应负极极柱导电串联的导电排14。锂电池组具有主正极极柱和主负极极柱，实际上，在分隔板的两端分别设有与锂电池组的主正极极柱对应连接的正极柱和与锂电池组的主负极极柱对应连接的负极柱。分隔板13上的正极柱131和负极柱132分别穿出上壳体2，正极柱131上固设有正极柱保护罩4，负极柱132上固设有负极柱保护罩5。并且，在各极柱保护罩的旁侧分别对应设有用于固定连接导线的导线线夹21，这样可以利用导线线夹起到对导线的固定作用。
而检测单元则包括分布在上腔体中的多个温度传感器151和与多个锂电池上的极柱对应导电连接的信号采集端子152，温度传感器151和信号采集端子152通过密封穿过上壳体的线束9与布置在内腔外的电池管理保护板3连接，实际上，线束9通过防水堵头20穿过上壳体，在线束9的穿出内腔的外端设有接插件10，在电池管理保护板3上设有与接插件10对应插接的内联插接口31，另外，在电池管理保护板3上还设有用于实现至少两个锂电池组级联的外联插接口32。
本实施例中，电池管理保护板3在锂电池组充电或对外提供输出放电时，实时监测电池组的单体电压、总电压、总电流、温度等指标，并可通过总线协议传输至显示设备进行可视化监控。电池组运行出现异常时所述电池管理保护板发送故障报文并触发报警，同时自动切断电池组回路。在故障解除后可自动恢复电池组回路的连接从而实现保护功能。
本实施例中，下壳体2和上壳体1对应扣合在一起，下壳体2和上壳体1的相向扣合面上分别设有环形密封槽，下壳体和上壳体通过设在相应环形密封槽的环形密封圈16实现两者的密封装配。
本实施例中，上壳体1的左右两端位置处分别设有拉手槽7，在拉手槽7对应铰接装配有嵌入式拉手6。
在下壳体2上设有安装脚8，安装脚8处设有加强肋板，并开设圆形固定孔，以方便电池组的安装固定。
本实施例所提供的锂电池组中，分隔板上设有穿出上壳体1的正极柱和负极柱，这样可以将两个以上的锂电池组对应的级联串接在一起而形成电池组模块，同时，利用锂电池组的电池管理保护板3上的外联插接口32可快速实现对应锂电池组的级联装配。
本实施例中的相变材料具有较高的材料热导率，当电池组出现热失控时能有效吸收热量，同时将电池组温度维持在较理想的工作温度范围内。相变材料具有两个相变点，在电池组工作过程中，产生的热量通过导热膜传导至相变材料，相变材料温度升至相变阀值则发生相变吸收热量，使电池组温度保持稳定，当电池发生热失控急剧升温时，相变材料温度升至第二相变点发生相变，大量吸收热量从而避免因热失控产生连锁反应，有效地控制锂电池组的工作温度并提高运行安全性。
本实施例中，电池固持组件包括上固持定位槽和下固持定位槽，这样对锂电池的定位效果更好。在其他实施例中，电池固持组件也可以仅为上固持定位槽或下固定定位槽，或者是采用申请公布号为CN103762378A的中国发明专利中公开了锂电池模块中的带有通孔的固定栅板。
本实施例中，导热体为导热膜，在其他实施例中，导热体也可以为包覆在锂电池上的其他类型的导热胶。
本实施例中，利用接插件及内联插接口实现线束与电池管理保护板的对应连通，在其他实施例中，也可以直接将线束引入电池管理保护板中，省去接插件及内联插接口。

Claims (10)

1.一种利用相变材料实现温度控制的锂电池组，包括密封腔体，密封腔体中通过电池固持结构固定布置有多个锂电池，密封腔体中填充有用于对锂电池进行温度控制的相变材料，其特征在于：各锂电池上分别包覆有导热体以形成锂电池单元，任意相邻的锂电池单元之间及各锂电池单元与密封腔体的内腔壁之间分别填充有所述的相变材料。
2.根据权利要求1所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述的多个锂电池沿左右方向依次排列，所述电池固持结构包括沿左右方向依次布置的多个槽口朝下的上固持定位槽和/或多个槽口朝上的下固持定位槽，多个上固持定位槽与多个锂电池的上端一一对应的吻合插配，多个下固持定位槽与多个锂电池的下端一一对应的吻合插配。
3.根据权利要求2所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：锂电池组包括密封装配在一起以形成内腔的上壳体和下壳体，所述内腔中设有将内腔分为上腔体和下腔体的分隔板，所述下腔体即为所述的密封腔体，分隔板上设有供各锂电池的对应极柱穿过的极柱穿孔，上腔体中对应布置有将多个锂电池对应导电串联的导电电路和对多个锂电池进行对应检测的检测单元。
4.根据权利要求3所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述的电池固持结构包括所述上固持定位槽和下固持定位槽，所述上固持定位槽设置在所述的分隔板上，所述的下固持定位槽设置在下固持板上，下固持板固定设置在所述下壳体的底部位置处。
5.根据权利要求3所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述的检测单元包括分布在上腔体中的多个温度传感器和与多个锂电池上的极柱对应导电连接的信号采集端子，温度传感器和信号采集端子通过密封穿过所述上壳体的线束与布置在所述内腔外的电池管理保护板连接，电池管理保护板上还设有用于实现至少两个锂电池组级联的外联插接口。
6.根据权利要求5所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述线束的穿出所述内腔的外端设有接插件，所述电池管理保护板上设有与所述接插件对应插接的内联插接口。
7.根据权利要求3所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述的下壳体和上壳体对应扣合在一起，下壳体和上壳体的相向扣合面上分别设有环形密封槽，下壳体和上壳体通过设在相应环形密封槽中的环形密封圈实现两者的密封装配。
8.根据权利要求3所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述的上壳体的左右两端处分别设有拉手槽，在拉手槽中对应铰接装配有嵌入式拉手。
9.根据权利要求3所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：锂电池组具有主正极极柱和主负极极柱，在分隔板上设有与所述主正极极柱导电连接的正极柱和与上述主负极极柱导电连接的负极柱，分隔板上的正极柱和负极柱对应穿出上壳体，在上壳体上对应穿出的正极柱和负极柱上分别固设有极柱保护罩，各极柱保护罩的旁侧分别对应设有用于固定连接导线的导线线夹。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的利用相变材料实现温度控制的锂电池组，其特征在于：所述的导热体为导热膜。
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