CN106486700A - 动力锂离子电池的电芯结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，包括外壳（1）和电芯本体（12），外壳和电芯本体均为长方体形状，电芯本体位于外壳内；在外壳与电芯本体之间设有散热风道层；散热风道层环绕电芯本体的4个侧面设置；散热风道层设有N个沿电芯本体长度方向布置的相互平行的风道，N为大于8的整数；N个风道依次收尾相连通，相当于N个风道串联形成一个距离超长的风道，风道的入口或出口处设有风扇；外壳内还设有控制器；风扇受控于控制器。该动力锂离子电池的电芯结构具有主动散热的风道，散热效果好，安全性高。本发明能对电芯本体的温度和形变进行实时监控，并通过多重散热和防爆措施保障电池的安全。

Description

动力锂离子电池的电芯结构
技术领域
本发明特别涉及一种动力锂离子电池的电芯结构。
背景技术
近年来，由于空气污染的严重，清洁能源的应用日益蓬勃发展，动力锂离子电池广泛应用在电动自行车和电动汽车上，虽然动力锂离子电池具有清洁和廉价的优点，但是易燃易爆是其缺点和隐患，尤其是电池在高温时容易爆炸，因此，有必要设计一种安全性高的动力锂离子电池的电芯结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种动力锂离子电池的电芯结构，该动力锂离子电池的电芯结构具有主动散热的风道，散热效果好，安全性高。
本发明的另一目的是对电芯本体的温度和形变进行实时监控，并通过多重散热和防爆措施保障电池的安全。
发明的技术解决方案如下：
一种动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，包括外壳（1）和电芯本体（12），外壳和电芯本体均为长方体形状，电芯本体位于外壳内；
在外壳与电芯本体之间设有散热风道层；散热风道层环绕电芯本体的4个侧面设置；
散热风道层设有N个沿电芯本体长度方向布置的相互平行的风道，N为大于8的整数；
N个风道依次收尾相连通，相当于N个风道串联形成一个距离超长的风道，风道的入口或出口处设有风扇；外壳内还设有控制器；风扇受控于控制器。
风扇为2个，风道的入口处设有引风扇（3），风道的出口处设有排风扇（4）。
N为20；相邻的风道通过隔板分隔开，20个风道围绕电芯本体的4个侧壁设置，每一个风道的横截面大小相同。
在散热风道层于电芯本体的之间设有防爆层，防爆层为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜层，聚丙烯薄膜层自行分解的温度为 80 度至 120 度。当电芯本体内部温度升高到80 度时，该密封装置开始自裂，使得电芯本体直接与风道的空腔连通，此时风道形成泄压通道，能有效防止电芯本体爆炸。
电池本体的外壁设有感应电芯本体膨胀的应变片（8）和感应电芯本体温度的温度传感器（10），电池本体的外壁还设有半导体制冷片（9），所述的应变片和温度传感器通过放大器和A/D传感器与控制器连接；控制器通过驱动电路与应变片相连。
在温度过高时（如高于40度），通过半导体制冷片散热，温度过低时（如低于0度），通过半导体制冷片加热，保障电池正常工作。
应变片为4片，电芯本体的每一个侧面设置一片；温度传感器为4个，分别设置在电池本体的侧面的4条侧棱处；半导体制冷片为8片，电芯本体的每一个侧面处各设置两片。
4个温度传感器和4个应变片分别接多路开关的输入端口，多路开关为8选1模拟开关；多路开关受控于控制器的控制信号输出端口；多路开关的输出端依次通过放大器和A/D传感器与控制器的信号输入端口连接。
在外壳与散热风道层之间设有防震层，防震层包括顶板（13）、底板（17）以及设置在顶板和底板之间的多个结构相同的防震单体模块。顶板和底板采用柔性材料，如橡胶等。
防震单体模块包括顶部基板（14）、基座（19）、插入端（15）、套筒（16）以及设置在套筒内的弹簧（18）；顶部基板嵌装在顶板中，插入端为圆柱形，插入端垂直固定在顶部基板上；顶部基板，基座、插入端和套筒等采用硬质材料，如塑料或金属等。
基座固定在底板上；套筒垂直固定在基座上，插入端插装在套筒中。
控制器为单片机或DSP；控制器还连接有显示屏（5）和定位模块，定位模块为GPS或北斗定位模块，显示屏和接线端子（正负极）均设置在电芯的顶板上。
控制方法：
控制器通过应变片和温度传感器监控电池本体的状态，
初始化后以及正常运行时，风扇和制冷片不开启。
（1）当电芯温度过低（如低于0度，或低于5度），通过半导体制冷片加热到10度以上；
（2）当电芯温度高于40度（含40度）且小于60度（不含60度），只通过半导体制冷片散热；
（3）当电芯温度高于60（含60度）且小于70度（不含70度），只通过半导体制冷片散热；同时启动引风扇；
（4）当电芯温度高于70度（含70度），通过半导体制冷片散热；同时启动引风扇和排风扇。
（5）当应变片的形变超过预设值，表明电芯膨胀较大，则通过半导体制冷片散热；同时启动引风扇和排风扇。
（6）当电芯温度高于80度（含80度），则防爆层自分解。
保护电路：包括过充/过放保护电路，过流（防短路）保护电路和防反接保护电路，这些电路为现有成熟电路。
有益效果
本发明的动力锂离子电池的电芯结构，具有以下突出优点：
（1）采用半导体制冷片，具有加温和降温的双重效果。实用性好。
在天气寒冷时，加温保障电池正常运行，在电池温度过高时，降温防止电池过热。
（2）具有独特的防震结构。
采用多个独立的防震单体模块，互不干扰，易于实施，能应对整体和局部的震动，防震效果好。
（3）多重多级散热措施
散热风道可以自然的被动散热，需要时，可以开启一个风扇或2个风扇进行主动散热。
半导体制冷片能降温和散热；
（4）多重安全保护
基于温度监控通过风道和制冷片散热，
基于应变片的监控通过风道和制冷片散热；
基于防爆层（自分解结构）实现防爆。
综上所述，本发明通过多种措施综合运用，能有效防止电芯温度过高，有效防止电芯过热膨胀，具有防震，防爆等功能，而且，还能应对低温环境，因此，这种动力锂离子电池的电芯结构简单，易于实施，安全性性高，有利于推广实施，经济效益和社会效益明显。
附图说明
图1为动力锂离子电池的电芯的外形结构示意图（俯视图）；
图2 为动力锂离子电池的电芯的内部结构示意图（横向剖面图）；
图3 为动力锂离子电池的电芯结构的风道布置图（X表示风从顶部进入流入底部，O表示风从底部流向顶部）；
图4为风道中的风流向示意图；
图5为防震层的结构示意图；
图6为电原理框图。
标号说明：1-外壳，2-接线端子，3-引凤扇，4-排风扇，5-显示屏，6-防震层，7-风道，8-应变片，9-半导体制冷片，10-温度传感器，11-防爆层，12-电芯本体，13-顶板，14-顶部基板，15-插入端，16-套筒，17-底板，18-弹簧，19-基座。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于一下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例：
如图1-6，一种动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，包括外壳1和电芯本体12，外壳和电芯本体均为长方体形状，电芯本体位于外壳内；
在外壳与电芯本体之间设有散热风道层；散热风道层环绕电芯本体的4个侧面设置；
散热风道层设有20个沿电芯本体长度方向布置的相互平行的风道7；
20个风道依次收尾相连通，相当于20个风道串联形成一个距离超长的风道，风道的入口或出口处设有风扇；外壳内还设有控制器；风扇受控于控制器。
风扇为2个，风道的入口处设有引风扇3，风道的出口处设有排风扇4。
相邻的风道通过隔板分隔开，20个风道围绕电芯本体的4个侧壁设置，每一个风道的横截面大小相同。
在散热风道层于电芯本体的之间设有防爆层11，防爆层为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜层，聚丙烯薄膜层自行分解的温度为 80 度至 120 度。当电芯本体内部温度升高到 80 度时，该密封装置开始自裂，使得电芯本体直接与风道的空腔连通，此时风道形成泄压通道，能有效防止电芯本体爆炸。
电池本体的外壁设有感应电芯本体膨胀的应变片8和感应电芯本体温度的温度传感器10，电池本体的外壁还设有半导体制冷片9，所述的应变片和温度传感器通过放大器和A/D传感器与控制器连接；控制器通过驱动电路与应变片相连。
在温度过高时（如高于40度），通过半导体制冷片散热，温度过低时（如低于0度），通过半导体制冷片加热，保障电池正常工作。
应变片为4片，电芯本体的每一个侧面设置一片；温度传感器为4个，分别设置在电池本体的侧面的4条侧棱处；半导体制冷片为8片，电芯本体的每一个侧面处各设置两片。
4个温度传感器和4个应变片分别接多路开关的输入端口，多路开关为8选1模拟开关；多路开关受控于控制器的控制信号输出端口；多路开关的输出端依次通过放大器和A/D传感器与控制器的信号输入端口连接。
在外壳与散热风道层之间设有防震层6，防震层包括顶板13、底板17以及设置在顶板和底板之间的多个结构相同的防震单体模块。顶板和底板采用柔性材料，如橡胶等。
防震单体模块包括顶部基板14、基座19、插入端15、套筒16以及设置在套筒内的弹簧18；顶部基板嵌装在顶板中，插入端为圆柱形，插入端垂直固定在顶部基板上；顶部基板，基座、插入端和套筒等采用硬质材料，如塑料或金属等。
基座固定在底板上；套筒垂直固定在基座上，插入端插装在套筒中。
控制器为单片机或DSP；控制器还连接有显示屏5和定位模块，定位模块为GPS或北斗定位模块，显示屏和接线端子2（正负极）均设置在电芯的顶板上。

Claims (10)

1.一种动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，包括外壳（1）和电芯本体（12），外壳和电芯本体均为长方体形状，电芯本体位于外壳内；
在外壳与电芯本体之间设有散热风道层；散热风道层环绕电芯本体的4个侧面设置；
散热风道层设有N个沿电芯本体长度方向布置的相互平行的风道，N为大于8的整数；
N个风道依次收尾相连通，风道的入口或出口处设有风扇；外壳内还设有控制器；风扇受控于控制器。
2.根据权利要求1所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，风扇为2个，风道的入口处设有引风扇（3），风道的出口处设有排风扇（4）。
3.根据权利要求1所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，N为20；相邻的风道通过隔板分隔开，20个风道围绕电芯本体的4个侧壁设置，每一个风道的横截面大小相同。
4.根据权利要求1-3任一项所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，在散热风道层于电芯本体的之间设有防爆层，防爆层为遇高温可自行分解的聚丙烯薄膜层。
5.根据权利要求4所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，电池本体的外壁设有感应电芯本体膨胀的应变片（8）和感应电芯本体温度的温度传感器（10），电池本体的外壁还设有半导体制冷片（9），所述的应变片和温度传感器通过放大器和A/D传感器与控制器连接；控制器通过驱动电路与应变片相连。
6.根据权利要求5所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，应变片为4片，电芯本体的每一个侧面设置一片；温度传感器为4个，分别设置在电池本体的侧面的4条侧棱处；半导体制冷片为8片，电芯本体的每一个侧面处各设置两片。
7.根据权利要求6所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，4个温度传感器和4个应变片分别接多路开关的输入端口，多路开关为8选1模拟开关；多路开关受控于控制器的控制信号输出端口；多路开关的输出端依次通过放大器和A/D传感器与控制器的信号输入端口连接。
8.根据权利要求1所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，在外壳与散热风道层之间设有防震层，防震层包括顶板（13）、底板（17）以及设置在顶板和底板之间的多个结构相同的防震单体模块。
9.根据权利要求8所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，防震单体模块包括顶部基板（14）、基座（19）、插入端（15）、套筒（16）以及设置在套筒内的弹簧（18）；顶部基板嵌装在顶板中，插入端为圆柱形，插入端垂直固定在顶部基板上；
基座固定在底板上；套筒垂直固定在基座上，插入端插装在套筒中。
10.根据权利要求8或9所述的动力锂离子电池的电芯结构，其特征在于，控制器为单片机或DSP；控制器还连接有显示屏（5）和定位模块，定位模块为GPS或北斗定位模块，显示屏和接线端子均设置在电芯的顶板上。
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