CN110112503A - 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包 - Google Patents

一种利用相变材料参与热管理的锂电池包 Download PDF

Info

Publication number
CN110112503A
CN110112503A CN201910388535.3A CN201910388535A CN110112503A CN 110112503 A CN110112503 A CN 110112503A CN 201910388535 A CN201910388535 A CN 201910388535A CN 110112503 A CN110112503 A CN 110112503A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
phase
change material
lithium
battery pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910388535.3A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋文娟
段熙庭
孙坤
马增胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangtan University
Original Assignee
Xiangtan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangtan University filed Critical Xiangtan University
Priority to CN201910388535.3A priority Critical patent/CN110112503A/zh
Publication of CN110112503A publication Critical patent/CN110112503A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明提供了一种利用相变材料参与热管理的锂电池包，涉及锂电池包技术领域。本发明提供的锂电池包包括电池箱体、锂离子电池、包覆在锂离子电池外表面的PVC套，以及填充在电池箱体内部的相变材料；所述PVC套的内表面与锂离子电池接触，PVC套的外表面与相变材料接触。本发明提供的锂电池包内填充相变材料，有效解决了锂离子电池组散热慢的问题。

Description

一种利用相变材料参与热管理的锂电池包
技术领域
本发明涉及锂电池包技术领域，尤其涉及一种利用相变材料参与热管理的锂电池包。
背景技术
锂电池组在长时间较大倍率充放电的过程中往往会释放大量的热量，锂电池组最佳工作温度区间为20～40℃，如果锂电池组不能及时将自身生成的热量释放出去，将会导致锂电池温度超出其最佳工作温度范围，并且锂电池组内的单体电池的温度差也会增加，温度差超过5℃亦会对电池性能和寿命造成不良影响。因此，对锂电池组进行热管理势在必行。
传统的热管理方式主要是自然冷却、风冷及液冷等方式。但是，传统热管理模式往往会使温度不能有效地降下来或者会导致电池间的温差过大。
发明内容
本发明提供了一种利用相变材料参与热管理的锂电池包，本发明提供的锂电池包通过使用相变材料参与到锂电池包的热管理中，利用相变材料相变潜热值高的特点，相变材料吸收大量热量保证锂电池的工作温度得到有效控制；同时，通过合理设置相变材料与锂电池本体的接触形式确保电池温度的差值得到控制。
本发明提供了一种利用相变材料参与热管理的锂电池包，所述锂电池包包括电池箱体、位于电池箱体中的锂离子电池、包覆在锂离子电池外表面的PVC套，以及填充在电池箱体内部的相变材料；所述PVC套的内表面与锂离子电池接触，PVC套的外表面与相变材料接触。
优选的，所述锂离子电池在电池箱体中呈交叉堆叠或整齐堆叠排列。
优选的，所述相变材料为石蜡石墨复合材料。
优选的，所述相变材料的导热系数为16W/(m·K)。
优选的，在电池箱体底部延伸面上连接有风机；在电池箱体顶部延伸面上连接有出气管道。
本发明提供了一种利用相变材料参与热管理的锂电池包，所述锂电池包包括电池箱体、位于电池箱体中的锂离子电池、包覆在锂离子电池外表面的PVC套，以及填充在电池箱体内部的相变材料；所述PVC套的内表面与锂离子电池接触，PVC套的外表面与相变材料接触。本发明提供的锂电池包内填充相变材料，有效解决了锂离子电池组散热慢的问题。
附图说明
图1为锂电池包结构图；
其中，1-锂离子电池，2-PVC套，3-相变材料，4-进风口，5-出风口，6-电池箱体；
图2为实施例1～3的锂电池包温度图；
图3为实施例4～6的锂电池包温度图；
图4为实施例4和实施例7的锂电池包温度图；
图5为实施例4在3C放电倍率下的电池温度云图；
图6为对比例1在3C放电倍率下的电池温度云图；
图7为实施例4和对比例1不同电池组的温度随时间变化图；
图8为实施例7和对比例2不同电池组的温度随时间变化图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用相变材料参与热管理的锂电池包，所述锂电池包包括电池箱体、位于电池箱体中的锂离子电池、包覆在锂离子电池外表面的PVC套，以及填充在电池箱体内部的相变材料；所述PVC套的内表面与锂离子电池接触，PVC套的外表面与相变材料接触。
本发明提供的锂电池包包括锂离子电池。在本发明中，所述锂离子电池在电池箱体中优选呈交叉堆叠或者整齐堆叠排列。在本发明中，所述交叉堆叠指的是：相邻两排插缝排列，具体排列方式如图1所示。在本发明中，所述整齐堆叠指的是：在横向上，每排锂离子电池沿着一条线排列；在纵向上，每列锂离子电池沿着一条线排列。本发明对锂离子电池没有特别要求，采用市售商品即可。
在本发明中，当锂离子电池在电池箱体中呈交叉堆叠排列时，所述锂电池包结构如图1所示。在本发明中，所述锂离子电池1外侧包覆有PVC套2，所述电池箱体6内部锂离子电池与锂离子电池之间的缝隙处被相变材料3填充。
本发明提供的锂电池包包括PVC套。在本发明中，所述PVC套包覆在锂离子电池外表面，避免锂离子电池与相变材料接触，确保电池温度的差值得到控制。在本发明中，所述PVC套的厚度优选为1～10mm。本发明对PVC套的来源没有特别要求，采用市售商品即可。
本发明提供的锂电池包包括相变材料。在本发明中，所述相变材料位于电池箱体内部锂离子电池与锂离子电池之间的缝隙中，所述相变材料能够吸收锂离子电池散发出的热量，保证锂离子电池的工作温度得到有效控制。在本发明中，所述相变材料优选为石蜡石墨复合材料；所述相变材料的导热系数优选为16W/(m·K)。本发明对相变材料的来源没有特别要求，采用市售石蜡石墨复合材料即可。
本发明提供的锂电池包包括电池箱体。本发明优选在电池箱体底部延伸面上连接有风机；在电池箱体顶部延伸面上连接有出气管道，如图1所示。本发明对风机和出气管道没有特别要求，采用市售商品即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
将锂离子电池整齐堆叠在电池箱体中，每个锂离子电池的外表面包覆有PVC套，PVC套的厚度为2mm，在电池箱体内部的缝隙处填充石蜡石墨复合材料；最外层锂离子电池与电池箱体侧面的间距为2mm；电池间距为0mm。
实施例2
按照实施例1的方式进行试验，区别在于，电池间距为2mm。
实施例3
按照实施例1的方式进行试验，区别在于，电池间距为4mm。
实施例4
将锂离子电池交叉堆叠在电池箱体中，每个锂离子电池的外表面包覆有PVC套，PVC套的厚度为2mm，在电池箱体内部的缝隙处填充石蜡石墨复合材料，最外层锂离子电池与电池箱体侧面的间距为2mm；电池间距为0mm。
实施例5
按照实施例4的方式进行试验，区别在于，电池间距为2mm。
实施例6
按照实施例4的方式进行试验，区别在于，电池间距为4mm。
采用瞬态模拟来研究锂离子电池电化学-电极材料热耦合之间的关系，研究时间范围为0～2100s，规定锂离子电池进行一次循环充放电的时间是600s，且电池初始温度和周围空气温度都298.15K，锂离子电池的初始SOC＝10％，并且设定电极材料表面与外界的对流换热系数h＝5Wm-2k-1。
采用有限元模拟软件模拟出实施例1～3整齐堆叠和实施例4～6交叉堆叠方式下电池组在3C放电倍率下的温度图，结果如图2和3所示。其中，图2为实施例1～3整齐堆叠方式下，不同锂离子电池和箱体间距的锂电池包温度图；图3为实施例4～6交叉堆叠方式下，不同锂离子电池和箱体间距的锂电池包温度图。由图2和图3可知，在3C放电倍率下，整齐堆叠的电池组和交叉堆叠的电池组散热效果相当。
实施例7
按照实施例4的方法进行试验，区别在于，在电池箱体底部延伸面上连接有风机；在电池箱体顶部延伸面上连接有出气管道，具体结构如图1所示。
对实施例4和实施例7通过有限元模拟计算得出3C放电倍率下的电池温度云图，结果如图4所示。由于实施例4为自然散热，实施例7为强制空气对流散热，因此设定实施例4中电极材料表面与外界的对流换热系h＝10Wm-2k-1，实施例7中电极材料表面与外界的对流换热系h＝50Wm-2k-1。由图4可知，实施例7强制对流电池组内部温差大于实施例4自然空气对流情况下的电池组内部温差，但是实施例7强制空气对流下电池组明显散热较快，在相同温度下，实施例7电池组的温度更低。
对比例1
按照实施例4的方法进行试验，区别在于，不添加相变材料。
将实施例4和对比例1通过有限元模拟计算得出3C放电倍率下的电池温度云图，设定电极材料表面与外界的对流换热系数h＝10Wm-2k-1，结果如图5～7所示，其中图5为实施例4在3C放电倍率下的电池温度云图；图6为对比例1在3C放电倍率下的电池温度云图；图7为实施例4和对比例1不同电池组的温度随时间变化图。由图5～7可知，本发明实施例4提供的电池组电池之间的温差更小，温度分布更加均匀，所以实施例4电池组的温控性能优于对比例1电池组的温控性能。
对比例2
按照实施例7的方法进行试验，区别在于，以石蜡为相变材料。
将实施例7和对比例2采用瞬态模拟来研究电池组在停止充放电后的散热情况，研究时间范围为0～4200s，记录在不同条件下电池组的散热情况。其中，实施例7中相变材料石蜡石墨复合材料的导热系数为λ＝16W/(m·K)，对比例2中相变材料石蜡的导热系数为0.2W/(m·K)；设定实施例7和对比例2中电极材料表面与外界的对流换热系数h＝50W·m-2·k-1。结果如图8所示。由图8可知，在标准充放电倍率且对流换热系数为50W·m-2·k-1情况下，对比例2石蜡相变材料和实施例7石蜡石墨复合相变材料包覆的电池组温度在停止充放电之后都有了明显下降，其中对比例2电池组在经过2100s的冷却之后温度只下降了6K左右；而实施例7电池组温度下降大约有12K。因此，以石蜡石墨复合材料为相变材料的电池组明显优于以普通石蜡为相变材料的电池组。
综上，本发明以石蜡石墨复合材料为相变材料，填充在电池箱体中，有效解决了锂离子电池组散热的问题；而且本发明提供的锂电池包带有风机和出气管道部件时，锂离子电池组的散热效果更好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用相变材料参与热管理的锂电池包，所述锂电池包包括电池箱体、位于电池箱体中的锂离子电池、包覆在锂离子电池外表面的PVC套，以及填充在电池箱体内部的相变材料；所述PVC套的内表面与锂离子电池接触，PVC套的外表面与相变材料接触。
2.根据权利要求1所述的锂电池包，其特征在于，所述锂离子电池在电池箱体中呈交叉堆叠或整齐堆叠排列。
3.根据权利要求1所述的锂电池包，其特征在于，所述相变材料为石蜡石墨复合材料。
4.根据权利要求1所述的锂电池包，其特征在于，所述相变材料的导热系数为16W/(m·K)。
5.根据权利要求1所述的锂电池包，其特征在于，在电池箱体底部延伸面上连接有风机；在电池箱体顶部延伸面上连接有出气管道。
CN201910388535.3A 2019-05-10 2019-05-10 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包 Pending CN110112503A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910388535.3A CN110112503A (zh) 2019-05-10 2019-05-10 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910388535.3A CN110112503A (zh) 2019-05-10 2019-05-10 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110112503A true CN110112503A (zh) 2019-08-09

Family

ID=67489287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910388535.3A Pending CN110112503A (zh) 2019-05-10 2019-05-10 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110112503A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102362388A (zh) * 2009-11-25 2012-02-22 松下电器产业株式会社 电池模块
CN105609894A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 骆驼集团新能源电池有限公司 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包
CN107863588A (zh) * 2017-12-08 2018-03-30 南昌航空大学 一种动力锂电池组的热管理耦合系统
CN108428816A (zh) * 2018-03-16 2018-08-21 上海理工大学 相变和风冷结合的高效散热动力电池包
CN109066002A (zh) * 2018-07-09 2018-12-21 华中科技大学 基于相变储能和热电效应的动力电池自动控制热管理系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102362388A (zh) * 2009-11-25 2012-02-22 松下电器产业株式会社 电池模块
CN105609894A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 骆驼集团新能源电池有限公司 一种利用相变材料参与热管理的锂电池包
CN107863588A (zh) * 2017-12-08 2018-03-30 南昌航空大学 一种动力锂电池组的热管理耦合系统
CN108428816A (zh) * 2018-03-16 2018-08-21 上海理工大学 相变和风冷结合的高效散热动力电池包
CN109066002A (zh) * 2018-07-09 2018-12-21 华中科技大学 基于相变储能和热电效应的动力电池自动控制热管理系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fathabadi A novel design including cooling media for Lithium-ion batteries pack used in hybrid and electric vehicles
Qin et al. Battery thermal management system based on the forced-air convection: A review
Jilte et al. Battery thermal management system employing phase change material with cell-to-cell air cooling
Liu et al. Thermal issues about Li-ion batteries and recent progress in battery thermal management systems: A review
Bibin et al. A review on thermal issues in Li-ion battery and recent advancements in battery thermal management system
Al-Zareer et al. Novel thermal management system using boiling cooling for high-powered lithium-ion battery packs for hybrid electric vehicles
Deng et al. Thermal performance of lithium ion battery pack by using cold plate
Situ et al. A thermal management system for rectangular LiFePO4 battery module using novel double copper mesh-enhanced phase change material plates
Peng et al. Thermal safety of lithium-ion batteries with various cathode materials: A numerical study
CN105161644B (zh) 一种基于软包单体电池的电池箱
Ghaeminezhad et al. A Review on lithium-ion battery thermal management system techniques: A control-oriented analysis
Yang et al. Numerical study of combined air and phase change cooling for lithium-ion battery during dynamic cycles
Longchamps et al. Fundamental insights into battery thermal management and safety
Aswin Karthik et al. Thermal management for prevention of failures of lithium ion battery packs in electric vehicles: A review and critical future aspects
Karimi et al. Thermal management analysis of a lithium-ion battery pack using flow network approach
Wang et al. Study on the effect of spacing on thermal runaway propagation for lithium-ion batteries
Li et al. Experimental study of liquid immersion cooling for different cylindrical lithium-ion batteries under rapid charging conditions
KR20130064704A (ko) 배터리 셀의 방열판
WO2023098322A1 (zh) 热管理部件、电池及用电设备
EP4179592A2 (en) Thermally conductive divider configuration for batteries
Rana et al. Current trends, challenges, and prospects in material advances for improving the overall safety of lithium-ion battery pack
Zhou et al. A Review on Thermal Behaviors and Thermal Management Systems for Supercapacitors
Liu et al. Temperature mitigation effect of phase change material on overcharging lithium-ion batteries: an experimental study
Wang et al. Investigation of the thermal management potential of phase change material for lithium-ion battery
Yu et al. Experimental Investigation of a Battery Thermal Management Device Based on a Composite Phase Change Material Coupled with a Double Helix Liquid Cooling Plate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190809