CN110676410A - 用于软包电池模组的轻量化多功能结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，属于能源电池领域，本发明采用点阵结构板，点阵结构板采用复合材料，点阵结构板的刚度需要有效地限制软包电池的膨胀，且为软包电池提供抑制膨胀的压力。点阵结构板需要在保证刚度的前提下尽量选用轻质复合材料进而减小软包电池模组的质量。采用轻质复合材料点阵结构刚性板固定软包电池之后组装成软包电池模组，不仅能够减少现有软包电池模组的重量，提高软包电池模组的能量密度，而且能够有效地限制软包电池的膨胀，为模组中软包电池提供抑制膨胀的压力，此外通过散热结构及时地扩散软包电池循环过程中产生的热量，预防电池热失控的发生，从而提高软包电池模组的循环性能和安全性能。

Description

用于软包电池模组的轻量化多功能结构
技术领域
本发明属于能源电池领域，涉及一种用于软包电池模组的轻量化多功能结构。
背景技术
随着社会的不断发展，化石能源不断地枯竭，人们对电动化的需求越来越高，并且在日常生活中也离不开汽车。由于汽车要消耗大量的化石燃料，但是化石燃料不断减少，因此在这个背景下，电动汽车应运而生和不断发展。最初使用的铅酸蓄电池和镍氢电池难以满足电动汽车对于能量密度的要求，因此，锂离子软包电池由于其高能量密度、污染小、循环寿命长的优点在电动车领域取代了传统的铅酸和镍氢电池的地位。
目前常锂电池能量密度可以暂且满足电动汽车的能量需求，但是无法满足下一代电动汽车的需求。为了缓解电动汽车用户的里程焦虑，开发高容量的锂离子电池迫在眉睫。下一代锂电池的发展方向就是高能量密度，由于电池能量密度的提高，单体电池在充放电过程中必然会有明显的体积变化，从而多个单体电池组成的电池模组中产生更大的体积变形和应力变化。同时，锂电池在充放电过程中会伴随着热量的产生，并且随着电池容量的增加以及电池模组总能量的提升，软包电池的热安全性问题日益提升。
为了缓解在电池模组中单体软包电池的体积变形，一些专利采用弹性软隔板固定电池，通过隔板的弹性变化吸收软包电池在充放电过程中的体积变形，有一定的效果，但是在软包电池长循环过程中产生的性能劣化导致的软包电池体积发生不可逆的变形无法通过弹性隔板进行解决，影响软包电池后续的循环性能和安全性。
软包电池的单体能量密度可以达到300Wh/kg，但是在软包电池模组中系统能量密度只能达到100-150Wh/kg，能量密度的下降主要是由于软包电池模组中除了软包电池之外还需要有大量结构承载部件，这些结构承载部件对能量密度没有贡献，因此对软包电池模组中的结构部件进行轻量化设计也是很有必要的。
发明内容
本发明公开的一种用于软包电池模组的轻量化多功能结构要解决的技术问题是：采用轻质复合材料点阵结构刚性板固定软包电池之后组装成软包电池模组，不仅能够减少现有软包电池模组的重量，提高软包电池模组的能量密度，而且能够有效地限制软包电池的膨胀，为模组中软包电池提供抑制膨胀的压力，此外通过散热结构及时地扩散软包电池循环过程中产生的热量，预防电池热失控现象的发生，从而提高软包电池模组的循环性能和安全性能。
为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案进行实现。
本发明公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，轻量化多功能结构间隔夹放在软包电池模组的软包电池之间。所述轻量化多功能结构采用点阵结构板，所述点阵结构板采用复合材料，点阵结构板的刚度需要有效地限制软包电池的膨胀，且为软包电池提供抑制膨胀的压力。点阵结构板需要在保证刚度的前提下尽量选用轻质复合材料进而减小软包电池模组的质量。
作为优选，所述点阵结构板的材质为轻质碳纤维增强复合材料。作为进一步优选，所述碳纤维增强复合材料的碳纤维含量为80％-95％。
作为优选，为了提高点阵结构板的刚度，满足限制软包电池膨胀变形的要求，所述点阵结构板的点阵结构形式采用二维或三维点阵结构。
作为进一步优选，由于周期性排列的三维金字塔点阵结构具有比强度高和抗弯性能好的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的三维金字塔点阵结构。
作为进一步优选，由于周期性排列的三维四面体点阵结构具有高比强度、可设计性强和内部有大量的连通空间可作为多功能结构使用的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的三维四面体点阵结构。
作为进一步优选，由于周期性排列的三维Kagome点阵结构具有高强度和高抗屈曲性能的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的三维Kagome点阵结构。
作为进一步优选，由于周期性排列的二维格栅点阵结构具有高结构效率和高设计制造灵活性的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的二维格栅点阵结构。
作为进一步优选，由于周期性排列的二维波纹点阵结构具有高比刚度、大剪切强度和加工制备方便的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的二维波纹点阵结构。
作为优选，为了及时地扩散软包电池循环过程中产生的热量，所述点阵结构板主要由阻燃材料、散热孔和散热通道组成。阻燃材料填充于点阵结构板内，用于在电池内芯温度过高时防止电池起火爆炸燃烧。作为进一步优选，所述阻燃材料选择无机阻燃材料或溴系阻燃材料。在点阵结构板设有散热孔和散热通道。在点阵结构板内填充阻燃材料时需要预留有散热通道。作为进一步优选，所述点阵结构板的板面上对称分布多个散热孔，散热孔与散热通道相适配。作为进一步优选，将点阵结构板中点阵结构留有的中空区域作为散热通道。
本发明公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构的工作方法为：将轻量化多功能结构和软包电池间隔放置组成软包电池模组，在软包电池模组使用过程中，通过轻量化多功能结构提高软包电池模组的循环性能和安全性能。软包电池在充放电过程中会产生体积膨胀，轻量化多功能结构采用的点阵结构刚性板可以为软包电池提供抑制膨胀的压力，提高软包电池的循环寿命。点阵结构板上设有的散热孔和散热通道会及时扩散软包电池在充放电过程中会产生的热量，当软包电池发生内部破坏导致内部温度过高时，点阵结构板内填充的阻燃材料可以防止电池起火燃烧爆炸，提高软包电池模组的安全性。
有益效果：
1、本发明公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，所述轻量化多功能结构采用点阵结构刚性板，为软包电池模组中的软包电池提供抑制膨胀的压力，进而提高软包电池的循环寿命。
2、本发明公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，点阵结构板设有散热孔和散热通道，能够及时扩散软包电池产生的热量，提高软包电池模组在使用过程中的安全性。
3、本发明公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，点阵结构板内填充阻燃物质，在点阵结构板内填充阻燃物质能够防止电池起火燃烧爆炸，进一步提高软包电池模组在使用过程中的安全性
附图说明
图1是点阵结构板具有的结构形式的一个例子的示意图。
图2是点阵结构板具有的结构形式的另一个例子的示意图。
图3是完成组装的软包电池模组的结构示意图。
其中：1—轻量化多功能结构；1.1—阻燃材料；1.2—散热孔；1.3—散热通道；2—软包电池。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本发明提出的用于软包电池模组的轻量化多功能结构进行描述说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开的用于软包电池模组的轻量化多功能结构的一个例子，轻量化多功能结构1采用点阵结构板，所述点阵结构板的材质为轻质碳纤维增强复合材料，其中碳纤维含量为80％-85％。点阵结构板的刚度需要有效地限制软包电池2的膨胀，且为软包电池2提供抑制膨胀的压力。点阵结构板需要在保证刚度的前提下尽量选用轻质复合材料进而减小软包电池模组的质量。
为了提高点阵结构板的刚度，满足限制软包电池2膨胀变形的要求，由于周期性排列的二维波纹点阵结构具有高比刚度、大剪切强度和加工制备方便的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的二维波纹点阵结构。
为了及时地扩散软包电池2循环过程中产生的热量，点阵结构板包含阻燃材料1.1，散热孔1.2，和散热通道1.3组成。阻燃材料1.1填充于点阵结构板内，用于在电池内芯温度过高时防止电池起火爆炸燃烧。所述阻燃材料1.1选择溴系阻燃材料。在点阵结构板设有多个对称分布的散热孔1.2和散热通道1.3，相邻的散热孔1.2和散热通道1.3连通在一起。
如图3所示，本实施例给出的用于软包电池模组的轻量化多功能结构的工作方法为：将轻量化多功能结构1和软包电池2间隔放置组成软包电池模组，在软包电池模组使用过程中，通过轻量化多功能结构1提高软包电池模组的循环性能和安全性能。软包电池2在充放电过程中会产生体积膨胀，轻量化多功能结构1采用的点阵结构刚性板可以为软包电池2提供抑制膨胀的压力，提高软包电池2的循环寿命。点阵结构板上设有的散热孔1.2和散热通道1.3会及时扩散软包电池2在充放电过程中会产生的热量，当软包电池2发生内部破坏导致内部温度过高时，点阵结构板内填充的阻燃材料1.1可以防止电池起火燃烧爆炸，提高软包电池模组的安全性。
实施例2：
如图2所示，本实施例给出了用于软包电池模组的轻量化多功能结构的另一个例子，轻量化多功能结构1采用点阵结构板，所述点阵结构板的材质为轻质碳纤维增强复合材料，其中碳纤维含量为85％-90％。点阵结构板的刚度需要有效地限制软包电池2的膨胀，且为软包电池2提供抑制膨胀的压力。点阵结构板需要在保证刚度的前提下尽量选用轻质复合材料进而减小软包电池模组的质量。
为了提高点阵结构板的刚度，满足限制软包电池2膨胀变形的要求，由于周期性排列的二维格栅点阵结构具有高结构效率和高设计制造灵活性的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的二维格栅点阵结构。
为了及时地扩散软包电池2循环过程中产生的热量，点阵结构板包含阻燃材料1.1，散热孔1.2，和散热通道1.3组成。阻燃材料1.1填充于点阵结构板内，用于在电池内芯温度过高时防止电池起火爆炸燃烧。所述阻燃材料1.1选择氢氧化镁这类无机阻燃材料。在点阵结构板设有多个对称分布的散热孔1.2和散热通道1.3，相邻的散热孔1.2和散热通道1.3连通在一起。
如图3所示，本实施例给出的用于软包电池模组的轻量化多功能结构的工作方法为：将轻量化多功能结构1和软包电池2间隔放置组成软包电池模组，在软包电池模组使用过程中，通过轻量化多功能结构1提高软包电池模组的循环性能和安全性能。软包电池2在充放电过程中会产生体积膨胀，轻量化多功能结构1采用的点阵结构刚性板可以为软包电池2提供抑制膨胀的压力，提高软包电池2的循环寿命。点阵结构板上设有的散热孔1.2和散热通道1.3会及时扩散软包电池2在充放电过程中会产生的热量，当软包电池2发生内部破坏导致内部温度过高时，点阵结构板内填充的阻燃材料1.1可以防止电池起火燃烧爆炸，提高软包电池模组的安全性。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：轻量化多功能结构(1)间隔夹放在软包电池模组的软包电池(2)之间；所述轻量化多功能结构(1)采用点阵结构板，所述点阵结构板采用复合材料，点阵结构板的刚度需要有效地限制软包电池(2)的膨胀，且为软包电池(2)提供抑制膨胀的压力；点阵结构板需要在保证刚度的前提下尽量选用轻质复合材料进而减小软包电池模组的质量。
2.如权利要求1所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：所述点阵结构板的材质为轻质碳纤维增强复合材料。
3.如权利要求1所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：为了提高点阵结构板的刚度，满足限制软包电池(2)膨胀变形的要求，所述点阵结构板的点阵结构形式采用二维或三维点阵结构。
4.如权利要求1所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：为了及时地扩散软包电池(2)循环过程中产生的热量，所述点阵结构板主要由阻燃材料(1.1)、散热孔(1.2)和散热通道(1.3)组成；阻燃材料(1.1)填充于点阵结构板内，用于在电池内芯温度过高时防止电池起火爆炸燃烧。
5.如权利要求1、2、3或4所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：工作方法为，将轻量化多功能结构(1)和软包电池(2)间隔放置组成软包电池模组，在软包电池模组使用过程中，通过轻量化多功能结构(1)提高软包电池模组的循环性能和安全性能；软包电池(2)在充放电过程中会产生体积膨胀，轻量化多功能结构(1)采用的点阵结构刚性板可以为软包电池(2)提供抑制膨胀的压力，提高软包电池(2)的循环寿命；点阵结构板上设有的散热孔(1.2)和散热通道(1.3)会及时扩散软包电池(2)在充放电过程中会产生的热量，当软包电池(2)发生内部破坏导致内部温度过高时，点阵结构板内填充的阻燃材料(1.1)可以防止电池起火燃烧爆炸，提高软包电池模组的安全性。
6.如权利要求5所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：所述碳纤维增强复合材料的碳纤维含量为80％-95％。
7.如权利要求5所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：由于周期性排列的三维金字塔点阵结构具有比强度高和抗弯性能好的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的三维金字塔点阵结构。
8.如权利要求5所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：由于周期性排列的三维四面体点阵结构具有高比强度、可设计性强和内部有大量的连通空间能够作为多功能结构使用的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的三维四面体点阵结构。
9.如权利要求5所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：由于周期性排列的二维格栅点阵结构具有高结构效率和高设计制造灵活性的优点，点阵结构的结构形式为周期性排列的二维格栅点阵结构。
10.如权利要求5所述的用于软包电池模组的轻量化多功能结构，其特征在于：所述阻燃材料(1.1)选择无机阻燃材料或溴系阻燃材料；在点阵结构板设有散热孔(1.2)和散热通道(1.3)；在点阵结构板内填充阻燃材料(1.1)时需要预留有散热通道(1.3)；所述点阵结构板的板面上对称分布多个散热孔(1.2)，散热孔(1.2)与散热通道(1.3)相适配；将点阵结构板中点阵结构留有的中空区域作为散热通道(1.3)。
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