CN111009705A - 隔热板、电池模组以及电池包 - Google Patents

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韩雪冰
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Abstract

本申请涉及一种隔热板、电池模组以及电池包。上述隔热板包括隔热框架、复合导热材料层以及热缩膜。所述隔热框架为具有开口的支撑框架。所述热缩膜与所述隔热框架的开口处连接，以包围所述隔热框架形成容纳腔。所述复合导热材料层填充于所述容纳腔中。当在正常温度范围内时，所述复合导热材料层可以起到良好的导热作用。所述复合导热材料层与所述隔热框架形成至少一个接触界面。当环境温度达到预设温度时，所述热缩膜发生形变，从所述隔热框架的开口处脱落，所述复合导热材料层相变为液态，并且所述复合导热材料层从所述隔热框架的开口处流出。此时，所述隔热板只剩下所述隔热框架，所述隔热板的平均导热系数降低，从而抑制热蔓延。

Description

隔热板、电池模组以及电池包
技术领域
本申请涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种隔热板、电池模组以及电池包。
背景技术
随着电动汽车的快速发展，电动汽车动力电池系统的安全问题制约了电动汽车的快速发展。电动汽车动力电池的安全性事故主要是以电池模组热失控蔓延为特征，在动力电池单体热失控后，高温会迅速传递给相邻的单体，从而引起链式热失控蔓延，造成起火爆炸等安全事故，抑制动力电池热失控热量向周围电池蔓延是保证乘客生命财产安全的重要手段。
目前，对于抑制动力电池热蔓延的方法主要采用在电池间添加热阻较大的隔热材料，将各个电池的产热隔离。然而，这类方式对电池正常使用过程当中的散热不利，散热不利甚至可以导致电池异常温升。
发明内容
基于此，有必要针对传统的隔热材料对电池正常使用过程当中的散热不利的问题，提供一种隔热板、电池模组以及电池包。
一种隔热板，包括：
隔热框架，形成具有开口的支撑框架；
热缩膜，与所述隔热框架的开口处连接，以包围所述隔热框架形成容纳腔；以及
复合导热材料层，填充于所述容纳腔，所述复合导热材料层与所述隔热框架形成至少一个接触界面；
当环境温度达到预设温度时，所述热缩膜发生形变，从所述隔热框架的开口处脱落，所述复合导热材料层相变为液态，并且所述复合导热材料层从所述隔热框架的开口处流出。
在其中一个实施例中，所述隔热框架包括：
第一横梁，所述第一横梁的端部与所述热缩膜连接；
连接梁，所述连接梁的一端与所述第一横梁的中间连接部连接；以及
第二横梁，所述第二横梁的中间连接部与所述连接梁的另一端连接，并且所述第二横梁的端部与所述热缩膜连接。
在其中一个实施例中，所述第一横梁设有空气孔，所述空气孔与所述容纳腔连通。
在其中一个实施例中，所述接触界面为曲面，所述接触界面沿着所述连接梁向所述隔热框架的开口处的方向，便于所述复合导热材料层的流动。
在其中一个实施例中，所述复合导热材料层由高导热系数粉末和相变材料混合而成。
在其中一个实施例中，所述高导热系数粉末为铜粉、铝粉或者石墨粉中的任意一种或多种，所述相变材料为石蜡、无机水合盐或者相变硅脂中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述隔热框架为硅酸铝纤维板，玻璃纤维板，云母板或者微孔硅酸钙板中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述热缩膜为塑胶聚乙烯复合膜、聚烯烃热收缩复合膜或者低压聚乙烯复合膜中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述复合导热材料层相变温度为45℃至60℃，所述热缩膜的形变温度大于80℃。
一种电池模组，包括：
多个电池单体；
上述实施例中任一项所述隔热板，设置于相邻的两个所述电池单体之间。
一种电池包，包括：
多个上述实施例中所述的电池模组。
上述隔热板包括隔热框架、复合导热材料层以及热缩膜。所述隔热框架为具有开口的支撑框架。所述热缩膜与所述隔热框架的开口处连接，以包围所述隔热框架形成容纳腔。所述复合导热材料层填充于所述容纳腔中。当在正常温度范围内时，所述复合导热材料层可以起到良好的导热作用。所述复合导热材料层与所述隔热框架形成至少一个接触界面。当环境温度达到预设温度时，所述热缩膜发生形变，从所述隔热框架的开口处脱落，所述复合导热材料层相变为液态，并且所述复合导热材料层从所述隔热框架的开口处流出。此时，所述隔热板只剩下所述隔热框架，所述隔热板的平均导热系数降低，从而抑制热蔓延。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的隔热板结构图；
图2为本申请一个实施例提供的隔热板结构图；
图3为本申请一个实施例提供的隔热框架结构图；
图4为本申请一个实施例提供的隔热框架结构图；
图5为本申请一个实施例提供的电池模组结构图；
图6为本申请一个实施例提供的热均衡仿真结果图；
图7为本申请一个实施例提供的锂离子电池间加了同样厚度的隔热云母板时的热均衡仿真结果图；
图8为本申请一个实施例提供的热缩膜没有脱落时的热蔓延仿真结果图；
图9为本申请一个实施例提供的热缩膜正常脱落时的热蔓延仿真结果图。
主要元件附图标号说明
隔热板 10
隔热框架 100
容纳腔 101
第一横梁 110
空气孔 111
连接梁 120
第二横梁 130
复合导热材料层 200
热缩膜 300
电池模组 20
电池单体 400
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请一个实施例中提供一种隔热板10。所述隔热板10包括隔热框架100、复合导热材料层200以及热缩膜300。
所述隔热框架100形成具有开口的支撑框架。所述热缩膜300与所述隔热框架100的开口处连接，以包围所述隔热框架100形成容纳腔101。所述复合导热材料层200填充于所述容纳腔101。所述复合导热材料层200与所述隔热框架100形成至少一个接触界面。当环境温度达到预设温度时，所述热缩膜300发生形变，从所述隔热框架100的开口处脱落，所述复合导热材料层200相变为液态，并且所述复合导热材料层200从所述隔热框架100的开口处流出。
可以理解，所述隔热框架100的形状和材料不做具体限定，只要所述隔热框架100的至少一侧具有一个开口，以便于所述复合导热材料层200处于液体状态时，从开口流出即可。在一个可选的实施例中，所述隔热框架100的导热系数小于所述复合导热材料层200的导热系数。在一个可选的实施例中，所述隔热框架100的导热系数为0.038W/(m·K)-0.07W/(m·K)。所述隔热框架100具有一定的强度，用于将两个电池隔开一定的距离，以确保隔热的功能。在一个可选的实施例中，所述隔热框架100为硅酸铝纤维板，玻璃纤维板，云母板或者微孔硅酸钙板中的任意一种或多种。
可以理解，所述复合导热材料层200在不同的环境温度下，具有不同的相变状态。即，例如所述复合导热材料层200的相变温度为50℃时，当环境温度在50℃以下时，所述复合导热材料层200为固相。当环境温度在50℃以上时，所述复合导热材料层200为液相。所述复合导热材料层200填充于所述隔热框架100的容纳腔101内，当所述隔热板10置于两个电池之间时，所述复合导热材料层200直接与电池的外壳或者铝塑膜接触起到良好的导热作用。当电池在正常温度范围内工作时，所述复合导热材料层200起到良好的导热作用，可以充分利用热管理系统进行降温或加热。当电池在50℃以上温度工作时，复合导热材料2成为液相，与电池的外壳或者铝塑膜的接触面积变大，导热能力增加。
在一个可选的实施例中，所述复合导热材料层200由高导热系数粉末和相变材料混合而成。所述高导热系数粉末和所述相变材料混合比例，可以根据所需的相变温度而任意设定。所述高导热系数粉末的导热系数在3.5W/(m·K)至6.0W/(m·K)范围内。在一个可选的实施例中，所述复合导热材料层200相变温度为45℃至60℃。在一个可选的实施例中，所述高导热系数粉末为铜粉、铝粉或者石墨粉中的任意一种或多种，所述相变材料为石蜡、无机水合盐或者相变硅脂中的任意一种或多种。
可以理解，在一个可选的实施例中，所述热缩膜300的形变温度大于80℃。在一个可选的实施例中，所述热缩膜300为塑胶聚乙烯复合膜、聚烯烃热收缩复合膜或者低压聚乙烯复合膜中的任意一种或多种。所述热缩膜300在所述隔热框架100的侧面将其侧面封住，限制所述复合导热材料层200的泄漏，在80℃以上温度时会产生变形从所述隔热框架100的侧面脱落。此时，所述复合导热材料层200可以从所述隔热框架100的开口处流出，具体请参见图2。当所述复合导热材料层200从所述隔热框架100的开口处完全流出后，所述隔热板10的平均导热系数降低，从而抑制热蔓延。
本实施例中，上述隔热板10包括隔热框架100、复合导热材料层200以及热缩膜300。所述隔热框架100为具有开口的支撑框架。所述热缩膜300与所述隔热框架100的开口处连接，以包围所述隔热框架100形成容纳腔101。所述复合导热材料层200填充于所述容纳腔101中。当在正常温度范围内时，所述复合导热材料层200可以起到良好的导热作用。所述复合导热材料层200与所述隔热框架100形成至少一个接触界面。当环境温度达到预设温度时，所述热缩膜300发生形变，从所述隔热框架100的开口处脱落，所述复合导热材料层200相变为液态，并且所述复合导热材料层200从所述隔热框架100的开口处流出。此时，所述隔热板10只剩下所述隔热框架100，所述隔热板10的平均导热系数降低，从而抑制热蔓延。
在一个可选的实施例中，所述隔热框架100包括第一横梁110、连接梁120以及第二横梁130。
所述第一横梁110的端部与所述热缩膜300连接。所述连接梁120的一端与所述第一横梁110的中间连接部连接。所述第二横梁130的中间连接部与所述连接梁120的另一端连接。并且所述第二横梁130的端部与所述热缩膜300连接。
具体的，请参见图3，所述连接梁120为中间连接梁，将所述隔热框架100分为对称的两部分。此时，所述隔热框架100具有左右两处开口。所述热缩膜300可以对应的设置于所述隔热框架100的左右两侧，以在所述隔热框架100中形成两个所述容纳腔101。两个所述容纳腔101填充所述复合导热材料层200，以使的，当电池正常工作时，所述隔热板10可以起到良好的散热功能。当电池处于热失控状态时，所述热缩膜300变形，并且所述复合导热材料层200液化从开口处流出，降低所述隔热板10的导热性，进而抑制热蔓延。
在一个可选的实施例中，所述第一横梁110、所述连接梁120以及所述第二横梁130可以一体成型。在一个可选的实施例中，所述复合导热材料层200与所述隔热框架100形成的所述接触界面为曲面，所述接触界面沿着所述连接梁120向所述隔热框架100的开口处的方向，便于所述复合导热材料层200的流动即，所述连接梁120与所述第二横梁130的连接处为一个平滑的曲面。
请参见图4，在一个可选的实施例中，所述连接梁120与所述第一横梁110和所述第二横梁130的一侧连接。此时，所述隔热框架100具有一处开口。所述热缩膜300可以对应的设置于所述隔热框架100的一侧，以在所述隔热框架100中形成一个所述容纳腔101。所述容纳腔101填充所述复合导热材料层200，以使的，当电池正常工作时，所述隔热板10可以起到良好的散热功能。当电池处于热失控状态时，所述热缩膜300变形，并且所述复合导热材料层200液化从开口处流出，降低所述隔热板10的导热性，进而抑制热蔓延。
在其中一个实施例中，所述第一横梁110设有空气孔111，所述空气孔111与所述容纳腔101连通。当所述复合导热材料层200可以从所述隔热框架100的开口处流出时，空气从所述隔热框架100的空气孔111中进入所述容纳腔101。此时，所述容纳腔101的导热系数降低到0.015W/(m·K)-0.17W/(m·K)范围内。从而导致所述隔热板10的平均导热系数降低，进而抑制热蔓延。
请参见图5，本申请一个实施例中提供一种电池模组20。所述电池模组20包括多个电池单体400以及上述实施例中任一项所述隔热板10。
所述隔热板10设置于相邻的两个所述电池单体400之间。所述隔热板10与两个相邻的电池单体400贴合设置。所述隔热板10的结构和材料与上述实施例中的隔热板10结构和材料完全相同，此处不再赘述。所述电池单体400可以为锂离子电池。所述隔热框架100具有一定的强度，用于将两个电池隔开一定的距离，以确保隔热的功能。当所述电池单体400正常工作时，所述隔热板10可以起到良好的散热功能。当所述电池单体400处于热失控状态时，所述热缩膜300变形，并且所述复合导热材料层200液化从开口处流出，降低所述隔热板10的导热性，进而抑制热蔓延。
本申请一个实施例中提供一种电池包。所述电池包包括多个上述实施例中所述的电池模组20以及壳体。所述电池模组20的结构和材料与上述实施例中的电池模组20结构和材料完全相同，此处不再赘述。所述壳体将多个所述电池模组20组装为一个电池包。
请参见图6-图9，如图6为本申请实施例的热均衡仿真结果，当第一节电池的起始温度为60℃时，在1227s内第一节电池平均温度降温到45℃以下。如图7为锂离子电池间加了同样厚度的隔热云母板时的热均衡仿真结果。当第一节电池的起始温度为60℃时，第一节电池平均温度降到45℃需要3606s。由图6和图7对比可知，本申请的隔热板10有着明显的热均衡优势。如图8为本申请实施例的热缩膜300没有脱落时的热蔓延仿真结果。结果显示，第一节锂离子电池热失控到第二节锂离子电池热失控的时间约为38s。如图9为本申请实施例的热缩膜300正常脱落时的热蔓延仿真结果。结果显示，第一节锂离子电池热失控到第二节锂离子电池热失控的时间约为2316s。有明显的抑制作用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种隔热板，其特征在于，包括：
隔热框架(100)，形成具有开口的支撑框架；
热缩膜(300)，与所述隔热框架(100)的开口处连接，以包围所述隔热框架(100)形成容纳腔(101)；以及
复合导热材料层(200)，填充于所述容纳腔(101)，所述复合导热材料层(200)与所述隔热框架(100)形成至少一个接触界面；
当环境温度达到预设温度时，所述热缩膜(300)发生形变，从所述隔热框架(100)的开口处脱落，所述复合导热材料层(200)相变为液态，并且所述复合导热材料层(200)从所述隔热框架(100)的开口处流出。
2.根据权利要求1所述的隔热板，其特征在于，所述隔热框架(100)包括：
第一横梁(110)，所述第一横梁(110)的端部与所述热缩膜(300)连接；
连接梁(120)，所述连接梁(120)的一端与所述第一横梁(110)的中间连接部连接；以及
第二横梁(130)，所述第二横梁(130)的中间连接部与所述连接梁(120)的另一端连接，并且所述第二横梁(130)的端部与所述热缩膜(300)连接。
3.根据权利要求2所述的隔热板，其特征在于，所述第一横梁(110)设有空气孔(111)，所述空气孔(111)与所述容纳腔(101)连通。
4.根据权利要求2所述的隔热板，其特征在于，所述接触界面为曲面，所述接触界面沿着所述连接梁(120)向所述隔热框架(100)的开口处的方向，便于所述复合导热材料层(200)的流动。
5.根据权利要求1所述的隔热板，其特征在于，所述复合导热材料层(200)由高导热系数粉末和相变材料混合而成。
6.根据权利要求5所述的隔热板，其特征在于，所述高导热系数粉末为铜粉、铝粉或者石墨粉中的任意一种或多种，所述相变材料为石蜡、无机水合盐或者相变硅脂中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的隔热板，其特征在于，所述隔热框架(100)为硅酸铝纤维板，玻璃纤维板，云母板或者微孔硅酸钙板中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的隔热板，其特征在于，所述热缩膜(300)为塑胶聚乙烯复合膜、聚烯烃热收缩复合膜或者低压聚乙烯复合膜中的任意一种或多种。
9.根据权利要求1所述的隔热板，其特征在于，所述复合导热材料层(200)相变温度为45℃至60℃，所述热缩膜(300)的形变温度大于80℃。
10.一种电池模组，其特征在于，包括：
多个电池单体(400)；
权利要求1-9中任一项所述隔热板(10)，设置于相邻的两个所述电池单体(400)之间。
11.一种电池包，其特征在于，包括：
多个权利要求10所述的电池模组(20)。
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