CN111463519B - 一种电池缓冲隔热冷却板、动力电池包及汽车 - Google Patents

一种电池缓冲隔热冷却板、动力电池包及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电池缓冲隔热冷却板、动力电池包及汽车，以在电池包受到机械撞击时，减小电池热失控发生的可能性，避免热失控的发生，提高电池包的机械安全性。该电池缓冲隔热冷却板，所述电池缓冲冷却板多次弯折形成多个U型腔，形成包括：依次连接的隔热层、缓冲支撑冷却层和底层；所述缓冲支撑冷却层包括：固定在所述底层上的侧围框、安装在所述侧围框顶部的上平板，所述侧围框和上平板形成容置空间，所述容置空间内固定设置有交错排列的多个空心圆柱体，所述侧围框的侧壁设置有供冷却液流入所述容置空间内的入口和供冷却液从所述容置空间流出的出口。

Description

一种电池缓冲隔热冷却板、动力电池包及汽车
所属技术领域
本发明属于动力电池领域，具体涉及一种电池缓冲隔热冷却板、动力电池包及汽车。
背景技术
锂电池作为一种新型的能源 ,目前正推广应用于很多行业。由于使用的锂电池数量越来越大，随着使用数量的增加，故障的锂电池数量也会增大，燃烧和爆炸的几率就会增大。电池在过充、过放、挤压、碰撞等情况下容易发生冒烟、起火甚至爆炸等安全事故，直接威胁着乘客的生命财产安全；同时也会对环境造成破坏。因此，电池系统的安全性是确保新能源电动车辆安全性能的关键。
目前对锂电池进行防爆处理的方式有很多种，如申请号：201910256627.6，名称为：阻燃隔板及电池箱的申请中，通过将阻燃隔板设置在电池箱内的相邻单体之间，阻燃隔板包括由阻燃材料和吸热材料复合制得的隔板本体，隔板本体为与电池单体形状对应的形状，隔板本体上设有与电池箱配合安装的安装部。该阻燃隔板旨在隔离、隔热、阻燃， 防止热扩散和电池爆炸，从而避免事故的发生。申请号为：201711329270.7，名称为：一种阻止动力电池热失控扩展的气溶胶蜂窝板及其应用的申请中，包括蜂窝陶瓷层，所述蜂窝陶瓷层内填充有灭火剂，蜂窝陶瓷层的两侧由内至外依次对称安装有粘结层、绝缘阻燃纸层和绝缘阻燃薄膜层；此发明通过气溶胶蜂窝板的结构与材料设计，并将其替代常规的PC板应在动力电池模组结构设计上，能够有效的从热失控扩展机理上切断其热量传播，从而降低了热失控扩展的安全事故的发生可能；申请号为：201820970065.2，名称为：新能源汽车电池护板装置的专利中，包括多层材料板，所述多层材料板包括顺序排列的第一金属板、复合板以及第二金属板，其中所述第一金属板与电池相邻，用以支撑电池，所述复合板的内部设置有支撑层，所述支撑层为蜂窝箱网状结构，所述支撑层内填充有相变介质，该方案提高了电池护板保温的效果，而且优化了电池护板的散热，提升了新能源汽车环境的适应性能力。
以上这些专利的缺陷在于，均未能在电池包受到机械撞击时，减小电池热失控发生的可能性，甚至避免热失控的发生，提高电池包的机械安全性，也未考虑电池常规的热管理需求，保证电池在正常温度工作。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种电池缓冲隔热冷却板、动力电池包及汽车，以在电池包受到机械撞击时，减小电池热失控发生的可能性，避免热失控的发生，提高电池包的机械安全性；正常工作时，冷却液沿缓冲隔热冷却板中的缓冲支撑冷却层对电池单体进行冷却，保证电池单体在合适的温度。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种电池缓冲隔热冷却板，所述电池缓冲冷却板多次弯折形成多个U型腔，形成包括：
依次连接的隔热层、缓冲支撑冷却层和底层；所述缓冲支撑冷却层包括：
固定在所述底层上的侧围框、安装在所述侧围框顶部的上平板，所述侧围框和上平板形成容置空间，所述容置空间内固定设置有交错排列的多个空心圆柱体，所述侧围框的侧壁设置有供冷却液流入所述容置空间内的入口和供冷却液从所述容置空间流出的出口。
优选地，空心圆柱体的壁厚为0.3～0.5mm，空心圆柱体的直径D为3～7mm，位于同一行的多个空心圆柱体之间的最小横向中心间距S1为8～20mm，相邻两行空心圆柱体之间的最小横向中心间距S2为4～10mm，位于同一列的多个空心圆柱体之间的最小纵向中心间距L1为8～20mm，相邻两列空心圆柱体之间的最小纵向中心间距L2为4～10mm。
优选地，所述隔热层、缓冲支撑冷却层和底层之间胶粘剂粘合。
优选地，所述隔热层为由气凝胶材料和陶瓷纤维材料中的一种材料形成的单层结构或者两种材料组合形成的多层复合结构；
气凝胶材料为SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、Fe3O4气凝胶中的一种或多种形成的混合物；或为，
玻璃纤维增强SiO2气凝胶、玄武岩纤维增强SiO2气凝胶、芳纶纤维增强SiO2气凝胶中的一种或多种形成的混合物；或为，
利用胶粘剂将气凝胶板材或气凝胶颗粒或气凝胶粉体粘结在一起得到的复合材料，胶粘剂为有机胶粘剂或无机胶粘剂；
陶瓷纤维材料为非氧化物陶瓷纤维或氧化物陶瓷纤维。
本发明还提供了一种动力电池包，包括：电池包底板、电池单体和多个上述的电池缓冲隔热冷却板，
多个所述电池缓冲隔热冷却板均匀安装在所述电池包底板形成的腔体内，相对两个U型腔形成安装一个电池单体的安装槽；
所述电池包底板上设置有供冷却液进入的进入口和供冷却液排出的排出口，冷却液由所述进入口进入所述电池包底板内部的腔体中，并分别从所述侧围框的入口进入到各个侧围框内，在通过所述侧围框的出口排出到所述电池包底板内部的腔体内，最后通过所述排出口排出。
本发明还提供了一种电动汽车，包括上述的动力电池包。
本发明的有益效果为：
缓冲隔热冷却板可以起到电池单体的框架固定作用；正常工作时，冷却液从电池包底板入口流入，沿缓冲隔热冷却板中的缓冲支撑冷却层对电池单体进行冷却，保证电池单体在合适的温度；交错排列的空心圆柱体可显著提高电池单体与冷却液的换热能力；在电池包受到机械冲击时，空心圆柱体可有效缓释冲击动能，避免电池单体因机械冲击发生热失控；又能在单体热失控时，隔热材料层可有效隔离、隔热、阻燃，防止热扩散和电池爆炸，从而提高电池包安全性，避免电池包起火爆炸等热扩散现象的危害。
附图说明
图1是本发明的缓冲隔热冷却板示意图；
图2是本发明的缓冲隔热冷却板的工作原理示意图；
图3是本发明的缓冲支撑冷却层示意图；
图4是本发明的缓冲支撑冷却层排列示意图；
图5是本发明的动力电池包的结构示意图；
图6是本发明的缓冲支撑冷却板的工作示意图；
图7是本发明的缓冲支撑冷却板的工作示意图；
图8是本发明的缓冲支撑冷却板与电池单体配合示意图；
附图标记说明：1、电池缓冲隔热冷却板；101、U型腔；2、电池单体；3、电池包底板；31、进入口；11、隔热层；12、上平板；13、缓冲支撑冷却层；14、侧围框；141、入口；15、下平板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1至图8，本发明的电池缓冲隔热冷却板1由隔热层11、上平板12、起缓冲支撑冷却作用的空心圆柱体13、下平板15、侧围框14组成，其中，上平板12、空心圆柱体13和侧围框14共同组成缓冲支撑冷却层，侧围框14的顶部端面开槽形成空腔，再将上平板12固定在侧围框14的顶部，这样，上平板12和侧围框14即围设形成容纳该空心圆柱体13的容置空间。各层间通过胶粘剂粘合在一起。空心圆柱体13为铝合金或者不锈钢等材料的若干空心圆柱体组成，层厚2～5mm；上平板12、下平板15、侧围框14为铝合金或者不锈钢等金属板；上平板12、下平板15、侧围框14的厚度为0.5～1mm；隔热层11为气凝胶材料或陶瓷纤维材料中的一种的单层结构或者两种材料组合形成的多层复合结构。
若干交错排列的空心圆柱体13固定排列在侧围框14内部的腔体中，空心圆柱体13的壁厚为0.3～0.5mm，空心圆柱体13的直径D为3～7mm，位于同一行的多个空心圆柱体13之间的最小横向中心间距S1为8～20mm，相邻两行空心圆柱体13之间的最小横向中心间距S2为4～10mm，位于同一列的多个空心圆柱体13之间的最小纵向中心间距L1为8～20mm，相邻两列空心圆柱体13之间的最小纵向中心间距L2为4～10mm。
气凝胶是一种具有三维网络骨架结构和纳米级孔洞的无机固体材料，具有极高的孔隙率和比表面积、极低的密度和固含量、化学惰性、不燃性，表现出优异的轻质、绝热、防火、防爆、减震吸能等特性，可以有效降低机械冲击的动能，吸收机械冲击产生的冲击力和震动波（震动波在气凝胶的纳米级孔洞内的传播速度很慢，声波在气凝胶内的传播速度约为110m/s），降低电池包的重量（气凝胶的密度为100kg/m3），阻隔电池热失控产生的热量（气凝胶的导热系数为0.013W/m·K）。
空心圆柱体13由铝合金或者不锈钢等金属板构成，其较高的机械强度可使电池单体2稳固的固定于电池底板3上，保证功能的可靠性。交错排列的空心圆柱体13在受外力冲击时，通过压溃形变，有效减缓外界冲击对电池单体的影响，有效阻止电池单体2因机械冲击引起的热失控；同时，冷却液在从侧围框14的入口141进入到侧围框14内后，冷却液在交错布置的空心圆柱体13之间扰动，可显著提高电池单体2与冷却液的对流换热能力。
本实施例中，所述气凝胶材料为气凝胶、纤维增强气凝胶、胶粘剂增强气凝胶。
本发明的气凝胶可以为SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、Fe3O4气凝胶等中的一种或多种；本发明的纤维增强气凝胶为玻璃纤维增强SiO2气凝胶、玄武岩纤维增强SiO2气凝胶、芳纶纤维增强SiO2气凝胶等中的一种或多种混合后形成的混合物；本发明的胶粘剂增强气凝胶为利用胶粘剂将气凝胶板材或气凝胶颗粒或气凝胶粉体粘结在一起得到的复合材料，其中胶粘剂可以为有机胶粘剂（如松香树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂）、无机胶粘剂（如水泥、石膏、石灰石、水玻璃、氧化铜-磷酸胶）。
本发明，陶瓷纤维材料为非氧化物陶瓷纤维(如碳化硅纤维、碳纤维)或氧化物(含复合氧化物)陶瓷纤维(如硅酸铝纤维、氧化铝纤维)。
本发明，胶粘剂为金属高温粘合剂，可耐温度为1300℃以上。
本发明，缓冲隔热冷却板1多次弯折形成多个U型腔，具体为呈“S”型往返折回的结构，电池包底板3中有冷却液进入的进入口31和冷却液排出的排出口，缓冲隔热冷却板1的侧围框14的侧壁上设置有供冷却液进入的入口141和供冷却液流出的出口，在将缓冲隔热冷却板1安装在电池包地板3内，电池包底板3被缓冲隔热冷却板1划分为若干矩形收容空间（一个矩形收容空间是指相对两个U型腔形成的一个安装电池电梯的安装槽），每个收容空间内放置1个电池单体2。
本发明，缓冲隔热冷却板1可以起到电池单体2的框架固定作用；正常工作时，冷却液从电池包底板3的进入口31流入，在通过侧围框14的进口进入侧围框14内部，冷却液在缓冲隔热冷却板1中的空心圆柱体13之间的间隙扰动作用下对电池单体2进行冷却，保证电池单体2在合适的温度，交错排列的空心圆柱体13可显著提高电池单体2与冷却液的换热能力；同时，在电池包受到机械冲击时，空心圆柱体13可有效缓释冲击动能，避免电池单体2因机械冲击发生热失控；隔热层11能在电池单体2热失控时，可有效隔离、隔热、阻燃，防止热扩散和电池爆炸，从而提高电池包安全性，避免电池包起火爆炸等热扩散现象的危害。
本发明还提供了一种电动汽车，包括上述的动力电池包。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (5)

1.一种电池缓冲隔热冷却板，其特征在于，所述电池缓冲冷却板多次弯折形成多个U型腔（101），所述电池缓冲冷却板包括：
依次连接的隔热层（11）、缓冲支撑冷却层和底层；所述缓冲支撑冷却层包括：
固定在所述底层上的侧围框（14）、安装在所述侧围框（14）顶部的上平板（12），所述侧围框（14）和上平板（12）形成容置空间，所述容置空间内固定设置有交错排列的多个空心圆柱体（13），所述侧围框（14）的侧壁设置有供冷却液流入所述容置空间内的入口（141）和供冷却液从所述容置空间流出的出口；
空心圆柱体（13）的壁厚为0.3～0.5mm，空心圆柱体（13）的直径D为3～7mm，位于同一行的多个空心圆柱体（13）之间的最小横向中心间距S1为8～20mm，相邻两行空心圆柱体（13）之间的最小横向中心间距S2为4～10mm，位于同一列的多个空心圆柱体（13）之间的最小纵向中心间距L1为8～20mm，相邻两列空心圆柱体（13）之间的最小纵向中心间距L2为4～10mm。
2.根据权利要求1所述的电池缓冲隔热冷却板，其特征在于，所述隔热层（11）、缓冲支撑冷却层和底层之间胶粘剂粘合。
3.根据权利要求2所述的电池缓冲隔热冷却板，其特征在于，所述隔热层（11）为由气凝胶材料和陶瓷纤维材料中的一种材料形成的单层结构或者两种材料组合形成的多层复合结构；
气凝胶材料为SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、Fe3O4气凝胶中的一种或多种形成的混合物；或为，
玻璃纤维增强SiO2气凝胶、玄武岩纤维增强SiO2气凝胶、芳纶纤维增强SiO2气凝胶中的一种或多种形成的混合物；或为，
利用胶粘剂将气凝胶板材或气凝胶颗粒或气凝胶粉体粘结在一起得到的复合材料，胶粘剂为有机胶粘剂或无机胶粘剂；
陶瓷纤维材料为非氧化物陶瓷纤维或氧化物陶瓷纤维。
4.一种动力电池包，其特征在于，包括：电池包底板（3）、电池单体（2）和多个权利要求1至3任一项所述的电池缓冲隔热冷却板（1），其中，
多个所述电池缓冲隔热冷却板（1）均匀安装在所述电池包底板（3）形成的腔体内，相对两个U型腔（101）形成安装一个电池单体（2）的安装槽；
所述电池包底板（3）上设置有供冷却液进入的进入口（31）和供冷却液排出的排出口，冷却液由所述进入口（31）进入所述电池包底板（3）内部的腔体中，并分别从所述侧围框（14）的入口（141）进入到各个侧围框（14）内，在通过所述侧围框（14）的出口排出到所述电池包底板（3）内部的腔体内，最后通过所述排出口排出。
5.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求4所述的动力电池包。
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