CN113594583A - 一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统 - Google Patents

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赵路遥
孔庆红
刘宏
王国阳
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Abstract

本发明公开了一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，包括电池盒、锂电池模组，所述锂电池模组由多个锂电池本体组成；多个所述锂电池本体依次均匀的放置在电池盒内，每两相邻锂电池本体之间设有一组散热单元；每组散热单元包括依次贴合的第一相变材料片、第一散热翅片、气凝胶板、第二散热翅片以及第二相变材料片，相邻电池之间采用相变材料、散热翅片、气凝胶板的组合，当电池正常工作时，可以起到高效吸收电池热量的效果；当电池发生热失控时，阻燃型相变材料在吸收热量的同时，发挥阻燃性能，另外气凝胶板隔温防火的作用。整个组合可以有效抑制热失控在相邻电池之间的传播。

Description

一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统
技术领域
本发明涉及锂离子电池热管理技术领域，具体涉及一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统。
背景技术
锂离子电池因其比能量高、循环寿命长、自放电率低等优点被广泛应用在电动汽车中，作为电动汽车/混合动力汽车的关键部件，对温度非常敏感，极大地影响了电池组的性能、可靠性和寿命。当电池产生的热量由于散热不及时，在电池中逐渐积累，电池的温度会明显升高，从而导致过热、热失控、设备故障或火灾事故。因此，锂离子电池模块的热管理在电池设计中至关重要。目前，锂离子电池热管理方式主要有三种：空气冷却、液体冷却和相变材料冷却。然而，传统的热管理方法，如强制风冷和直接/间接液体冷却，其散热技术通常是复杂的，结构笨重，成本较高；相变材料因其相变焓高、相变温度适宜且恒定、化学性质稳定、成本低等优点在锂电池领域得到了广泛的应用。
但在相变材料热管理系统中，纯相变材料如石蜡导热系数较低，不能满足电池组在大功率下工作，而且当相变材料温度高于其相变温度时，相变材料会发生固-液相变，易泄露，封装问题较大。人们采用了许多方法来增强其导热性，包括安装金属翅片，添加热管，分散高导热纳米颗粒及泡沫金属中嵌入相变材料。然而，金属基体材料存在一些不足，如密度高、化学稳定性差、热稳定性差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统。
本发明解决上述问题的技术方案为：一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，包括电池盒、锂电池模组，所述锂电池模组由多个锂电池本体组成；
多个所述锂电池本体依次均匀的放置在电池盒内，每两相邻锂电池本体之间设有一组散热单元；
每组散热单元包括依次贴合的第一相变材料片、第一散热翅片、气凝胶板、第二散热翅片以及第二相变材料片，所述第一相变材料片与一侧的锂电池本体贴合，第二相变材料片与另一侧的锂电池本体完全贴合。
进一步的，所述第一相变材料片和第二相变材料片采用阻燃型高导热相变材料，所述第一散热翅片和第二散热翅片采用金属材质。
进一步的，所述第一相变材料片、第二相变材料片厚度为3mm，所述第一散热翅片和第二散热翅片厚度1-1.5mm，所述气凝胶板厚度为2-4mm。
进一步的，所述阻燃型高导热相变材料由膨胀型阻燃剂、碳化硅、石蜡、膨胀石墨复合而成。
进一步的，所述膨胀型阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇三者混合而成。
进一步的，聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇的质量比为10:6:3。
进一步的，所述第一散热翅片和第二散热翅片采用铝材质。
本发明具有有益效果：
本发明提供了一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，相邻电池之间采用相变材料、散热翅片、气凝胶板的组合，当电池正常工作时，可以起到高效吸收电池热量的效果；当电池发生热失控时，阻燃型相变材料在吸收热量的同时，发挥阻燃性能，另外气凝胶板隔温防火的作用。整个组合可以有效抑制热失控在相邻电池之间的传播；通过相变材料与散热翅片的结合，可以将相变材料的热量通过散热翅片及时散失，保证电池可以长期循环工作；在相变材料中加入膨胀型阻燃剂，当电池发生热失控时，膨胀型阻燃剂中酸源、碳源、气源分解，起到阻燃、抑制热失控传播的效果。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为散热单元的结构示意图；
图中：1-电池盒，2-锂电池本体，3-散热单元，4-第一相变材料片，5-第一散热翅片，6-气凝胶板，7-第二散热翅片，8-第二相变材料片。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和2所示，一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，包括电池盒、锂电池模组，所述锂电池模组由多个锂电池本体组成，所述锂电池本体为方形三元/磷酸铁锂电池，多个所述锂电池本体之间采用串联或并联连接，所述电池盒采用铝材质，电池盒顶部开口并且内壁涂有绝缘漆和导热硅脂，先涂导热硅脂再涂绝缘漆，多个所述锂电池本体依次均匀的放置在电池盒内，每相邻两锂电池本体之间设有一组散热单元。
每组散热单元包括依次贴合的第一相变材料片、第一散热翅片、气凝胶板、第二散热翅片以及第二相变材料片，所述第一相变材料片与一侧的锂电池本体贴合，第二相变材料片与另一侧的锂电池本体完全贴合，所述第一相变材料片、第二相变材料片厚度为3mm，所述第一散热翅片和第二散热翅片厚度1-1.5mm，所述气凝胶板厚度为2-4mm。
所述第一相变材料片和第二相变材料片采用阻燃型高导热相变材料，所述阻燃型高导热相变材料由膨胀型阻燃剂、碳化硅、石蜡、膨胀石墨复合而成，其中膨胀型阻燃剂、碳化硅、石蜡、膨胀石墨的比例为1:1:7:1，其相变温度为46℃，导热率超过3.5W/(m·K)。阻燃型高导热相变材料以石蜡为基体材料，膨胀石墨为吸附和导热材料，碳化硅为高导热材料，大大提高了相变材料的导热系数，快速吸收电池产生的热量，避免因电池温度过高引发热失控。所述膨胀型阻燃剂为质量比10:6:3的聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇三者混合而成。第一散热翅片和第二散热翅片采用具有高导热率的铝材质，气凝胶板具有隔热防火的作用，选用气凝胶板是为了在电池发生热失控时，能够减少热量在电池间的传播。
当锂电池本体正常工作时，电池产生的热量通过第一相变材料片、第一散热翅片、第二散热翅片以及第二相变材料片的作用，及时吸收电池的热量并向外扩散，另外第一相变材料片和第二相变材料的蓄热作用也能保持电池温度的均匀性；当电池因突发因素发生热失控时，阻燃型高导热相变材料及时吸收热量，另外膨胀型阻燃剂酸源、碳源、气源开始分解起到阻燃效果，气凝胶板起到隔热防火的作用，减少热量在相邻电池之间的横向传播，从而有效抑制电池组热失控的传播，保证电池模组的安全性、可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：包括电池盒、锂电池模组，所述锂电池模组由多个锂电池本体组成；
多个所述锂电池本体依次均匀的放置在电池盒内，每两相邻锂电池本体之间设有一组散热单元；
每组散热单元包括依次贴合的第一相变材料片、第一散热翅片、气凝胶板、第二散热翅片以及第二相变材料片，所述第一相变材料片与一侧的锂电池本体贴合，第二相变材料片与另一侧的锂电池本体完全贴合。
2.如权利要求1所述的一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：所述第一相变材料片和第二相变材料片采用阻燃型高导热相变材料，所述第一散热翅片和第二散热翅片采用金属材质。
3.如权利要求1或2所述的一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：所述第一相变材料片、第二相变材料片厚度为3mm，所述第一散热翅片和第二散热翅片厚度1-1.5mm，所述气凝胶板厚度为2-4mm。
4.如权利要求2所述的一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：所述阻燃型高导热相变材料由膨胀型阻燃剂、碳化硅、石蜡、膨胀石墨复合而成。
5.如权利要求4所述的一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：所述膨胀型阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇三者混合而成。
6.如权利要求5所述的一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇的质量比为10:6:3。
7.如权利要求2所述的一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统，其特征在于：所述第一散热翅片和第二散热翅片采用铝材质。
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CN114094230A (zh) * 2021-11-24 2022-02-25 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和用电设备
CN114243159A (zh) * 2021-12-21 2022-03-25 广东工业大学 一种基于分布式冷却的汽车动力电池热管理系统
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