CN114243164B - 电池安全防护组件、系统和方法 - Google Patents
电池安全防护组件、系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114243164B CN114243164B CN202111391841.6A CN202111391841A CN114243164B CN 114243164 B CN114243164 B CN 114243164B CN 202111391841 A CN202111391841 A CN 202111391841A CN 114243164 B CN114243164 B CN 114243164B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase change
- battery
- module
- safety protection
- resin
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 67
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 54
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 239000012767 functional filler Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims description 12
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 9
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 8
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229910002566 KAl(SO4)2·12H2O Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920003180 amino resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims description 3
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- CMLFRMDBDNHMRA-UHFFFAOYSA-N 2h-1,2-benzoxazine Chemical compound C1=CC=C2C=CNOC2=C1 CMLFRMDBDNHMRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 claims description 2
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 2
- 239000005007 epoxy-phenolic resin Substances 0.000 claims description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 2
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920000090 poly(aryl ether) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 claims description 2
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Inorganic materials [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 11
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 description 1
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
- H01M10/65—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
-
- 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
- H01M10/615—Heating or keeping warm
-
- 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
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- 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
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
- H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
- H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本发明涉及电池的热管理和热防护技术领域，具体地说，涉及一种电池安全防护组件、系统和方法，组件包括电池，电池两侧分别设有相变模块，相变模块内设有冷却管道，相变模块外侧设有缓冲层，缓冲层外侧设有防护模块；相变模块的材质包括水合盐相变材料和功能性填料。本发明能较佳地保护电池。
Description
技术领域
本发明涉及电池的热管理和热防护技术领域，具体地说，涉及一种电池安全防护组件、系统和方法。
背景技术
在推进“碳达峰”和“碳中和”的能源建设时，采用清洁能源作为传统能源替代品已成为当今研究的重点领域，促使各类储能手段蓬勃发展。当前电池在大规模储能以及电动力交通工具等方面取得了广泛应用。但电池(特别是锂电池)在实际应用过程中，使用工况以及环境因素的适应性问题是致使电池发生不安全事故的重要原因，例如：爆炸起火、电解液泄漏、单电池燃烧引起整个电池组燃烧爆炸等事故时常发生。所以有必要采用合理的电池热防护技术和装置对电池的热管理和热防护进行高效低成本控制。
目前电池的冷却手段有风冷、液冷、热管冷却、相变材料导热等。风冷主要问题是电池与电池箱体的热交换系数较小，导致电池内部产生的大量热值与外界环境交换速度慢，造成内部温度聚集，且风冷还需电池向外部设备提供能量，这增加了电池的功耗负载；液冷主要问题是对电池箱体的密闭性要求很高，保温效果较差，且冷却液体重量相对较大，经济成本较高，不适合大众化推广使用；热管冷却主要问题是管道结构比较复杂，管道与电池的接触面较小，过多的热管分布极易增加系统造价成本，不适合大功率的电池冷却；相变材料导热主要问题是材料的泄漏，当发生完全相变时，如无法及时排出热量，易造成电池因温度过高发生爆炸。无论是哪种冷却手段都不能满足实际应用的需求而且不能对电池的爆炸以及火灾的蔓延做到有效的防护和控制。
因此针对电池本身对工作温度的敏感性以及热失控下电池巨大的危险性，如何提升电池热管理系统的高效性和热防护系统的安全性是电池实际应用中的重要课题。
发明内容
本发明的内容是提供一种电池安全防护组件、系统和方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本发明的一种电池安全防护组件，其包括电池，电池两侧分别设有相变模块，相变模块内设有冷却管道，相变模块外侧设有缓冲层，缓冲层外侧设有防护模块；
相变模块的材质包括水合盐相变材料和功能性填料。
作为优选，冷却管道通过嵌件成型方式镶嵌在相变模块内。
作为优选，水合盐相变材料包括相变点为40～60℃水合盐相变材料；功能性填料包括高导热碳材料、骨架、支撑材料和高弹性材料中的至少一种。
作为优选，高导热碳材料包括膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯和石墨粉中的至少一种；
骨架包括金属泡沫及纤维烧结骨架；
支撑材料包括环氧树脂、酚醛树脂和脲醛树脂中的至少一种；
高弹性材料包括硅橡胶、烯烃嵌段共聚物和聚氨酯泡沫中的至少一种。
作为优选，缓冲层的材质包括缓冲材料，缓冲材料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯和硅橡胶中至少一种形成的泡沫或弹性体材料。
作为优选，缓冲层与相变模块和防护模块之间均通过粘合剂连接。
作为优选，粘合剂包括酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯和丙烯酸树脂中的至少一种。
本发明提供了一种电池安全防护系统，系统能够对N个电池进行安全防护，并包括N个上述的电池安全防护组件，其中，N≥1且为整数。
本发明提供了一种电池安全防护方法，其采用上述的电池安全防护组件进行电池的安全防护。
作为优选，通过冷却管道进行相变模块和外界环境之间的热量交换，热量交换的方式包括风冷、液冷和热管中的至少一种方式。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明以难燃的水合盐相变材料作为保温、防爆材料，以具有耐烧蚀性和高阻燃性的复合材料作为外层防护材料，在经济和可行性前提下将冷却管道与相变模块以及防护模块耦合，提高电池的散热效率的同时增加电池的保温、阻燃、防爆、防扩散的性能；
(2)本发明将嵌有冷却管道的相变模块直接贴附在电池表面，以提供良好的保温、散热和防爆等能力；再用缓冲层将防护模块紧紧粘合相变模块的另一侧，以提供良好的阻燃、耐烧蚀、碰撞缓冲和防热失控扩散等能力；
(3)本发明的冷却管道预留了可以耦合其他类型的冷却方式，如风冷、液冷以及热管冷却中的一种或几种，在安装使用过程中，可以根据需要有针对性的选择配置相应的辅助散热系统，以提高该系统对各种环境的适用性；
(4)本发明的电池安全防护组件和系统整体功能模块化，不消耗电池本身能量，可操作性强，经济成本低，推广使用前景良好；
(5)本发明在发生热失控时，能够有效及时控制火灾蔓延，阻挡爆炸波及附近设备，适应复杂实际应用场景，此外本发明不仅适合单个电池防护，还适用于电池包电池防护，可以提供良好的热管理及热防护功能。
附图说明
图1为实施例1中一种电池安全防护组件的结构示意图；
图2为实施例1中一种电池安全防护组件的立体结构示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供了一种电池安全防护组件，其包括电池5，电池5两侧分别设有相变模块2，相变模块2内设有冷却管道1，相变模块2外侧设有缓冲层3，缓冲层3外侧设有防护模块4；
相变模块2的材质包括水合盐相变材料和功能性填料。
其中，冷却管道1通过嵌件成型方式镶嵌在相变模块2内。冷却管道1的材质为导热金属材料，如：铜、铝、钛、钢等。也可以在相变模块2中直接形成冷却管道1，例如：相变模块上直接开孔形成冷却管道1。
相变模块2能够紧密贴附电池5的表面。电池5产生的热量通过相变模块2中的水合盐相变材料相变吸收或释放热量，并把热量及时传递到相变模块2内的冷却管道1，再通过冷却管道1将热量传递到外界环境，使电池5的环境温度维持在合适的温度范围，以提高电池5的安全性和工作寿命。
缓冲层3能既使能防护模块4和相变模块2粘合更紧密，还能对整个系统的压力、冲击力等外界破坏力起到一定的缓冲作用，在一定范围内有效的保护了系统内部组件的安全。
防护模块4能够进行防护，防护模块4的材质可以为耐烧蚀材料。例如，若电池发生热失控甚至爆炸，相变模块2中的水合盐相变材料立即发生相变，吸收绝大部分能量并将能量尽可能通过冷却管道1及时快速散发出去，此外相变材料在相变时利用水合盐的理化性质吸附泄漏的电解液，防护模块4的耐烧蚀材料利用材料的阻燃性和耐高温性快速成碳包覆和吸附电解液，并隔绝热量传递，防止爆炸或火焰蔓延。
在本实施例中，冷却管道1的数量可以为至少1个，例如，2、4、6、8等，具体也可以根据实际情况来确定。在数量为多个的情况下，多个冷却管道1可以等间距分布，也可以不等间距分布，具体也可以根据实际情况来确定。
在电池5为立式电池的情况下，冷却管道1垂直于立式电池，可以并列等均镶嵌分布于相变模块2内。
冷却管道1的形状、大小均与电池的实际应用工况相适应，并可自由组合风冷、液冷、热管等一种或多种冷却方式。
在本实施例中，水合盐相变材料和功能性填料的质量比可以为(1～9)：(9～1)。
水合盐相变材料的相变点可以为40～60℃，例如41、45、50、55、59℃。
水合盐相变材料可以包括但不限于以下中的至少一种：
CH3COONa·3H2O；
Na2HPO4·12H2O；
Zn(NO3)2·4H2O；
Ca(NO3)2·4H2O；
质量比为(1～4)：(6～9)的MgSO4·7H2O和Na2CO3·10H2O，例如3：7、2.5：7.5；
质量比为(1～3)：(7～9)的Na2SO4·10H2O和KAl(SO4)2·12H2O，例如2：8；
质量比为(3～5)：(5～7)的Mg2SO4·7H2O和Al2(SO4)3·18H2O，例如4：6；
质量比为(1～2)：(8～9)的Na2SO4·10H2O和Na2CO3·10H2O，例如1：9；
质量比为(1～3)：(7～9)的Na2SO4·10H2O和MgSO4·7H2O，例如2：8；
质量比为(4～6)：(4～6)的MgSO4·7H2O和KAl(SO4)2·12H2O，例如5：5。
在本实施例中，功能性填料具体包括但不限于以下材料中的至少一种：
高导热碳材料，包括膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯和石墨粉中的至少一种；
骨架，包括金属泡沫烧结骨架及金属纤维烧结骨架，例如，铝、镍、铜等金属泡沫及纤维烧结骨架；
支撑材料，包括环氧树脂、酚醛树脂和脲醛树脂支撑材料中的至少一种；
高弹性材料，包括硅橡胶、烯烃嵌段共聚物和聚氨酯泡沫中至少一种。
在本实施例中，防护模块的材质可以为耐烧蚀材料。
耐烧蚀材料可以包括但不限于：酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、气凝胶毡、苯并噁嗪树脂、聚芳醚腈、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等本征型阻燃材料及其复合材料中的一种或几种。
在本实施例中，缓冲层的材质可以为缓冲材料。
缓冲材料可包括但不限于聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯和硅橡胶中至少一种的泡沫材料或弹性体材料。
在本实施例中，粘合剂可包括但不限于酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂中至少一种粘合剂。
在本实施例中，电池5可以为锂电池，例如方形锂电池。
本实施例提供了一种电池安全防护系统，系统能够对N个电池5进行安全防护，并包括N个上述的电池安全防护组件，其中，N≥1且为整数。
本实施例提供了一种电池安全防护方法，其采用上述的电池安全防护组件进行电池的安全防护。
通过冷却管道1进行相变模块2和外界环境之间的热量交换，热量交换的方式包括风冷、液冷和热管中的至少一种方式。
工作原理如下：
相变模块2以导热性和防爆性较好的水合盐相变材料为主，耦合冷却管道1，将电池5产生的热量及时传导至外界环境；冷却管道1以嵌件成型等方法镶嵌在相变模块2内，多个通道可根据电池5实际工况需求自由组合风冷、液冷、热管等一种或多种冷却方式对电池5进行散热。防护模块4以阻燃性和隔热性较好的耐烧蚀复合材料为主，相变模块2和防护模块4将电池紧紧包覆，以防止电池5因热失控造成火灾扩散。
当电池5的环境温度过低时，相变模块2通过水合盐的理化性质释放热量，以保持电池5的环境温度；当电池5的环境温度过高时，水合盐相变材料通过相变吸收热能，直至温度冷却或相变完全为止。除此之外，当水合盐相变材料的相变速率不能满足电池5产生的热量时，多余热量将通过冷却管道1及时转移至外界环境，达到高效保温传热的目的，有效防止电池5热失控。
当电池5发生爆炸或起火时，相变模块2的水合盐相变材料通过相变吸收绝大部分能量以及泄漏的电解液，防护模块4利用耐烧蚀材料的成碳阻燃原理对火势进行阻隔，同时吸收包覆电解液以及水合盐相变材料，防止因单个电池5爆炸起火而造成其他电池5或设备爆燃以及阻止火灾蔓延，尽可能快速有效的控制电池5的热失控。
相变模块2中的耐烧蚀材料可使用无机添加剂改性的酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂等复合材料，能大大提高耐烧蚀材料的阻燃效率和防爆性能，使其在燃烧时抑制浓烟的产生，有效控制爆炸或火灾的蔓延以及电解液的泄漏。
实施例2
本实施例提供了一种电池安全防护组件。
本实施例中，冷却管道、相变模块、缓冲层和防护模块的材质可以与实施例1中的相同，不同之处在于：
所述相变模块、缓冲层和防护模块可以依次包裹并最终包裹在电池的表面上，即相变模块能够包裹电池，缓冲层包裹相变模块，防护模块包裹缓冲层。例如，在电池为长方体结构的情况下，相变模块也可以为长方体的管状结构，并且其腔体与电池相适配，缓冲层也可以为长方体的管状结构并且其腔体与相变模块相适配，防护模块也可以为长方体的管状结构并且其腔体与缓冲层相适配。
冷却管道镶嵌在相变模块中。其中，冷却管道可以有多种类型。
第一种，冷却管道为螺旋管道，螺旋管道围绕相变模块的轴线旋转且两端可以位于相变模块的前后两端以与外界连通，螺栓管道的数量可以为1根或多根。
第二种，冷却管道的数量为多个，并且沿相变模块的轴向分布，冷却管道的形状与相变模块的径向形状相似，例如在相变模块为长方体管状结构的情况下，冷却管道为矩形，在相变模块为圆管结构的情况下，冷却管道为环形。相变模块内还可设置有至少两条轴向管道，每条轴向管道分别与各个冷却管道连通，每条轴向管道的两端还分别与外界连通；或者，每个冷却管道还分别具有至少两个连通通道，每个连通通道依次穿过相变模块、缓冲层和防护模块与外界连通。
当然，本实施例的冷却管道的类型不限于上述两种类型，还可以包括其他能够实现冷却的管道类型。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电池安全防护组件，其特征在于：包括电池（5），电池（5）两侧分别设有相变模块（2），相变模块（2）内设有冷却管道（1），相变模块（2）外侧设有缓冲层（3），缓冲层（3）外侧设有防护模块（4）；
所述相变模块（2）的材质包括水合盐相变材料和功能性填料；
所述冷却管道（1）通过嵌件成型方式镶嵌在相变模块（2）内；
所述水合盐相变材料包括相变点为40～60℃水合盐相变材料；所述功能性填料包括高导热碳材料、骨架、支撑材料和高弹性材料中的至少一种；
所述高导热碳材料包括膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯和石墨粉中的至少一种；
所述骨架包括金属泡沫及纤维烧结骨架；
所述支撑材料包括环氧树脂、酚醛树脂和脲醛树脂中的至少一种；
所述高弹性材料包括硅橡胶、烯烃嵌段共聚物和聚氨酯泡沫中的至少一种；
所述水合盐相变材料包括以下中的至少一种：
CH3COONa·3H2O；
Na2HPO4·12H2O；
Zn(NO3)2·4H2O；
Ca(NO3)2·4H2O；
质量比为（1～4）：（6～9）的MgSO4·7H2O和Na2CO3·10H2O；
质量比为（1～3）：（7～9）的Na2SO4·10H2O和KAl(SO4)2·12H2O；
质量比为（3～5）：（5～7）的Mg2SO4·7H2O和Al2(SO4)3·18H2O；
质量比为（1～2）：（8～9）的Na2SO4·10H2O和Na2CO3·10H2O；
质量比为（1～3）：（7～9）的Na2SO4·10H2O和MgSO4·7H2O；
质量比为（4～6）：（4～6）的MgSO4·7H2O和KAl(SO4)2·12H2O；
所述防护模块（4）的材质为耐烧蚀材料：
耐烧蚀材料包括酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、气凝胶毡、苯并噁嗪树脂、聚芳醚腈、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯及其复合材料中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种电池安全防护组件，其特征在于：缓冲层（3）的材质包括缓冲材料，缓冲材料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯和硅橡胶中至少一种形成的泡沫或弹性体材料。
3.根据权利要求1所述的一种电池安全防护组件，其特征在于：缓冲层（3）与相变模块（2）和防护模块（4）之间均通过粘合剂连接。
4.根据权利要求3所述的一种电池安全防护组件，其特征在于：粘合剂包括酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯和丙烯酸树脂中的至少一种。
5.一种电池安全防护系统，其特征在于：系统能够对N个电池（5）进行安全防护，并包括N个如权利要求1至4中任一项所述的电池安全防护组件，其中，N≥1且为整数。
6.一种电池安全防护方法，其特征在于：其采用权利要求1至4中任一项所述的电池安全防护组件进行电池（5）的安全防护。
7.根据权利要求6所述的电池安全防护方法，其特征在于：通过冷却管道（1）进行相变模块（2）和外界环境之间的热量交换，热量交换的方式包括风冷、液冷和热管中的至少一种方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111391841.6A CN114243164B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 电池安全防护组件、系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111391841.6A CN114243164B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 电池安全防护组件、系统和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114243164A CN114243164A (zh) | 2022-03-25 |
| CN114243164B true CN114243164B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=80750488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111391841.6A Active CN114243164B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 电池安全防护组件、系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114243164B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102573300B1 (ko) * | 2023-05-04 | 2023-08-31 | 조풍연 | 전기차에 구비된 배터리 모듈을 보호하는 방법 및 장치 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104167574A (zh) * | 2013-05-17 | 2014-11-26 | 同济大学 | 一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统 |
| CN206834293U (zh) * | 2017-05-25 | 2018-01-02 | 惠州中科新能源研究院 | 一种带冷却散热相变板的电池模块结构 |
| CN108054460A (zh) * | 2016-11-29 | 2018-05-18 | 北京科易动力科技有限公司 | 电池模块的吸热隔热结构 |
| CN110380157A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-25 | 湘潭大学 | 一种基于液冷和相变储热耦合的电池热管理系统 |
| CN111446392A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-24 | 爱驰汽车有限公司 | 电池模组及电池包 |
| CN112133980A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-25 | 国网陕西省电力公司汉中供电公司 | 一种储能电站电池热失控防护系统 |
| CN112186297A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-05 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种电池热管理系统 |
| CN112574718A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | 黄冈师范学院 | 一种中低温用水合盐/改性膨胀石墨定型相变蓄热材料及其制备方法 |
| CN213150871U (zh) * | 2020-09-29 | 2021-05-07 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种新能源电池用缓冲隔热片 |
| CN113136171A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-20 | 湖北亿纬动力有限公司 | 电池防热失控填料及其电池模组 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102329343B1 (ko) * | 2018-09-11 | 2021-11-18 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
| US20210336303A1 (en) * | 2020-04-28 | 2021-10-28 | Toyota Research Institute, Inc. | Phase change materials for thermal protection in batteries |
-
2021
- 2021-11-19 CN CN202111391841.6A patent/CN114243164B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104167574A (zh) * | 2013-05-17 | 2014-11-26 | 同济大学 | 一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统 |
| CN108054460A (zh) * | 2016-11-29 | 2018-05-18 | 北京科易动力科技有限公司 | 电池模块的吸热隔热结构 |
| CN206834293U (zh) * | 2017-05-25 | 2018-01-02 | 惠州中科新能源研究院 | 一种带冷却散热相变板的电池模块结构 |
| CN110380157A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-25 | 湘潭大学 | 一种基于液冷和相变储热耦合的电池热管理系统 |
| CN112574718A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | 黄冈师范学院 | 一种中低温用水合盐/改性膨胀石墨定型相变蓄热材料及其制备方法 |
| CN111446392A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-24 | 爱驰汽车有限公司 | 电池模组及电池包 |
| CN112133980A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-25 | 国网陕西省电力公司汉中供电公司 | 一种储能电站电池热失控防护系统 |
| CN112186297A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-05 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种电池热管理系统 |
| CN213150871U (zh) * | 2020-09-29 | 2021-05-07 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种新能源电池用缓冲隔热片 |
| CN113136171A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-20 | 湖北亿纬动力有限公司 | 电池防热失控填料及其电池模组 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114243164A (zh) | 2022-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202758989U (zh) | 一种包含多介质冷却源的电池系统 | |
| CN103904279B (zh) | 软包装锂离子电池组用电池隔板及电池组 | |
| CN111386627A (zh) | 分隔构件和电池组 | |
| CN203503756U (zh) | 基于平板环路热管的动力电池热管理系统 | |
| CN114243164B (zh) | 电池安全防护组件、系统和方法 | |
| CN106129294B (zh) | 有机发泡支架及圆柱电芯动力电池包 | |
| CN205335394U (zh) | 带有冷却装置的电池组 | |
| CN208835151U (zh) | 一种可以防止锂离子电池过热膨胀的保护装置 | |
| CN209056524U (zh) | 一种具有热膨胀绝热装置的电池组 | |
| JP2022119679A (ja) | 仕切り部材及び組電池 | |
| JP7200944B2 (ja) | 仕切り部材及び組電池 | |
| CN113594583A (zh) | 一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统 | |
| CN103367837A (zh) | 基于平板环路热管的动力电池热管理系统 | |
| CN109273797B (zh) | 一种基于相变材料和热管协同散热的电池模组热管理装置 | |
| CN112838294A (zh) | 相变材料与嵌入式冷管锂电池及热管理、失控抑制系统 | |
| CN209200071U (zh) | 一种高效密封性防漏电氢燃料电池结构 | |
| CN110350114A (zh) | 一种隔热阻燃电池箱 | |
| CN102790246A (zh) | 泡沫铜材料调节电池组热均衡的装置 | |
| TWM592605U (zh) | 一種高穩定性散熱的電池包結構 | |
| CN115810833A (zh) | 一种电池模组和电池包 | |
| CN216903104U (zh) | 一种多列电池包和储能系统 | |
| CN216213678U (zh) | 一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统 | |
| WO2022204882A1 (zh) | 电化学装置以及应用其的用电装置 | |
| CN214313375U (zh) | 一种用于圆柱形锂离子电池的散热装置 | |
| CN114221064A (zh) | 一种多列电池包和储能系统 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |