CN205646009U - 具有控温保护功能的电池夹具和大容量电池组 - Google Patents

具有控温保护功能的电池夹具和大容量电池组 Download PDF

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许玉林
王爱淑
张伟明
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Abstract

本实用新型公开了一种具有控温保护功能的电池夹具和大容量电池组，其中电池夹具包括夹具本体，夹具本体上制有用于布置电池单体的若干电池安装孔，所述夹具本体由绝缘导热材料制成，所述夹具本体上还开设有位于各电池安装孔之间的填料孔，并在所述填料孔内填充有吸热相变材料或/和灭火剂材料。所述大容量电池组主要由多个小容量圆柱形单体电池串并联构成，而且采用了上述结构的电池夹具。本实用新型能够改善大容量电池组的导热性能，将电池组温度控制在适当范围内，提高电池组的温度一致性，通过热交换，避免热量累积于电池组中而降低电池使用寿命或引发电池组热失控。

Description

具有控温保护功能的电池夹具和大容量电池组
技术领域
本实用新型涉及一种具有控温保护功能的电池夹具和大容量电池组，属于圆柱形锂电池组温度控制技术领域。
背景技术
随着电子技术的迅猛发展，高比能量，高性能的圆柱形锂离子电池获得了更广泛的应用。此种电池不仅性能好而且不含有害物质，是绿色电源。它的各个性能几乎都达到了目前电池所能达到的最好的程度。但是，它储存能量高。又使用有机电解液，有起火和爆炸的危险，而且也确实发生过此种事故。
电池的安全主隐患主要来自电池的热失控，电池的热反应主要分为反应热、焦耳热和极化热、这些热又分别来自电池的物理产热和化学产热，那么作为锂离子电池安全设计和制造上，首要分析产热的机理；从材料上、结构上、体系上、都会带来电池产热，那么优化控制产热和散热问题便是设计和制造电池安全的首要，从体系上来看基本分成液态体系、凝胶态体系、固态体系、多孔态体系每个体系的制造工艺和对电池带来的性能均各有不同，液态体系导电性能好但安全性上差，凝胶态和准固态安全性能提高了但在倍率性能上又带来了新的问题，多方面的设计不合理性都会带来电池产热都是影响电池安全的因素。
大容量的锂离子电池组主要由电池夹具和电池单体构成，其中，电池夹具为绝缘材质，电池夹具上制有用于布置所述电池单体的多个电池安装孔，所述电池单体布置在所述电池安装孔中，且在每个电池安装孔中均设置有与所述电池单体相连的金属弹簧片。
大容量电池组起火爆炸的根本原因是电池内部出现热失控。当电池内部温度超过130℃时，会发生正极物质的分解等一系列猛烈的放热反应，使温度越来越高，变为热失控，进而起火爆炸。因此如何控制电池的温度就成了大容量电池组设计的重要问题。
现有大容量电池组的结构中，除了弹簧片是良好导热的金属片外，其余皆是绝缘绝热材料，热量传递效果不佳。因此温控不良。在大电流充放电和高温环境中易出现电池温度过高的问题。
实用新型内容
本实用新型目的是：为了克服上述问题，提供一种具有控温保护功能的电池夹具以及使用该电池夹具的大容量电池组，以改善大容量电池组的导热性能，将电池组温度控制在适当范围内，提高电池组的温度一致性，通过热交换，避免热量累积于电池组中而降低电池使用寿命或引发电池组热失控。
本实用新型的技术方案是：一种具有控温保护功能的电池夹具，包括夹具本体，所述夹具本体上制有用于布置电池单体的若干电池安装孔，所述夹具本体由高韧性的绝缘导热材料制成。
本实用新型这种电池夹具在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述绝缘导热材料为阻燃共聚尼龙，其UL94阻燃级别达到V0级，导热系数在0.2W/(m·℃)以上。
在所述夹具本体上、于任意相邻的四个电池安装孔之间的中央位置均设置有填料孔，并在所述填料孔中填充有吸热材料或/和灭火剂。
所述吸热材料为吸热相变材料。
所述吸热相变材料有两种，且这两种吸热相变材料在所述夹具本体上交替排布，这两种吸热相变材料的相变温度分别为50～80℃、80～100℃。
所述相变温度50～80℃的吸热相变材料为石蜡，所述相变温度80～100℃的吸热相变材料为聚酰胺硬段和脂肪族聚醚软段的共聚物。
所述吸热相变材料为石蜡、金属合金、结晶水合盐或熔融盐。
所述灭火剂为干粉灭火剂。
所述的吸热材料或/和灭火剂被制成圆柱形的吸热柱体之后，再被插设于所述填料孔内。
一种大容量电池组，包括上述结构的电池夹具以及布置在所述电池夹具上的众多电池单体。
作为优选，所述电池单体为锂离子电池。
本实用新型的优点是：
1、本实用新型将大容量电池组的电池夹具采用绝缘导热材料制成，当电池单体装入此电池夹具而形成电池组后，充放电中产生的热量就通过电池夹具直接向周围较快地传递，直至送到外壳(即电池箱的金属外壳)散发出去。大大提高了电池组的散热性能，将电池组温度控制在适当范围内，避免热量累积。
2、本实用新型在电池夹具上开设有位于电池安装孔之间的填料孔，并在填料孔内设置有吸热相变材料，实际应用时，所述吸热相变材料能够吸收电池组充放电产生的热量，避免热失控，进一步保证了电池组的使用安全。
3、填料孔内填充的灭火剂能够在电池组意外起火时及时灭火，将火势控制在起火阶段，进一步保证了电池组的使用安全。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中大容量电池组的结构示意图之一；
图2为本实用新型实施例中大容量电池组的结构示意图之二；
图3为本实用新型实施例中电池夹具的结构示意图；
其中：1-夹具本体，2-电池安装孔，3-填料孔，4-电池单体，5-金属弹片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
图1、图2和图3示出了本实用新型这种大容量电池组的一个具体实施例，其包括电池夹具以及布置在电池夹具上的众多电池单体4。其中，所述电池夹具包括夹具本体1，该夹具本体1上制有用于布置电池单体的众多电池安装孔2，电池安装孔2中设置有金属弹片5，所述的各个电池单体4分别插设布置在这些电池安装孔2中并与所述金属弹片5相连，电池单体4为圆柱形的锂离子电池。
本实施例的关键改进在于：所述电池夹具的夹具本体1由高韧性的绝缘导热材料制成。
因本例中电池夹具的夹具本体1由绝缘导热材料制成，当电池单体4装入此电池夹具时，充放电中产生的热量就通过电池夹具直接向周围较快地传递，直至送到外界散热设备(如电池箱的金属外壳)散发出去。大大提高了电池组的散热性能，将电池组温度控制在适当范围内，避免热量累积。
本例中，所述绝缘导热材料为阻燃共聚尼龙，其UL94阻燃级别达到V0级，而且具有良好的导热性能，导热系数在0.2W/(m·℃)以上。
此外，本例在所述夹具本体1上还制有位于所述各电池安装孔2之间的填料孔3，并在所述填料孔3中填充有吸热材料。当电池组处于充放电状态时，各电池单体4产生的热量，一部分通过夹具本体1传递至填料孔3内的吸热材料，被吸热材料吸收；还有一部分热量经夹具本体1传递给外界的散热设备(如电池箱的金属外壳)而散发出去。从而将各个电池单体的温度控制在一定范围内，保证了电池的使用寿命，降低了电池安全事故发生的可能性。
而且，本例中所述吸热材料为吸热相变材料(该吸热相变材料最好被封闭于填料孔中)。该吸热相变材料在常态下一般为固态，其在吸收足够多的热量时会发生相变反应，由固态变为液态，相变时该吸热相变材料会吸收大量的热而不会升高温度。
电池组中的热量通过夹具本体1传递至填料孔3内的吸热相变材料，被吸热相变材料吸收，当吸热相变材料吸收的热量足够大时发生相变反应，由固态变为液态，而且在该相变过程中，吸热相变材料吸收只吸收热量而不会升高温度，从而将各个电池单体的温度控制在一定范围内。
所述吸热相变材料有两种，且这两种吸热相变材料在所述夹具本体上交替排布，这两种吸热相变材料的相变温度分别为50～80℃、80～100℃。其中，相变温度50～80℃的吸热相变材料一般采用石蜡，相变温度80～100℃的吸热相变材料一般采用不具有导热性的聚酰胺硬段和脂肪族聚醚软段的共聚物。
为了方便吸热材料的填充，本例中所述各填料孔3的轴线与各电池安装孔2的轴线平行布置，如图1和图3所示。所述的吸热材料一般先被制成圆柱形的吸热柱体之后，再被插设于所述填料孔3内。
为了让每个填料孔3中的吸热材料都能够均匀吸收其周围各个电池单体4的热量，以保证各个电池单体4的温度均匀性，本例采用了如下结构：任意相邻的四个电池安装孔2之间的中央位置均设置有一个所述填料孔3。
而且，我们还可以在所述填料孔3内同时填充灭火剂(灭火剂和上述的吸热材料先被制成圆柱形的吸热柱体之后，再被插设于填料孔内)，从而在电池组意外起火时及时灭火，将火势控制在起火阶段。当然，我们也可以仅在填料孔3内填充灭火剂。所述灭火剂优选为干粉灭火剂。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有控温保护功能的电池夹具，包括夹具本体(1)，所述夹具本体(1)上制有用于布置电池单体的若干电池安装孔(2)，其特征在于：所述夹具本体(1)由绝缘导热材料制成；
在所述夹具本体(1)上、于任意相邻的四个电池安装孔(2)之间的中央位置均设置有填料孔(3)，并在所述填料孔(3)中填充有吸热材料或灭火剂。
2.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的电池夹具，其特征在于：所述绝缘导热材料为阻燃共聚尼龙，其UL94阻燃级别达到V0级，导热系数在0.2W/(m·℃)以上。
3.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的电池夹具，其特征在于：所述吸热材料为吸热相变材料。
4.根据权利要求1所述的具有控温保护功能的电池夹具，其特征在于：所述灭火剂为干粉灭火剂。
5.一种大容量电池组，其特征在于：它包括如权利要求1～4中任一所述的电池夹具以及布置在所述电池夹具上的若干电池单体(4)。
6.根据权利要求5所述的大容量电池组，其特征在于：所述电池单体(4)为锂离子电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105552446A (zh) * 2016-01-26 2016-05-04 苏州安靠电源有限公司 具有控温保护功能的电池夹具和大容量电池组
CN106532180A (zh) * 2016-11-24 2017-03-22 苏州安靠电源有限公司 带吸热套的电池组和具有该电池组的动力电池

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