CN207834385U - 具散热及热失控扩散防护的电池模块 - Google Patents

具散热及热失控扩散防护的电池模块 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种具散热及热失控扩散防护的电池模块，包含至少一电池组与一防火隔热层。至少一电池组包含多个单元电池，各单元电池通过一导线而相互电性连接。防火隔热层具有上下贯穿的多个电池配置孔与多个气孔，电池配置孔用于设置单元电池，使各单元电池的一侧面套设于防火隔热层中，气孔位于相邻的电池配置孔之间。其中，防火隔热层的一热传导系数随着防火隔热层的温度而降低。

Description

具散热及热失控扩散防护的电池模块
技术领域
本实用新型有关于一种电池模块，尤指一种具散热及热失控扩散防护的电池模块。
背景技术
在电池模块系统中，热失控后使电池模块发生全部烧毁的状况相当常见，尤其是高能量的锂电池模块，由于电池堆叠紧密，即使只有一颗电池热失控(thermal runaway)，其产生的热量会引发不可控的连锁反应，使得全部模块电池烧毁损失，甚至造成爆炸导致伤亡出现。因此，为了控制电池模块的安全性使电池模块不至于全烧毁而影响人员的生命财产的损失，必须开发有效控制热能的材料及方法，以维护电池模块的安全性。
实用新型内容
有鉴于此，在本实用新型的一实施例中，提出一种具散热及热失控扩散防护的电池模块，可以维持电池的通气性并兼具散热功能。
在一实施例中，本实用新型提供一种具散热及热失控扩散防护的电池模块，包含至少一电池组与一防火隔热层。至少一电池组包含多个单元电池，各单元电池通过一导线而相互电性连接。防火隔热层具有上下贯穿的多个电池配置孔与多个气孔，电池配置孔用于设置单元电池，使各单元电池的一侧面套设于防火隔热层中，气孔位于相邻的电池配置孔之间。其中，防火隔热层的一热传导系数(heat transfer coefficient)随着防火隔热层的温度而降低。
为了对本实用新型的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的结构示意图。
图2为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的防火隔热层的结构示意图。
图3为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块于单元电池热失控时热传导的示意图。
图4为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的立体分解图。
图5为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的结构示意图。
图6为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的结构示意图。
图7为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的单元电池与防火隔热层的配置示意图。
主要组件符号说明
1 具散热及热失控扩散防护的电池模块
10 电池组
12 单元电池
122 侧面
124 正极
126 负极
14 次电池组
20 防火隔热层
22 电池配置孔
24、26 气孔
30 导线
40 支撑座
42 电池固定孔
44、46 通孔
50 间隙
60 盖板
62 电极通孔
64 贯孔
66 贯孔
D 厚度
HA 高温区
LA 低温区
K 热传导系数
T 热能。
具体实施方式
请参考图1与图2。图1为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的结构示意图。图2为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的防火隔热层的结构示意图。本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块1包含：至少一电池组10与一防火隔热层20。其中，至少一电池组10包含多个单元电池12，各单元电池12通过一导线30而相互电性连接。防火隔热层20具有上下贯穿的多个电池配置孔22与多个气孔24(26)，电池配置孔22用于设置多个单元电池12，使各单元电池12的一侧面122套设于防火隔热层20中，气孔24(26)位于相邻的电池配置孔22之间。其中，防火隔热层20的一热传导系数K随着防火隔热层20的温度而降低。
在一实施例中，相邻的多个单元电池12通过导线30而并联形成至少一次电池组14。在另一实施例中，次电池组14为多个，相邻的次电池组14通过导线30而串联形成电池组10。详细来说，相邻的次电池组14的正负极在同一平面上为交错设置。如图1所示，最右侧的次电池组14中的单元电池12其正极124皆朝上，而相邻接的次电池组14中的单元电池12其负极126朝上，如此配置不但便于导线30的串接，对于热失控时热气的排出也有所帮助(容后详述)。
在一实施例中，如图2所示，气孔24与电池配置孔22以蜂巢式最密排列方式配置。在另一实施例中，如图2所示，气孔26与电池配置孔22以线性排列方式配置。在其他实施例中，蜂巢式最密排列方式配置的气孔24与线性排列方式配置的气孔26可分别单独存在或同时存在于防火隔热层20中。气孔24与气孔26的作用在于当单元电池12热失控时，供应单元电池12排气之用，以维持电池组10的通气性并兼顾散热的效果。
在本实施例中，为了控制具散热及热失控扩散防护的电池模块1的安全性，使具散热及热失控扩散防护的电池模块1不至于全烧毁，影响人员的生命财产的损失，使用森林防火巷设计观念，将热失控的热扩散控制在最大散热能力内，使具散热及热失控扩散防护的电池模块1不全面延烧，因此利用防火材料产生热阻隔效应与异向性热传特性，使热传在不希望传导方向减缓，而在散热方向加强。详细来说，即是选用特殊的材料来制成防火隔热层20。防火隔热层20需使用在不同温度条件下其热传导系数K会改变的材料，尤其是热传导系数K会随着防火隔热层20的温度升高而降低。进一步来说，当防火隔热层20在小于一第一温度时，其热传导系数K大于0.5W/m·K，当防火隔热层20在介于第一温度与一第二温度之间时，其物理特性随温度改变，防火隔热层20在大于第二温度时，热传导系数K小于0.5W/m·K，其中第一温度小于第二温度。在一实施例中，第一温度约为60℃，第二温度约为150℃，也就是说，当防火隔热层20的温度小于60℃时，其热传导系数K大于0.5W/m·K，此时防火隔热层20具有良好的导热性；当防火隔热层20的温度介于60至150℃之间时，其物理特性随之改变，热传导系数K逐渐下降，当防火隔热层20的温度大于150℃时，其热传导系数K小于0.5W/m·K，此时防火隔热层20具有良好的热阻性。故防火隔热层20可以兼具良好热阻性与导热性的效果。防火隔热层20选用的材料可为一本体，应用高分子热阻隔材料并添加热导值材料至本体，在一实施例中，高分子材料可为聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚胺酯(Polyurethane，PU)、环氧树脂(EPOXY)其中之一或其组合等的包含热塑性与热固性高分子材料，添加剂可为具有反应型官能基的无机粉体如氢氧化铝(Al(OH)3)、或二氧化硅(SiO2)等的含水或不含水材料。在一实施例中，防火隔热层20由高分子材料与具反应型官能基的无机粉体复合材料制成，如聚胺酯与氢氧化铝复合材料，其也具有于不同温度条件下热传导系数K改变的功能。在另一实施例中，防火隔热层20也可由包含玻纤、无机填料与不饱和树脂复合材料组合的块状模料(Bulk Molding Compound，BMC)制成。
请参考图1-图3。图3为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块于单元电池热失控时热传导的示意图。其中，图3右侧的单元电池12为毁损的单元电池12，左侧的单元电池12为正常的单元电池12。当具散热及热失控扩散防护的电池模块1在正常操作温度下，处于低温或室温，此时防火隔热层20并不会影响具散热及热失控扩散防护的电池模块1的均温能力。然而当遭遇到单元电池12热爆走时，毁损的单元电池12(如图3右侧的单元电池12)会形成一热源，将热能T传导至与毁损的单元电池12的侧面122接触的防火隔热层20，进而在防火隔热层20中形成一高温区HA，而配置于毁损的单元电池12及正常的单元电池12(如图3左侧的单元电池12)之间的防火隔热层，于靠近正常的单元电池12的一侧形成一低温区LA。此时高温区HA中的防火隔热层20被加热而升温，防火隔热层20的制成材料因温度产生化学变化使热传导系数K逐渐下降，热阻性提升而阻挡了热能T的蔓延。其中，由于低温区LA中的防火隔热层20的热传导系数K高于高温区HA中的防火隔热层20的热传导系数K，详细来说，防火隔热层20的热传导系数K随着防火隔热层20的厚度D向接近正常的单元电池12端增加而递增，故当来自毁损的单元电池12的热能T由高温区HA传导至低温区LA时，热能T的传递方向会优先于单元电池12的正极124与负极126方向传递，因此可以达到防燃与阻热的效果。同时，热气也可通过防火隔热层20中的气孔24(26)向单元电池12的正极124与负极126方向逸散，达到单元电池12的散热与通气的功能。故具散热及热失控扩散防护的电池模块1可以有效推迟热蔓延并争取散热时间，使具散热及热失控扩散防护的电池模块1不致温度过高而全面延烧。
请参考图4与图5。图4为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的立体分解图。图5为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的结构示意图。要注意的是，在图4中，为了有利于呈现各结构组件的配置关系，仅示出电池组10中一部分的单元电池12(一个次电池组14)。在一实施例中，具散热及热失控扩散防护的电池模块1还包含至少一支撑座40，其邻接于防火隔热层20，支撑座40具有上下贯穿的多个电池固定孔42与多个通孔44(46)，电池固定孔42与电池配置孔22为对应设置，通孔44(46)为分别与气孔24(26)对应设置，使单元电池12的侧面122套设于支撑座40中。在图4与图5的实施例中，支撑座40为两个，分别配置在单元电池12的相对两末端，详细来说，支撑座40可配置在单元电池12的正极124与负极126端部。支撑座40的电池固定孔42可固定单元电池12的位置，通孔44(46)可接续气孔24(26)来排出热气及废气，因此支撑座40也可使用与防火隔热层20具有相同特性的材料制成，以进一步强化散热及热失控扩散防护的效果。
请参考图6。图6为本实用新型的具散热及热失控扩散防护的电池模块的实施例的结构示意图。在本实施例中，电池组10为多个，且电池组10为堆叠排列，使所属不同电池组10的支撑座40相互堆栈，以形成一间隙50于两相邻的支撑座40。其中，间隙50的产生有助于气体的逸散，当热气及废气经过气孔24(26)到达通孔44(46)后，可经由相邻支撑座40之间产生的间隙50作进一步的排出，以避免热气及废气留存在各电池组10之间，造成具散热及热失控扩散防护的电池模块1的升温。
在图4与图5的实施例中，具散热及热失控扩散防护的电池模块1还可包含至少一盖板60，其邻接于支撑座40，盖板60具有上下贯穿的多个电极通孔62与多个贯孔64(66)，各电极通孔62与各单元电池12的正极124或负极126其中的一位置对应配置，贯孔64(66)与气孔24(26)及通孔44(46)为对应设置。在图6的实施例中，每一个电池组10中的盖板60为两个，分别配置在单元电池12的相对两末端，详细来说，盖板60可配置在单元电池12的正极124与负极126端部。在其他实施例中，当具散热及热失控扩散防护的电池模块1并未包含支撑座40时，盖板60邻接于防火隔热层20，且各电极通孔62与单元电池12的正极124或负极126其中的一位置对应配置，贯孔64(66)与气孔24(26)为对应设置。
在图4至图6的实施例中，是以电极通孔62对应单元电池12的正极124位置为例，但并不以此为限。其中，盖板60在对应单元电池12的正极124位置具有电极通孔62，而对应单元电池12的负极126位置为封闭端，配合电池组10中次电池组14的正负极在同一平面上交错设置的配置关系，因此，当多个电池组10堆叠排列时，如图6所示，位于上层电池组10中的负极126位置会与邻接下层电池组10中的正极124位置相对应，而盖板60的设置会在单元电池12发生热爆走而泄压时，导引泄压气体主要由单一方向流通，避免直接冲击因堆叠而上下相邻的单元电池12。因此盖板60也可使用与防火隔热层20具有相同特性的材料制成，以进一步强化散热及热失控扩散防护的效果。
在图1的实施例中，防火隔热层20为多个，且该些防火隔热层20层层堆叠，但并未包覆各单元电池12的整个侧面122，然而在另外的实施例中，如图4至图6的实施例，防火隔热层20为层层堆叠而使各单元电池12的侧面122整个被包覆在防火隔热层20中。在其他实施例中，如图7所示，也可将防火隔热层20的高度制作成与单元电池12高度相仿，此时防火隔热层20仅需一个便能使各单元电池12的侧面122整个被包覆在防火隔热层20中。此外，防火隔热层20的形状并不受限，如图2的实施例中，防火隔热层20在各相邻的电池配置孔22之间以蜂巢式最密堆积排列，相邻的电池配置孔22在不同的方向上具有不同厚度的防火隔热层20，而形成蜂巢状的防火隔热层20。但在其他实施例中，如图7所示，防火隔热层20在各相邻的电池配置孔22之间以线性最密堆积排列，相邻的电池配置孔22在不同的方向上具有相同厚度的防火隔热层20，而形成多管状的防火隔热层20。
由于具散热及热失控扩散防护的电池模块中，电池组与防火隔热层的配置关系，配合防火隔热层制成材料其热传导系数会随温度而改变的特性，使具散热及热失控扩散防护的电池模块维持通气性并兼顾散热功能，达到防燃与阻热的效果，以进一步的提升电池的安全性。
惟以上所述的具体实施例，仅用于例释本揭露的特点及功效，而非用于限定本揭露的可实施范畴，于未脱离本揭露上揭的精神与技术范畴下，任何运用本揭露所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为权利要求书所涵盖。

Claims (15)

1.一种具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该电池模块包含：
至少一电池组，其包含多个单元电池，各该单元电池通过一导线而相互电性连接；以及
一防火隔热层，其具有上下贯穿的多个电池配置孔与多个气孔，该些电池配置孔用于设置该些单元电池，使各该单元电池的一侧面套设于该防火隔热层中，且该些气孔位于相邻的该些电池配置孔之间；
其中，该防火隔热层的热传导系数随着该防火隔热层的温度升高而降低。
2.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，相邻的这些单元电池通过该导线而并联形成至少一次电池组。
3.根据权利要求2所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该次电池组为多个，相邻的这些次电池组通过该导线而串联形成该电池组。
4.根据权利要求3所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，相邻的这些次电池组的正负极在同一平面上为交错设置。
5.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，这些气孔与这些电池配置孔以蜂巢式最密排列方式配置。
6.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，这些气孔与这些电池配置孔以线性排列方式配置。
7.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该防火隔热层在小于一第一温度时，该热传导系数大于0.5W/m·K，该防火隔热层在大于一第二温度时，该热传导系数小于0.5W/m·K，其中，该第一温度小于该第二温度。
8.根据权利要求7所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该第一温度约为60℃，该第二温度约为150℃。
9.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该电池模块还包含至少一支撑座，其邻接于该防火隔热层，该至少一支撑座具有上下贯穿的多个电池固定孔与多个通孔，该些电池固定孔与该些电池配置孔为对应设置，该些通孔与该些气孔为对应设置，使各该单元电池的该侧面套设于该至少一支撑座中。
10.根据权利要求9所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该支撑座为两个，分别配置在该些单元电池的相对两末端。
11.根据权利要求10所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该电池组为多个，该些电池组为堆栈排列，使所属不同该些电池组的该些支撑座相互堆栈，以形成一间隙于两相邻的该些支撑座之间。
12.根据权利要求11所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该电池模块还包含至少一盖板，其邻接于该至少一支撑座，该至少一盖板具有上下贯穿的多个电极通孔与多个贯孔，各该电极通孔与各该单元电池的一正极或一负极其中之一的位置对应配置，且该些贯孔与该些气孔及该些通孔为对应设置。
13.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该电池模块还包含至少一盖板，其邻接于该防火隔热层，该至少一盖板具有上下贯穿的多个电极通孔与多个贯孔，各该电极通孔与各该单元电池的一正极或一负极其中之一的位置对应配置，且该些贯孔与该些气孔为对应设置。
14.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该防火隔热层为多个，该些防火隔热层层层堆叠而使各该单元电池的该侧面整个被包覆在该些防火隔热层中。
15.根据权利要求1所述的具散热及热失控扩散防护的电池模块，其特征为，该防火隔热层包覆各该单元电池的整个该侧面。
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