CN215834592U - 一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，包括密封的模组壳体，模组壳体内安装有电池电芯组，电池电芯组的正极柱和负极柱从模组壳体的顶端伸出，模组壳体内灌注有包覆电池电芯组的低熔点的复合相变介质，模组壳体的顶端安装有测试端位于模组壳体内的温度检测装置；当电池电芯组内的某个电芯发生热失控时，故障电芯通过周围的复合相变介质熔化吸热而降低温升，复合相变介质具有较高热导率，模组温升异常由温度检测装置检出，通过相应报警控制及时发现或检修剔除有问题的电池模组，不仅能及时阻止个别电芯热失控可能引起的热失控范围扩大和连锁反应，电池模组也不易发生漏电和短路故障，有效避免电池模块热失控或自燃。

Description

一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构

技术领域

本实用新型涉及一种电池模组，尤其涉及一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构。

背景技术

电力储能系统一般由多个电池电芯并联而成的单级模组，再经过多个模组串联成为一个电池储能支路，多个电池储能支路的并联组成储能系统。模组是电力储能的基本单元，储能系统发生自燃或燃爆事故首先是由单个储能模组引起。

电池电芯模组的安全性十分重要。在空气介质中，模块内的并联电芯因内部晶枝短接、隔膜缺陷和过充等原因能产生短路，电芯由于内部短路等原因产生热失控，可使该故障电芯温度急剧上升、电解液气化和自燃，并逐步波及周围电芯温度也急剧上升产生连锁反应，致使整个电池模块热失控或自燃。因电池电芯内的电解液高温条件下能释放氢气、一氧化碳等有机可燃气体，该模组从而易产生燃烧和燃爆，并能波及其它模组。

为了解决锂电模组热失控问题，可以采用石蜡相变介质吸热来防止热失控，但是石蜡的导热系数很低，吸热散热的效果并不是很好，为了提高石蜡的导热系数，往往采用向石蜡中添加石墨细粉和石墨烯形成复合导热材料的方法，但是石墨细粉和石墨烯的绝缘性能不好，不能用于锂电池模组罐注。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够很好地将热量排走的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，包括密封设置的模组壳体，所述模组壳体内安装有电池电芯组，所述电池电芯组的正极柱和负极柱从所述模组壳体的顶端伸出，所述模组壳体内灌注有包覆所述电池电芯组的低熔点的复合相变介质，所述模组壳体的顶端安装有测试端位于所述模组壳体内的温度检测装置；所述模组壳体上还安装有外部散热装置。

作为一种优选的技术方案，所述复合相变介质包括石蜡和导热绝缘相变介质，所述石蜡的质量分数为30％～95％，所述导热绝缘相变介质的质量分数为5％～70％。

作为一种优选的技术方案，所述导热绝缘相变介质包括氧化镁细粉、氮化硅细粉或氮化铝细粉。

作为一种优选的技术方案，所述导热绝缘相变介质包括硬脂酸。

作为一种优选的技术方案，所述石蜡选用熔点为50℃～80℃的石蜡。

作为一种优选的技术方案，所述温度检测装置包括安装在所述模组壳体的顶端且测试端位于所述模组壳体内的温度传感器。

作为一种优选的技术方案，所述模组壳体为金属壳体，所述外部散热装置包括排列设置在所述模组壳体上的散热片。

作为一种优选的技术方案，所述电池电芯组包括电芯支架，所述电芯支架上并联排列有单体电芯，所述单体电芯的正极通过正集流体并联在一起并与所述正极柱连接，所述单体电芯的负极通过负集流体并联在一起并与所述负极柱连接。

作为一种优选的技术方案，所述单体电芯的容量小于50AH。

作为一种优选的技术方案，所述复合相变介质的质量不小于所述电池电芯组质量的10％。

由于采用了上述技术方案，一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，包括密封设置的模组壳体，所述模组壳体内安装有电池电芯组，所述电池电芯组的正极柱和负极柱从所述模组壳体的顶端伸出，所述模组壳体内灌注有包覆所述电池电芯组的低熔点的复合相变介质，所述模组壳体的顶端安装有测试端位于所述模组壳体内的温度检测装置；所述模组壳体上还安装有外部散热装置；当电池电芯组内的某个电芯发生热失控时，故障电芯通过周围的复合相变介质熔化吸热而降低温升，模组温升异常则由温度检测装置检出，通过相应报警控制及时发现或检修剔除有问题的电池模组，不仅能及时阻止个别电芯热失控可能引起的热失控范围扩大和连锁反应，并且电池模组也不易发生漏电和短路故障，有效避免电池模块热失控或自燃。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例第一种电池电芯组排列方式的外部结构示意图；

图2是本实用新型实施例第一种电池电芯组排列方式的内部结构示意图；

图3是本实用新型实施例第二种电池电芯组排列方式的外部结构示意图；

图4是本实用新型实施例第二种电池电芯组排列方式的内部结构示意图；

图中：11-模组壳体；12-正极柱；13-负极柱；21-电芯支架；22-单体电芯；3-温度传感器；4-散热片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例一：

如图1和图2所示，一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，包括密封设置的模组壳体11，所述模组壳体11内安装有电池电芯组，所述电池电芯组的正极柱12和负极柱13从所述模组壳体11的顶端伸出，所述模组壳体11内灌注有包覆所述电池电芯组的低熔点的复合相变介质，所述复合相变介质的质量不小于所述电池电芯组质量的10％；所述模组壳体11的顶端安装有测试端位于所述模组壳体11内的温度检测装置；所述模组壳体11上还安装有外部散热装置。

所述复合相变介质包括石蜡和导热绝缘相变介质，所述石蜡的质量分数为30％～95％，所述导热绝缘相变介质的质量分数为5％～70％，所述石蜡选用熔点为50℃～80℃的石蜡。所述导热绝缘相变介质包括氧化镁细粉、氮化硅细粉或氮化铝细粉。氧化镁细粉包括含有氧化镁成分的绝缘的无机复合物。作为另一种具体实施方式，所述导热绝缘相变介质还可以采用硬脂酸。

石蜡的导热系数相对比较低，加入了硬脂酸、氧化镁细粉、氮化硅细粉或氮化铝细粉的混合物能提高导热系数。当然，所述复合相变介质也可以采用石蜡和多种导热绝缘相变介质混合，组成含有三项或三项以上物质的复合相变介质。

复合相变介质的灌封方法，包括下述步骤：

步骤一，将质量分数为30％～95％的石蜡加热至50℃～60℃成为液态，粘度为150～180mPa*s；

步骤二，将质量分数为5％～70％、细度为500～2000目的粉末状导热绝缘相变介质添加到液态石蜡中，并混合均匀获得液态的混合物；

步骤三，将步骤二获得的液态混合物灌注到模组壳体11内；

步骤四，将模组壳体11进行全方向翻滚运动，使得模组壳体11中的液态混合物冷却凝固。

所述温度检测装置包括安装在所述模组壳体11的顶端且测试端位于所述模组壳体11内的温度传感器3，用于实时检测模组壳体11内的温度。

所述模组壳体11为金属壳体，所述外部散热装置包括排列设置在所述模组壳体11上的散热片4。

所述电池电芯组包括电芯支架21，所述电芯支架21上并联排列有单体电芯22，所述单体电芯22的正极通过正集流体并联在一起并与所述正极柱12连接，所述单体电芯22的负极通过负集流体并联在一起并与所述负极柱13连接。

如图2所示，所述电池电芯组的电芯支架21包括两组电芯立架，每组电芯立架之间排列安装有若干单体电芯22，两组所述单体电芯22立架并列排放设置，这样的排列方式能够减小电池模组的长度，使得其结构更加紧凑。所述单体电芯22的容量小于50AH。

本技术方案的特点如下：

1.将多个单体电芯22并联后，置于复合相变介质灌注的密封金属模组壳体11中，所有单体电芯22正负极通过汇流极片与各自汇流母排(即正集流体)连接，并保证总正、负极极柱绝缘可靠引出，这种复合相变介质灌注的模组壳体11带有散热片4。

2.复合相变介质灌注电池模组内的复合相变介质与所有单体电芯22的总质量比应不小于10％，以保证电池模组内某个单体电芯22发生热失控时，故障单体电芯22通过周围的复合相变介质熔化吸热而降低温升。

3.电池模组配置有温度在线检测装置，模组温升异常则由温度在线检测装置检出，通过相应报警控制及时发现或检修剔除有问题的电池模组。

4.电池模块可由多级模组串联而成，均灌注复合相变介质，不仅能及时阻止个别单体电芯22热失控可能引起热失控范围扩大和连锁反应，并且电池模组也不易发生漏电和短路故障。

5.为了保证热失控的单体电芯22温度上升幅度在安全范围内，组成复合相变介质灌注电池模组的单体电芯22容量应小于50AH，以减小单个单体电芯22热失控时产生的能量值。并且单体电芯22采用金属外壳，以利于散热，降低故障单体电芯22温升速度、降低整体模组连锁热失控扩大的几率。

6.类似于具有低温熔点的绝缘有机物也可用于电池模组和模块的灌注。

本技术方案的有益效果：

1.复合相变介质灌注的电池模组或模块，当单体电芯22发生短路或温度急剧升高时，单体电芯22周围的复合相变介质熔化会吸收故障单体电芯22急剧释放的热量，复合相变介质具有一定比热容和较大熔化比热容，加上局部温升通过熔化的复合相变介质导热而扩散，在吸收故障单体电芯22放热的同时，而不会引起故障单体电芯22本身有较大的温升，从而防止或减小了电池模组发生连锁反应的危险。

2.每个电池模组或模块均设置有温度测试装置，当故障单体电芯22引起模块总体温升过高时，发出故障报警，及时排除危险。

3.采用小容量单体电芯22，限制了故障单体电芯22热失控的释放能量，能通过灌注的复合相变介质及时散热。且电池模组外壳设置有散热片，降低了发生故障时电池模组的总温升值。

实施例2：

如图3和图4所示，所述电池电芯组的电芯支架21只包括一组电芯立架，电芯立架上排列安装有若干单体电芯22，单体电芯立架单排延伸，整体结构为扁平状，这种结构的电池可以用于空间较小的场所。

举例说明：

1、采用磷酸铁锂26650型电芯504只并联，电芯中心距为30*45毫米，用电芯重量的50％64号复合相变介质灌注，密封外壳为冷板带散热片，嵌入温度传感器，正负电极连接于总汇流排，通过与金属外壳绝缘密封圈引出。该石蜡灌注的模组可作为电力储能单极模组，可储存6千瓦时电能。

2、采用三元18650型电芯，通过8并14串联，电芯中心距25*25毫米，采用2.5公斤64号复合相变介质灌注，密封外壳为塑料材质，内部配置BMS管理，正负电极通过密封接插件座引出。该石蜡灌注模组可作为电动自行车安全性电池。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：包括密封设置的模组壳体，所述模组壳体内安装有电池电芯组，所述电池电芯组的正极柱和负极柱从所述模组壳体的顶端伸出，所述模组壳体内灌注有包覆所述电池电芯组的低熔点的复合相变介质，所述模组壳体的顶端安装有测试端位于所述模组壳体内的温度检测装置；所述模组壳体上还安装有外部散热装置。

2.如权利要求1所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述复合相变介质包括石蜡和导热绝缘相变介质，所述石蜡的质量分数为30％～95％，所述导热绝缘相变介质的质量分数为5％～70％。

3.如权利要求2所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述导热绝缘相变介质包括氧化镁细粉、氮化硅细粉或氮化铝细粉。

4.如权利要求2所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述导热绝缘相变介质包括硬脂酸。

5.如权利要求2所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述石蜡选用熔点为50℃～80℃的石蜡。

6.如权利要求1所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述温度检测装置包括安装在所述模组壳体的顶端且测试端位于所述模组壳体内的温度传感器。

7.如权利要求1所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述模组壳体为金属壳体，所述外部散热装置包括排列设置在所述模组壳体上的散热片。

8.如权利要求1所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述电池电芯组包括电芯支架，所述电芯支架上并联排列有单体电芯，所述单体电芯的正极通过正集流体并联在一起并与所述正极柱连接，所述单体电芯的负极通过负集流体并联在一起并与所述负极柱连接。

9.如权利要求8所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述单体电芯的容量小于50AH。

10.如权利要求1至9任一权利要求所述的防止自燃的复合相变吸热控温电池模组结构，其特征在于：所述复合相变介质的质量不小于所述电池电芯组质量的10％。

Images