TWM592605U - 一種高穩定性散熱的電池包結構 - Google Patents
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Abstract
一種高穩定性散熱的電池包結構，該結構包含高散熱外殼體，及填充於電池單元與外殼體間隙間的複合型相變材料，經密封於絕緣的高散熱外殼體電池包內，使電池在正常工作狀態有良好的散熱機制，當大電流充放電時所產生的大熱量突波，由複合型相變材料吸收以進行溫升的緩衝，以降低各電池單元間溫差，再經由高導熱的複合型相變材料連接高散熱外殼體，以輻射排出排出電池包外，以達到散熱目的。
Description
本新型屬於動力電池溫度控制技術領域，具體涉及電池與複合型相變材料結合的散熱方法。
大功率大容量的鋰離子電池組是大動力使用設備的理想儲能電源。一般，是將多個電池單元以不同的形式串聯或並聯裝在一起構成一個電池包，再由多個電池包以串聯並聯方式組成一個更大的電池組，以提供所需的電壓或電流。
一般電池包內由多個電池單元組成，以串並聯密集構成於密封的絕緣外殼內，當快速充放電時電池單元溫度也就快速上升，而溫度對電池有著雙重影響：溫度越高電池內阻越小，相應的電池效率也就越高，因密集排佈的散熱差異因素，在電池包中間位置的電池單元排熱困難溫度較高，造成中間區域的電池單元與邊緣電池單元，有大的溫度差異，放電電流越大溫度越高溫升越快，相對溫差也越大的不良循環，該狀況將促使電池包內不同位置的電池單元工作狀不同，造成局部劣化及損壞的狀態，嚴重時還會引該發電池起火、爆炸等安全
事故。
為防止電池出現過高過快的溫升，防止電池發生爆炸，通常會設置放電保護措施以控制放電行為，在使用可再充電電池作為能量來源的工具機車或汽車中尤其是在大電流放電時，若無法及時有效地將熱量散發掉，電池上升到一個警界的高溫度時，將觸發保護機構以執行降速或停機保護措施。
因此，對電池單元進行及時而有效的散熱是絕對必要的手段，目前，對電池組的散熱方式為：主要採用外殼接觸空氣對流自然散熱方式，進一步，採用散熱片將熱量匯出電池組，再用風扇或水冷管使溫度降低。但目前散熱方式只設計用於電池包或電池組，對於被密封於電池包內的電池單元，並無有效解決溫差傷害電池問題的技術。
在專利技術的披露上檢索，對現有技術文獻檢索，CN 101047274A中提出了一種釆用集熱板、散熱板和泵的散熱裝置；CN 101027814A中提出了一種用與電池組的冷卻系統，具有通過以恒定流動速度向電池供應製冷劑而發散電池芯產生熱量的效果，該方案針對大電流充放時，電池組的散熱能力增加，然而對密封電池包內的電池單元散熱級高穩定性並無幫助。
進一步的技術，是利用相變材料在固-液相變過程中具有高儲熱密度的優點，能有效地改善電池裝置的散熱穩定性能，如專利CN200910039125.4.、CN200910184584.U、CN200510073005.8提出了利用相變材料對電池進行散熱冷卻的方法，但這些專利的技術只
考慮電池單元的吸熱問題，並未考慮到高分子絕緣材料組成的電池包外殼，是高熱阻的不良散熱體，因此在實際的應用熱量依然無法有效散發，基於上述安全因素的需要，在結構上必須要進一步改善，本技術開發的目的是針對現有動力電池散熱裝置存在的散熱效率低、溫度一致性差的缺陷，提供一種散熱效果好、相變材料沒有液態洩漏、導熱係數高，能有效實現相變材料放熱的複合機構的大功率電池散熱裝置。
本新型具高穩定性散熱的電池包結構的目的，是針對現有動力電池包(1)裝置，存在該塑膠外殼體(11)的電池單元(121)、(122)散熱效率低、溫度一致性差、安全性低的缺陷，提供一種高散熱外殼體(112)，以降低其中電池單元(123)、(124)間溫差、具高導熱通路、安全性高的材料與結構技術，能實現高散熱外殼體電池包(2)的實用裝置。
由於大功率大容量的鋰離子電池組，是大動力使用設備的理想電源，如應用於電動汽車的發展，一般，是將多個電池單元以不同的形式串聯或並聯裝在一起構成一個電池包，再由多個電池包以串聯並聯方式組成一個更大的電池組，以達到所需的電壓或電流供應。
一般電池包內由多個電池單元組成，以串並聯密集構成於密封的絕緣塑膠外殼體(11)內，當快速充放電時電池單元溫度也就快速上升，而溫度對電池有著雙重影響：溫度越高電池內阻越小，相
應的電池效率也就越高，因密集排佈的散熱差異因素，電池包的中心區電池單元(122)排熱困難溫度較高，造成中心區電池單元(122)與邊緣區電池單元(121)，有大的溫度差異，放電電流越大溫度越高溫升越快，相對溫差也越大的不良循環，該狀況將促使中心區電池單元(122)快速劣化及損壞的狀態，嚴重時還會引該發電池起火、爆炸等安全事故。
本新型所述的一種高穩定性散熱的電池包結構，其特徵一，是在高散熱外殼體(112)電池包內，將多數電池單元，經串並聯結合後，將複合型相變材料料(Phase Change Materials,PCM)(13)，填充於電池單元與外殼體間隙，密封置於一絕緣的高散熱外殼體電池包(2)內，該高散熱外殼體(112)，採用高輻射散熱的材料，使電池在大電流充放電時所產生的大熱量突波，由複合型相變材料(13)吸收蓄熱以進行溫升的緩衝，再經由高散熱外殼體(112)的輻射作用散熱，排放至外界以達到散熱目的。
當電池的第一種工作狀態，即電池單元正常發熱時，電池單元的熱量，由具有導熱係數0.8(W/K．M)以上、及儲能密度達50(J/g)以上特性的複合型相變材料，將PCM包覆之邊緣區電池單元(123)，與PCM包覆之中心區電池單元(124)，以同樣熱量傳遞方式，傳到高散熱外殼體(112)上。
再由高散熱外殼體(112)，以導熱係數1(W/K．M)以上、及輻射散熱25wt%以上(60℃)特性，排放至外界以達到散熱目的。
電池的第二種工作狀態，即電池高速充放電時，造成大熱量
的產生，當溫度上升到設定相變溫度時，複合型相變材料吸收此一突發的熱量，使PCM包覆之邊緣區電池單元(123)，與PCM包覆之中心區電池單元(124)，以同樣熱量儲存方式，以維持電池在設定的溫度內，同時吸熱的複合型相變材料(13)，也繼續傳遞熱量到高散熱外殼體(112)排出熱量，從而實現電池單元的高穩定性散熱的安全效果。
電池的第三種工作狀態，即電池單元在非人為因素下過溫燃燒時，本複合型相變材料(13)，具有阻燃功能，可降低電池燃燒的危害狀態。
為使電池包具高散熱性能及安全性，本專利揭露第二特徵，是使用高散熱外殼體(112)的電池包，外殼體具絕緣、高散熱、耐衝擊性能等的技術，有效實現大功率電池的散熱問題，使電池包外殼體具有控溫、絕緣及主動散熱等特性。該電池包的絕緣外殼體，採用耐衝擊具有輻射散熱的高分子複合材料，具有導熱係數0.6(W/K．M)以上，及輻射散熱比率為25%以上(60℃)特性的材料，使內部熱量快速經由外殼體排熱。該絕緣外殼體材料，有機高分子含量為40wt%~96wt%，成分為聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、丙烯腈、聚氨酯、聚氯乙烯的一種或兩種以上材料組成；無機物含量為60wt%~4wt%，成分為石墨、碳粉、碳球、石墨烯、氮化硼、氫氧化鋁、氧化鋁、矽酸鹽、鈣鎂碳酸鹽、高嶺石等一種或兩種以上組成。
本新型高散熱外殼體電池包的複合型相變材料(13)，配合電
池使用狀態需要，該複合型相變材料，為可調相變點40℃~80℃溫度範圍、導熱係數0.6(W/K．M)以上、及儲能密度達50(J/g)以上、兼具有阻燃效果特性的複合材料。所述複合型相變材料中，有機高分子含量為25wt%~80wt%，成分為石蠟、飽和脂肪酸或直鏈烷烴的一種或兩種以上組成；無機物含量為75wt%~20wt%，成分為石墨、碳粉、石墨烯、氮化硼、泡沫鋁、泡沫銅、氫氧化鋁、氫氧化鎂、無機磷化合物、氧化銻、硼酸鹽、鈣鎂碳酸鹽、納米層狀矽酸鹽、無水碳酸鎂、埃洛石、多水高嶺石等一種或兩種以上組成。
本技術的高散熱外殼體電池包(2)，既能實現動力設備在比較惡劣的熱環境下電池有效地降溫，又能滿足各電池單元間，溫度分佈的均衡及高速充放電產生的熱量突波，從而達到動力設備的良好運行條件，因該材料沒有流動及洩漏問題、無腐蝕性、無毒、穩定性高的特性，使電池包在整體電池系統中易操作和維護，有效用於高功率的動力電池散熱，提高電池的工作性能、壽命和安全可靠等性能。
1‧‧‧電池包
2‧‧‧高散熱外殼體電池包
11‧‧‧塑膠外殼體
112‧‧‧高散熱外殼體
121‧‧‧邊緣區電池單元
122‧‧‧中心區電池單元
123‧‧‧PCM包覆之邊緣區電池單元
124‧‧‧PCM包覆之中心區電池單元
13‧‧‧複合型相變材料
第1圖 一般電池包裝置剖視圖。
第2圖 係本新型之高穩定性散熱的電池包結構剖視圖。
一種高穩定性散熱的電池包結構，第一實施例，以複合型相
變材料配合電池需要，採用相變點為65℃溫度範圍、絕緣電阻>1010Ω、導熱率為1.0(W/K．M)、潛熱值達130(J/g)、與UL94V2阻燃特性。
該複合型相變材料中，含量為43wt%硬脂酸、5wt%含量的石墨粉、0.6wt%含量的碳球奈米顆粒、0.4wt%含量的石墨烯、24wt%含量的氫氧化鋁粉體、27wt%含量的鈣鎂碳酸鹽粉體組成。
本電池包使用高散熱外殼體，該外殼體材料，含量為聚碳酸酯82wt%、含量為1wt%碳球、0.5wt%石墨烯、2.5wt%石墨、7wt%氧化鋁、7wt%鈣鎂矽酸鹽組成，外殼體採用絕緣電阻>1010Ω、導熱率為1.0(W/K．M)特性材料所構成。
本技術之高穩定性散熱複合功能的電池結構實施方法，先將電池包的高散熱外殼體抽真空，然後向所述外殼體注入，經加溫成液態的複合型相變材料，再密封外殼體，以形成內部緻密容納複合型相變材料的密閉腔體，使該電池具有良好的散熱方式、高儲熱能量、阻燃性、高絕緣性，沒有流動及洩漏問題、無腐蝕性、無毒、穩定性高等性能。
一種高穩定性散熱的電池包結構，第二實施例，以複合型相變材料配合電池需要，採用相變點為75℃溫度範圍、絕緣電阻>1010Ω、導熱率為1.0(W/K．M)、潛熱值達130(J/g)、與UL94V2阻燃特性。
該複合型相變材料中，含量為30wt%硬脂酸、15wt%石蠟、3wt%含量的石墨粉、0.6wt%含量的碳球奈米顆粒、0.4wt%含量的
石墨烯、12wt%含量無機磷化合物粉體、27wt%含量的納米層狀矽酸鹽粉體組成。
本電池包使用高散熱外殼體，該外殼體材料，含量為聚碳酸酯82wt%、含量為1wt%碳球、0.5wt%石墨烯、2.5wt%石墨、7wt%氧化鋁、7wt%鈣鎂矽酸鹽組成，外殼體採用絕緣電阻>1010Ω、導熱率為1.0(W/K．M)特性材料所構成。
本高穩定性散熱的電池，於各電池單元間放置一玻纖布，再將電池包的高散熱外殼體抽真空，然後向所述外殼體注入，經加溫成液態的複合型相變材料，經密封外殼體，以形成內部緻密含浸複合型相變材料的密閉腔體，使該電池具有良好的散熱方式、高儲熱能量、阻燃性、高絕緣性，沒有流動及洩漏問題、無腐蝕性、無毒、穩定性高等性能。
2‧‧‧高散熱外殼體電池包
112‧‧‧高散熱外殼體
123‧‧‧PCM包覆之邊緣區電池單元
124‧‧‧PCM包覆之中心區電池單元
13‧‧‧複合型相變材料
Claims (9)
- 一種高穩定性散熱的電池包結構，包括：一複合型相變材料，填充於電池單元與高散熱外殼體間隙，使電池在正常工作狀態下有良好的導熱機制，當大電流充放電時所產生的大熱量突波，由複合型相變材料吸收熱量以進行溫升的緩衝，降低各電池單元間溫差；一絕緣高散熱外殼體，高散熱外殼體可將複合型相變材料吸收的熱量，以輻射熱方式排出，以達到電池包可維持在設定的控制溫度點，並具有高導熱、散熱、阻燃的目的。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其高散熱外殼體特徵是，採用具有導熱係數0.8(W/K．M)以上的絕緣耐衝擊高分子材料。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其高散熱外殼體特徵是，具有在60℃時，輻射散熱值30%以上特性。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其高散熱外殼體特徵是，含有機高分子含量為50wt%~96wt%，成分為聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、丙烯腈、聚氨酯、聚氯乙烯的一種或兩種以上材料組成。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其高散熱外殼體特徵是，具有無機物含量為60wt%~4wt%，成分為石墨、碳粉、碳球、氮化硼、石墨烯、氫氧化鋁、氧化鋁、矽酸鹽、鈣鎂碳酸鹽、高嶺石等一種或兩種以上組成。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其複合型相變材料，特徵是，採用可調相變點為40℃~100℃溫度範圍的材料。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其複合型相 變材料，特徵是，所述複合型相變材料中，有機高分子含量為30wt%~80wt%，成分為石蠟、飽和脂肪酸或直鏈烷烴高分子的一種或兩種以上組成。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其複合型相變材料，特徵是：採用無機物含量為70wt%~20wt%，成分為石墨、碳粉、石墨烯、氮化硼、泡沫鋁、泡沫銅、氫氧化鋁、氫氧化鎂、無機磷化合物、氧化銻、硼酸鹽、鈣鎂碳酸鹽、納米層狀矽酸鹽、無水碳酸鎂、埃洛石、多水高嶺石等一種或兩種以上組成。
- 根據申請專利範圍第1項之一種高穩定性散熱的電池包結構，其電池單元與高散熱外殼體間隙，特徵是：所述間隙，於各電池單元間放置一玻纖布，可形成緻密含浸複合型相變材料的密閉腔體。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108208338U TWM592605U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一種高穩定性散熱的電池包結構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW108208338U TWM592605U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一種高穩定性散熱的電池包結構 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWM592605U true TWM592605U (zh) | 2020-03-21 |
Family
ID=70768653
Family Applications (1)
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| TW108208338U TWM592605U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一種高穩定性散熱的電池包結構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWM592605U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022115077A1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | Yeşi̇lova Holdi̇ng Anoni̇m Şi̇rketi̇ | Battery box with graphene reinforced aluminum matrix composite heat conduction plates |
| WO2022254450A1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-12-08 | Vazirani Automotive Pvt. Ltd. | Powder mixture for heat dissipation and components having the powder mixture |
-
2019
- 2019-06-28 TW TW108208338U patent/TWM592605U/zh not_active IP Right Cessation
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