具有控溫保護功能的電池夾具和大容量電池組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有控溫保護功能的電池夾具和大容量電池組，其中電池夾具包括夾具本體，夾具本體上制有用于布置電池單體的若干電池安裝孔，所述夾具本體由絕緣導熱材料制成，所述夾具本體上還開設(shè)有位于各電池安裝孔之間的填料孔，并在所述填料孔內(nèi)填充有吸熱相變材料或/和滅火劑材料。所述大容量電池組主要由多個小容量圓柱形單體電池串并聯(lián)構(gòu)成，而且采用了上述結(jié)構(gòu)的電池夾具。本實用新型能夠改善大容量電池組的導熱性能，將電池組溫度控制在適當范圍內(nèi)，提高電池組的溫度一致性，通過熱交換，避免熱量累積于電池組中而降低電池使用壽命或引發(fā)電池組熱失控。
【專利說明】
具有控溫保護功能的電池夾具和大容量電池組
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種具有控溫保護功能的電池夾具和大容量電池組，屬于圓柱形鋰電池組溫度控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高比能量，高性能的圓柱形鋰離子電池獲得了更廣泛的應(yīng)用。此種電池不僅性能好而且不含有害物質(zhì)，是綠色電源。它的各個性能幾乎都達到了目前電池所能達到的最好的程度。但是，它儲存能量高。又使用有機電解液，有起火和爆炸的危險，而且也確實發(fā)生過此種事故。
[0003]電池的安全主隱患主要來自電池的熱失控，電池的熱反應(yīng)主要分為反應(yīng)熱、焦耳熱和極化熱、這些熱又分別來自電池的物理產(chǎn)熱和化學產(chǎn)熱，那么作為鋰離子電池安全設(shè)計和制造上，首要分析產(chǎn)熱的機理;從材料上、結(jié)構(gòu)上、體系上、都會帶來電池產(chǎn)熱，那么優(yōu)化控制產(chǎn)熱和散熱問題便是設(shè)計和制造電池安全的首要，從體系上來看基本分成液態(tài)體系、凝膠態(tài)體系、固態(tài)體系、多孔態(tài)體系每個體系的制造工藝和對電池帶來的性能均各有不同，液態(tài)體系導電性能好但安全性上差，凝膠態(tài)和準固態(tài)安全性能提高了但在倍率性能上又帶來了新的問題，多方面的設(shè)計不合理性都會帶來電池產(chǎn)熱都是影響電池安全的因素。
[0004]大容量的鋰離子電池組主要由電池夾具和電池單體構(gòu)成，其中，電池夾具為絕緣材質(zhì)，電池夾具上制有用于布置所述電池單體的多個電池安裝孔，所述電池單體布置在所述電池安裝孔中，且在每個電池安裝孔中均設(shè)置有與所述電池單體相連的金屬彈簧片。
[0005]大容量電池組起火爆炸的根本原因是電池內(nèi)部出現(xiàn)熱失控。當電池內(nèi)部溫度超過130°C時，會發(fā)生正極物質(zhì)的分解等一系列猛烈的放熱反應(yīng)，使溫度越來越高，變?yōu)闊崾Э?，進而起火爆炸。因此如何控制電池的溫度就成了大容量電池組設(shè)計的重要問題。
[0006]現(xiàn)有大容量電池組的結(jié)構(gòu)中，除了彈簧片是良好導熱的金屬片外，其余皆是絕緣絕熱材料，熱量傳遞效果不佳。因此溫控不良。在大電流充放電和高溫環(huán)境中易出現(xiàn)電池溫度過高的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型目的是:為了克服上述問題，提供一種具有控溫保護功能的電池夾具以及使用該電池夾具的大容量電池組，以改善大容量電池組的導熱性能，將電池組溫度控制在適當范圍內(nèi)，提高電池組的溫度一致性，通過熱交換，避免熱量累積于電池組中而降低電池使用壽命或引發(fā)電池組熱失控。
[0008]本實用新型的技術(shù)方案是:一種具有控溫保護功能的電池夾具，包括夾具本體，所述夾具本體上制有用于布置電池單體的若干電池安裝孔，所述夾具本體由高韌性的絕緣導熱材料制成。
[0009]本實用新型這種電池夾具在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括以下優(yōu)選方案:
[0010]所述絕緣導熱材料為阻燃共聚尼龍，其UL94阻燃級別達到VO級，導熱系數(shù)在0.2W/(m.°C)以上。
[0011]在所述夾具本體上、于任意相鄰的四個電池安裝孔之間的中央位置均設(shè)置有填料孔，并在所述填料孔中填充有吸熱材料或/和滅火劑。
[0012]所述吸熱材料為吸熱相變材料。
[0013]所述吸熱相變材料有兩種，且這兩種吸熱相變材料在所述夾具本體上交替排布，這兩種吸熱相變材料的相變溫度分別為50?80°C、80?100°C。
[0014]所述相變溫度50?80°C的吸熱相變材料為石蠟，所述相變溫度80?100°C的吸熱相變材料為聚酰胺硬段和脂肪族聚醚軟段的共聚物。
[0015]所述吸熱相變材料為石蠟、金屬合金、結(jié)晶水合鹽或熔融鹽。
[0016]所述滅火劑為干粉滅火劑。
[0017]所述的吸熱材料或/和滅火劑被制成圓柱形的吸熱柱體之后，再被插設(shè)于所述填料孔內(nèi)。
[0018]—種大容量電池組，包括上述結(jié)構(gòu)的電池夾具以及布置在所述電池夾具上的眾多電池單體。
[0019]作為優(yōu)選，所述電池單體為鋰離子電池。
[0020]本實用新型的優(yōu)點是:
[0021]1、本實用新型將大容量電池組的電池夾具采用絕緣導熱材料制成，當電池單體裝入此電池夾具而形成電池組后，充放電中產(chǎn)生的熱量就通過電池夾具直接向周圍較快地傳遞，直至送到外殼(即電池箱的金屬外殼)散發(fā)出去。大大提高了電池組的散熱性能，將電池組溫度控制在適當范圍內(nèi)，避免熱量累積。
[0022]2、本實用新型在電池夾具上開設(shè)有位于電池安裝孔之間的填料孔，并在填料孔內(nèi)設(shè)置有吸熱相變材料，實際應(yīng)用時，所述吸熱相變材料能夠吸收電池組充放電產(chǎn)生的熱量，避免熱失控，進一步保證了電池組的使用安全。
[0023]3、填料孔內(nèi)填充的滅火劑能夠在電池組意外起火時及時滅火，將火勢控制在起火階段，進一步保證了電池組的使用安全。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本實用新型實施例中大容量電池組的結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0026]圖2為本實用新型實施例中大容量電池組的結(jié)構(gòu)示意圖之二；
[0027]圖3為本實用新型實施例中電池夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]其中:1-夾具本體，2-電池安裝孔，3-填料孔，4-電池單體，5-金屬彈片。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本實用新型而不限于限制本實用新型的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0030]圖1、圖2和圖3示出了本實用新型這種大容量電池組的一個具體實施例，其包括電池夾具以及布置在電池夾具上的眾多電池單體4。其中，所述電池夾具包括夾具本體I，該夾具本體I上制有用于布置電池單體的眾多電池安裝孔2，電池安裝孔2中設(shè)置有金屬彈片5，所述的各個電池單體4分別插設(shè)布置在這些電池安裝孔2中并與所述金屬彈片5相連，電池單體4為圓柱形的鋰離子電池。
[0031]本實施例的關(guān)鍵改進在于:所述電池夾具的夾具本體I由高韌性的絕緣導熱材料制成。
[0032]因本例中電池夾具的夾具本體I由絕緣導熱材料制成，當電池單體4裝入此電池夾具時，充放電中產(chǎn)生的熱量就通過電池夾具直接向周圍較快地傳遞，直至送到外界散熱設(shè)備(如電池箱的金屬外殼)散發(fā)出去。大大提高了電池組的散熱性能，將電池組溫度控制在適當范圍內(nèi)，避免熱量累積。
[0033]本例中，所述絕緣導熱材料為阻燃共聚尼龍，其UL94阻燃級別達到VO級，而且具有良好的導熱性能，導熱系數(shù)在0.2ff/(m.°C)以上。
[0034]此外，本例在所述夾具本體I上還制有位于所述各電池安裝孔2之間的填料孔3，并在所述填料孔3中填充有吸熱材料。當電池組處于充放電狀態(tài)時，各電池單體4產(chǎn)生的熱量，一部分通過夾具本體I傳遞至填料孔3內(nèi)的吸熱材料，被吸熱材料吸收;還有一部分熱量經(jīng)夾具本體I傳遞給外界的散熱設(shè)備(如電池箱的金屬外殼)而散發(fā)出去。從而將各個電池單體的溫度控制在一定范圍內(nèi)，保證了電池的使用壽命，降低了電池安全事故發(fā)生的可能性。
[0035]而且，本例中所述吸熱材料為吸熱相變材料(該吸熱相變材料最好被封閉于填料孔中)。該吸熱相變材料在常態(tài)下一般為固態(tài)，其在吸收足夠多的熱量時會發(fā)生相變反應(yīng)，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，相變時該吸熱相變材料會吸收大量的熱而不會升高溫度。
[0036]電池組中的熱量通過夾具本體I傳遞至填料孔3內(nèi)的吸熱相變材料，被吸熱相變材料吸收，當吸熱相變材料吸收的熱量足夠大時發(fā)生相變反應(yīng)，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，而且在該相變過程中，吸熱相變材料吸收只吸收熱量而不會升高溫度，從而將各個電池單體的溫度控制在一定范圍內(nèi)。
[0037]所述吸熱相變材料有兩種，且這兩種吸熱相變材料在所述夾具本體上交替排布，這兩種吸熱相變材料的相變溫度分別為50?80°C、80?100°C。其中，相變溫度50?80°C的吸熱相變材料一般采用石蠟，相變溫度80?100 0C的吸熱相變材料一般采用不具有導熱性的聚酰胺硬段和脂肪族聚醚軟段的共聚物。
[0038]為了方便吸熱材料的填充，本例中所述各填料孔3的軸線與各電池安裝孔2的軸線平行布置，如圖1和圖3所示。所述的吸熱材料一般先被制成圓柱形的吸熱柱體之后，再被插設(shè)于所述填料孔3內(nèi)。
[0039]為了讓每個填料孔3中的吸熱材料都能夠均勻吸收其周圍各個電池單體4的熱量，以保證各個電池單體4的溫度均勻性，本例采用了如下結(jié)構(gòu):任意相鄰的四個電池安裝孔2之間的中央位置均設(shè)置有一個所述填料孔3。
[0040]而且，我們還可以在所述填料孔3內(nèi)同時填充滅火劑(滅火劑和上述的吸熱材料先被制成圓柱形的吸熱柱體之后，再被插設(shè)于填料孔內(nèi))，從而在電池組意外起火時及時滅火，將火勢控制在起火階段。當然，我們也可以僅在填料孔3內(nèi)填充滅火劑。所述滅火劑優(yōu)選為干粉滅火劑。
[0041]上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓人們能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種具有控溫保護功能的電池夾具，包括夾具本體(I)，所述夾具本體(I)上制有用于布置電池單體的若干電池安裝孔(2)，其特征在于:所述夾具本體(I)由絕緣導熱材料制成； 在所述夾具本體(I)上、于任意相鄰的四個電池安裝孔(2)之間的中央位置均設(shè)置有填料孔(3)，并在所述填料孔(3)中填充有吸熱材料或滅火劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有控溫保護功能的電池夾具，其特征在于:所述絕緣導熱材料為阻燃共聚尼龍，其UL94阻燃級別達到VO級，導熱系數(shù)在0.2W/(m.°C)以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有控溫保護功能的電池夾具，其特征在于:所述吸熱材料為吸熱相變材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有控溫保護功能的電池夾具，其特征在于:所述滅火劑為干粉滅火劑。5.—種大容量電池組，其特征在于:它包括如權(quán)利要求1?4中任一所述的電池夾具以及布置在所述電池夾具上的若干電池單體(4)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大容量電池組，其特征在于:所述電池單體(4)為鋰離子電池。
【文檔編號】H01M10/613GK205646009SQ201620074783
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】許玉林, 王愛淑, 張偉明
【申請人】蘇州安靠電源有限公司