專利名稱：一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及動力鋰電池的散熱方法，具體涉及一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料及裝置。
背景技術(shù)：
電動汽車因具有無污染、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便和能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，已成為未來汽車的發(fā)展方向。作為電動汽車心臟的動力電池是汽車的動力源泉，也是制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。近年來，動力鋰電池逐漸成為電動汽車的主流電源。在電動汽車中，通常是將多個單體鋰電池以不同的形式串聯(lián)或并聯(lián)裝在一起構(gòu)成一個電池裝置，以提供所需的電壓或容量。由于電池在充放電過程中其自身溫度會升高，且充放電倍率越高時升溫越快，尤其是對于多個單體電池組成的裝置，溫度的聚集更快，這將嚴(yán)重影響電池的最佳工作性能和壽命， 嚴(yán)重時還會導(dǎo)致電池發(fā)生劇烈燃燒甚至發(fā)生爆炸。因此，溫度對電池裝置的性能影響很大， 溫度過高、過低以及不均衡都會影響電池的性能。目前，動力鋰電池裝置主要采用空氣強(qiáng)制對流傳熱的方式進(jìn)行散熱冷卻，即迫使空氣在單個電池外殼流動將其熱量帶走，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)低、熱容小等缺點，導(dǎo)致傳熱系數(shù)小，散熱冷卻效率低，而且空氣在電池裝置內(nèi)的流動不均勻?qū)⒂绊戨姵匮b置的溫度一致性。而利用相變材料在固-液相變過程中具有溫度穩(wěn)定及較高儲熱密度的優(yōu)點，能有效地改善電池裝置的散熱性能。專利CN200910039125. 4、CN200910184584. 1、 CN200510073005. 8都提出了利用相變材料對電池進(jìn)行散熱冷卻的方法，但這些專利涉及的相變材料主要是石蠟，此外還包括聚乙二醇、十八醇、新戊二醇、環(huán)已烷等。為了提高相變材料的導(dǎo)熱性能，分別在石蠟中添加了鋁粉/碳粉混合料、鋁粉、石墨或碳納米管。由于石蠟等相變材料在發(fā)生相變時會有液體的泄漏和體積膨脹問題，這對電池裝置的封裝要求較高，而且，直接在相變材料中添加高導(dǎo)熱系數(shù)粉體，雖然能改善相變材料的導(dǎo)熱性能，但由于這些粉體與石蠟等相變材料存在密度差，相變材料發(fā)生固-液相變時，這些粉體有可能在液相中沉積，難以保證高導(dǎo)熱系數(shù)粉體與相變材料形成均勻混合物，相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)不均勻，從而影響電池散熱的溫度一致性。此外，以上專利在結(jié)構(gòu)上只考慮了相變材料的儲熱過程，而在實際應(yīng)用過程中，相變材料的放熱過程是必不可少的，否則散熱過程不能持續(xù)。因此，有必要在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有鋰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(tài)泄漏、導(dǎo)熱系數(shù)高且在需要時能有效實現(xiàn)相變材料放熱的填充復(fù)合相變材料的鋰電池散熱裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料，所述復(fù)合相變材料為有機(jī)物和無機(jī)物的復(fù)合相變材料，其相變溫度為4(T70°C ；所述復(fù)合相變材料中，有機(jī)物的質(zhì)量百分含量為40、5%。本發(fā)明所述有機(jī)物為飽和脂肪酸或直鏈烷烴的一種或兩種以上；所述無機(jī)物為膨脹石墨、泡沫鋁、泡沫銅或碳泡沫。本發(fā)明所述飽和脂肪酸的分子式為CH3(CH2)nC00H，n=10、12、14、16 ；所述直鏈烷烴的分子式為:CnH2n+2, η為21 40。一種制備本發(fā)明所述復(fù)合相變材料的方法，包括以下步驟
(1)將固態(tài)有機(jī)物熔化成液態(tài)有機(jī)物；
(2)按權(quán)利要求1所述質(zhì)量配比，將無機(jī)物浸沒在液態(tài)有機(jī)物中，得到復(fù)合相變材料。本發(fā)明還提供一種填充復(fù)合相變材料的鋰電池散熱裝置，包括頂蓋1和箱體2 ；所述頂蓋1固定于箱體2上方，箱體2內(nèi)填充有復(fù)合相變材料6。所述固定為粘接、焊接或螺栓連接。所述頂蓋1和箱體2的材料為鋁、鋁合金、銅或銅合金。本發(fā)明還提供一種填充復(fù)合相變材料的鋰電池散熱裝置，包括頂蓋1、箱體2和隔板4 ；所述隔板4將箱體2分隔為至少兩個腔體7，電池單體位于空腔7內(nèi)；相鄰空腔7之間設(shè)置有空氣流道5，空腔7內(nèi)有復(fù)合相變材料6。所述固定為粘接、焊接或螺栓連接。所述頂蓋1、箱體2及隔板4的材料為鋁、鋁合金、銅或銅合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果
1.本發(fā)明的復(fù)合相變材料具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，該電池散熱裝置儲熱、放熱、散熱速率
尚；
2.由于毛細(xì)作用力和表面張力的作用，本發(fā)明的復(fù)合相變材料在微孔內(nèi)發(fā)生固-液相變時沒有液態(tài)的滲出，可以保持固態(tài)，在相變過程中可以保持定型，電池溫度的一致性好；
3.本發(fā)明的鋰電池散熱裝置沒有液體流動性及泄漏問題，易于封裝；
4.本發(fā)明的鋰電池散熱裝置操作和維護(hù)方便，成本低。


圖1為本發(fā)明的鋰電池散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的鋰電池散熱裝置的分隔結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例1的鋰電池散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于此。如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例的一種填充復(fù)合相變材料的鋰電池散熱裝置，包括頂蓋1、箱體2和隔板4 ；隔板4將箱體2分隔為三個腔體7，每個空腔7內(nèi)放置一電池單體3 ；相鄰空腔7之間設(shè)置有空氣流道5，空腔7內(nèi)有復(fù)合相變材料6包裹著電池單體3。實施例1
采用二十四烷(分子式=C24H5tl)與膨脹石墨的復(fù)合相變材料，其相變溫度為50°C，其中 C24H50的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊，如圖3所示；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于50°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變，但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為46. 2°C ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為5. aiiin。實施例2
采用月桂酸(分子式CH3(CH2)ltlCOOH)與膨脹石墨的復(fù)合相變材料，其相變溫度為 43°C，其中CH3 (CH2) 10COOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah 單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于43°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變，但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為42. rc ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為4. 5min。實施例3
采用軟脂酸(分子式=CH3(CH2)14COOH)與泡沫鋁的復(fù)合相變材料，其相變溫度為64°C， 其中CH3(CH2)14COOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于64°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變，但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為61. rc ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為3. aiiin。實施例4
采用二十四烷(分子式=C24H5tl)與泡沫銅的復(fù)合相變材料，其相變溫度為50°C，其中 C24H50的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于50°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變， 但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為 44. 8°C ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為3. 6min。實施例5
采用二十二烷(分子式C22H46)與泡沫鋁的復(fù)合相變材料，其相變溫度為44°C，其中 C22H46的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于44°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變， 但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為42. 9°C ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為2. 8min。實施例6
采用硬脂酸(分子式=CH3(CH2)16COOH)與泡沫鋁的復(fù)合相變材料，其相變溫度為69°C， 其中CH3(CH2)16COOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于69°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變，但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為67. 2°C ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為4. aiiin。實施例7
采用二十一烷(分子式C21H44)與碳泡沫的復(fù)合相變材料，其相變溫度為40°C，其中 C21H44的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，常溫下相變材料為固體。選取15支3. 2V20Ah單體電池，并采用串聯(lián)方式構(gòu)成電池組模塊；在電池模塊大功率放電時，電池單體的溫度快速升高，其熱量經(jīng)電池外殼傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于40°C時，復(fù)合相變材料吸收熱量發(fā)生固-液相變， 但復(fù)合相變材料仍然保持固體特性，并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻，控制電池單體的溫度升高；在環(huán)境溫度為25°C時，放電時間20s時，測得放電后電池表面溫度為 38. 6°C ；然后，采用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣在空氣流道內(nèi)流動，復(fù)合相變材料發(fā)生液-固相變，將儲存的熱量釋放，放熱時間為3. Imin。由于復(fù)合相變材料具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，以及相變過程中保持定型特性的優(yōu)點， 該電池散熱裝置儲熱、放熱速率高，電池溫度的一致性好，沒有液體流動性及泄漏問題，易于封裝。
權(quán)利要求
1.一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料，其特征在于，所述復(fù)合相變材料為有機(jī)物和無機(jī)物的復(fù)合相變材料，其相變溫度為4(T70°C ；所述復(fù)合相變材料中，有機(jī)物的質(zhì)量百分含量為40 95%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料，其特征在于，所述有機(jī)物為飽和脂肪酸或直鏈烷烴的一種或兩種以上；所述無機(jī)物為膨脹石墨、泡沫鋁、泡沫銅或碳泡沫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料，其特征在于，所述飽和脂肪酸的分子式為CH3(CH2)nC00H，n=10、12、14、16 ；所述直鏈烷烴的分子式為CnH2n+2，η 為21 40。
4.一種制備權(quán)利要求廣3之一所述復(fù)合相變材料的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將固態(tài)有機(jī)物熔化成液態(tài)有機(jī)物；(2)按權(quán)利要求1所述質(zhì)量配比，將無機(jī)物浸沒在液態(tài)有機(jī)物中，得到復(fù)合相變材料。
5.一種填充權(quán)利要求1所述的復(fù)合相變材料的鋰電池散熱裝置，其特征在于，包括頂蓋(1)和箱體(2);所述頂蓋(1)固定于箱體(2)上方，箱體(2)內(nèi)填充有復(fù)合相變材料(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池散熱裝置，其特征在于，所述固定為粘接、焊接或螺栓連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池散熱裝置，其特征在于，所述頂蓋(1)和箱體(2)的材料為鋁、鋁合金、銅或銅合金。
8.一種填充權(quán)利要求1所述的復(fù)合相變材料的鋰電池散熱裝置，其特征在于，包括頂蓋(1)、箱體(2)和隔板(4);所述隔板(4)將箱體(2)分隔為至少兩個腔體(7)，電池單體位于空腔(7)內(nèi)；相鄰空腔(7)之間設(shè)置有空氣流道(5)，空腔(7)內(nèi)有復(fù)合相變材料(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池散熱裝置，其特征在于，所述固定為粘接、焊接或螺栓連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池散熱裝置，其特征在于，所述頂蓋(1)、箱體(2)及隔板(4)的材料為鋁、鋁合金、銅或銅合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鋰電池散熱的復(fù)合相變材料及裝置，該裝置包括頂蓋1，箱體2，隔板4；箱體2內(nèi)根據(jù)需要散熱的電池單體3的數(shù)目分隔出對應(yīng)數(shù)目的空腔，相鄰隔板之間設(shè)置有空氣流道5，空腔內(nèi)填充相變溫度為40~70℃的復(fù)合相變材料4。當(dāng)裝置開始工作時，電池單體的熱量傳遞給復(fù)合相變材料，當(dāng)溫度高于相變材料的相變溫度時，相變材料吸收熱量發(fā)生相變并將熱量儲存，從而實現(xiàn)電池單體的散熱冷卻。本發(fā)明的復(fù)合相變材料具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，相變過程保持定型，儲熱、放熱、散熱速率高，沒有液體流動性及泄漏問題，易于封裝，操作和維護(hù)方便，成本低，用于高功率和快速充放電的動力鋰電池散熱，能提高電池的工作性能和可靠性。
文檔編號C09K5/06GK102181270SQ201110108209
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者張正國, 徐濤, 方曉明, 方玉堂, 王學(xué)澤, 高學(xué)農(nóng) 申請人:華南理工大學(xué)