專利名稱：鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池?zé)崞胶馓幚眍I(lǐng)域，具體是鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)世界石油供應(yīng)頻頻告急，發(fā)展電動(dòng)車(chē)成為解決這一問(wèn)題的手段之一。目前，在電動(dòng)車(chē)的研究進(jìn)程中，動(dòng)力電池組的研發(fā)成為關(guān)鍵。在現(xiàn)有的多種動(dòng)力電池中，鋰離子動(dòng)力電池因具有比能量高、使用壽命長(zhǎng)、基本無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而成為動(dòng)力電池發(fā)展的重要方向。當(dāng)前，鋰離子動(dòng)力電池組已初步應(yīng)用在電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等車(chē)輛上，但普遍存在鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理問(wèn)題。鋰離子動(dòng)力電池在充放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱。鋰離子動(dòng)力電池組對(duì)熱平衡有較高的要求，如不采取有效的熱平衡處理技術(shù)，鋰離子動(dòng)力電池組則無(wú)法達(dá)到理想的使用效果。實(shí)驗(yàn)表明電池組的存儲(chǔ)溫度為-40℃～60℃；使用環(huán)境溫度為-25℃～50℃；當(dāng)電池的溫度在-25℃～-10℃時(shí)，電池充電非常困難，放電亦只能用0.5C的速率放出50％的容量；當(dāng)電池溫度在-10℃～0℃時(shí)，電池充電能力下降；當(dāng)電池溫度在0℃～50℃時(shí)，電池處于較正常的工作狀態(tài)；當(dāng)電池溫度在50℃～60℃時(shí)，電池放電能力下降；當(dāng)電池溫度在60℃以上使用時(shí)，電池可能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞；當(dāng)電池溫度在120℃以上，電池安全閥啟動(dòng)，電解質(zhì)噴出，電池報(bào)廢。
現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理一般是采用通風(fēng)機(jī)對(duì)電池組表面進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，這種方法雖然能在一定程度上降低電池的溫度，但不能很好地解決電池箱內(nèi)部的散熱問(wèn)題，也無(wú)法對(duì)電池組進(jìn)行加熱。同時(shí)該方法還存在耗能高、噪聲大、易損壞等缺點(diǎn)，致使鋰離子動(dòng)力電池組的應(yīng)用效率低、安全性低和使用壽命短。如何有效解決鋰電池組內(nèi)部的散熱及加熱，使之在適宜的溫度范圍工作，目前尚未發(fā)現(xiàn)有這方面的技術(shù)公開(kāi)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理的方法及裝置，以提高鋰離子動(dòng)力電池組的效率、安全性和使用壽命。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于所述裝置包括液壓泵、與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置；所述導(dǎo)熱體位于電池箱內(nèi)部，所述液壓泵、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置位于電池箱外部，所述位于電池箱內(nèi)部并與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體通過(guò)導(dǎo)管與液壓泵、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置連接構(gòu)成熱平衡處理液的循環(huán)流動(dòng)回路，所述導(dǎo)熱體為良性導(dǎo)熱材料制作的帶有通孔的腔體；所述熱平衡處理液為無(wú)水冷卻液或者水與乙二醇的混合液。
為更好實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置的液壓泵一端經(jīng)導(dǎo)管和與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體的通孔入口端連接，另一端與散熱器連接，散熱器與熱平衡處理液箱出口端連接，熱平衡處理液箱入口端與通孔出口端連接；所述熱平衡處理液加熱裝置位于熱平衡處理液箱內(nèi)。所述與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體位于鋰電池的外表面或上下兩層鋰電池之間。所述導(dǎo)熱體外表面涂布的導(dǎo)熱涂料優(yōu)選導(dǎo)熱橡膠或有機(jī)硅導(dǎo)熱涂料。所述加熱裝置優(yōu)選電熱棒。所述散熱器優(yōu)選風(fēng)冷式散熱器。所述無(wú)水冷卻液優(yōu)選市面可購(gòu)買(mǎi)的美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的愛(ài)溫?zé)o水冷卻液(NPG+)。水與乙二醇的混合液優(yōu)選乙二醇含量在50％的水與乙二醇混合液。
工作原理鋰離子動(dòng)力電池組在不同溫度下工作，熱平衡處理液需帶走或提供的熱量可通過(guò)如下公式計(jì)算Qd＝K·QgQd熱平衡處理液帶走或提供的熱量Qg電池放出或吸收的熱量K效率系數(shù)，一般K＝2～3例經(jīng)試驗(yàn)，鋰電池的使用環(huán)境溫度為-25℃～50℃。對(duì)于80Ah鋰離子動(dòng)力電池，發(fā)熱速率為60J/℃·min，在使用中引起電池發(fā)熱，破壞熱平衡。根據(jù)鋰離子動(dòng)力電池的這一特性，要使其達(dá)到最佳的使用效果，可以通過(guò)熱平衡處理液流動(dòng)的循環(huán)回路系統(tǒng)經(jīng)過(guò)鋰離子動(dòng)力電池外表面，當(dāng)電池組放電時(shí)，循環(huán)回路系統(tǒng)中的熱平衡處理液帶走電池表面的部分熱量；當(dāng)環(huán)境溫度在0℃以下而充電時(shí)，利用加熱裝置對(duì)熱平衡處理液加熱，使電池溫度升高到理想值，因此電池組能夠與外界進(jìn)行熱量交換，達(dá)到熱平衡，保證電池組在一定的溫度范圍內(nèi)正常工作。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)(1)可提高鋰離子動(dòng)力電池組的應(yīng)用效率、安全性和使用壽命；(2)確保鋰電池組不因溫度劇烈變化而影響使用或損壞；
(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，容易加工；(4)所用材料為鋁合金，成本低，環(huán)保和使用壽命長(zhǎng)。


圖1是本實(shí)用新型的工作原理圖。
圖2是圖1沿A-A面的水平剖視圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3沿B-B面的剖視圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖圖6是圖5沿C-C面的剖視圖。
圖中示出電池箱-1；導(dǎo)熱體通孔入口端-2；導(dǎo)熱體通孔出口端-3；導(dǎo)管-4；液壓泵-5；散熱器-6；處理液箱-7；加熱裝置-8；導(dǎo)熱體-9；動(dòng)力電池-10。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不限于實(shí)施例表示的范圍。
本實(shí)用新型用于需要提供單體電池容量大于30Ah，電池組功率大于1kw的動(dòng)力配置場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)潛水艇、電動(dòng)機(jī)器人和大功率電動(dòng)工具等。
實(shí)施例1用于歐洲SAM電動(dòng)汽車(chē)。鋰離子動(dòng)力電池組額定容量為7.8kWh，額定電壓為97.2V。電池箱的外殼采用鋁合金材料，內(nèi)置額定容量為80Ah鋰離子動(dòng)力電池27塊，電池管理系統(tǒng)一套，250A直流斷路器一組，熱平衡處理裝置一套。導(dǎo)熱體通孔內(nèi)處理液儲(chǔ)存容量為3L。電池組箱體采用全封閉設(shè)計(jì)，以防潮、防濕、防塵，在電池正負(fù)極連接電纜與電池箱之間留有出氣孔，以防熱脹冷縮對(duì)電池的影響。電池箱內(nèi)置250A直流斷路器，外接電纜與直流斷路器連接，連接電纜應(yīng)能承受300A以上電流。電池管理系統(tǒng)(BMS)通過(guò)前端插口與外部系統(tǒng)連接。直流斷路器一端與電池連接，另一端與汽車(chē)上的電氣系統(tǒng)連接。熱平衡處理裝置與汽車(chē)上的控制系統(tǒng)連接，電源采用車(chē)載電源或外部電源，如電池組放電時(shí)，冷卻裝置與液壓泵采用車(chē)載電源供電；電池組0℃以下充電時(shí)，加熱裝置與液壓泵采用外部的電源供電。
電池箱外殼與車(chē)體接地連接，以消除靜電。電池箱可從車(chē)后推入車(chē)梁上，在前端連接正負(fù)極電纜和BMS連線，車(chē)梁腔體放置電池箱的下面應(yīng)有滑動(dòng)或滾動(dòng)裝置，前端應(yīng)有定位裝置，后端應(yīng)有鎖緊裝置，電池箱與車(chē)梁之間應(yīng)考慮防震。單體電池置于電池箱中一個(gè)唯一的位置，并有定位裝置，BMS也一樣，系統(tǒng)連接后蓋上蓋板封閉，故更換電池或BMS時(shí)，只須將電池箱從車(chē)梁中抽出，打開(kāi)蓋板即可。
如圖1、2所示，鋰電池組分三層放置，箱體外殼1的前端開(kāi)設(shè)有導(dǎo)熱體通孔入口端2和導(dǎo)熱體通孔出口端3，導(dǎo)熱體9為帶有通孔的腔體。鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置包括導(dǎo)管4、液壓泵5、散熱器6、熱平衡處理液箱7以及加熱裝置8、與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9；液壓泵5一端經(jīng)導(dǎo)管4和與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9的通孔入口端2連接，另一端與散熱器6連接，散熱器6與熱平衡處理液箱7連接，熱平衡處理液箱7與導(dǎo)熱體通孔出口端3連接，所述熱平衡處理液加熱裝置8位于熱平衡處理液箱7內(nèi)。導(dǎo)熱體9分為上下兩個(gè)部分，上部分導(dǎo)熱體位于頂部電池組與中間電池組之間，下部導(dǎo)熱體位于中間電池組與底部電池組之間，上部導(dǎo)熱體內(nèi)通孔與下部導(dǎo)熱體內(nèi)通孔連通，上下導(dǎo)熱體都與鋰電池組底部或頂部外表面配合，其接觸總面積為501250mm2，占鋰電池組總表面積的35.3％。熱平衡處理液為水與乙二醇混合液，其中乙二醇含量為50％。液壓泵5為直流電動(dòng)DP微型隔膜泵。散熱器6為標(biāo)準(zhǔn)SF系列風(fēng)冷散熱器，型號(hào)為SF14。導(dǎo)熱體外表面涂布導(dǎo)熱涂料為FR60型有機(jī)硅導(dǎo)熱涂料。熱平衡處理液箱7為聚氯乙烯塑料材料，容量為5L。加熱裝置8為電熱棒，安裝在處理液箱體里的一個(gè)側(cè)面。
電池組放電時(shí)啟動(dòng)液壓泵5和散熱器6，關(guān)閉加熱裝置8。處理液在液壓泵5的作用下，在由導(dǎo)管4、散熱器6、熱平衡處理液箱7以及與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9組成的循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)，帶出鋰電池組表面的部分熱量，實(shí)現(xiàn)鋰電池組的熱平衡。
鋰電池組在0℃以下充電時(shí)，啟動(dòng)加熱裝置8，關(guān)閉散熱器6。處理液在熱平衡處理液箱7的加熱裝置8加熱后，在液壓泵5的作用下，流經(jīng)與鋰離子動(dòng)力電池組表面配合的導(dǎo)熱體9，流回?zé)崞胶馓幚硪合?加熱，然后再流過(guò)導(dǎo)熱體9，循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)鋰電池組的熱平衡，使電池組保持在15℃～20℃。
經(jīng)檢測(cè)，對(duì)于80Ah鋰離子動(dòng)力電池，發(fā)熱速率為60J/℃·min，在1C的正常速率下放電，引起電池組發(fā)熱，每分鐘溫度升高0.18℃，產(chǎn)生的熱量為297J。使用上述熱平衡處理裝置后，循環(huán)回路系統(tǒng)中的熱處理液流速為72mL/s，經(jīng)散熱器后處理液的溫度每分鐘降低0.03℃，電池表面溫度可降低0.18℃，電池組達(dá)到熱平衡；當(dāng)環(huán)境溫度在-25℃而充電時(shí)，利用加熱裝置對(duì)熱平衡處理液加熱，每分鐘送入電池組的熱量為25.9kJ，熱平衡處理液的流速為48mL/s，處理液每分鐘溫度升高2.14℃，電池表面溫度可升高8℃，在5～10分鐘達(dá)到15℃～20℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。
實(shí)施例2用于E-CUV電動(dòng)轎車(chē)。鋰離子動(dòng)力電池組額定容量為24.2kWh，額定電壓為302.4V。內(nèi)置80Ah鋰離子動(dòng)力電池84塊，分為兩組，每組42塊，每組又分為上下兩層，每層各21塊。如圖3、4所示，鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置包括導(dǎo)管4、液壓泵5、散熱器6、熱平衡處理液箱7以及加熱裝置8、與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9；導(dǎo)熱體9為帶有通孔的腔體。液壓泵5一端經(jīng)導(dǎo)管4和與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9的流入端2連接，另一端與散熱器6連接，散熱器6與熱平衡處理液箱7連接，熱平衡處理液箱7與導(dǎo)熱體通孔出口端3連接，所述熱平衡處理液加熱裝置8位于熱平衡處理液箱7內(nèi)。導(dǎo)熱體在同一水平面分為前后兩部份，前后導(dǎo)熱體內(nèi)通孔連通，形成環(huán)形回路，后部導(dǎo)熱體接通孔入口端2，前部導(dǎo)熱體接通孔出口端3，導(dǎo)熱體9與電池組表面總接觸面積為1155000mm2，占電池組總表面積的26.7％。熱平衡處理液選用市面可購(gòu)買(mǎi)到的美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的愛(ài)溫?zé)o水冷卻液(NPG+)。液壓泵5為直流電動(dòng)DP微型隔膜泵。散熱器6為標(biāo)準(zhǔn)SF系列風(fēng)冷散熱器，型號(hào)為SF15。導(dǎo)熱體外表面涂布的導(dǎo)熱涂料選用HT-89高導(dǎo)熱絕緣硅橡膠。熱平衡處理液箱7為聚氯乙烯塑料材料，容量為7L。加熱裝置8為電熱棒，安裝在處理液箱體里的一個(gè)側(cè)面。
經(jīng)檢測(cè)，對(duì)于80Ah鋰離子動(dòng)力電池，發(fā)熱速率為60J/℃·min，在1C的正常速率下放電，引起電池組發(fā)熱，每分鐘溫度升高0.18℃，產(chǎn)生的熱量為907.2J。使用上述熱平衡處理裝置后，循環(huán)回路系統(tǒng)中的熱處理液流速為144mL/s，經(jīng)散熱器后處理液的溫度每分鐘降低0.05℃，電池表面溫度每分鐘可降低0.18℃，電池組達(dá)到熱平衡；當(dāng)環(huán)境溫度在-25℃而充電時(shí)，利用加熱裝置對(duì)熱平衡處理液加熱，每分鐘送入電池組的熱量為80.64kJ，熱平衡處理液的流速為64mL/s時(shí)，處理液每分鐘溫度升高5℃，電池表面溫度可升高8℃，在5～10分鐘達(dá)到15℃～20℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。
實(shí)施例3用于電動(dòng)機(jī)器人。鋰離子動(dòng)力電池組額定容量為1.3kWh，額定電壓為21.6V。內(nèi)置60Ah鋰離子動(dòng)力電池6塊，同一層面放置。
如圖5、6所示，鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置包括導(dǎo)管4、液壓泵5、散熱器6、熱平衡處理液箱7以及加熱裝置8、與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9，導(dǎo)熱體9為帶有通孔的腔體；液壓泵5一端經(jīng)導(dǎo)管4和與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體9的流入端2連接，另一端與散熱器6連接，散熱器6與熱平衡處理液箱7連接，熱平衡處理液箱7與導(dǎo)熱體通孔出口端3連接，所述熱平衡處理液加熱裝置8位于熱平衡處理液箱7內(nèi)。導(dǎo)熱體的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，上下部導(dǎo)熱體中間通孔連通，形成回路。上部導(dǎo)熱體接通孔入口端2，下部導(dǎo)熱體接通孔出口端3。導(dǎo)熱體與鋰電池組的接觸面積為88750mm2，占電池組總表面積的45.0％。熱平衡處理液選用乙二醇含量為50％的水與乙二醇混合液。液壓泵5為直流電動(dòng)DP微型隔膜泵。散熱器6為標(biāo)準(zhǔn)SF系列風(fēng)冷散熱器，型號(hào)為SF12。導(dǎo)熱體外表面涂布的導(dǎo)熱涂料為以聚硅氧烷為主，輔以高導(dǎo)熱填料的深圳AP-505導(dǎo)熱硅脂。熱平衡處理液箱7為聚氯乙烯塑料材料，容量為4L。加熱裝置8為電熱棒，安裝在處理液箱體里的一個(gè)側(cè)面。
經(jīng)檢測(cè)，對(duì)于60Ah鋰離子動(dòng)力電池，發(fā)熱速率為54J/℃·min，在1C的正常速率下放電，引起電池組發(fā)熱，每分鐘溫度升高0.18℃，產(chǎn)生的熱量為58.32J。使用上述熱平衡處理裝置后，循環(huán)回路系統(tǒng)中的熱處理液流速為46mL/s，處理液的溫度每分鐘降低0.01℃，電池表面溫度可降低0.18℃，從而達(dá)到熱平衡；當(dāng)環(huán)境溫度在-25℃而充電時(shí)，利用加熱裝置對(duì)熱平衡處理液加熱，每分鐘送入電池組的熱量為5184J，設(shè)計(jì)熱平衡處理液的流速為48mL/s，處理液每分鐘溫度升高0.4℃，在5～10分鐘達(dá)到15℃～20℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。
權(quán)利要求1.鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述裝置包括液壓泵、與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置；所述導(dǎo)熱體位于電池箱內(nèi)部，所述液壓泵、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置位于電池箱外部，所述位于電池箱內(nèi)部并與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體通過(guò)導(dǎo)管與液壓泵、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置連接構(gòu)成熱平衡處理液的循環(huán)流動(dòng)回路，所述導(dǎo)熱體為帶有通孔的腔體；所述熱平衡處理液為無(wú)水冷卻液或者水與乙二醇的混合液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述液壓泵一端經(jīng)導(dǎo)管和與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體的通孔入口端連接，另一端與散熱器連接，散熱器與熱平衡處理液箱出口端連接，熱平衡處理液箱入口端與導(dǎo)熱體的通孔出口端連接；所述熱平衡處理液加熱裝置位于熱平衡處理液箱內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體位于電池的表面或上下兩層鋰電池組之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱體外表面涂布導(dǎo)熱涂料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱體外表面涂布的導(dǎo)熱涂料為導(dǎo)熱橡膠或有機(jī)硅導(dǎo)熱涂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述加熱裝置為電熱棒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述通孔為環(huán)形回路腔體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置，其特征在于，所述散熱器為風(fēng)冷式散熱器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了鋰離子動(dòng)力電池組熱平衡處理裝置。該裝置包括電池箱、液壓泵、導(dǎo)熱體、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置；導(dǎo)熱體位于電池箱內(nèi)部，液壓泵、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置位于電池箱外部，位于電池箱內(nèi)部并與鋰電池組外表面配合的導(dǎo)熱體的通孔通過(guò)導(dǎo)管與液壓泵、熱平衡處理液箱、散熱器和加熱裝置連接構(gòu)成熱平衡處理液的循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)。使用該裝置，可使鋰電池組在其要求的正常溫度范圍內(nèi)工作，不因溫度的劇烈變化而影響使用或損壞，提高電池組的應(yīng)用效率、安全性和使用壽命。
文檔編號(hào)H01M10/50GK2850003SQ200520065819
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者李慧琪, 鄧德強(qiáng) 申請(qǐng)人:李慧琪