專利名稱：具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，尤其涉及一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的鋰離子電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
二次電池在充電和放電的工作過程中都會放出熱量使電池溫度升高，動力電池特別是電動汽車用動力鋰電池的高功率放電和快速充電是未來的發(fā)展方向，這也將導致電池工作時溫度大大提升。溫度是影響電池性能的最主要因素之一，溫度太高導致副反應加劇， 導致電池壽命縮短，電解液分解產(chǎn)生大量氣體，內(nèi)部壓力與熱量的急劇增加有可能導致起火、爆炸等隱患。溫度太低導致活性物質(zhì)不能完全發(fā)揮，電池低溫放電容量低，難以滿足低溫環(huán)境的需求。二次電池具有最佳的使用溫度范圍，如Ni-Cd、Ni-MH電池在-1(T60°C，Li 離子電池在(T60°C之間，超過60°C，電池安全性能難以保證，低于-20°C，電池容量及循環(huán)壽命都將大大降低，因此保持合適的電池使用溫度有利于延長使用壽命、提高電池安全性?，F(xiàn)階段的研究主要集中在電池的冷卻方向上，對于電池低溫放電溫度的研究較少，傳統(tǒng)使用風冷技術(shù)效率低、噪聲大、溫度不均勻，電池狀態(tài)不一致；而用液冷技術(shù)則容易造成結(jié)構(gòu)復雜、密封性要求高、電池組空間增大、電池組重量增加等，并且風冷、液冷都需要消耗電池組本身的能量，影響使用性能。目前相變材料成為研究熱點，相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。以固一液相變?yōu)槔?，在加熱到熔化溫度時，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去，進行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。因為相變材料具有窄的溫度區(qū)間內(nèi)較大的熱容，所以可以應用在大功率充放電時對電池組系統(tǒng)進行加熱或冷卻。傳統(tǒng)的相變材料集中在冷卻散熱方式上，如專利申請200910184584. 1公開了一種動力鋰電散熱方法，在鋰電池內(nèi)部空隙處填充石蠟/GMB/石墨復合材料，相變點在 15 55°C，用于高功率和快速充放電的動力鋰電的散熱，但是由于相變經(jīng)常伴隨體積變化和固液變化，導致電池變形或腐蝕。專利200510087108. X公開了一種電池充電器盒，采用固-固或固-液相變材料作為電池冷卻裝置，使用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等定形材料，可以有效的控制變形，但是其相變溫度區(qū)間較大，裝置在10°C即開始冷卻，但是鋰離子電池的最佳工作溫度為2(T40°C，所以會影響電池的充放電性能。傳統(tǒng)的相變材料集中應用在電池的高溫冷卻散熱，較少考慮到低溫環(huán)境時的電池工作狀態(tài)；并且將相變材料填充在電池內(nèi)部空隙處的方式可能導致相變材料兩相轉(zhuǎn)變時變形量過大而引起電池擠壓變形；相變溫度區(qū)間寬泛則會導致電池在不需冷卻或加熱的時候相變材料已經(jīng)開始吸收或放出相變潛熱，導致浪費及影響電池性能。以上發(fā)明主要都是針對電池組的高溫散熱冷卻方面，并未涉及電池在低溫條件下的工作，而電池在低溫環(huán)境下性能下降無法適應北方寒冷使用環(huán)境也是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，保證電池組在合理的溫度區(qū)間內(nèi)工作，避免高溫導致的安全失效和低溫引起的性能降低。通過便于拆卸安裝的溫度調(diào)節(jié)裝置，利用相變材料在相變溫度區(qū)間吸收和釋放相變潛熱達到冷卻或加熱電池系統(tǒng)的目的。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，包含電池系統(tǒng)絕熱外殼，設(shè)置在絕熱外殼內(nèi)的電池組，該電池系統(tǒng)還具有與電池組接觸設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)裝置，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置包含高溫吸熱冷卻裝置和低溫放熱保溫裝置。所述的電池組包含若干單體電池，單體電池之間設(shè)置絕緣隔板，每個單體電池上安裝有導熱片，導熱片與溫度調(diào)節(jié)裝置連接。所述的絕緣隔板上設(shè)置若干凸臺。通過若干金屬連接片和緊固螺釘將單體電池相互連接，電池組的外部包覆絕熱層，電池組通過結(jié)構(gòu)件固定設(shè)置在絕熱外殼內(nèi)。所述的溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)設(shè)置相變材料，還設(shè)置若干導熱絲，溫度調(diào)節(jié)裝置上還設(shè)置若干金屬傳熱片，該金屬傳熱片與單體電池的導熱片接觸。所述的金屬傳熱片的數(shù)量與電池組內(nèi)的單體電池的數(shù)量一致。所述的高溫吸熱冷卻裝置中的相變材料為高溫相變材料，所述的低溫放熱保溫裝置中的相變材料為低溫相變材料。所述的溫度調(diào)節(jié)裝置通過鉚接，或者插接，或者螺紋連接方式進行安裝拆卸。所述的高溫相變材料為無機鹽，或有機酸，或多元醇，或聚乙二醇聚乙烯。所述的低溫相變材料為多元醇。本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)相變材料填充在電池組內(nèi)部的方式，使用便于拆裝的使用高溫相變材料和低溫相變材料的溫度調(diào)節(jié)裝置，分別針對高溫和低溫工作環(huán)境，提供一種成本低廉，操作維護簡便，有利于提高電池工作性能及安全性、可靠性的溫度調(diào)節(jié)方法。


圖1是本發(fā)明提供的一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的電池組的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下根據(jù)圖1 圖3，具體說明本發(fā)明的較佳實施例。如圖1所示，本發(fā)明提供一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，包含電池系統(tǒng)絕熱外殼1，設(shè)置在絕熱外殼1內(nèi)的電池組2，以及與電池組2接觸設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)裝置，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置包含高溫吸熱冷卻裝置3和低溫放熱保溫裝置4 ；
如圖2所示，所述的電池組2包含若干單體電池7，通過若干金屬連接片8和緊固螺釘 9將單體電池7相互連接，單體電池7之間設(shè)置帶有凸臺16的絕緣隔板13，將單體電池7隔開以達到絕緣的效果，每個單體電池7上安裝有導熱片12，導熱片12與溫度調(diào)節(jié)裝置連接，電池組2的外部包覆絕熱層10，電池組2通過結(jié)構(gòu)件11固定設(shè)置在絕熱外殼1內(nèi)；
如圖3所示，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)設(shè)置相變材料，還設(shè)置若干導熱絲14，用來增加與相變材料的接觸面積，提高導熱性，溫度調(diào)節(jié)裝置上還設(shè)置若干金屬傳熱片15，該金屬傳熱片15與單體電池的導熱片12接觸，進行熱量傳遞，該金屬傳熱片的數(shù)量與電池組2內(nèi)的單體電池7的數(shù)量一致；
所述的高溫吸熱冷卻裝置3中的相變材料為高溫相變材料5，所述的低溫放熱保溫裝置4中的相變材料為低溫相變材料6 ；
所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可以通過鉚接、插接、螺紋連接等方式方便的安裝拆卸。下面進一步對本發(fā)明的工作過程進行描述。單體電池7通過金屬連接片8和緊固螺釘9電連接組成電池組2，每個單體電池7 對應導熱片12并由絕緣隔板13隔離以避免殼體電壓短路。電池組2包裹一層絕熱層10， 以盡量減少相變材料與外界環(huán)境的熱量交換，通過結(jié)構(gòu)件11固定在電池絕熱外殼1上。絕熱外殼優(yōu)選熱傳導系數(shù)低的絕緣不燃燒材料，如玻璃鋼等。當電池系統(tǒng)處于高溫環(huán)境下或需要快速充放電工作時，安裝高溫吸熱冷卻裝置3，高溫吸熱冷卻裝置3中的傳熱片15與單體電池7的導熱片12緊密接觸，當電池溫度達到40°C時，放置于高溫吸熱冷卻裝置3中的高溫相變材料5開始發(fā)生固-液或固-固相變反應，開始吸收大量的熱量，而通過傳熱片 15和導熱片12的作用，單體電池7表面的溫度就轉(zhuǎn)移到高溫相變材料5中。同理，當在冬季或低溫環(huán)境下使用電池時，安裝低溫放熱保溫裝置4，當溫度低于-20°C時，放置于低溫放熱保溫裝置4中的低溫相變材料6開始發(fā)生液-固或固-固相變反應，開始發(fā)出大量的熱量，通過傳熱片15和導熱片12的作用，相變反應生成的熱量就傳遞到單體電池7的表面。而當工作環(huán)境復雜，溫度變化區(qū)間較大時，可以同時安裝高溫吸熱冷卻裝置3和低溫放熱保溫裝置4，以滿足復雜的溫度適應性問題。如上所述，本發(fā)明將電池系統(tǒng)溫度適應性分成冷卻和加熱兩個部分，通過相變材料的特性，采用更換溫度調(diào)節(jié)裝置的方法，有效的控制電池溫度始終處于合理的工作溫度區(qū)間之內(nèi)，可以大大提升電池的性能，并能增強安全性和可靠性。本發(fā)明實施例所述的電池組由多個單體電池7串聯(lián)或并聯(lián)組成，所述電池沒有具體限制，可從可充電的二次電池中自由選取。本發(fā)明的電池優(yōu)選鋰離子二次電池，鋰聚合物二次電池，鎳金屬二次電池或燃料電池。本發(fā)明實施例所述的單體電池通過兩端封閉的L型導熱片12傳導熱量，導熱片與單體電池直接接觸，導熱效果良好，優(yōu)選薄鋁板。為了起到絕緣作用，本發(fā)明實施例所述的導熱片12外側(cè)與相鄰單體電池7之間由具有凸臺的絕緣隔板13隔開，凸臺的大小和高度可隨單體電池的型號不同調(diào)整，凸臺的數(shù)量和大小可以根據(jù)電池的尺寸和使用環(huán)境設(shè)定，絕緣隔板13由耐高溫耐腐蝕的絕緣材料制成，優(yōu)選環(huán)氧板或PET材質(zhì)。既可以起到一定的強度作用，也可以保證絕緣，凸臺的設(shè)計又為電池預留了膨脹空間，并且加工成本低廉。本發(fā)明針對電池的高溫環(huán)境和低溫環(huán)境分別使用冷卻散熱及加熱保護兩種功能的相變材料，通過便于安裝和拆卸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在電池組需要冷卻或加熱的溫度點進行相變反應，達到溫度調(diào)節(jié)的作用。相變材料可以是固-固相也可以是固-液相，只需要控制窄的相變溫度區(qū)間及變形。電池組系統(tǒng)是絕熱或與外界熱量交換較小的結(jié)構(gòu)，在夏季時，室外溫度超過30°C，而電池在長時間或快速充放電過程中的溫度肯定還會更高，安裝高溫吸熱冷卻裝置，在電池組超過一定溫度時，開始吸收相變潛熱達到冷卻的目的。同理，在冬季，室外溫度低于-20°C，電池放電性能大大降低，換裝低溫放熱保溫裝置，在電池組溫度低于某一溫度時，放出相變潛熱起到加熱電池組的目的。高溫吸熱冷卻裝置內(nèi)含高溫相變材料，在溫度高于電池系統(tǒng)最佳工作區(qū)間時，相變材料進行轉(zhuǎn)變，吸收大量的熱量。高溫相變材料可以根據(jù)電池最佳工作溫度區(qū)間選擇無機鹽、有機酸、多元醇和聚乙二醇聚乙烯等復合材料。低溫放熱保溫裝置內(nèi)含低溫相變材料，在溫度低于電池系統(tǒng)最佳工作區(qū)間時，相變材料進行轉(zhuǎn)變，放出大量的熱量。低溫相變材料可以根據(jù)電池最佳工作區(qū)間選擇多元醇等。本發(fā)明采用更換溫度調(diào)節(jié)裝置的方法，使電池系統(tǒng)具有冷卻和加熱的功能，通過溫度調(diào)節(jié)裝置可以有效的對電池組進行加熱和冷卻，提升了電池的使用性能和安全性。每個單體電池的熱量通過導熱片溫度調(diào)節(jié)裝置均勻的接觸，可以起到均衡的效果，從而增強了電池組的循環(huán)一致性，提高了電池組循環(huán)的壽命。本發(fā)明取得了以下有益效果
1、采用高溫冷卻散熱，低溫加熱保護的概念，有利用電池性能的穩(wěn)定發(fā)揮，提高了電池的安全性和可靠性；
2、相變溫度調(diào)節(jié)的方法可以有效的簡化電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了電池組空冷風道設(shè)計， 液冷流道設(shè)計，節(jié)省了空間尺寸和加工成本；
3、采用導熱片與溫度調(diào)節(jié)裝置進行熱量交換，可以使每個單體電池溫度的一致性良好，可以有效避免溫度不均衡造成電池組性能上的衰減，提高了電池組的循環(huán)壽命和安全性；
4、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，適合大功率大容量放電需求，因此，本發(fā)明可以用作電動車輛和混合電動車輛的電源配套裝置。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，包含電池系統(tǒng)絕熱外殼(1)，設(shè)置在絕熱外殼 (1)內(nèi)的電池組(2)，其特征在于，該電池系統(tǒng)還具有與電池組(2)接觸設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)裝置，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置包含高溫吸熱冷卻裝置(3 )和低溫放熱保溫裝置(4 )。
2.如權(quán)利要求1所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池組(2) 包含若干單體電池(7)，單體電池(7)之間設(shè)置絕緣隔板(13)，每個單體電池(7)上安裝有導熱片(12)，導熱片(12)與溫度調(diào)節(jié)裝置連接。
3.如權(quán)利要求2所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的絕緣隔板 (13)上設(shè)置若干凸臺(16)。
4.如權(quán)利要求2所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，通過若干金屬連接片(8)和緊固螺釘(9)將單體電池(7)相互連接，電池組(2)的外部包覆絕熱層(10)，電池組(2)通過結(jié)構(gòu)件(11)固定設(shè)置在絕熱外殼(1)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)設(shè)置相變材料，還設(shè)置若干導熱絲(14)，溫度調(diào)節(jié)裝置上還設(shè)置若干金屬傳熱片 (15)，該金屬傳熱片(15)與單體電池的導熱片(12)接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的金屬傳熱片的(15)數(shù)量與電池組(2)內(nèi)的單體電池(7)的數(shù)量一致。
7.如權(quán)利要求4所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫吸熱冷卻裝置(3 )中的相變材料為高溫相變材料(5 )，所述的低溫放熱保溫裝置(4 )中的相變材料為低溫相變材料(6)。
8.如權(quán)利要求1所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置通過鉚接，或者插接，或者螺紋連接方式進行安裝拆卸。
9.如權(quán)利要求7所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫相變材料為無機鹽，或有機酸，或多元醇，或聚乙二醇聚乙烯。
10.如權(quán)利要求7所述的具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的低溫相變材料為多元醇。
全文摘要
一種具有溫度調(diào)節(jié)裝置的電池系統(tǒng)，通過改變傳統(tǒng)相變材料填充在電池組內(nèi)部的方式，使用便于拆裝的使用高溫相變材料和低溫相變材料的溫度調(diào)節(jié)裝置，分別針對高溫和低溫工作環(huán)境，提供一種成本低廉，操作維護簡便，有利于提高電池工作性能及安全性、可靠性的溫度調(diào)節(jié)方法。
文檔編號H01M10/50GK102376997SQ20111038089
公開日2012年3月14日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者侯敏, 曹輝, 王東, 趙文鵬 申請人:上海航天電源技術(shù)有限責任公司