一種具有溫控功能的鋰離子電池系統的製作方法

2023-09-20 15:48:00 1

本實用新型涉及車身結構領域，尤其是涉及一種具有溫控功能的鋰離子電池系統。

背景技術：

隨著經濟的發展，汽車已成為人們出行不可或缺的交通工具。傳統汽車的發展造成一些問題，如汽車排放對環境造成汙染，石油資源大量消耗等。相比於傳統汽車，純電動汽車沒有排放，又不消耗石油，是未來長期發展的方向。電池系統是電動汽車的核心部件，電池系統是由較多單體電芯串聯或並聯而成。

由於電動汽車行駛工況複雜，電池使用過程中產生較多熱量，使電池內部溫度急劇升高，如果熱量不能及時釋放或被吸收，電池的不一致性被拉大，電池的使用壽命會急劇降低，甚至造成安全隱患。同時電動汽車具有經常進行加速和減速運動的特性，在不同的區域行駛，行駛工況複雜，環境溫度差異大，電池溫度過低，會導致電解液活性下降，內阻增加，電池無法使用；電池溫度過高，會導致鋰離子電池性能下降，電池循環壽命降低，且熱失控概率提升。因此對鋰電池實施熱管理非常必要。同時從滿足客戶體驗度、提高電池單體能量密度、快速充電、高倍率放電、提高防水等級等要求而言，鋰電池熱問題不可避免且將越發嚴重。

現有的解決鋰電池熱問題的主要是通過汽車BMS系統對鋰電池溫度進行監控，並在溫度超過閾值時進行報警並停止鋰電池的工作，這種方法需要BMS系統進行大量的計算，成本高且實現複雜。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述問題提供一種具有溫控功能的鋰離子電池系統。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種具有溫控功能的鋰離子電池系統，包括殼體、電池內芯和相變材料層，所述電池內芯封裝於殼體內，所述相變材料填充於殼體內，與電池內芯的表面接觸，所述相變材料層為由帶結晶水的硝酸鈉、石蠟、白炭黑、聚丙烯醯胺凝膠和三甲醇丙烷組成的相變材料層，所述殼體包括一端開口的金屬盒和上蓋，所述上蓋設有卡扣，所述金屬盒設有凸臺，所述上蓋與金屬盒通過卡扣和凸臺連接。

所述上蓋還設有防爆閥。

所述金屬盒為鋁合金金屬盒。

所述上蓋還設有用於通過電池內芯的極耳穿孔。

所述上蓋為塑料上蓋，所述塑料上蓋為由聚丙烯、ABS塑料和碳纖維組成的塑料上蓋。

所述電池內芯包括鋰離子電池單體或鋰離子電池並聯內芯。

所述鋰離子電池並聯內芯包括至少2塊鋰離子電池單體和導熱矽膠，所述鋰離子電池單體相互並聯，所述鋰離子電池單體之間通過導熱矽膠貼合。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

(1)採用由帶結晶水的硝酸鈉、石蠟、白炭黑、聚丙烯醯胺凝膠和三甲醇丙烷組成的相變材料層來填充殼體內部，由於該相變材料層中添加了白炭黑，因此使得相變材料層呈固體狀態，不易發生洩漏，通過相變材料層可以延長電池的使用壽命、且使得電池溫度分布均勻、效率高且降溫效果好，同時該相變材料層具有阻燃和高彈性，因此還可以對電池形成抗撞擊保護，阻隔單個電池熱失控對整個電池系統的影響且形成安全邊界。

(2)殼體包括一端開口的金屬盒和上蓋，二者之間通過卡扣和凸臺連接，這種密封方式一方面可以保證密封嚴密，同時也便於拆裝，便於相變材料的填充和電池的檢查。

(3)上蓋還設有防爆閥，防止在溫度超過相變材料調控範圍的時候電池溫度過高而發生的保障，提升了電池系統的安全性能。

(4)金屬盒為鋁合金金屬盒，導熱性能較好，便於電池系統向外界散熱。

(5)上蓋還設有用於通過電池內芯的極耳穿孔，無需打開上蓋即可實現電池兩極與外界連接供電，設計方便，增強了使用的便捷性。

(6)上蓋為包括聚丙烯、ABS塑料盒碳纖維構成的塑料上蓋，質量輕、強度高且穩定性好，既減輕了殼體的重量也保證了殼體的堅固。

(7)電池內芯可以根據實際需求選擇為鋰離子電池單體或並聯的鋰離子電池內芯，實用性能強，選擇靈活。

(8)並聯的鋰離子電池之間通過導熱矽膠貼合，便於各個鋰離子電池單體之間進行熱交換，因而使得整個電池系統受熱均勻，電池的溫度一致性較好，避免了單個電池溫度過高而發生安全事故。

(9)整個電池系統的各個部分均容易加工，且價格便宜，大大節省了電池系統的製造成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為金屬盒示意圖；

圖3為上蓋示意圖；

圖4為鋰離子電池單體示意圖；

圖5為具有溫控功能的鋰離子電池系統和傳統鋰離子電池系統的溫度變化曲線圖；

其中，1為卡扣，2為極耳穿孔，3為防爆閥。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。

如圖1所示為本實施例中提供的一種具有溫控功能的鋰離子電池系統，包括殼體、電池內芯和相變材料層，電池內芯封裝於殼體內，相變材料填充於殼體內，與電池內芯的表面接觸，相變材料層為由帶結晶水的硝酸鈉、石蠟、白炭黑、聚丙烯醯胺凝膠和三甲醇丙烷組成的相變材料層，其中帶結晶水的硝酸鈉佔比20％，石蠟佔比30％，白炭黑佔比10％，聚丙醯胺凝膠佔比5％，三甲醇丙烷佔比35％，該相變材料層具有密封、絕緣、抗震和阻燃的特性，且該相變材料層形狀可變，呈現不流動的粘稠狀態。

其中，殼體包括一端開口的金屬盒和上蓋，上蓋設有卡扣1，金屬盒設有凸臺，上蓋與金屬盒通過卡扣1和凸臺連接。上蓋還設有防爆閥3。金屬盒為鋁合金金屬盒。上蓋還設有用於通過電池內芯的極耳穿孔2。上蓋為塑料上蓋，塑料包括聚丙烯、ABS塑料和碳纖維。電池內芯包括鋰離子電池單體或鋰離子電池並聯內芯。鋰離子電池並聯內芯包括至少2塊鋰離子電池單體和導熱矽膠，鋰離子電池單體相互並聯，鋰離子電池單體之間通過導熱矽膠貼合。

該電池系統的各個部分的示意圖如圖2～4所示，從圖中可以看出，上蓋和金屬盒通過自身的卡扣1和凸臺連接。相變材料通過金屬盒的開口加入金屬盒中。相變材料和電池內芯直接接觸。該電池系統在組裝時，電池內芯以單體或並聯層疊的方式平放，鋰離子電池單體之間用導熱矽膠貼合，組成一個並聯電池系統；將鋰離子電池單體或鋰離子電池並聯內芯裝入金屬盒內部，兩個極耳朝向外部。把相變材料層加熱到相變溫度以上，使其呈現半流動狀，相變材料層被填敷在金屬盒內，與電池內芯表面緊密接觸；最後把上蓋蓋在金屬盒開口上面，極耳穿過上蓋中的極耳穿孔2，上蓋通過本身的卡扣1與金屬盒連接，即完成電池系統的組裝。

按照上述方法製成具有溫控功能的鋰離子電池系統，並與相似的無相變材料層填充的鋰離子電池系統進行對比實驗測試，從而檢測該具有溫控功能的鋰離子電池系統的性能，具體過程如下：首先將溫度探測頭置於電池內芯中間中央位置和電池模塊金屬盒外部；繼而對上述兩個系統進行充放電(1C充3C放)，記錄放電及放電結束後擱置狀態溫度變化，結果如下表和圖5所示：

表1有無相變材料對電池系統穩定的影響

從表1和圖5可以明顯看出，在電池內芯內填充相變材料層，可降低其內部溫度，添加相變材料層後，熱量儲存在相變材料層中，模塊殼體溫升不明顯，可避免電池大電流工作時系統內部溫度過快上升，實現電池在最佳環境中工作。