一種動力鋰電池溫度控制裝置的製作方法

2023-05-06 03:20:26

專利名稱：一種動力鋰電池溫度控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於鋰電池技術領域，特別涉及一種動力鋰電池溫度控制裝置。
背景技術：
鋰電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正、負極構成的 二次電池。鋰電池的正極材料通常由鋰的活性化合物組成，常見的正極材料主要成分為鈷 酸鋰、錳酸鋰、三元鎳鈷材料和磷酸鐵鋰，負極則是特殊分子結構的碳。鋰電池一般包括正 極、負極、電解質、隔膜、正極引線、負極引線和電池殼等部分。由於鋰電池使用了膠體電解 質，不會發生電液洩露，裝配容易，使整體電池很輕、很薄。另外，上述鋰電池不會發生漏液 與燃燒爆炸等安全事故，因此可以用鋁塑複合薄膜製造電池外殼，從而提高整個電池的比 容量，這就是一般所述的軟包裝鋰電池。目前，鋰電池的單體工作電壓為2.0 4. 25V，動力型鋰電池的容量為10 IOOAh0使用中，要滿足電動車高電壓、大電流的負載用電要求，必須由多個單體電池串並聯 使用。這樣不但使電池的內阻、容量和端電壓難於均衡，而且充放電保護線路的技術難度增 加，成本提高。例如一輛行駛160 260km的純電動轎車，直流輸入電壓為310V，如果使 用磷酸鐵鋰電池(3. 2V，90Ah)就需要96個單體串聯，才能滿足供電要求；一輛車身為12米 的電動客車，若工作電壓為388V就需要108個單體(3. 6V的錳酸鋰或三元鋰電池)串聯起 來供電。串聯起來的電池容量越大，其充放電保護線路的製作難度越高，且安全性也很難徹 底解決。另外，電動轎車鋰電池的使用環境溫度在-20 +55°C。就單只電芯而言，其0°C 時的容量保持率約為60 70%，-10°C時的容量保持率約為40 55%，-20°C時的容量保 持率約為20 40%。鋰電池的低溫使用環境下的極限低溫可能低至-40°C以下，在這樣的 低溫條件下，電化學反應速度下降，電池輸出的電流和電壓都會下降，放電容量也會大幅下 降，這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。相反，在高溫使用環境下的極限溫 度可達50°C，甚至高達60°C左右，即使磷酸鐵鋰電池的高溫性能較好，其放電容量也會大 幅下降。因此，控制鋰電池的工作環境溫度至關重要，成為鋰電池的主要攻堅方向。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠有效保證鋰電池具有適宜的使用環境溫度的動力 鋰電池溫度控制裝置。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種動力鋰電池溫度控制裝置，包括溫控 電池盒，所述溫控電池盒與高、低溫液體源由管道連通形成循環迴路，在循環迴路上設有循 環泵，循環泵與溫控電池盒之間連接有溫度傳感器和控制單元。所述溫控電池盒包括上端開口的外殼，外殼的開口處設有蓋板，蓋板上部設有正 極柱和負極柱及檢測線端子，檢測線端子與蓋板下側的溫度傳感器相連；蓋板下部設有與 正極柱和負極柱相連的極耳連接件；外殼上設有多個液體流通孔，液體流通孔的兩端分別 與液體輸入管道和液體輸出管道相通。
所述液體流通孔設在外殼的兩側端面上且垂直於蓋板所在平面，液體輸入管道和 液體輸出管道上設有相連通的連接頭，連接頭封堵在液體流通孔的上端和下端；所述液體 流通孔、液體輸入管道和液體輸出管道的內壁上沿長度方向設有圓弧狀凸起。所述外殼底部可拆卸設置有底座，底座兩側設有圓弧狀凹槽，凹槽與兩側的液體 輸入管道或/和液體輸出管道卡接。所述高、低溫液體源包括帶有進液口和出液口的溫控液體盒，溫控液體盒上方設 有散熱體，溫控液體盒與散熱體之間設有金屬板，金屬板與溫控液體盒和散熱體之間分別 設有半導體溫差模塊，半導體溫差模塊聯接後與直流電源電連接。所述溫控液體盒和散熱體內部設有散熱筋，散熱體一端設有散熱風扇。所述半導體溫差模塊與直流電源之間電連接設置有雙刀雙擲開關。所述金屬板與溫控液體盒之間的半導體溫差模塊和金屬板與散熱體之間的半導 體溫差模塊的熱面或冷麵朝向一致。所述溫控液體盒外表面設有絕熱膜。所述控制單元為PLC可編程邏輯控制器，其與雙刀雙擲開關控制連接。與現有技術相比，本發明的優點是1、溫控電池盒與高、低溫液體源由管道連通形成循環迴路，在循環迴路上設有循環 泵，循環泵與溫控電池盒之間連接有溫度傳感器和控制單元，通過溫度傳感器實時檢測和控 制單元及時調控，為鋰電池創造適宜的工作環境溫度，提高電化學反應速度，保證鋰電池的輸 出電流、輸出電壓和放電容量，以使鋰電池發揮最優的性能，滿足動力電源的使用要求。2、在外殼上設有多個液體流通孔，在液體流通孔內通入熱水或者冷水，以提高電 池外殼的溫度或者散熱性能，可將鋰電池的溫度控制在20 45°C，有利於電化學反應的正 常進行，提高鋰電池使用的穩定性；該電池盒設計科學，結構簡單、合理，適用於各種軟包裝 鋰電池的包裝，可以使軟包裝鋰電池單體容量自幾安時至數百安時自由組裝，有利於提高 單體鋰電池的質量比能量，組裝、裝卸和運輸方便，消除各種安全隱患，安全可靠。3、在蓋板上設有檢測線端子，便於實時監測鋰電池的工作溫度，以便及時調控鋰 電池的工作溫度。5、在液體流通孔、液體輸入管道和液體輸出管道的內壁上設有圓弧狀凸起，即進 行增大熱交換面積的處理，提高吸熱或者散熱性能，保證電池使用性能。6、金屬板與溫控液體盒和散熱體之間分別設有半導體溫差模塊，半導體溫差模塊 與直流電源之間電連接設置有雙刀雙擲開關，通過改變雙刀雙擲開關的擲向，來改變半導 體溫差模塊與直流電源的連接極性，從而使溫控液體盒內的液體變換成高溫液體或低溫液 體，有效保證鋰電池具有適宜的使用環境溫度。7、在溫控液體盒和散熱體內部設有散熱筋，增大熱交換面積，大大提高了吸熱或 散熱性能；在溫控液體盒的外表面設有絕熱膜，有效減少溫控液體盒內部熱量散失，節約電 能。8、在散熱體的一端設有散熱風扇，提高散熱體的冷卻速度。


圖1為本發明的結構示意4
圖2為圖1中溫控電池盒的結構示意圖；圖3為圖2中外殼的結構示意圖；圖4為圖2中液體輸入管道或液體輸出管道的結構示意圖；圖5為圖2中液體流通孔或液體輸入管道或液體輸出管道內壁的結構示意圖。圖6為圖1中高、低溫液體源的主視結構示意圖；圖7為圖6的俯視結構示意圖；圖8為圖6的左視結構示意圖；圖9為高、低溫液體源的立體結構示意圖；圖10為高、低溫液體源的電路示意圖。
具體實施例方式如圖1所示的動力鋰電池溫度控制裝置，其包括溫控電池盒和高、低溫液體源，溫 控電池盒與高、低溫液體源由管道連通形成循環迴路，在循環迴路上設有循環泵，在循環泵 與溫控電池盒之間連接有溫度傳感器，在高、低溫液體源和溫控電池盒之間連接有控制單 元。上述控制單元為PLC可編程邏輯控制器。如圖2所示的鋰電池溫控電池盒，其包括上端開口的外殼1，在外殼底部設有可拆 卸的底座16，外殼1上部開口處設有蓋板2，在蓋板2上設有正極柱3和負極柱4。在外殼 1內部縱向設有多塊隔板14，隔板14將外殼1的內部均勻分隔為多個獨立區域，在各個獨 立區域內設有多塊電芯5，多塊電芯5並排設置。電芯5上部的正極耳12和負極耳13由 「工」字型的極耳連接件6連接，以備與正極柱3和負極柱4連接，正極柱3和負極柱4分別 通過蓋板2上的沉孔與蓋板2下部的極耳連接件6相連；連接體7、連接體8和連接體9將 相鄰的電池組串聯在一起。為了便於鋰電池的性能檢測，在蓋板2上設有檢測線端子17，檢 測線端子17的下端通過導線分別與極耳連接件6、連接體7、連接體8和連接體9相連。其 中，檢測線端子17的材質為黃銅鍍鉻，且其橫截面積為0. 5-1. 0平方毫米。如圖3、圖4和圖5所示，在外殼1上設有多個液體流通孔15，液體流通孔15設在 外殼1的兩側端面上，且垂直於蓋板2所在平面，在液體流通孔15的兩端分別設有與之相 通的液體輸入管道10和液體輸出管道11。液體輸入管道10和液體輸出管道11上設有與 液體流通孔15數目相同的連接頭18，連接頭18與液體輸入管道10和液體輸出管道11相 連通，所述連接頭18封堵在液體流通孔15內。在底座16兩側設有圓弧狀凹槽，凹槽與兩 側的液體輸入管道10或/和液體輸出管道11卡接，底座16可沿液體輸入管道10和液體 輸出管道11的長度方向推拉滑動。在液體流通孔15、液體輸入管道10和液體輸出管道11 的內壁上設有圓弧狀凸起19，即進行增大熱交換面積的處理，提高吸熱或者散熱性能，保證 電池使用性能。外殼1的高、寬比例為(190士5) (135士 1.5)，適合整備質量為860kg…1400kg 的乘用車，安放在前後座位下，不需要提升座位高度，整車的最小離地間隙仍可達到 ^ 150mm。外殼1為高壓鑄鋁合金件或者冷拔鋁合金件。蓋板2的材質為VOO尼龍66塑膠 料，阻燃VOO級，並符合BOHS指令要求。正極柱3和負極柱4的材質為黃銅鍍鉻。液體輸 入管道10和液體輸出管道11可以為金屬材料，或者為VOO尼龍66塑膠料，阻燃VOO級，並 符合BOHS指令要求。
如圖6、圖7、圖8和圖9所示的高、低溫液體源，其包括溫控液體盒21，在溫控液體 盒21兩端可拆卸端蓋上分別設有進液口 22和出液口 23的。在溫控液體盒21的上方設有 散熱體24，溫控液體盒21與散熱體24之間設有金屬板25，在金屬板25與溫控液體盒21 和散熱體24之間分別設有半導體溫差模塊26，金屬板25上面和下面的半導體溫差模塊數 目分別為兩塊和四塊。半導體溫差模塊26通過導熱矽脂均勻粘貼在金屬板25上面和溫控 液體盒21上面，且金屬板25與溫控液體盒21之間和金屬板25與散熱體24之間的半導體 溫差模塊26的熱面或冷麵朝向一致。如圖10所示，半導體溫差模塊26串聯後與直流電源 27電連接，在半導體溫差模塊26與直流電源27之間電連接設置有雙刀雙擲開關28。為提 高吸熱或散熱性能，在溫控液體盒21和散熱體24內部設有散熱筋29，為了進一步提高吸熱 或散熱性能，還可以在散熱筋29、溫控液體盒21和散熱體24的內壁上沿長度方向設有圓 弧狀凸起，增大熱交換面積，提高吸熱或散熱性能。在散熱體24的一端設有散熱風扇30， 用於散熱體24的冷卻降溫。在溫控液體盒21的外表面設有絕熱膜31，減少溫控液體盒21 內部熱量散失。散熱體24為盒式散熱體。高、低溫液體源的工作原理為當半導體溫差模塊26通電時發生放熱或吸熱現 象，通過改變雙刀雙擲開關28的擲向，來改變半導體溫差模塊26連接直流電源27的兩極 極性，溫控液體盒21內的液體就會變換成高溫液體或低溫液體。溫控液體盒21和散熱體24均為高壓鑄鋁合金件或者冷拔鋁合金件。半導體溫差 模塊26的型號為TEC1-12708，直流電源27的電壓為72V。若半導體溫差模塊26並聯後連 接在直流電源上，則直流電源的電壓為12V。在高、低溫液體源的金屬板25上面和下面的半導體溫差模塊數目也可以分別為 四塊和十塊或者八塊和二十塊。循環泵與溫控電池盒之間的溫度傳感器與檢測線端子17相連，實時檢測溫控電 池盒的工作溫度，並向控制單元即PLC可編程邏輯控制器傳輸信號。控制單元即PLC可編程邏輯控制器與高、低溫液體源的雙刀雙擲開關28控制連 接。當溫度傳感器將其從檢測線端子17檢測到的溫控電池盒工作溫度信號傳輸給PLC可編 程邏輯控制器，若溫控電池盒工作溫度過高，PLC可編程邏輯控制器控制雙刀雙擲開關28 改變擲向，從而改變半導體溫差模塊26連接直流電源27的兩極極性，使溫控液體盒21內 產生低溫液體，低溫液體經循環泵進入溫控電池盒，即在液體輸入管道10、液體流通孔15 和液體輸出管道11之間形成冷卻水迴路，以降低溫控電池盒的工作溫度，為溫控電池盒創 造適宜的工作環境，以發揮鋰電池的最優性能。相反，當溫度傳感器傳輸給PLC可編程邏輯 控制器的溫度信號顯示溫控電池盒工作溫度過低，則說明外界環境溫度過低或者溫控液體 盒21內持續產生的低溫液體過多、時間過長，此時，PLC可編程邏輯控制器控制雙刀雙擲開 關28改變擲向，使溫控液體盒21產生高溫液體，高溫液體經循環泵進入溫控電池盒，即在 液體輸入管道10、液體流通孔15和液體輸出管道11之間形成高溫水迴路，以提升溫控電池 盒的工作溫度，為鋰電池發揮最優的性能創造適宜的工作環境。
權利要求
一種動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於包括溫控電池盒，所述溫控電池盒與高、低溫液體源由管道連通形成循環迴路，在循環迴路上設有循環泵，循環泵與溫控電池盒之間連接有溫度傳感器和控制單元。
2.如權利要求1所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述溫控電池盒包括 上端開口的外殼，外殼的開口處設有蓋板，蓋板上部設有正極柱和負極柱及檢測線端子，檢 測線端子與蓋板下側的溫度傳感器相連；蓋板下部設有與正極柱和負極柱相連的極耳連接 件；外殼上設有多個液體流通孔，液體流通孔的兩端分別與液體輸入管道和液體輸出管道 相通。
3.如權利要求2所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述液體流通孔設在 外殼的兩側端面上且垂直於蓋板所在平面，液體輸入管道和液體輸出管道上設有相連通的 連接頭，連接頭封堵在液體流通孔的上端和下端；所述液體流通孔、液體輸入管道和液體輸 出管道的內壁上沿長度方向設有圓弧狀凸起。
4.如權利要求3所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述外殼底部可拆卸 設置有底座，底座兩側設有圓弧狀凹槽，凹槽與兩側的液體輸入管道或/和液體輸出管道 卡接。
5.如權利要求1所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述高、低溫液體源包 括帶有進液口和出液口的溫控液體盒，溫控液體盒上方設有散熱體，溫控液體盒與散熱體 之間設有金屬板，金屬板與溫控液體盒和散熱體之間分別設有半導體溫差模塊，半導體溫 差模塊聯接後與直流電源電連接。
6.如權利要求5所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述溫控液體盒和散 熱體內部設有散熱筋，散熱體一端設有散熱風扇。
7.如權利要求6所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述半導體溫差模塊 與直流電源之間電連接設置有雙刀雙擲開關。
8.如權利要求7所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述金屬板與溫控液 體盒之間的半導體溫差模塊和金屬板與散熱體之間的半導體溫差模塊的熱面或冷麵朝向 一致。
9.如權利要求8所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述溫控液體盒外表 面設有絕熱膜。
10.如權利要求9所述的動力鋰電池溫度控制裝置，其特徵在於所述控制單元為PLC 可編程邏輯控制器，其與雙刀雙擲開關控制連接。
全文摘要
本發明公開了一種動力鋰電池溫度控制裝置，包括溫控電池盒，所述溫控電池盒與高、低溫液體源由管道連通形成循環迴路，在循環迴路上設有循環泵，循環泵與溫控電池盒之間連接有溫度傳感器和控制單元。溫控電池盒與高、低溫液體源由管道連通形成循環迴路，在循環迴路上設有循環泵，循環泵與溫控電池盒之間連接有溫度傳感器和控制單元，通過溫度傳感器實時檢測和控制單元及時調控，為鋰電池創造適宜的工作環境溫度，提高電化學反應速度，保證鋰電池的輸出電流、輸出電壓和放電容量，以使鋰電池發揮最優的性能，滿足動力電源的使用要求。
文檔編號H01M10/50GK101894987SQ20101022615
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優先權日2010年7月14日
發明者李久學, 李立, 李輝 申請人:李輝;李立