具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組制造技術

一種具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組，包括：電池箱體，設置于該箱體內的若干鋰電池單元及智能溫度調節系統；該系統包含：填充在箱體內、所述鋰電池單元之間的相變儲能微膠囊；涂布于所述鋰電池單元表面的導熱涂層；及，插置于所述鋰電池單元之間的若干熱管，每一個熱管的周壁均與相變儲能微膠囊接觸，每一個熱管的兩端分別與電池箱體的上蓋、底板緊密接觸。其將儲熱密度高、化學穩定性好的相變微膠囊與熱管技術整合，不僅能充分發揮相變材料的吸熱性能，且能彌補相變材料導熱系數不高、儲能速率偏低的缺陷，在動力鋰電池組大功率、大電流放電下也能快速響應，控制鋰電池組安全工作在最佳溫度范圍內。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組
本技術屬于動力電池
，具體是一種具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組，其在由鋰電池單元串并聯組成的鋰電池模塊內部充填相變儲能微膠囊，并配置多個熱管構成智能溫度調節系統。
技術介紹
動力鋰電池組能量密度高、環境污染少、組裝簡便、成本低廉，被稱作是電動車的未來“心臟”。然而，鋰離子電池組在實際工作中，充放電過程存在化學反應熱、焦耳熱，特別是大功率大電流放電時，單體電池溫度過高，會導致電池模塊內溫度嚴重不均衡，使得電池模塊因熱失控而過早失效，甚至產生自燃和爆炸等嚴重后果。高性能鋰離子動力電池組需要配備有效的熱管控系統，使之確保適當的電池工作溫度，降低各個電池模塊之間的溫度差異，才能保證電源系統長期安全穩定的工作狀態。 傳統的熱管控系統主要采用強制通風、水冷和自然對流散熱三種，均存在一定應用缺陷:強制通風和水冷屬于主動散熱，此類系統由于需要風機、泵、管線以及其它附件而使結構龐大復雜，此外，風冷會影響鋰電池模塊封裝的密封性，水冷成本過高且需要對應絕緣處理，它們也消耗了電池能量，降低了電池的實際功率密度和能量密度，不適用于電動自行車及其他小型鋰電池動力裝置。自然對流散熱屬于被動散熱，是通過優化電池組結構進行最大效率的空冷，在空氣對流狀況不佳的情況散熱效果非常有限。 新型的鋰電池組熱管控系統采用相變儲能材料(PCM)。相變儲能材料(PCM)具有相變潛熱高(即儲熱能力強)，循環壽命長、綠色環保、價格低廉等優勢，在電池熱管控系統中能夠縮小整個電池組體積，減少運動部件，主動對電池組中的熱量進行智能調控，并且不需要耗費電池額外能量，因此是一類具有廣闊應用前景的熱調節材料。但是，由于相變儲能材料導熱系數不高，儲熱速率偏低，在解決如炎熱的夏季(>35°C )、電池快速大電流放電或高功率工作(加速、爬坡等)的情況時，單一的相變儲能材料熱管控系統仍存在散熱不足、控溫滯后的問題。 目前，在鋰電池內將相變儲能微膠囊、熱管和鋰電池單元結合，實現自體智能調溫的動力鋰電池組未見有關文獻披露。
技術實現思路
本技術旨在提供一種具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組，其在鋰電池內設置相變儲能微膠囊和熱管構成智能溫度調節系統，相變微膠囊填充在鋰電池組模塊內部，小型熱管穿插在相變微膠囊之中，相變材料發揮吸熱作用，熱管進行快速傳熱，從而以被動散熱方式控制鋰電池組處于最佳工作溫度范圍，特別是大功率及大電流放電下，可以有效降低鋰電池組電池單元的最高溫度。 本技術提供的具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組，包括電池箱體，設置于該箱體內的若干鋰電池單元及設置于該箱體內的智能溫度調節系統；該智能溫度調節系統包含:填充在電池箱體內、所述鋰電池單元之間的相變儲能微膠囊；以及，插置于所述鋰電池單元之間的若干熱管，每一個熱管的周壁均與相變儲能微膠囊接觸，每一個熱管的兩端分別與鋰電池組箱體的上蓋、底板緊密接觸。 所述智能溫度調節系統進一步包括涂布于所述鋰電池單元表面的導熱涂層，每一個鋰電池單元通過其表面的導熱涂層與所述相變儲能微膠囊接觸。在電池單元表面涂布加速傳熱的導熱涂層能夠減少熱阻，使得電池散發的熱量及時傳遞給相變儲能微膠囊。 所述具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組裝配方案如下:將涂布了導熱涂層的鋰電池單元按串并聯組成鋰電池組，打開裝配鋰電池組的電池箱體上蓋，將鋰電池組裝入電池箱體內部，固定位置，往電池箱體內部的空隙位置填充相變儲能微膠囊，待相變儲能微膠囊填充完成，插入熱管，使熱管一端與電池箱體的底板接觸，蓋上電池箱體的上蓋，使電池箱體上蓋與熱管另一端接觸，擰緊螺釘固定電池箱體的上蓋，使每一個熱管的兩端分別與電池箱體的上蓋、底板緊密接觸。 其中智能溫度調節系統的工作原理是:當鋰電池單元充放電時溫度升高，熱量通過鋰電池單元表面的導熱涂層及熱管傳遞給相變儲能微膠囊，當內部溫度達到相變儲能微膠囊內相變材料的相變點時，相變材料發生固液相變，吸收大量熱量；當環境溫度低于相變儲能微膠囊內相變材料的相變點時，相變材料放出相變潛熱，調控內部溫度，借助相變材料相變時溫度不變的特性，使鋰電池組內部溫度趨于一致。當鋰電池組工作在大功率及大電流下溫度持續升高，多余熱量還可通過熱管傳遞到電池箱體外殼，借助空氣對流釋放到外部環境。 在所述動力鋰電池組中，所述的電池箱體采用鋁合金材料，上蓋可拆卸，螺釘固定，電池箱體尺寸根據電池單元尺寸可調。電池箱體壁材厚度小于5_，高度大于鋰電池單元高度2-4cm，電池箱體寬度及長度根據鋰電池組串并聯的數目可以調整，具體為寬度大于鋰電池組寬度2-8cm，長度大于鋰電池組長度2-8cm。 均勻涂布于鋰電池單元外殼表面的導熱涂層厚度為0.2-lmm。導熱涂層為加速傳熱的熱界面材料，具體為一種絕緣導熱硅脂，導熱硅脂導熱系數大于0.9ff/m*k,工作溫度為-60?300°C，電壓擊穿強度大于8KV/mm。 所述的相變儲能微膠囊尺度范圍為1-50 μπι?其中相變芯材部分采用相變溫度范圍為20-50°C的相變材料，具體為正十六烷、正十八烷、正二十烷、相變石蠟中的一種或幾種。膠囊殼材采用一種無腐蝕性的絕緣高分子材料，具體為密胺樹脂、脲醛樹脂、酚醛樹脂、聚脲樹脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、明膠、阿拉伯膠、硅玻璃等。 所述的熱管為常溫圓形截面熱管，熱管工作溫度在25_200°C。熱管殼材為銅、鋁、碳鋼中的一種或幾種，工作液為甲醇、水、丙酮中的一種或幾種。熱管外徑為6-10_，屬小型熱管，最大熱阻系數小于0.08°C /W，熱管長度與電池箱體高度一致，保證熱管兩端與電池箱體的上蓋、底板緊密接觸。裝配中，插入熱管的方式可選擇密排插入、錯位插入，插入熱管的數量與插入方式、鋰電池組串并聯數目相關。 本技術動力鋰電池組將儲熱密度高、化學穩定性好且成本較低的相變儲能材料與熱管技術整合，不僅能充分發揮相變材料的吸熱性能，而且能彌補相變材料導熱系數不高、儲能速率偏低的缺陷，在動力鋰電池組大功率、大電流放電下也能快速響應，控制鋰電池組安全工作在最佳溫度范圍內。 現有的相變材料熱管理系統，為解決相變材料從固態到液態的定形問題，多采用隔板、漕道、單獨空間設計，或將相變材料填充在骨架支持材料中，這樣結構復雜，成本高，不利于系統裝配。本技術采用的相變儲能材料使用微膠囊封裝，尺寸為1-50 um，內含相變材料50%以上，這個尺度可防止相變材料泄露，也增加其導熱能力。相變材料的固-液相變過程均在囊殼內發生，液化吸熱時不會產生液體四溢的問題，并且本技術采用的微膠囊絕緣、無腐蝕性，可以直接填充。相變微膠囊工作過程中始終保持定形，在鋰電池箱體內不會發生坍縮、塌陷，形狀穩定。 現有的相變材料熱管理系統，由于相變材料與鋰電池單元無法充分接觸，工作效率低，吸熱和控溫存在滯后現象。本技術相變微膠囊尺寸在微米級，具體尺寸為1-50um,相變微膠囊在電池箱體中以粉末狀填充，比表面積大，能充分吸收熱量，儲熱效率高；同時采用電池單元表面涂覆加速傳熱的熱界面材料來減少熱阻，使得電池散發的熱量及時傳遞給相變微膠囊。 現有的相變材料熱管理系統，對于大功率、大電流下(超額定功率、超正常倍率放電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組，包括電池箱體，設置于該箱體內的若干鋰電池單元，其特征是在該箱體內還設置有智能溫度調節系統；該智能溫度調節系統包含：填充在電池箱體內、所述鋰電池單元之間的相變儲能微膠囊；以及，插置于所述鋰電池單元之間的若干熱管，每一個熱管的周壁均與相變儲能微膠囊接觸，每一個熱管的兩端分別與鋰電池組箱體的上蓋、底板緊密接觸。

【技術特征摘要】
1.一種具有智能溫度調節功能的動力鋰電池組，包括電池箱體，設置于該箱體內的若干鋰電池單元，其特征是在該箱體內還設置有智能溫度調節系統；該智能溫度調節系統包含:填充在電池箱體內、所述鋰電池單元之間的相變儲能微膠囊；以及，插置于所述鋰電池單元之間的若干熱管，每一個熱管的周壁均與相變儲能微膠囊接觸，每一個熱管的兩端分別與鋰電池組箱體的上蓋、底板緊密接觸。2.根據權利要求1所述的動力鋰電池組，其特征是所述溫度調節系統進一步包括涂布于所述鋰電池單元表面的導熱涂層，每一個鋰電池單元通過其表面的導熱涂層與所述相變儲能微膠囊接觸。3.根據權利要求2所述的動力鋰電池組，其特征是，所述導熱涂層的厚度為0.2-1_。4.根據權利要求2或3所述的動力鋰電池組，其特征是，所述導熱涂層是絕緣導熱硅脂層O5.權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋國林，蔡誠，李樹華，唐國翌，楊艷陽，張碩，
申請(專利權)人：清華大學深圳研究生院，
類型：新型
國別省市：廣東;44