專利名稱：一種動力鋰電散熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動力鋰電散熱方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電動汽車是一種高效節(jié)能，同時不污染環(huán)境的先進交通工具，現(xiàn)已成 為全世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走向。與此同時，作為電動汽車心臟的動力電池 組更是電動汽車研究的重點。
動力鋰電(即動力型鋰離子電池或鋰離子電池組)是電動汽車的理想 電源，動力鋰電的高功率和快速充放電是電動汽車發(fā)展之大勢所趨。對于 電池組而言，充放電倍率越高，其溫升也就越快，而溫度對電池有著雙重
影響溫度越高，電池內(nèi)阻越小，相應(yīng)的電池效率也就越高；與此同時， 高溫會加速體系內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)，尤其是可能使電池結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久損壞 的有害反應(yīng)的速率。再者，溫度不均勻時，部分處于高溫條件下的電池極 片也容易受損，容易導(dǎo)致電池過充，嚴(yán)重影響電池(組)性能及其使用壽 命。表現(xiàn)為可充入的電量越來越少，發(fā)熱也更加嚴(yán)重。熱量得不到有效的 傳遞或散發(fā)時，極易導(dǎo)致電池組的電化學(xué)性能下降及單只落后現(xiàn)象的發(fā) 生，嚴(yán)重時還會引發(fā)電池軟鼓、起火、爆炸等安全事故。
目前在系統(tǒng)散熱方面，大多釆取安裝風(fēng)扇等裝置將系統(tǒng)工作時所產(chǎn)生 的熱量排出。而系統(tǒng)內(nèi)部空氣流的走向?qū)︼L(fēng)扇安裝方式要求較嚴(yán)，再者風(fēng) 扇的功率及其排風(fēng)量等，均會受到系統(tǒng)及其內(nèi)部模塊的結(jié)構(gòu)限制。另外， 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索，CN 101047274A中提出了一種釆用集熱板、散熱 板和泵的散熱裝置；CN 101027814A中提出了一種用與電池組的冷卻系統(tǒng)， 具有通過以恒定流動速度向電池芯供應(yīng)制冷劑而發(fā)散電池芯產(chǎn)生熱量的 效果。但以上方案對電池溫升特別是大電流充放時的溫升降低的效果不明 顯，散熱能力有限。同時，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，裝配維護也不方便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有動力鋰電系統(tǒng)散熱方面存在的 效果差、成本高、維護不方便的缺陷，提供一種散熱效果好、實施成本低、 操作維護方便，有利于提高電池工作性能和可靠性的動力鋰電散熱方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在鋰離子電池內(nèi)部，即鋰離子電池系統(tǒng)或者模 塊內(nèi)部的空隙處填充相變材料，所述相變材料為石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料、 GMB/石墨復(fù)合材料中的一種或兩種，上述GMB是指硬脂酸單甘油酯。
進一步的方案是對于由單體組成的電池模塊，在單體之間填充石蠟 /(Al/C)復(fù)合材料，對于由模塊組合而成的電池組(系統(tǒng))，先在單體之 間填充石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料，再在模塊之間填充GMB/石墨復(fù)合材料； 所述石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料的組分和含量百分比(重量)為石蠟75%~ 100%、 Al/C復(fù)合料(r/。 25。/。，相變點為15。C ~ 55°C,其中A1/C復(fù)合料為純 度為99y。的Al粉和純度為98"/。的石墨粉依質(zhì)量比97. 3: 2.7的比例混制而成； 所述石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料的制作方法是先將石蠟加熱熔化，再在高速 攪拌狀態(tài)下加入A1/C復(fù)合料，繼續(xù)攪拌10-30min,石蠟主要由直鏈烷烴 混合而成， 一般說來，其熔點和熔解熱隨碳鏈的增長而增大；所述GMB/ 石墨復(fù)合材料的組分和含量百分比(重量)為GMB60°/ -80%,石墨20% ~ 40%,相變點為55。C ~65°C;所述GMB/石墨復(fù)合材料的制作方法是先將GMB 加熱熔化，再在高速攪拌狀態(tài)下加入石墨，繼續(xù)攪拌30 60min。
本發(fā)明釆用填充相變材料的方法對電池(組)進行散熱，相變材料的 相變點隨其組分和含量的不同而不同。當(dāng)電池溫度達到相變點溫度時，相 變材料發(fā)生相變而吸熱，從而使電池散熱以控制溫升。針對不同容量和規(guī) 格的電池，按下式計算出使電池保持在特定工作溫度范圍內(nèi)所需要的PCM
\叩，入,, 引，n w正.(i>00 = "」、/V W ( 1 )
、』加—70 J + A加"ffl
式中，C.,一"為電池放出的熱量，/; A柳為PCM的質(zhì)量，Cp為PCM的比熱容，、vT; 7>吣幾分別為PCM的熔點溫度及其初始溫度， j^&為PCM的相變潛熱，//化。
本發(fā)明所用相變材料制作工藝簡單，向電池模塊(或系統(tǒng))內(nèi)部填 充相變材料操作、維護方便，不需要專用散熱裝置，生產(chǎn)成本低。試驗 表明，釆用本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的釆用冷卻裝置的電池散熱方式相比， 能降低電池溫升達2(TC以上，并可使電池模塊(或系統(tǒng))內(nèi)部溫度趨向 均勻，整體散熱效果顯著，可在較大程度上避免事故、提高了電池工作 的可靠性。同時，因相變材料儲存熱量，可減少能耗，有利于電池在環(huán) 境溫度較低時保持正常工作。另外，在電池內(nèi)部填充相變材料也有利于 提高模塊(或系統(tǒng))的抗震性及其穩(wěn)定性。
圖l是單體之間填充相變材料的電池模塊示意圖2是單體之間及模塊之間均填充相變材料的電池組示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。 例一
1、 選取3只3. 2n(M力鋰離子電池單體，相互并聯(lián)后組成3.2F30^力電池 模塊A，同法制成電池模塊B;
2、 稱取質(zhì)量比為78: 22的正二十七碳石蠟材料及A1/C復(fù)合料，先將 石蠟加熱熔化，再在880rpm的高速攪拌狀態(tài)下加入Al/C復(fù)合料，繼續(xù)攪拌 20niin，制得相變點為石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料，其相變點為4"C;
3、 依據(jù)試驗測試及仿真數(shù)據(jù)可得電池模塊A進行3C放電前后放出的熱
量(^,由",，根據(jù)前述公式(1)計算出石蠟/ (Ai/C)復(fù)合材料的質(zhì)量仏柳， 并按此質(zhì)量將石蠟/(Al/C)復(fù)合材料填充到電池模塊A的單體之間的空隙 處，參見圖l，其中l(wèi)為鋰離子電池單體，2為石蠟/ (Ai/C)復(fù)合材料；
4、 對電池模塊A進行3C放電，測得放電前和放電結(jié)束時的瞬時溫度分 別為28. 7€ 、 47 。C ,即電池溫升為18. 3匸(溫度測量點在電池負(fù)極極耳處);
5、 對電池模塊B進行風(fēng)冷散熱，測得3c放電前后溫度分別為^.rc、
69. (TC,即溫升為35.8。C;
6、 比較兩種散熱方法，可知電池模塊A比電池模塊B降低溫升17.5'C。本例中，將相變材料中石蠟與A1/C的質(zhì)量百分比改為100: 0,相變點 為55.(TC,測得放電前后電池溫升為25. (TC;若將相變材料中石蠟改為正 十五碳石蠟、比例不變，相變點為15。C,則該材料可在遭遇低溫環(huán)境時通 過釋放自身所儲存的相變熱使電池所處溫度提高約12. 5 °C 。
例二
按照例一的表述，不同的是將相變材料改為GMB/石墨復(fù)合材料，其中 GMB與石墨的質(zhì)量比為65: 35，相變點為62. 1°C ，制作時先將GMB加熱熔化， 再在850rpm的高速攪拌狀態(tài)下加入石墨，繼續(xù)攪拌45min。本例中測得電 池模塊A進行3C放電前后瞬時溫度為30. 7°C、 57. 2°C,溫升為26. 5°C,比 電池模塊B降低溫升9. 3°C ( 35. 8-26. 5=9. 3 )。
本例中，將相變材料中GMB與石墨的質(zhì)量百分比改為60: 40,相變點 為55'C，測得放電前后電池溫升為24. 7'C;將GMB與石墨的質(zhì)量百分比改 為80: 20，相變點為65'C,測得放電前后電池溫升為32°C 。
例三
選取24只3.2Kl(U力鋰離子電池單體，釆用"三并八串"的模式構(gòu)成 25.6F3(U力電池組，參照例一的方法，將例一中所述的石蠟/ (Al/C)復(fù)合 材料(質(zhì)量比83: 17)填充到電池單體之間，將例二中所述GMB/石墨復(fù)合 材料(質(zhì)量比60: 40 )填充到電池模塊之間，參見圖2，其中l(wèi)為單體，2 為石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料，3為電池模塊，4為GMB/石墨復(fù)合材料。在電 池進行12C大電流放電時，當(dāng)溫度達到石蠟/(Al/C)復(fù)合材料的相變點時，
該相變材料吸收單體放出的熱量，自身發(fā)生相變直至完全轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌啵?相變過程發(fā)生完全后，溫度繼續(xù)升高，達到GMB/石墨復(fù)合材料的相變點時，
該相變材料發(fā)生相變、吸熱，前一相變材料溫度降低且與后一相變材料及 電池模塊之間同時發(fā)生熱傳遞，當(dāng)溫度降低到前一相變材料的相變點時， 溫度保持不變，但相變材料繼續(xù)吸熱使得電池內(nèi)部溫度降低。
本例中，兩種相變材料的相變點分別為5(TC、 55°C,對電池進行 12C放電，測得放電前后瞬時溫度分別為30. 1°C、 47.5°C，而風(fēng)冷散熱 條件下的同樣電池組12C放電前后溫度分別為34°C、75.2°C,比較可知， 釆用相變材料散熱的電池組比風(fēng)冷散熱電池組溫升降低23.8°C。
權(quán)利要求
1、一種動力鋰電散熱方法，其特征是在鋰離子電池內(nèi)部空隙處填充相變材料，所述相變材料為石蠟/(Al/C)復(fù)合材料、GMB/石墨復(fù)合材料中的一種或者兩種，上述GMB是指硬脂酸單甘油酯。
2、 按權(quán)利要求1所述動力鋰電散熱方法，其特征是對于由單體組成 的模塊單獨構(gòu)成的電池，在單體之間填充石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料，對于 由模塊組合而成的電池組，先在單體之間填充石蠟/ (Al/C)復(fù)合材料， 再在模塊之間填充GMB/石墨復(fù)合材料。
3、 按權(quán)利要求1所述動力鋰電散熱方法，其特征是所述石蠟/(Al/C) 復(fù)合材料的組分和含量百分比(重量)為石蠟75%~100%、 Al/C復(fù)合 材料0%~25%,相變點為15°C 55°C， Al/C復(fù)合料中Al與C的質(zhì)量百 分比分別為97. 3%、 2. 7%。
4、 按權(quán)利要求3所述動力鋰電散熱方法，其特征是所述石蠟/(Al/C) 復(fù)合材料的制作方法是先將石蠟加熱熔化，再在高速攪拌狀態(tài)下加入 Al/C復(fù)合料，繼續(xù)攪拌10-30min。
5、 按權(quán)利要求1所述動力鋰電散熱方法，其特征是所述GMB/石墨 復(fù)合材料的組分和含量百分比(重量)為GMB 60%~80°/ ,石墨20%~40%, 相變點為55°C ~65°C。
6、 按權(quán)利要求5所述動力鋰電散熱方法，其特征是所述GMB/石墨 復(fù)合材料的制作方法是先將GMB加熱熔化，再在高速攪拌狀態(tài)下加入石 墨，繼續(xù)攪拌30~ 60min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動力鋰電散熱方法，屬于鋰離子電池溫度控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法是在鋰電池內(nèi)部空隙處填充相變材料，所述相變材料為石蠟/(Al/C)復(fù)合材料、GMB/石墨復(fù)合材料中的一種或兩種。所述石蠟/(Al/C)復(fù)合材料中石蠟和Al/C復(fù)合料的重量百分比分別為75％～100％、0％～25％，相變點為15℃～55℃，所述GMB/石墨復(fù)合材料中GMB和石墨的重量百分比分別為60％～80％、20％～40％，相變點為55℃～65℃。本發(fā)明的方法操作和維護方便，成本低，用于高功率和快速充放電的動力鋰電的散熱，效果顯著，能提高電池工作性能和可靠性。試驗表明，采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有電池風(fēng)冷等散熱方式相比，降低電池溫升20℃以上，應(yīng)用前景廣。
文檔編號H01M10/50GK101635382SQ20091018458
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者丁同臣, 佘沛亮, 段和勛, 謙 許, 陳冰花 申請人:南京雙登科技發(fā)展研究院有限公司