一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板技术方案

本发明专利技术公开了一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，包括导热壳、相变材料及隔离板。至少有两块电池单体，复合板紧密安装在电池之间的空隙中，复合板与单体电池交替配置。导热壳能将单体电池产生的热量转移到相变材料和环境中，提高电池组的散热能力；填充的相变材料能吸收大量热量，有效保证电池在正常温度范围之内工作，并极大地提高了电池组温度的均一性；隔离板能有效阻止热量直接穿过复合板，可以有效隔离热失控单体电池产生的热量，使得电池的热失控局限在单一电池内，从而防止电池组发生连锁热失控。本发明专利技术解决了电池系统中热失控阻隔与系统散热之间的矛盾，使得两者能够协同作用，从而提高电池组的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动力电池热管理系统，具体涉及一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其为一种基于导热壳-相变材料-隔离板三者联用构成的“三明治”式复合板，该结构具有提高电池系统的散热能力以及防止热失控传递的功能。
技术介绍
近年来，传统燃油汽车所造成的大气污染日趋严重，在能源危机和环境污染的双重压力下，我国正大力发展新能源电动汽车，其动力来源主要是动力电池，但是电池仍存在一定的安全问题。由于电池在充放电过程中会产生大量的热量，加之空间限制和时间积累的效应，易引发单体电池的温度升高，当超过电池正常工作温度范围后，单体电池极易发生热失控，甚至引发整个电池模块的热失控，最终导致整车火灾爆炸事故的发生。因此，提高电池系统的散热能力以及热失控阻隔能力变得十分重要。传统的电池热管理系统包括空气冷却和液体冷却，但都存在一定的缺陷，空气冷却由于换热系数较低，散热效率难以满足要求；而液体冷却系统较为复杂，需要外加能耗，同时易泄漏引发电池短路。所以，相变材料作为一种新型的电池热管理系统引起了广泛的关注，相变材料系统具有高潜热、无需能耗、体系温度均一等特点，成为了一个新的研究热点。在电池模块热失控阻隔技术研究方面，美国的特斯拉汽车公司的Berdichevsky等人在电池外部增加导热壳来强化电池与冷却介质间的传热，并将绝热板和金属板放置于不同电池层之间，通过降低不同电池层的热传导和热辐射来阻断热失控时热量的传播。Mehta等人在电池单体表面涂覆可膨胀材料，在电池热失控时膨胀吸热，降低热量对周围电池的影响，从而抑制电池热失控传播。我国研究人员胡宪霖等人公布了一种电池系统中的散热与热失控扩散防护结构，主要包括电池组壳体、导热板及隔热板，导热板与隔离板交替配置，但这样明显会降低电池组的散热能力。目前，电动汽车存在着系统散热与热失控阻隔之间的矛盾，两者难以起到很好的协同作用。一方面增加阻隔措施后，导致系统散热困难，引起电池温度分布不均，有潜在热失控风险；另一方面，降低隔离措施可增强电池间的散热性能，但会降低阻隔热失控传播性能。因此，亟需设计新型的热失控阻隔方法，解决电池热失控阻隔与系统散热之间的矛盾，使得两者能够协同作用，从而提高电池组的散热能力和热失控阻隔能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决电池系统中热失控阻隔与系统散热之间的矛盾，本专利技术提供了一种基于导热壳-相变材料-隔离板三者联用构成的“三明治”式复合板，将其设置在电池之间的空隙中，提高了电池的散热能力及电池组温度的均一性，同时能够有效地阻隔热失控传播，从而提高电池组的安全性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，包括：至少一导热壳，放置在相邻单体电池之间；至少一隔离板，位于导热壳的正中间，将导热壳内部分为均匀的两部分；至少一种相变材料，填充导热壳和隔离板之间的空间；从而形成“导热壳-相变材料-隔离板”构成的“三明治”式复合板。其中，复合板位于相邻单体电池之间，至少有两个单体电池，电池-复合板交替配置。其中，隔离板位于导热壳的正中间，相变材料填充在导热壳和隔离板的中间，横向形成“导热壳-相变材料-隔离板-相变材料-导热壳”所构成的五层结构。其中，所述复合板内部可以根据具体的隔热要求设置多个隔离板，隔离板和导热壳之间形成多个内部空间，这些空间均填充相变材料，内部形成相变材料-隔热层交替配置的多层结构，外部则用导热壳进行封闭。其中，复合板的形状主要以方形为主，根据电池形状可适当改变，使其紧密安装在两排电池之间，与电池表面充分接触，便于传递电池产生的热量以及防止电池热失控的传递。其中，导热壳的材料应采用高导热系数的金属及其复合材料，热传导系数k一般在200W/m·K～400W/m·K之间，如铜、铝等，能够及时传递走电池产生的热量，提高散热效果。其中，隔离板的材料应采用低导热系数的材料，热传导系数k一般低于3W/m·K，如玻璃纤维、石棉、电木等，有效阻止热量的横向传播，防止电池热失控的传播。其中，相变材料应采用高相变潜热、导热率较高的相变体系，热传导系数最好在10W/m·K以上，如石蜡/膨胀石墨、石蜡/碳纤维等，便于吸收导热壳传递的热量，提高电池组温度的均一性。其中，复合板的厚度应为单体电池厚度的10％～40％。其中，导热壳的厚度为复合板厚度的5％～15％。其中，隔离板的厚度为复合板厚度的10％～50％。其中，相变材料的相变温度应在30℃～50℃，第一层和第二层相变材料的厚度均为复合板厚度的20％～30％，两层相变材料可以采用不同的相变材料。本专利技术的优点：1.本专利技术通过在电池单体之间的空隙中设置基于导热壳-相变材料-隔离板三者联用构成的“三明治”式复合板，将电池产生的热量通过导热性能良好的导热壳转移到相变材料和环境中，从而大大提高了电池组的散热能力；2.本专利技术复合板中的相变材料具有高潜热、相变温度稳定、体系温度均一等特点，能有效保证电池的温度在正常工作范围之内，并极大地提高了电池组温度的均一性；3.本专利技术复合板中的隔离板能有效阻止热量直接穿过复合板，这在单个电池发生热失控时显得尤为关键，隔离板可以有效隔离热失控单体电池产生的热量，使得电池的热失控局限在单一电池内，从而防止电池组发生连锁热失控；4.本发明具有节能、结构简单、高散热、有效隔热、提高均一性等优点，无需外加能耗，解决了电池系统中热失控阻隔与系统散热之间的矛盾，适用于电动汽车及储能电池，具有很好的市场前景。附图说明图1为本专利技术的复合板与单排电池的安装结构示意图；图2为本专利技术的复合板与单排电池的安装结构正视图；图3为本专利技术的复合板与电池组的安装结构示意图；图4为本专利技术的复合板与电池组的安装结构俯视图；图5为本专利技术复合板的具体结构示意图；图6为导热壳与隔离板的槽连接结构示意图；图7为导热壳与隔离板的槽连接结构俯视图；图8为不同电池组结构的最高温度随放电倍率的变化关系图；图9为不同电池组结构的最大温差随放电倍率的变化关系图。其中：1电池单体，2电池的正负极，3复合板，4导热壳上顶盖，5相变材料，6隔离板，7导热壳，8连接槽。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。如图1和图2所示，所述单排电池至少由两个单体电池1组成，复合板3紧密安装在相邻单体电池1之间形成的空隙中，复合板3与单体电池1交替配置。通过集流片或导线将单体电池1上的正负极2连接起来，连接方式可为并联或者串联，从而为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其特征在于：包括至少一导热壳，放置在相邻单体电池之间；至少一隔离板，位于导热壳的正中间，将导热壳内部分为均匀的两部分；至少一种相变材料，填充导热壳和隔离板之间的空间；从而形成“导热壳‑相变材料‑隔离板”构成的“三明治”式复合板。

【技术特征摘要】
1.一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其特征在于：包括至少一导热
壳，放置在相邻单体电池之间；至少一隔离板，位于导热壳的正中间，将导热壳内部分为均
匀的两部分；至少一种相变材料，填充导热壳和隔离板之间的空间；从而形成“导热壳-相变
材料-隔离板”构成的“三明治”式复合板。
2.根据权利要求1所述的一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其特征
在于：复合板位于相邻单体电池之间，至少有两个单体电池，电池-复合板交替配置。
3.根据权利要求1所述的一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其特征
在于：隔离板位于导热壳的正中间，相变材料填充在导热壳和隔离板的中间，横向形成“导
热壳-相变材料-隔离板-相变材料-导热壳”所构成的五层结构。
4.根据权利要求1所述的一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其特征
在于：所述复合板内部可以根据具体的隔热要求设置多个隔离板，隔离板和导热壳之间形成
多个内部空间，这些空间均填充相变材料，内部形成相变材料-隔热层交替配置的多层结构，
外部则用导热壳进行封闭。
5.根据权利要求1所述的一种用于电池系统散热及防止热失控传播的复合板，其特征
在于：复合板的形状主要以方形为主，根据电池形状可适当改变，使其紧密安装在两排电池
之间，与电池表面充分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，严佳佳，黎可，孙金华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34