一种具有多层膜散热结构的锂电池及其电池包的均热方法技术

本发明专利技术涉及一种具有多层膜散热结构的锂电池及其电池包的均热方法，该锂电池由内至外分别为电芯、HDPE、相变材料及发热外壳，通过在电芯与相变材料间增加HDPE形成紧密连接的导热层，减小热阻以强化电池散热，增强锂电池的安全性，将上述的锂电池串联组成电池包，通过调整HDPE与相变材料结合体在电池包内不同部位的厚度配比，使电池包内各单节锂电池表面温度的均衡，以实现对电池包内所有锂电池电芯的均热。该均热方法可有效解决由于电池包温升不均而引起的电池包寿命缩短和亏电问题，以延长电池寿命，此外，上述方法实现成本低，且具有多层膜散热结构的锂电池可进行机器化批量生产，有利于实现产业化。有利于实现产业化。有利于实现产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多层膜散热结构的锂电池及其电池包的均热方法


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种具有多层膜散热结构的锂电池及其电池包的均热方法。

技术介绍

[0002]近年来，电动汽车技术和新能源电站储能技术发展迅猛，这些技术对所使用的电池要求越来越高。相比于其他电池，锂电池因其转换效率高、能量密度大、环境友好等优点，具有较好的应用前景。但锂电池的使用寿命、安全性等特性受温度的影响较大。锂电池在使用过程中会产生大量的热，这些热量长时间积聚，会导致锂电池内部温度升高，从而加快电池容量的衰减，降低电池的使用寿命。如果温度继续升高到一定程度，甚至产生爆炸等安全事故。
[0003]现有相变材料，简称PCM，是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。利用PCM在相变过程中的潜热吸收电池热量，防止电池温度过快升高的被动热管理已成为电池热管理系统的重要研究方向和研究热点，但目前通过单一层相变材料以降低锂电池使用过程的温度，由于单一层相变材料与电池接触不紧密削弱了传热效果，积聚的热量导致电芯温度增加。
[0004]此外，通过锂电池组装而成的锂电池包由于在充电时往往中间部分的电池温升比两侧电池温升要快，且温差随着充电电流的增加而增大，在大电流充电池，温差可达到10℃以上，局部过热的问题会大大减低电池包整体的使用寿命，为避免木桶效应，电池包的均热处理是值得重视的问题。目前在电池包均热体系方面的设计，通常是采用各电池之间保持一定距离用于通风或加均热板，这些方法未根据电池包中各电池温升特点进行降温设计，仅对整个体系进行单一、同程度的降温，这类设计会造成资源浪费和成本的增加，且温升较快的部分可能达不到预期降温的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的为提供了一种具有多层膜散热结构的锂电池及其电池包的均热方法，通过在相变材料与电芯之间增加高密度聚乙烯(缩写：HDPE)以降低热阻，从而增强相变材料的吸热能力；利用具有上述散热结构的锂电池组成的电池包，根据电池包中各部位的电池升温不均衡的问题，对不同部位电池的电芯上包裹不同厚度的相变材料与HDPE，在满足散热要求的同时保证电池间温差最小，进而延长电池包的寿命。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下所述的技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种具有多层膜散热结构的锂电池，该锂电池从内到外由电芯、HDPE、相变材料以及导热外壳组成；所述HDPE紧密贴合在电芯上；所述相变材料紧密贴合在HDPE上；所述相变材料外包裹导热外壳。
[0008]进一步地，所述相变材料为膨胀石墨或膨胀石墨/石蜡复合材料。
[0009]进一步地，HDPE与电芯及相变材料紧密贴合的具体操作为：将HDPE进行加热，将加热后变软的HDPE包裹至电芯上，降温后拉紧、铺平，将相变材料迅速包裹至HDPE上。
[0010]进一步地，所述加热的温度为35
‑
100℃；所述降温后拉紧、铺平时的温度为35
‑
50℃。
[0011]进一步地，HDPE与相变材料的厚度比为1:2.5
‑
5。
[0012]进一步地，所述HDPE的热导系数为0.42～0.5W/(m
·
K)。
[0013]由于利用相变增强散热的电池中，存在相变材料与电池接触不紧密导致热阻大的问题，目前有通过用导热胶和导热硅脂以解决贴合性问题，但导热胶在涂抹过程中容易涂抹不均、容易产生气泡，会造成电池温升不均的问题，而导热硅脂成本高的同时也存在与导热胶类似的问题。
[0014]HDPE的热导系数远高于空气导热系数(0.01～0.04W/(m
·
K))，成本远低于导热胶及导热硅脂，且HDPE加热变软后可贴牢相变材料与电芯，不会在接触面产生气泡，因此在电芯与相变材料间包裹HDPE可有效降低热阻，进而保证相变材料可通过相变吸热达到冷却作用，强化电池散热，降低整体温升，增强动力锂电池的安全性。
[0015]本专利技术第二方面提供了由第一方面所述锂电池串联得到的一种电池包。
[0016]本专利技术第三方面提供了第二方面所述的一种电池包的均热方法，所述均热方法具体为：根据电池包中不同位置的单电池温升不同，在各电池的电芯上包裹不同厚度的HDPE与相变材料，使电池间温差最小。
[0017]本专利技术第四方面提供了第三方面所述的一种电池包的均热方法在20V 2Ah电池包中的应用。
[0018]进一步地，所述20V 2Ah电池包内的锂电池组由5节18650型号的锂电池串联组成。
[0019]进一步地，在20V 2Ah电池包中，五节电池排成一排，中间三节电池为中间部分电池，两端的两节电池为两侧部分电池。
[0020]进一步地，所述两侧部分电池中的相变材料与HDPE的厚度比控制为4
‑
5:1。
[0021]进一步地，所述中间部分电池中的相变材料与HDPE的厚度比控制为3
‑
4:1。
[0022]进一步地，所述电池中的导热胶膜与相变材料的总厚度为5.5
‑
6.5mm，例如6mm。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0024]1.本专利技术通过在相变材料与电芯之间增加HDPE膜以降低相变材料与电芯之间的热阻，提高传热、散热效果，降低整体温升，进而提高安全性以及延长电池的使用寿命；此外，HDPE膜的价格低廉，包覆的过程可机器化批量处理，实现成本低，适用于工业化生产。
[0025]2.本专利技术将具多层膜散热结构的锂电池串联成电池包，通过调整不同部位电池中的相变材料和HDPE的厚度比，减小电池包中各电芯间的温差以实现电池包的均热；区别现有技术中的无差别降温，该方法针对电池包中不同部位的电池升温不均衡的问题，设计特定的结构，在满足散热要求的同时保证电池间温差最小，可有效解决由于电池包温升不均而引起的电池包寿命缩短和亏电的问题，以延长电池包的寿命，同时避免了不必要资源的浪费。
附图说明
[0026]图1是单一电池的结构示意图：1为电芯、2为HDPE层、3为石墨层、4为外壳；
[0027]图2是裸电芯、包裹石墨的电芯以及包裹HDPE/石墨的电芯在10C放电倍率下的温升曲线；
[0028]图3是20V 2Ah电池包中锂电池组的结构示意图；
[0029]图4是均热方法的研究实验流程图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0031]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多层膜散热结构的锂电池，其特征在于，所述锂电池从内到外由电芯、HDPE、相变材料以及导热外壳组成；所述HDPE紧密贴合在电芯上；所述相变材料紧密贴合在HDPE上；所述相变材料外包裹导热外壳。2.根据权利要求1所述的一种具有多层膜散热结构的锂电池，其特征在于，所述相变材料为膨胀石墨或膨胀石墨/石蜡复合材料。3.根据权利要求1所述的一种具有多层膜散热结构的锂电池，其特征在于，HDPE与电芯及相变材料紧密贴合的具体操作为：将HDPE进行加热，将加热后变软的HDPE包裹至电芯上，降温后拉紧、铺平，将相变材料迅速包裹至HDPE上。4.根据权利要求3所述的一种具有多层膜散热结构的锂电池，其特征在于，所述加热的温度为35
‑
100℃；所述降温后拉紧、铺平时的温度为35
‑
50℃。5.根据权利要求1所述的一种具有多层膜散热结构的锂电池，其特征在于，HDPE与相变材料的厚度比为1:2.5
‑
5。6.一种电池包，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓业林，陈梦婷，沙盈盈，陈兴际，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：