电池系统中的散热与热失控扩散防护结构技术方案

本发明专利技术公开一种电池系统中的散热与热失控扩散防护结构，包括一电池组（ｍｏｄｕｌｅ）壳体以及至少一复合式导热板。在电池组壳体内置有多个单元电池（ｕｎｉｔ　ｃｅｌｌ）。而所述复合式导热板是位于电池组壳体内与电池组壳体接触，并置入至少两个的单元电池之间，作为热在电池和壳体间的传递媒介，以及控制热在电池间的传递，其中复合式导热板是由至少一导热层与至少一隔热层组成的一多层异向性导热结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池系统(battery system)，且特别是涉及一种电池系统中的散 热与热失控(thermal runaway)扩散防护结构。
技术介绍
在石油储存量日趋短少及石油价格升高为全球所需面对的问题，电动车辆为目前 最佳的解决方案。在美国加州已经立法强制车商必须销售特定比率的电动汽车，其他各州 也将跟进；法国、德国、瑞士、日本等均有奖励补助电动车辆使用或技术研发的政策，具实用 性能的电动车辆也陆续开发完成，正以实验性试用逐步推广。欧、美、日等先进国家对都会区交通工具的空气污染及石油储存量日益短少相当 重视，均认为目前是发展使用电动车辆的时机，且大力投入电动车辆的研发及推广，美国加 州已经立法强制车商必须销售特定比率的电动汽车，其他各州也将跟进；法国、德国、瑞士、 日本等均有奖励补助电动车辆使用或技术研发的政策，具实用性能的电动车辆也陆续开发 完成，正以实验性试用逐步推广。其中锂电池导入是电动车发展成功关键，因锂电池重量仅 为镍氢电池的一半，续航力却是镍氢电池的两倍，再加上锂电池工作电压高、能量密度大、 寿命长及环保等优点，行驶过程中不会排放废气，不但节能减碳，更减少汽油的使用量，未 来汽车大厂全面换用充电式锂电池将是锐不可挡的趋势。2006年SONY笔记型电脑锂电池的全球回收事件，让锂电池的热失控安全问题被 突显出来，而笔记型电脑所使用的电池组仅由3 8颗不等的18650单元电池所组成，电动 车辆上若搭载18650单元电池，电池数则要达到4000 6000颗不等，才能提供车辆足够的 功率(动力)和电容量(续航力)，电池数目增加意味者热失控机会增加，电池组中单一电 池的热失控就有可能扩散造成整个电池组。一旦电池组中某一颗电池的热失控无法受掉有 效控制，热失控逐渐由最邻近的电池蔓延开来，将导致整个电池组发生热失控，其危险性将 类似一颗小型炸弹爆炸。因此，近年来美国国家再生能源实验室(NREL)对于锂电池组的热失控扩散做了 一系列的研究。热失控扩散过程是当电池组中某一颗电池因为断短路、或电性不均衡(指 容量过低或内阻过高)时会导致电池在充放电过程中异常发热，一旦该电池超过热失控 反应临界温度(一般约150°C左右)，电池内部的材料就会陆续发生热分解放热反应，所 谓热分解放热是一种自加热的自催化反应过程，会急遽推升该电池的温度，在热失控时 电池温度可超过500°C以上，每分钟的自加热温升可超过20°C以上。所以该电池在超过 临界热失控温度后，会瞬间升温而产生所谓热失控。这颗电池热失控所释放的热量如果 没有作良好的阻隔和散热设计，就会接续加热邻近的电池，如美国国家再生能源实验室 在2008年5月在大型锂离子电池技术与应用(Large Lithium IonBattery Technology and Applications, LLIBTA)的第四届国际研讨会(4thInternational Symposium)发表的 “Thermal Abuse Modeling of Li-ion Cells andpropagation in Modules，，中第 30 页左 图所示，其中显示热失控的电池导致邻近的几颗电池也接连发生热失控反应；电池组内部的热失控一旦进入此阶段，预期将无法被有效控制，最终将导致整个电池组内其它所有电 池发生全面的热失控，产生剧烈的燃烧放热反应，这过程通常会伴随大量的可燃性电解液 气体以及电池材料分解气体的释放，严重甚至会产生爆炸。锂电池的热失控安全问题主要是由过充、短路情况所引起的，但是电池在受到外 部撞击而产生电池受到穿刺情况时，也会发生电池的热失控。电池热失控其实就是电池内 部材料热劣解放热的反应过程表现。目前已知管控热失控扩散的如美国专利US6942944、美国公开专利US20060073377 和US20090004556，以上专利的专利技术团队即是参与NREL电池热失控研究的研究成员，其利 用将相变材料填入到电池间的间隙，利用相变材料相变过程具有吸热的特性，来吸收电池 热失控时所生成的热。但是，上述专利有一最大的缺点，就是相变化材料的热传导特性并不佳，其特性可 用于阻隔热失控时热在电池间的传递，但由于其导热性差，电池组在正常使用中的温升虽 可受到控制，其后续的降温速率却需要很长的时间。举例来说，在美国专利US6942944中的 图9显示电池组在放电后，在自然对流散热(无外加风扇散热)情况下，电池组需静置将近 M小时才会回复到接近放电前的温度，相变化材料的低热传导和吸热特性虽可用于阻隔电 池组内的热失控扩散和降低电池充放电池的温升，但回复降温时间过长是其最大的缺点， 不利于电池组的连续充放电操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电池系统中的散热与热失控(thermalrimaway)扩散 防护结构，提供电池系统内其中一单元电池热失控扩大引发整个电池组热失控的安全防 护。本专利技术同时具有导热散热功能，解决模块内电池温度不均与过热问题，提高锂电池组循 环寿命。为达上述目的，本专利技术提供一种电池系统中的散热与热失控扩散防护结构，包括 一电池组(module)壳体以及至少一复合式导热板。在电池组壳体内有多个单元电池(unit cell)。所述复合式导热板是位于电池组壳体内与电池组壳体接触并置入至少两个的单元 电池之间，做为热在电池和壳体间的传递媒介，以及控制热在电池间的传递；其中复合式导 热板是由至少一导热层与至少一隔热层组成的一多层异向性导热结构。本专利技术提供另一种电池系统中的散热与热失控扩散防护结构，包括一电池模块 (pack)壳体以及至少一复合式导热板。在电池模块壳体内有多个电池组，而所述复合式导 热板是位于电池模块壳体内与电池模块壳体接触并置入至少两个的电池组之间，其中复合 式导热板是由至少一导热层与至少一隔热层组成的一多层异向性导热结构。在本专利技术的第一实施例中，上述复合式导热板是由一层的隔热层与一层的导热层 所构成的双层结构。在本专利技术的第二实施例中，上述复合式导热板是由两层的导热层夹一层的隔热层 所构成的三层结构。在本专利技术的第三实施例中，上述复合式导热板包括多层的导热层与多层的隔热层 交替配置的结构。在本专利技术的第四实施例中，上述复合式导热板包括两层导热层、多个结构支架以及作为隔热层的隔热材料。所述结构支架是设置在导热层之间，以支撑并控制导热层间距， 以方便于导热层间填充或安置隔热层。而隔热材料即填充于内部空间内。其中，上述结构 支架包括线型勒条、格状勒条、方点型结构、菱格型点状结构或圆点型结构。此外，上述复合 式导热板的导热层可为单元电池的外壳或电池组的壳体。在本专利技术的实施例中，上述导热层的热传导系数k大于50W/m · K。当热传导系数 k在50W/m · K 100W/m · K之间时，导热层的材料包括镍、镍合金、铁、钢、碳材或以上其中 一材料与塑料混成的复合材料。当热传导系数k在100W/m · K 450W/m · K之间时，导热 层的材料包括金、银、铝、铝合金、铜、铜合金、镁、镁合金、金属氧化物或以上其中一材料与 塑料混成的复合材料；或者高导热陶瓷粉末与塑料混成的复合材料。在本专利技术的实施例中，上述隔热层的热传导系数k小于2W/m · K。当热本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电池系统中散热与热失控扩散防护结构，包括：电池组壳体，其中置放多个单元电池；以及至少一复合式导热板，位于该电池组壳体内与该电池组壳体接触并置入至少两个的该些单元电池之间，其中该复合式导热板是由至少一导热层与至少一隔热层组成的一多层异向性导热结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宪霖，黄振东，翁震灼，张金泉，叶胜发，林炳明，彭裕民，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]