CN104810491B - 一种电池防护与控温*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池防护与控温***，***包括：至少两个电池单元，且至少两个电池单元相连，每个电池单元包括：承载结构、外壳和电池，其中，所述承载结构上开设至少一个通孔，所述电池容置在所述通孔内，所述外壳设置在所述承载结构的外表面，本发明提供的电池防护与控温***，有效地缓和了电池受到的冲击和震动，降低了对电池结构的破坏，提高了电池防护与控温***的防护功能和承载能力，增强了电池总成的安全性和可靠性。

Description

一种电池防护与控温***
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电池总成技术，尤其涉及一种电池防护与控温***。
背景技术
锂电池因其具有寿命长、耐高温、容量大、性价比高、体积小、重量轻和绿色环保等十分优越的性能，因此，在汽车行业中备受关注并在电气机构中被广泛应用。
然而在使用过程中，由于汽车在道路上行驶产生的震动频率变化以及可能的交通碰撞事故均有可能导致锂电池的性能受到影响，而在交通碰撞事故中往往会引发内部短路甚至导致火灾或者***，进而影响车辆的行驶性能和完整性，甚至会导致巨大事故危及行人和乘客安全。目前，为了对电动汽车上的锂电池进行保护，都是通过在锂电池上设置电池壳体进行简单的保护，然而，在锂电池上设置电池壳体对减少碰撞中的冲击和震动并没有很大的作用，锂电池的安全性仍是很严重的问题。
发明内容
本发明提供一种电池防护与控温***，提高了电池防护与控温***的防护功能和承载能力，增强了电池总成的安全性和可靠性。
本发明提供一种电池防护与控温***，所述***包括：
至少两个电池单元，且所述至少两个电池单元相连；
每个电池单元包括：承载结构、外壳和电池，其中，所述承载结构上开设至少一个通孔，所述电池容置在所述通孔内，所述外壳设置在所述承载结构的外表面。
本发明的实施方案中，所述电池与所述通孔之间设有间隙，所述间隙内填充有相变材料。
本发明的实施方案中，所述承载结构为下述材料中的任一种：
蜂窝铝板、泡沫材料和金属减震材料。
本发明的实施方案中，当所述承载结构为蜂窝铝板时，所述电池和所述通孔之间设有的间隙内填充有50℃相变材料，所述蜂窝铝板上靠近所述通孔的蜂窝空隙中填充有15℃相变材料。
本发明的实施方案中，所述蜂窝铝板的外周与所述蜂窝铝板上最外侧的填充有所述15℃相变材料的蜂窝空隙之间填充有0℃相变材料。
本发明的实施方案中，所述电池单元还包括：隔板，所述隔板分别设置在所述承载结构的底端和顶端，且所述隔板上设有与所述电池对应的圆孔，所述圆孔的直径与所述电池的直径相同，所述隔板用于防止所述相变材料流出。
本发明的实施方案中，所述电池单元还包括：橡胶电池套，所述橡胶电池套套设在所述电池上。
本发明的实施方案中，所述电池单元还包括：防火板，所述防火板设置在所述电池的一端或两端，且所述电池的任一端与所述防火板之间存在间隔，且所述间隔不低于2mm。
本发明的实施方案中，所述承载结构的横截面轮廓为正六边形。
本发明的实施方案中，所述承载结构上开设的通孔数量为7个，且所述通孔的横截面为正六边形。
本发明实施例提供的电池防护与控温***，通过包括至少两个电池单元，且至少两个电池单元相连，每个电池单元包括：承载结构、外壳和电池，其中，所述承载结构上开设至少一个通孔，所述电池容置在所述通孔内，所述外壳设置在所述承载结构的外表面，使得在发生撞击时承载结构通过自身的变形缓和了电池受到的冲击和震动，从而降低了对电池结构的破坏，因此本发明提供的电池防护与控温***具有较强的防护功能和较高的承载能力，有效地提高了电池总成的安全性，而且电池防护与控温***中是通过至少两个电池单元连接而成，电池单元为基本的构成单元，遭受碰撞之后可以通过更换单个受损电池单元的方式避免全盘更换所带来的损失和不便，而且承载机构的作用能将受损电池单元控制在单个单元内部，从而防止对***内部其他电池单元产生影响，提高了电池总成的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电池防护与控温***中电池单元的结构示意图；
图2为本发明电池防护与控温***中电池单元的剖面示意图；
图3为本发明电池单元中相变材料填充的示意图；
图4为本发明电池防护与控温***中电池单元的又一结构示意图；
图5为本发明电池单元中电池电极布置示意图；
图6为本发明电池单元中防火板安放位置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明电池防护与控温***中电池单元的结构示意图，如图1所示，本实施例的***包括：
至少两个电池单元，且至少两个电池单元相连，本实施例中，电池单元的数量与***所需的电池数量以及每个电池单元上放置的电池数量相关，当***所需的电池数量不变时，每个电池单元上放置的电池数量越多，则所需的电池单元越少，相反则所需的电池单元越多，同理，当每个电池单元上放置的电池数量不变时，若***所需的电池数量越多，则***中包含的电池单元越多，相反则越少，本实施例中通过将***所需的电池分布在至少两个电池单元中，这样在遭受碰撞之后可以通过更换单个受损电池单元的方式避免全盘更换所带来的损失和不便，以及当一个电池单元发生短路导致起火或***时，可以将其控制在单个电池单元中，从而防止对***内部其他电池产生影响，提高了电池总成的安全性和可靠性。
本实施例中，每个电池单元包括：承载结构1、外壳3和电池2，其中，承载结构1上开设至少一个通孔A，电池2容置在通孔A内，本实施例中，承载结构1上开设的通孔A的数量和承载结构1上需要放置的电池2的数量有关，通孔A的数量可以等于承载结构1上放置的电池数量，即每个通孔A内放置一个电池2，同时，通孔A的数量也可以大于承载结构1上放置的电池2的数量，即承载结构1上开设的通孔A中有些通孔A内未放置电池2，处于空置状态，同时，本实施例中，电池2的高度可以高于通孔A的高度，即电池2容置在通孔A内时，电池2的一端从通孔A内伸出，电池2的高度还可以等于通孔A的高度，即电池2容置在通孔A内时，电池2和通孔A的开口平齐，电池2的高度还可以低于通孔A的高度，即电池2容置在通孔A内时，电池2的一端低于通孔A的开口，本实施例中，通孔A可以为圆通孔(如图1所示)，还可以为正多边形通孔(如下述图2所示)，当通孔A为圆通孔时，通孔A的直接不小于电池2的直径，当通孔A为正多边形通孔时，正多边形通孔的内切圆直径不小于电池2的直径，本实施例中，当电池2容置在通孔A中后，为了便于保护电池，承载结构1的外表面包覆有外壳3，外壳3作为电池单元最外层的保护壳，起到固定形状，保护电池，进一步缓和电池受到冲击，本实施例中，外壳3采用合金钢材料。
本实施例提供的电池防护与控温***，通过包括至少两个电池单元，且至少两个电池单元相连，每个电池单元包括：承载结构、外壳和电池，其中，所述承载结构上开设至少一个通孔，所述电池容置在所述通孔内，所述外壳设置在所述承载结构的外表面，使得在发生撞击时承载结构通过自身的变形缓和了电池受到的冲击和震动，从而降低了对电池结构的破坏，本发明提供的电池防护与控温***具有较强的防护功能和较高的承载能力，有效地提高了电池总成的安全性，而且电池防护与控温***中是通过至少两个电池单元连接而成，电池单元为基本的构成单元，遭受碰撞之后可以通过更换单个受损电池单元的方式避免全盘更换所带来的损失和不便，而且当一个电池单元发生短路导致起火或***时，承载机构的作用能将受损电池单元控制在单个电池单元中，从而防止对***内部其他电池单元产生影响，提高了电池总成的安全性和可靠性。
图2为本发明电池防护与控温***中电池单元的剖面示意图，在上述实施例的基础上，本实施例中，由于锂离子的惰性，温度过低或过高都会影响锂电池的性能，锂电池的最佳工作温度为20℃—40℃。因此冬天电动汽车冷启动成为了锂电池使用过程中最急需解决的问题。目前油电混动汽车主要采用的方法是给发动机预热，例如热水预热、喷灯预热、暗火烤车，采用热水加热预热时加热水前应先向冷却***加注40℃-50℃的温水，以防猛加沸水使散热器芯管、气缸盖发生胀裂；采用喷灯或暗火加热时，电动汽车不应有漏油现象，特别是不得漏汽油、柴油，为防万一，车库和车上应备有灭火器、铁锹等防火器具，然而上述这些方法操作起来都不方便，而且都存在很多危险，为了确保电动汽车电池在低温时顺利启动以及防止电池过热，因此，本实施例中，如图2所示，电池2与通孔A之间设有间隙，间隙内填充有相变材料，其中，在高温时，相变材料能吸收热量并储存起来，防止电池过热发生危险，具体是相变材料由固相转变为液相，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热，低温时，相变材料将热量放出，给电池2预热，使电池2在低温时能正常工作，具体为低温时相变材料由液相转为固相的逆相变，在转化过程中相变材料释放了热量。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，相变材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大，本实施例中，相变材料为现有的一种材料，相变材料的种类具体根据实际应用进行选取。
本实施例提供的电池防护与控温***，通过在电池2和通孔A之间的间隙中填充相变材料，高温时相变材料能吸收热量储存起来，防止电池过热发生危险，低温时相变材料将热量放出，给电池预热，使电池在低温时能正常工作，解决了现有技术中电动汽车用锂电池由于低温惰性导致起动困难的问题，扩大了电池总成工作的温度范围，克服了锂电池本身的缺点，使其更加广泛的应用，而且不需要利用外加热源，而是把电池本身发热能储存起来在冷启动时放热给电池预热使电池在正常的温度工作，节能环保，且安全便利。
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中，承载结构1可以为蜂窝铝板、泡沫材料或金属减震材料，承载结构1主要用于抗冲击和缓冲作用，从而起到保护电池的作用。
图3为本发明电池单元中相变材料填充的示意图，进一步的，本实施例中，由于蜂窝铝板比密度低，微观上将剪应力和扭应力转化为内芯的拉压应力，因而可承受高强度的压力和剪切力，同时蜂窝状结构加强了铝板的整体刚度，使得铝板不易变形。对于相变材料结合方面，蜂窝铝板材料良好的导热性能和中空结构能够满足电池***内部及时充分的热交换，因此，本实施例中，选取蜂窝铝板作为承载结构1，其中蜂窝铝板截面采用仿生构造，如图3所示，蜂窝铝板是由多个正六边形结合而成，蜂窝空隙C中可以填充相变材料，本实施例中，蜂窝铝板上开设至少一个通孔A，例如如图3所示，蜂窝铝板上开设7个通孔A，通孔A与电池2之间的空隙中填充50℃相变材料，而蜂窝铝板上靠近通孔A的蜂窝空隙C中填充有15℃相变材料，即图3中，虚线L以内的蜂窝空隙C中填充15℃相变材料，这样，低温条件下内部温度高于环境温度，高温条件下电池散热首先被吸收，通过安排不同温度的相变材料与电池2的位置方式，可以确保良好的导热性和电池的安全性，本实施例中，50℃相变材料采用有机盐水合物共混材料，包括90％的三水合醋酸钠，4％的十二水合磷酸一氢钠，3％的膨胀石墨以及3％的明胶，50℃相变材料可以在50℃临界点有效吸热，保持恒温，15℃相变材料的质量百分比组成为：70％的石蜡、20％的聚乙烯以及10％的膨胀石墨混合加工制成的导热不定型相变材料，导热性能良好，方便填充于蜂窝空隙之中。
进一步的，本实施例中，为了进一步的对电池2的工作温度进行控制，本实施例中，如图3所示，蜂窝铝板的外周与蜂窝铝板上最外侧的填充有15℃相变材料的蜂窝空隙C之间填充有0℃相变材料，即蜂窝铝板的外周与图3中虚线L之间的蜂窝空隙C内填充0℃相变材料(即图3中虚线L以外的蜂窝铝板的蜂窝空隙C中填充0℃相变材料)，本实施例中，0℃相变材料采用纯净水，体积分数占蜂窝铝管的85％，以防结冰胀破铝管，在保证蜂窝结构完整性和安全性的前提下用以在低温时相变放热。
图4为本发明电池防护与控温***中电池单元的又一结构示意图，在上述实施例的基础上，本实施例中，外壳3由顶板3a、侧板3b和底板3c组成，其中，顶板3a设置在承载结构1的顶部，侧板3b设置在承载结构1的侧面，底板3d设置在承载结构1的底部，进一步的，如图4所示，电池单元还包括：隔板4，隔板4分别设置在承载结构1的底端和顶端，即隔板4设置在顶板3a和承载结构1的顶部之间以及底板3c和承载结构1的底部之间，隔板4用于防止相变材料从间隙或者蜂窝空隙C中流出，而且隔板4上设有与电池2对应的圆孔B，圆孔B的直径与电池2的直径相同，圆孔B使得电池2的电极未被覆盖着，这样方便对电池2的电极进行连接，本实施例中，隔板4可以通过粘合的方式与承载结构1的底端和顶端固定，隔板4还可以通过在顶板3a朝向隔板4的外周下方设置垫块，在顶板3a与侧板3b固定时，垫块抵接在隔板4上，从而将隔板4进行了固定。
进一步的，如图4所示，电池单元还包括：橡胶电池套5，橡胶电池套5套设在电池2上，橡胶电池套5和电池2作为整体被容置在通孔A中，此时相变材料是填充在橡胶电池套5和通孔A之间的间隙中，本实施例中，橡胶电池套5采用内径18mm，厚度1mm，长55mm的氯丁橡胶管，氯丁橡胶抗张强度高，耐热、耐老化性能和耐油性能优良，具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较好，因此，橡胶电池套5套设在电池2上起到绝缘、防火的作用，同时，橡胶电池套5可以进一步缓和电池2受到的冲击和震动。
进一步的，如图4所示，电池单元还包括：防火板6，防火板6设置在电池2的一端或两端，防火板6用于防止电池燃烧或***时喷射火焰，由于电池2在受到撞击起火或因短路发生起火时，为了防止火势蔓延，本实施例中，在电池2的一端或两端设置了防火板6，需要说明的是，在电池2的一端或两端设置防火板6时，由于电池2的电极需要与外在的其他设备进行连接，所以设置时，电池2的任一端与防火板6之间存在间隔，且间隔不低于2mm，这样方便导线对电池2的电极进行连接。
图5为本发明电池单元中电池电极布置示意图，图6为本发明电池单元中防火板安放位置示意图，由于18650锂电池负极是全封闭的，所以火焰主要会从电池2的正极喷射，防火板6主要用于控制电池2的正极所喷射的火焰蔓延，这样，防火板6的设置与承载结构1上放置的电池2的电极有关，若承载结构1上放置的电池2的电极如图5所示时，即承载结构1上既有电池2的正电极也有负电极，此时，承载结构1的两端都需设置防火板6，需要说明的是，当承载结构1上放置的电池2的电极如图5所示时，防火板6的形状可以如图6所示那样，防火板6只覆盖电池2的正电极，不需要对负电极的电池进行覆盖，本实施例中，若承载结构1上放置的所有电池2的正极都向上或向下，则此时，只需在电池2的正极端设置防火板6，防火板6可以最直接有效的将火势控制在电池单元内部，保护其他正常使用的电池单元，本实施例中，防火板6采用石棉(或陶瓷)材料，原料广泛，制造工艺简单，价格低廉，本实施例提供的电池防护与控温***，当一个电池单元发生短路导致起火或***时，承载结构和防火板发挥作用，将其控制在单个电池单元内部，从而防止对***内部其他电池产生影响，提高了电池总成的安全性和可靠性。
进一步的，在上述实施例的基础上，为了进一步提高电池单元的承载能力以及电池单元之间的空间利用率，本实施例中，如图2所示，承载结构1的横截面轮廓为正六边形，垂直切向受力时，外载荷由六边形的两个边承受，每个边受力仅为总载荷的1/3，减小了单个电池以及单元内部层状电极承受的应力，从而提高了电池单元的承载能力，同时，当***中包含多个电池单元时，若电池单元的承载结构1的横截面为正六边形时，可以充分地利用***所提供的空间，可以减少对空间的浪费。进一步的，本实施例中，如图2所示，承载结构1上开设的通孔数量为7个，将7个锂电池作为一组分别装入7个通孔A中，同时，本实施例中，每个通孔A的横截面为正六边形，即通孔A为正六边形通孔，这样外载荷由六边形的两个边承受，缓和了电池受到的冲击和震动，减小对电池结构的破坏，更好地保护了电池。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种电池防护与控温***，其特征在于，所述***包括：
至少两个电池单元，且所述至少两个电池单元相连；
每个所述电池单元包括：承载结构、外壳和电池，其中，所述承载结构上开设至少一个通孔，所述电池容置在所述通孔内，所述外壳设置在所述承载结构的外表面；
所述承载结构的材料为蜂窝铝板；所述蜂窝铝板的蜂窝空隙内填充有相变材料；
所述电池与所述通孔之间设有间隙，所述间隙内填充有相变材料；
其中，当所述承载结构为所述蜂窝铝板时，所述电池和所述通孔之间设有的间隙内填充有50℃相变材料，所述蜂窝铝板上靠近所述通孔的蜂窝空隙中填充有15℃相变材料。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述蜂窝铝板的外周与所述蜂窝铝板上最外侧的填充有所述15℃相变材料的蜂窝空隙之间填充有0℃相变材料。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述电池单元还包括：隔板，所述隔板分别设置在所述承载结构的底端和顶端，且所述隔板上设有与所述电池对应的圆孔，所述圆孔的直径与所述电池的直径相同，所述隔板用于防止所述相变材料流出。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电池单元还包括：橡胶电池套，所述橡胶电池套套设在所述电池上。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电池单元还包括：防火板，所述防火板设置在所述电池的一端或两端，且所述电池的任一端与所述防火板之间存在间隔，且所述间隔不低于2mm。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述承载结构的横截面轮廓为正六边形。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述承载结构上开设的通孔数量为7个，且所述通孔的横截面为正六边形。
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