CN213150877U - 一种固态电池加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种固态电池加热装置包括电连接的外置电源，控制器和加热电阻；加热电阻外部包裹有柔性扁管，柔性扁管中充满传热阻燃液体；螺旋缠绕于固态电池表面的扁管与固态电池表面相接触进行热传递；所述扁管包括与固态电池相接触的侧壁和两侧壁之间的连接壁；所述扁管一侧壁的上侧和下侧还设有两条柔性的吸附件，两条吸附件分别向上和向下倾斜设置；该实用新型为固态电池提供环绕式加热，保证接触紧密，提高传热效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及固态电池加热技术领域，特别是涉及一种固态电池加热装置。
背景技术
固态电池是一种使用固体正负极和固体电解质，不含有任何液体，所有材料都由固态材料组成的电池。鉴于安全和能量密度上的优势，固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。
目前固体电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物固态电解质(SPE)由聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体为聚酯、聚酶和聚胺等，锂盐为LiClO4、LiPF6或者LiBF4等；构成锂离子以锂盐的形式溶于固态溶剂聚合物基体，传输速率主要受到与基体相互作用及链段活动能力的影响。在高温条件下，聚合物离子电导率高，容易成膜，最先实现了小规模商业化生产。目前量产聚合物固态电池中聚合物电解质的材料体系是聚环氧乙烷(PEO)，室温电导率一般在10-5S/cm。
目前聚合物室温电导率较低其大规模产业化发展仍有限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种固态电池加热装置，该实用新型为固态电池提供环绕式加热，保证接触紧密，提高传热效果。
为解决此技术问题，本实用新型的技术方案是：一种固态电池加热装置，包括电连接的外置电源，控制器和加热电阻；加热电阻外部包裹有柔性扁管，柔性扁管中充满传热阻燃液体；螺旋缠绕于固态电池表面的扁管与固态电池表面相接触进行热传递。
进一步改进，所述外置电源设置于固态电池的BMS板上方。本实用新型中外置电源安放在方便拆卸更换的位置且不影响原有电池***形状。
优选所述加热电阻为丝状、片状或者条状的一种；所述加热电阻的阻值为1 Ω至10Ω。
优选所述传热阻燃液体包括水、乙二醇和阻燃剂；其中水的质量分数为20％至80％。使用较大比例的水作为传热阻燃液体，在传热和阻燃的同时，也降低了生产成本，利于本实用新型的工业化使用。
优选所述阻燃剂为磷酸三苯酯，HBCD,MCA，聚磷酸铵的一种或几种。本实用新型在传热阻燃液体中加入一定量的阻燃剂，在确保加热作用的同时，显著提高阻燃效果，本实用新型安全可靠。
进一步改进，所述扁管包括与固态电池相接触的侧壁和两侧壁之间的连接壁。本实用新型中侧壁的宽度显著较连接壁的宽度大，保证本实用新型与固态电池表面相接触的紧密且面积足够大，利于传热的进行。
进一步改进，所述扁管一侧壁的上侧和下侧还设有两条柔性的吸附件，两条吸附件分别向上和向下倾斜设置。在使用时，传热阻燃液温度升高后，充满扁管的传热阻燃液体温度升高，体积膨胀，相应的，扁管***且体积增大，扁管的侧壁紧贴于固态电池表面，两柔性吸附件变形贴敷侧壁和固态电池表面之间，扁管膨胀的过程中侧壁与电池表面之间的空气被挤出，配合上下两侧吸附件，扁管类似吸盘吸附在固态电池表面，扁管与固态电池间紧密接触，扁管对固态电池的保温性高；当加热电阻停止加热时，扁管和其中传热阻燃液体冷却，二者的体积同时适应性收缩，扁管从固态电池表面脱离，扁管与固态电池之间的连接关系仅为缠绕，利于对本实用新型的维护。
优选每一固态电池大于等于50％的表面覆盖有扁管。通过对固态电池表面有效覆盖扁管快速加热固态电池，利于固态电池优异性能的发挥和维护。
通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型中固态电池表面螺旋缠绕的扁管中填充有传热阻燃液体，还装有加热电阻，外置电源通过加热电阻对传热阻燃液体进行加热，传热阻燃液体通过扁管与固态电池的接触将加热电阻产生的热量传递给固态电池，固态电池的使用环境温度稳定在一个导电率最佳的范围之内；其中，控制器控制加热电阻的关闭和启动，保持固态电池运行温度的稳定；
本实用新型通过设置外置电源有效保护固态电池，不影响固态电池主体工作寿命及效率，外加热电源方便更换，从而提升整体电池包或者电池组的寿命，加热效率高，保证固态电池体表温度稳定在最佳范围之内，提升固态电池导电率，克服固态电池室温或低温环境导电率不佳的缺陷，同时延长固态电池使用寿命；
本实用新型占用空间小，可弯折度高，同时扁管内传热阻燃液体可增加受热面积，提升整体加热效率。
从而实现本实用新型的上述目的。
附图说明
图1是单独一块固态电池使用本实用新型的结构示意图；
图2是多块固态电池使用本实用新型的结构示意图；
图3是扁管的剖面图；
图4是多块固态电池使用本实用新型的结构示意图；
图5是单独一块固态电池使用本实用新型的剖面图，加热状态；
图6是图5中A处放大图；
图7是单独一块固态电池使用本实用新型的剖面图，未加热状态；
图8是图7中B处放大图。
图中：
外置电源100；控制器200；加热电阻300；扁管400；侧壁401；连接壁402；吸附件403；固态电池500。
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种固态电池加热装置，如图1至图8所示，包括电连接的外置电源100，控制器200和加热电阻300；加热电阻300外部包裹有柔性扁管 400，柔性扁管400中充满传热阻燃液体；螺旋缠绕于固态电池500表面的扁管 400与固态电池500表面相接触进行热传递。
本实施例中所述外置电源100设置于固态电池500的BMS板上方。本实用新型中外置电源100安放在方便拆卸更换的位置且不影响原有电池***形状。
本实施例中优选所述加热电阻300为丝状、片状或者条状的一种；所述加热电阻300的阻值为1Ω至10Ω。
本实施例中优选所述传热阻燃液体包括水、乙二醇和阻燃剂；其中水的质量分数为20％至80％。使用较大比例的水作为传热阻燃液体，在传热和阻燃的同时，也降低了生产成本，利于本实用新型的工业化使用。
本实施例中优选所述阻燃剂为磷酸三苯酯，HBCD,MCA，聚磷酸铵的一种或几种。本实用新型在传热阻燃液体中加入一定量的阻燃剂，在确保加热作用的同时，显著提高阻燃效果，本实用新型安全可靠。
本实施例中所述扁管400包括与固态电池500相接触的侧壁401和两侧壁 401之间的连接壁402。本实施例中侧壁401的宽度显著较连接壁402的宽度大，保证本实施例与固态电池500表面相接触的紧密且面积足够大，利于传热的进行。本实施例中扁管400材质为PP、PE、铝质软材等绝缘、耐腐蚀、导热性好的材料。
本实施例中扁管400可以任意弯折，厚度为10-100mm，贴于固态电池500 表面，螺旋环绕，相互之间不重叠。
本实施例中所述扁管400一侧壁401的上侧和下侧还设有两条柔性的吸附件403，两条吸附件403分别向上和向下倾斜设置。在使用时，传热阻燃液温度升高后，充满扁管400的传热阻燃液体温度升高，体积膨胀，相应的，扁管400 ***且体积增大，扁管400的侧壁401紧贴于固态电池500表面，两柔性吸附件403变形贴敷侧壁401和固态电池500表面之间，扁管400膨胀的过程中侧壁401与电池表面之间的空气被挤出，配合上下两侧吸附件403，扁管400类似吸盘吸附在固态电池500表面，扁管400与固态电池500间紧密接触，扁管400 对固态电池500的保温性好；当加热电阻300停止加热时，扁管400和其中传热阻燃液体冷却，二者的体积同时适应性收缩，扁管400从固态电池500表面脱离，扁管400与固态电池500之间的连接关系仅为缠绕，利于对本实施例的维护。
优选每一固态电池500大于等于50％的表面覆盖有扁管400。通过对固态电池500表面有效覆盖扁管400快速加热固态电池500，利于固态电池500优异性能的发挥和维护。
本实施例中固态电池500表面螺旋缠绕的扁管400中填充有传热阻燃液体，还装有加热电阻300，外置电源100通过加热电阻300对传热阻燃液体进行加热，传热阻燃液体通过扁管400与固态电池500的接触将加热电阻300产生的热量传递给固态电池500，固态电池500的使用环境温度稳定在一个导电率最佳的范围之内；其中，控制器200控制加热电阻300的关闭和启动，保持固态电池500 运行温度的稳定；
本实施例通过设置外置电源100有效保护固态电池500，不影响固态电池 500主体工作寿命及效率，外加热电源方便更换，从而提升整体电池包或者电池组的寿命，加热效率高，保证固态电池500体表温度稳定在最佳范围之内，提升固态电池500导电率，克服固态电池500室温或低温环境导电率不佳的缺陷，同时延长固态电池500使用寿命。
本实施例中加热电阻300外包裹填充传热阻燃液体的扁管400，传热阻燃液体具有保温及防冻功能，扁管400材料及传热阻燃液体都具有阻燃的作用，因此本实施例还可以起到阻燃灭火、消除安全事故的效果；
本实施例中占用空间小，可弯折度高，同时扁管400内传热阻燃液体可增加受热面积，提升整体加热效率。
本实施例中控制器200为S7-200 PLC或S7-300 PLC，包含了过流保护器、感温器、控制开关、电源。
本实施例的使用过程：
扁管400与固态电池500之间不做其他固定，依靠螺旋缠绕，扁管400具有一定弹性，缠绕时施加一定的力，缠绕拉力＜5N，理论上，成组固态电池500 间相互重叠，通过扁管400依次缠绕每个固态电池500表面，起到扁管400与电芯间相互固定，同时，固定同组电芯间相对位置；
外置电源100连接控制器200，控制器200连接加热电阻300，加热电阻300 包裹于充满传热阻燃液体的扁管400内，加热电阻300另一端回到外加热电源，加热扁管400以螺旋缠绕的方式在固态电池500表面形成回路，保证每个固态电池500表面都覆盖有扁管400，控制器200闭合，加热电阻300升温，温度传递到传热阻燃液体，传热阻燃液体升温，传热阻燃液体增大了传热的面积，传热阻燃液体将温度传递到固态电池500表面，完成给固态电池500加热的步骤。
本实施例中以5Ah，型号为606090聚合物固态电池500，作为测试对象，测试大倍率循环性能进行测试，倍率测试：0.5C充电，3.0C放电保持率。
本实施例中使用1Ω加热电阻300丝，传热阻燃液体按照质量分数包括40％乙二醇，55％水和5％HBCD，扁管400厚度30mm，电芯表面覆盖面积50％，加热装置设置温度45℃，外部25℃环境下，0.5C充电，3.0C放电保持率，3C放电容量保持率详见表1所示，起火状况详见表2所示。
实施例2
本实施例与实施例1的主要区别在于：
用3Ω加热电阻300丝，传热阻燃液体按照质量分数包括45％乙二醇，50％水和5％磷酸三苯酯，扁管400直径50mm，电芯表面覆盖面积60％，加热装置设置温度50℃，外部25℃环境下，0.5C充电，3.0C放电保持率，3C放电容量保持率详见表1所示，起火状况详见表2所示。
实施例3
本实施例与实施例1的主要区别在于：
用5Ω加热电阻300丝，传热阻燃液体按照质量分数包括65％乙二醇，30％水和5％HBCD，扁管400直径70mm，电芯表面覆盖面积70％，加热装置设置温度55℃，外部25℃环境下，0.5C充电，3.0C放电保持率，3C放电容量保持率详见表1所示，起火状况详见表2所示。
实施例4
本实施例与实施例1的主要区别在于：
用7Ω加热电阻300丝，传热阻燃液体按照质量分数包括30％乙二醇，65％水和5％磷酸三苯酯，扁管400直径90mm，电芯表面覆盖面积80％，加热装置设置温度60℃，外部25℃环境下，3C放电容量保持率详见表1所示，起火状况详见表2所示。
对比例
无加热装置，25℃环境下，0.5C充电，3.0C放电容量保持率；3C放电容量保持率详见表1所示，接触外界火源起火状况详见表2所示。
表1实施例1至4与对比例中电池3C放电容量保持率
| 组别 | 3C放电容量保持率 |
| 对比例一 | 69％ |
| 实施例一 | 89％ |
| 实施例二 | 93％ |
| 实施例三 | 91％ |
| 实施例四 | 92％ |
表2实施例1至4以及对比例中电池接触外界火源的起火情况
| 组别 | 是否起火 |
| 对比例一 | 是 |
| 实施例一 | 否 |
| 实施例二 | 否 |
| 实施例三 | 否 |
| 实施例四 | 否 |
由上述实验结果可知，本实用新型可有效提升固态电池500内部电导率，宏观上固态电池500倍率性能有了很大的提升，其中用3Ω加热电阻300丝，传热阻燃液体按照质量分数包括50％乙二醇，50％水，本实用新型设置温度50℃对电芯倍率性能的提升最显著；有外界火源的情况下，对比例出现起火现象，实施例无一例起火，故而本装置有阻燃作用。
上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
Claims (6)
1.一种固态电池加热装置，其特征在于：包括电连接的外置电源，控制器和加热电阻；加热电阻外部包裹有柔性扁管，柔性扁管中充满传热阻燃液体；螺旋缠绕于固态电池表面的扁管与固态电池表面相接触进行热传递。
2.如权利要求1所述的一种固态电池加热装置，其特征在于：所述外置电源设置于固态电池的BMS板上方。
3.如权利要求1所述的一种固态电池加热装置，其特征在于：所述加热电阻为丝状、片状或者条状的一种；所述加热电阻的阻值为1Ω至10Ω。
4.如权利要求1所述的一种固态电池加热装置，其特征在于：所述扁管包括与固态电池相接触的侧壁和两侧壁之间的连接壁。
5.如权利要求4所述的一种固态电池加热装置，其特征在于：所述扁管一侧壁的上侧和下侧还设有两条柔性的吸附件，两条吸附件分别向上和向下倾斜设置。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种固态电池加热装置，其特征在于：每一固态电池大于等于50％的表面覆盖有扁管。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023071056A1 (zh) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种加热装置、电池及用电装置 |
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2020
- 2020-06-10 CN CN202021065036.5U patent/CN213150877U/zh active Active
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| WO2023071056A1 (zh) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种加热装置、电池及用电装置 |
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