CN2665947Y - 动力锂离子二次电池组 - Google Patents

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CN2665947Y CNU032743122U CN03274312U CN2665947Y CN 2665947 Y CN2665947 Y CN 2665947Y CN U032743122 U CNU032743122 U CN U032743122U CN 03274312 U CN03274312 U CN 03274312U CN 2665947 Y CN2665947 Y CN 2665947Y
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王传福
姜占锋
董俊卿
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Abstract

一种动力锂离子二次电池组，包括由单体电池构成的电池组和封装的外壳，其特征在于：在电池组***还设置有一冷却***，所述冷却***包括一半导体制冷器和与其相连的一控制电路，其中，半导体制冷器靠向电池组的一面为制冷面，而另一面为散热面，通过控制电路控制能够使制冷面向电池组提供制冷，而散热面进行散热。通过采用半导体制冷的方式来迅速降低动力电池组温度，进而使该动力电池组具有低能耗、高能量、价格便宜、安全性能好、使用寿命长、无污染等优点。

Description

动力锂离子二次电池组
【技术领域】
本实用新型涉及一种锂离子二次电池组，更具体地说是涉及一种使用在电动车辆、大中型通讯设备等方面的动力锂离子二次电池组。
【背景技术】
近年来，由于环保以及节能的要求，人们迫切需要寻找高效率而又洁净的动力源，而动力电池则是一种比较好的选择。
目前，已经有多种动力电池正在研制和开发当中，例如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锌空气电池、飞轮电池、燃料电池、锂离子电池等等。其中，锌空气电池、飞轮电池、燃料电池、锂离子电池都被认为是作为动力电池发展的最佳选择。
锂离子二次电池中所使用的正极活性材料必须能够提供大量的可以自由脱嵌和嵌入的锂离子，目前研究较多的是富锂的过渡金属氧化物——钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)等。其中，目前已经商品化的钴酸锂显示出较稳定的放电电压和较高的比容量，但在商品化生产中存在着很多缺陷：首先是钴资源的短缺问题，目前世界上可采钴资源含量仅为830万吨；其次是价格问题，钴的价格昂贵，是镍的价格的20倍，是锰价格的40倍；另外，钴酸锂在安全性能上要比锰酸锂差很多，其充电后产物的分解温度要低于锰酸锂充电后产物的分解温度，尤其是用在动力电池这种大功率电池上，其安全隐患更加令人担忧。镍酸锂正极材料的合成相当困难，在高容量化方面还存在许多亟待解决的问题，而且镍酸锂充电后产物分解温度最低，基本无法应用到大功率动力电池上。作为动力锂离子二次电池正极活性材料的最佳选择，锰酸锂具有比能量较高、制备容易、成本低、安全性能、无污染等优点。
锰酸锂正极材料的缺点是高温性能差，在温度超过60℃时，对以锰酸锂为正极材料的电池进行重放循环，其容量会迅速下降，在超过50次充放电循环后，其放电容量就会下降到初始放电容量的80％以下。为了解决这个问题，人们采用了多种方法，例如，改变锰酸锂合成方法、对锰酸锂进行阳离子和/或阴离子掺杂以及对锰酸锂颗粒进行表面包覆等处理。这些处理方法对锰酸锂材料的高温性能有所改善，但没有彻底解决此问题，并且这些方法或者因为制备过程繁琐、要求严格等原因无法应用于工业化生产，或者是以降低材料的放电比容量为代价的。
既然锰酸锂正极材料在高温下寿命很差，可以让以锰酸锂为正极活性材料的电池脱离高温环境，从而越过此问题。而动力锂离子二次电池的最大问题正是充放电过程中产生的热量过多。目前在电动自行车、混和动力汽车和电动汽车上，只使用风机对动力电池组进行风冷。利用风冷降温，至多能将温度降低至环境温度附近，还必须有足够大的功率。另外，由于缺少控制***，不管动力电池组温度是不是过高，目前使用的方法中风机一直运行，造成能源浪费。因此，目前对动力电池组进行风冷降温的方法不仅消耗了大量的能量，还达不到令人满意的效果。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种动力锂离子二次电池组，其可以有效稳定动力电池组在充放电过程中的温度，以保证电极材料的活性，进而具有低能耗、高能量、价格便宜、安全性能好、使用寿命长、无污染等优点。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种动力锂离子二次电池组，包括由单体电池构成的电池组和封装的外壳，其特征在于：在电池组***设置有一冷却***，所述冷却***包括一半导体制冷器和与其相连的一控制电路，其中，半导体制冷器靠向电池组的一面为制冷面，而另一面为散热面。
上述设计中的冷却***进一步改进为：
所述冷却***还包括一导冷块，所述半导体制冷器的制冷面涂上导热硅胶后紧贴连接在导冷块上。
所述冷却***还包括一风机，其与控制电路连接，且出风口朝向导冷块。
所述的冷却***还包括一散热块，所述半导体制冷器的散热面涂上导热硅胶后紧贴连接在散热块上。
所述的冷却***还包括一热敏电阻，其安装在单体电池表面，并与控制电路连接。
所述的单体电池、动力电池组外壳、风机与导冷块的相互之间留有空隙，空隙的大小控制在5mm～20mm之间。
本实用新型的优点在于：
通过采用半导体制冷的方式来迅速降低动力电池组温度，并且能够将温度降低到环境温度以下，另外，控制电路能够根据动力电池组温度的高低来控制半导体制冷器和风机是否运转，有效稳定动力电池组在充放电过程中的温度，以保证电极材料的活性，进而使该动力电池组具有低能耗、高能量、价格便宜、安全性能好、使用寿命长、无污染等优点。
【附图说明】
图1是本实用新型动力锂离子二次电池组示意图。
【具体实施方式】
下面对本实用新型作出进一步的说明。
附图符号说明：
1-半导体制冷器；2-导冷块；3-散热块；4-控制电路；
5-风机；6-热敏电阻；7-单体电池；8-气流方向。
这里的单体电池7是采用以锰酸锂(LiMn2O4)为正极活性材料，人造石墨为负极活性材料，按照通用的方法制备而成的锂离子二次电池，并将多个单体电池7组合成为动力电池组。
当然，所述的单体电池还可以采用以含有能嵌入及脱出锂离子的锂与过渡金属的复合氧化物为正极活性物质，更好的选择是含有锰酸锂或其派生物的材料，以化学式表示为：LiMn2O4或LiMn2-xMxO4、LiMnO2或LiMn1-yMyO2，其中0≤x或y≤0.5。
采用以含有能嵌入及脱出锂离子的碳材料为负极活性物质，更好的选择为天然石墨、人造石墨或这些石墨经表面覆盖有不定形碳改性后的产物。
下面详细描述本实用新型的一种实施例。
请参阅图1，本实用新型动力锂离子二次电池组，包括由单体电池构成的电池组和封装的外壳，且其电池组***设置有一套冷却***，其中，该冷却***包括半导体制冷器1、导冷块2、散热块3、控制电路4、风机5和热敏电阻6。
半导体制冷器1与控制电路4连接，并由后者进行开启关闭的控制。在安装过程中，其靠向电池组的一面为制冷面，而另一面为散热面，半导体制冷器1的制冷面是在涂上导热硅胶后紧贴到导冷块2上，而将热面涂上导热硅胶后紧贴到散热块3上，从而使导冷块2、半导体制冷器1和散热器块3连接固定为一体。这样，当其正常工作时，即有电池组直流电通过的时候，可以在制冷面吸热，而在散热面放热。
导冷块2可以使用导热良好的金属块，如铜块、铝块等等，其作用在于增大降温面积的同时，防止空气冷凝水的出现。
散热块3可以使用导热性良好的金属，并尽量增大其与空气的接触面积，其作用在于将半导体制冷器1产生的热量散发出去，从而保证其正常运行。
风机5连接在控制电路4上，其作用在于将冷空气分散到整个动力电池组中，因此要将风机5出风的方向对准导冷块2。另外，图1中8为气流方向。
热敏电阻6用于测定电池组温度。为保证测定准确性，热敏电阻6安放于远离风机5的电池单体表面，并连接在控制电路4上，以传递采集到的电池温度信号。
上述的半导体制冷器1和风机5的运行是由控制电路4进行控制的。当热敏电阻6测得电池组的温度超过设定温度后，控制电路4会启动半导体制冷器1和风机5；当热敏电阻6测得温度低于设定温度后，控制电路4就会首先终止半导体制冷器1的运行，在30～60秒后终止风机5的运行。先终止半导体制冷器1后再终止风机5可以避免动力电池组内部局部过冷，而冷凝出空气中的水导致动力电池组短路等现象的发生。只要可以实现上述功能，各种型号的控制电路4都可以在本实用新型中使用，在此不做详细说明。
另外，根据电池组型号和大小的不同，可以适当调整该冷却***中半导体制冷器1、风机5的型号和数量，以保证具有更佳的制冷效果。
而且，该冷却***可以由动力电池组自身供电，也可以由另外的二次电池(组)供电。由于环境温度的降低会提高动力电池组放电容量，只要选择合适的半导体制冷器、风机型号和数量，就可以将所消耗的能量控制在由于温度降低给动力电池组带来的额外放电能量以下，也就是说，冷却***的增加并不会减少动力电池组能量的输出。
另外要注意的是，电池单体之间、电池单体与动力电池组外壳之间，风机与导冷块之间都留有空隙，便于空气流通。空隙的大小控制在5mm～20mm之间。过大则不利于控制动力电池组的体积，过小则不利于空气的流通。

Claims (6)

1、一种动力锂离子二次电池组，包括由单体电池构成的电池组和封装的外壳，其特征在于：在电池组***还设置有一冷却***，所述冷却***包括一半导体制冷器和与其相连的一控制电路，其中，半导体制冷器靠向电池组的一面为制冷面，而另一面为散热面。
2、如权利要求1所述动力锂离子二次电池组，其特征在于：所述冷却***还包括一导冷块，所述半导体制冷器的制冷面涂上导热硅胶后紧贴连接在导冷块上。
3、如权利要求1所述动力锂离子二次电池组，其特征在于：所述冷却***还包括一风机，该风机与控制电路电连接，且出风口朝向导冷块。
4、如权利要求1所述动力锂离子二次电池组，其特征在于：所述的冷却***还包括一散热块，所述半导体制冷器的散热面涂上导热硅胶后紧贴连接在散热块上。
5、如权利要求1所述动力锂离子二次电池组，其特征在于：所述的冷却***还包括一热敏电阻，其安装在单体电池表面，并与控制电路连接。
6、如权利要求1所述动力锂离子二次电池组，其特征在于：所述的单体电池、动力电池组外壳、风机与导冷块的相互之间留有空隙，空隙的大小控制在5mm～20mm之间。
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