专利名称：一种动力锂电散热方法
技术领域：
本发明涉及一种动力锂电散热方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术：
电动汽车是一种高效节能，同时不污染环境的先进交通工具，现已成 为全世界汽车产业的发展走向。与此同时，作为电动汽车心脏的动力电池 组更是电动汽车研究的重点。
动力锂电(即动力型锂离子电池或锂离子电池组)是电动汽车的理想 电源，动力锂电的高功率和快速充放电是电动汽车发展之大势所趋。对于 电池组而言，充放电倍率越高，其温升也就越快，而温度对电池有着双重
影响温度越高，电池内阻越小，相应的电池效率也就越高；与此同时， 高温会加速体系内的各种化学反应，尤其是可能使电池结构产生永久损坏 的有害反应的速率。再者，温度不均匀时，部分处于高温条件下的电池极 片也容易受损，容易导致电池过充，严重影响电池(组)性能及其使用寿 命。表现为可充入的电量越来越少，发热也更加严重。热量得不到有效的 传递或散发时，极易导致电池组的电化学性能下降及单只落后现象的发 生，严重时还会引发电池软鼓、起火、爆炸等安全事故。
目前在系统散热方面，大多釆取安装风扇等装置将系统工作时所产生 的热量排出。而系统内部空气流的走向对风扇安装方式要求较严，再者风 扇的功率及其排风量等，均会受到系统及其内部模块的结构限制。另外， 经对现有技术文献检索，CN 101047274A中提出了一种釆用集热板、散热 板和泵的散热装置；CN 101027814A中提出了一种用与电池组的冷却系统， 具有通过以恒定流动速度向电池芯供应制冷剂而发散电池芯产生热量的 效果。但以上方案对电池温升特别是大电流充放时的温升降低的效果不明 显，散热能力有限。同时，结构复杂、生产成本高，装配维护也不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有动力锂电系统散热方面存在的 效果差、成本高、维护不方便的缺陷，提供一种散热效果好、实施成本低、 操作维护方便，有利于提高电池工作性能和可靠性的动力锂电散热方法。
本发明的技术方案是在锂离子电池内部，即锂离子电池系统或者模 块内部的空隙处填充相变材料，所述相变材料为石蜡/ (Al/C)复合材料、 GMB/石墨复合材料中的一种或两种，上述GMB是指硬脂酸单甘油酯。
进一步的方案是对于由单体组成的电池模块，在单体之间填充石蜡 /(Al/C)复合材料，对于由模块组合而成的电池组(系统)，先在单体之 间填充石蜡/ (Al/C)复合材料，再在模块之间填充GMB/石墨复合材料； 所述石蜡/ (Al/C)复合材料的组分和含量百分比(重量)为石蜡75%~ 100%、 Al/C复合料(r/。 25。/。，相变点为15。C ~ 55°C,其中A1/C复合料为纯 度为99y。的Al粉和纯度为98"/。的石墨粉依质量比97. 3: 2.7的比例混制而成； 所述石蜡/ (Al/C)复合材料的制作方法是先将石蜡加热熔化，再在高速 搅拌状态下加入A1/C复合料，继续搅拌10-30min,石蜡主要由直链烷烃 混合而成， 一般说来，其熔点和熔解热随碳链的增长而增大；所述GMB/ 石墨复合材料的组分和含量百分比(重量)为GMB60°/ -80%,石墨20% ~ 40%,相变点为55。C ~65°C;所述GMB/石墨复合材料的制作方法是先将GMB 加热熔化，再在高速搅拌状态下加入石墨，继续搅拌30 60min。
本发明釆用填充相变材料的方法对电池(组)进行散热，相变材料的 相变点随其组分和含量的不同而不同。当电池温度达到相变点温度时，相 变材料发生相变而吸热，从而使电池散热以控制温升。针对不同容量和规 格的电池，按下式计算出使电池保持在特定工作温度范围内所需要的PCM
\叩，入,, 引，n w正.(i>00 = "」、/V W ( 1 )
、』加—70 J + A加"ffl
式中，C.,一"为电池放出的热量，/; A柳为PCM的质量，Cp为PCM的比热容，、vT; 7>吣几分别为PCM的熔点温度及其初始温度， j^&为PCM的相变潜热，//化。
本发明所用相变材料制作工艺简单，向电池模块(或系统)内部填 充相变材料操作、维护方便，不需要专用散热装置，生产成本低。试验 表明，釆用本发明的方法与现有的釆用冷却装置的电池散热方式相比， 能降低电池温升达2(TC以上，并可使电池模块(或系统)内部温度趋向 均匀，整体散热效果显著，可在较大程度上避免事故、提高了电池工作 的可靠性。同时，因相变材料储存热量，可减少能耗，有利于电池在环 境温度较低时保持正常工作。另外，在电池内部填充相变材料也有利于 提高模块(或系统)的抗震性及其稳定性。
图l是单体之间填充相变材料的电池模块示意图2是单体之间及模块之间均填充相变材料的电池组示意图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。 例一
1、 选取3只3. 2n(M力锂离子电池单体，相互并联后组成3.2F30^力电池 模块A，同法制成电池模块B;
2、 称取质量比为78: 22的正二十七碳石蜡材料及A1/C复合料，先将 石蜡加热熔化，再在880rpm的高速搅拌状态下加入Al/C复合料，继续搅拌 20niin，制得相变点为石蜡/ (Al/C)复合材料，其相变点为4"C;
3、 依据试验测试及仿真数据可得电池模块A进行3C放电前后放出的热
量(^,由",，根据前述公式(1)计算出石蜡/ (Ai/C)复合材料的质量仏柳， 并按此质量将石蜡/(Al/C)复合材料填充到电池模块A的单体之间的空隙 处，参见图l，其中l为锂离子电池单体，2为石蜡/ (Ai/C)复合材料；
4、 对电池模块A进行3C放电，测得放电前和放电结束时的瞬时温度分 别为28. 7€ 、 47 。C ,即电池温升为18. 3匸(温度测量点在电池负极极耳处);
5、 对电池模块B进行风冷散热，测得3c放电前后温度分别为^.rc、
69. (TC,即温升为35.8。C;
6、 比较两种散热方法，可知电池模块A比电池模块B降低温升17.5'C。本例中，将相变材料中石蜡与A1/C的质量百分比改为100: 0,相变点 为55.(TC,测得放电前后电池温升为25. (TC;若将相变材料中石蜡改为正 十五碳石蜡、比例不变，相变点为15。C,则该材料可在遭遇低温环境时通 过释放自身所储存的相变热使电池所处温度提高约12. 5 °C 。
例二
按照例一的表述，不同的是将相变材料改为GMB/石墨复合材料，其中 GMB与石墨的质量比为65: 35，相变点为62. 1°C ，制作时先将GMB加热熔化， 再在850rpm的高速搅拌状态下加入石墨，继续搅拌45min。本例中测得电 池模块A进行3C放电前后瞬时温度为30. 7°C、 57. 2°C,温升为26. 5°C,比 电池模块B降低温升9. 3°C ( 35. 8-26. 5=9. 3 )。
本例中，将相变材料中GMB与石墨的质量百分比改为60: 40,相变点 为55'C，测得放电前后电池温升为24. 7'C;将GMB与石墨的质量百分比改 为80: 20，相变点为65'C,测得放电前后电池温升为32°C 。
例三
选取24只3.2Kl(U力锂离子电池单体，釆用"三并八串"的模式构成 25.6F3(U力电池组，参照例一的方法，将例一中所述的石蜡/ (Al/C)复合 材料(质量比83: 17)填充到电池单体之间，将例二中所述GMB/石墨复合 材料(质量比60: 40 )填充到电池模块之间，参见图2，其中l为单体，2 为石蜡/ (Al/C)复合材料，3为电池模块，4为GMB/石墨复合材料。在电 池进行12C大电流放电时，当温度达到石蜡/(Al/C)复合材料的相变点时，
该相变材料吸收单体放出的热量，自身发生相变直至完全转变为另一相， 相变过程发生完全后，温度继续升高，达到GMB/石墨复合材料的相变点时，
该相变材料发生相变、吸热，前一相变材料温度降低且与后一相变材料及 电池模块之间同时发生热传递，当温度降低到前一相变材料的相变点时， 温度保持不变，但相变材料继续吸热使得电池内部温度降低。
本例中，两种相变材料的相变点分别为5(TC、 55°C,对电池进行 12C放电，测得放电前后瞬时温度分别为30. 1°C、 47.5°C，而风冷散热 条件下的同样电池组12C放电前后温度分别为34°C、75.2°C,比较可知， 釆用相变材料散热的电池组比风冷散热电池组温升降低23.8°C。
权利要求
1、一种动力锂电散热方法，其特征是在锂离子电池内部空隙处填充相变材料，所述相变材料为石蜡/(Al/C)复合材料、GMB/石墨复合材料中的一种或者两种，上述GMB是指硬脂酸单甘油酯。
2、 按权利要求1所述动力锂电散热方法，其特征是对于由单体组成 的模块单独构成的电池，在单体之间填充石蜡/ (Al/C)复合材料，对于 由模块组合而成的电池组，先在单体之间填充石蜡/ (Al/C)复合材料， 再在模块之间填充GMB/石墨复合材料。
3、 按权利要求1所述动力锂电散热方法，其特征是所述石蜡/(Al/C) 复合材料的组分和含量百分比(重量)为石蜡75%~100%、 Al/C复合 材料0%~25%,相变点为15°C 55°C， Al/C复合料中Al与C的质量百 分比分别为97. 3%、 2. 7%。
4、 按权利要求3所述动力锂电散热方法，其特征是所述石蜡/(Al/C) 复合材料的制作方法是先将石蜡加热熔化，再在高速搅拌状态下加入 Al/C复合料，继续搅拌10-30min。
5、 按权利要求1所述动力锂电散热方法，其特征是所述GMB/石墨 复合材料的组分和含量百分比(重量)为GMB 60%~80°/ ,石墨20%~40%, 相变点为55°C ~65°C。
6、 按权利要求5所述动力锂电散热方法，其特征是所述GMB/石墨 复合材料的制作方法是先将GMB加热熔化，再在高速搅拌状态下加入石 墨，继续搅拌30~ 60min。
全文摘要
本发明公开了一种动力锂电散热方法，属于锂离子电池温度控制技术领域。该方法是在锂电池内部空隙处填充相变材料，所述相变材料为石蜡/(Al/C)复合材料、GMB/石墨复合材料中的一种或两种。所述石蜡/(Al/C)复合材料中石蜡和Al/C复合料的重量百分比分别为75％～100％、0％～25％，相变点为15℃～55℃，所述GMB/石墨复合材料中GMB和石墨的重量百分比分别为60％～80％、20％～40％，相变点为55℃～65℃。本发明的方法操作和维护方便，成本低，用于高功率和快速充放电的动力锂电的散热，效果显著，能提高电池工作性能和可靠性。试验表明，采用本发明方法与现有电池风冷等散热方式相比，降低电池温升20℃以上，应用前景广。
文档编号H01M10/50GK101635382SQ20091018458
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者丁同臣, 佘沛亮, 段和勋, 谦 许, 陈冰花 申请人:南京双登科技发展研究院有限公司