专利名称：具有温度调节装置的电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有温度调节装置的电池系统，尤其涉及一种具有温度调节装置的锂离子电池系统。
背景技术：
二次电池在充电和放电的工作过程中都会放出热量使电池温度升高，动力电池特别是电动汽车用动力锂电池的高功率放电和快速充电是未来的发展方向，这也将导致电池工作时温度大大提升。温度是影响电池性能的最主要因素之一，温度太高导致副反应加剧， 导致电池寿命缩短，电解液分解产生大量气体，内部压力与热量的急剧增加有可能导致起火、爆炸等隐患。温度太低导致活性物质不能完全发挥，电池低温放电容量低，难以满足低温环境的需求。二次电池具有最佳的使用温度范围，如Ni-Cd、Ni-MH电池在-1(T60°C，Li 离子电池在(T60°C之间，超过60°C，电池安全性能难以保证，低于-20°C，电池容量及循环寿命都将大大降低，因此保持合适的电池使用温度有利于延长使用寿命、提高电池安全性。现阶段的研究主要集中在电池的冷却方向上，对于电池低温放电温度的研究较少，传统使用风冷技术效率低、噪声大、温度不均勻，电池状态不一致；而用液冷技术则容易造成结构复杂、密封性要求高、电池组空间增大、电池组重量增加等，并且风冷、液冷都需要消耗电池组本身的能量，影响使用性能。目前相变材料成为研究热点，相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固一液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。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，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。因为相变材料具有窄的温度区间内较大的热容，所以可以应用在大功率充放电时对电池组系统进行加热或冷却。传统的相变材料集中在冷却散热方式上，如专利申请200910184584. 1公开了一种动力锂电散热方法，在锂电池内部空隙处填充石蜡/GMB/石墨复合材料，相变点在 15 55°C，用于高功率和快速充放电的动力锂电的散热，但是由于相变经常伴随体积变化和固液变化，导致电池变形或腐蚀。专利200510087108. X公开了一种电池充电器盒，采用固-固或固-液相变材料作为电池冷却装置，使用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等定形材料，可以有效的控制变形，但是其相变温度区间较大，装置在10°C即开始冷却，但是锂离子电池的最佳工作温度为2(T40°C，所以会影响电池的充放电性能。传统的相变材料集中应用在电池的高温冷却散热，较少考虑到低温环境时的电池工作状态；并且将相变材料填充在电池内部空隙处的方式可能导致相变材料两相转变时变形量过大而引起电池挤压变形；相变温度区间宽泛则会导致电池在不需冷却或加热的时候相变材料已经开始吸收或放出相变潜热，导致浪费及影响电池性能。以上发明主要都是针对电池组的高温散热冷却方面，并未涉及电池在低温条件下的工作，而电池在低温环境下性能下降无法适应北方寒冷使用环境也是亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供的一种具有温度调节装置的电池系统，保证电池组在合理的温度区间内工作，避免高温导致的安全失效和低温引起的性能降低。通过便于拆卸安装的温度调节装置，利用相变材料在相变温度区间吸收和释放相变潜热达到冷却或加热电池系统的目的。为了达到上述目的，本发明提供一种具有温度调节装置的电池系统，包含电池系统绝热外壳，设置在绝热外壳内的电池组，该电池系统还具有与电池组接触设置的温度调节装置，所述的温度调节装置包含高温吸热冷却装置和低温放热保温装置。所述的电池组包含若干单体电池，单体电池之间设置绝缘隔板，每个单体电池上安装有导热片，导热片与温度调节装置连接。所述的绝缘隔板上设置若干凸台。通过若干金属连接片和紧固螺钉将单体电池相互连接，电池组的外部包覆绝热层，电池组通过结构件固定设置在绝热外壳内。所述的温度调节装置内设置相变材料，还设置若干导热丝，温度调节装置上还设置若干金属传热片，该金属传热片与单体电池的导热片接触。所述的金属传热片的数量与电池组内的单体电池的数量一致。所述的高温吸热冷却装置中的相变材料为高温相变材料，所述的低温放热保温装置中的相变材料为低温相变材料。所述的温度调节装置通过铆接，或者插接，或者螺纹连接方式进行安装拆卸。所述的高温相变材料为无机盐，或有机酸，或多元醇，或聚乙二醇聚乙烯。所述的低温相变材料为多元醇。本发明通过改变传统相变材料填充在电池组内部的方式，使用便于拆装的使用高温相变材料和低温相变材料的温度调节装置，分别针对高温和低温工作环境，提供一种成本低廉，操作维护简便，有利于提高电池工作性能及安全性、可靠性的温度调节方法。
图1是本发明提供的一种具有温度调节装置的电池系统的结构示意图； 图2是本发明的电池组的结构示意图3是本发明的温度调节装置的结构示意图。
具体实施例方式以下根据图1 图3，具体说明本发明的较佳实施例。如图1所示，本发明提供一种具有温度调节装置的电池系统，包含电池系统绝热外壳1，设置在绝热外壳1内的电池组2，以及与电池组2接触设置的温度调节装置，所述的温度调节装置包含高温吸热冷却装置3和低温放热保温装置4 ；
如图2所示，所述的电池组2包含若干单体电池7，通过若干金属连接片8和紧固螺钉 9将单体电池7相互连接，单体电池7之间设置带有凸台16的绝缘隔板13，将单体电池7隔开以达到绝缘的效果，每个单体电池7上安装有导热片12，导热片12与温度调节装置连接，电池组2的外部包覆绝热层10，电池组2通过结构件11固定设置在绝热外壳1内；
如图3所示，所述的温度调节装置内设置相变材料，还设置若干导热丝14，用来增加与相变材料的接触面积，提高导热性，温度调节装置上还设置若干金属传热片15，该金属传热片15与单体电池的导热片12接触，进行热量传递，该金属传热片的数量与电池组2内的单体电池7的数量一致；
所述的高温吸热冷却装置3中的相变材料为高温相变材料5，所述的低温放热保温装置4中的相变材料为低温相变材料6 ；
所述的温度调节装置可以通过铆接、插接、螺纹连接等方式方便的安装拆卸。下面进一步对本发明的工作过程进行描述。单体电池7通过金属连接片8和紧固螺钉9电连接组成电池组2，每个单体电池7 对应导热片12并由绝缘隔板13隔离以避免壳体电压短路。电池组2包裹一层绝热层10， 以尽量减少相变材料与外界环境的热量交换，通过结构件11固定在电池绝热外壳1上。绝热外壳优选热传导系数低的绝缘不燃烧材料，如玻璃钢等。当电池系统处于高温环境下或需要快速充放电工作时，安装高温吸热冷却装置3，高温吸热冷却装置3中的传热片15与单体电池7的导热片12紧密接触，当电池温度达到40°C时，放置于高温吸热冷却装置3中的高温相变材料5开始发生固-液或固-固相变反应，开始吸收大量的热量，而通过传热片 15和导热片12的作用，单体电池7表面的温度就转移到高温相变材料5中。同理，当在冬季或低温环境下使用电池时，安装低温放热保温装置4，当温度低于-20°C时，放置于低温放热保温装置4中的低温相变材料6开始发生液-固或固-固相变反应，开始发出大量的热量，通过传热片15和导热片12的作用，相变反应生成的热量就传递到单体电池7的表面。而当工作环境复杂，温度变化区间较大时，可以同时安装高温吸热冷却装置3和低温放热保温装置4，以满足复杂的温度适应性问题。如上所述，本发明将电池系统温度适应性分成冷却和加热两个部分，通过相变材料的特性，采用更换温度调节装置的方法，有效的控制电池温度始终处于合理的工作温度区间之内，可以大大提升电池的性能，并能增强安全性和可靠性。本发明实施例所述的电池组由多个单体电池7串联或并联组成，所述电池没有具体限制，可从可充电的二次电池中自由选取。本发明的电池优选锂离子二次电池，锂聚合物二次电池，镍金属二次电池或燃料电池。本发明实施例所述的单体电池通过两端封闭的L型导热片12传导热量，导热片与单体电池直接接触，导热效果良好，优选薄铝板。为了起到绝缘作用，本发明实施例所述的导热片12外侧与相邻单体电池7之间由具有凸台的绝缘隔板13隔开，凸台的大小和高度可随单体电池的型号不同调整，凸台的数量和大小可以根据电池的尺寸和使用环境设定，绝缘隔板13由耐高温耐腐蚀的绝缘材料制成，优选环氧板或PET材质。既可以起到一定的强度作用，也可以保证绝缘，凸台的设计又为电池预留了膨胀空间，并且加工成本低廉。本发明针对电池的高温环境和低温环境分别使用冷却散热及加热保护两种功能的相变材料，通过便于安装和拆卸的结构设计，在电池组需要冷却或加热的温度点进行相变反应，达到温度调节的作用。相变材料可以是固-固相也可以是固-液相，只需要控制窄的相变温度区间及变形。电池组系统是绝热或与外界热量交换较小的结构，在夏季时，室外温度超过30°C，而电池在长时间或快速充放电过程中的温度肯定还会更高，安装高温吸热冷却装置，在电池组超过一定温度时，开始吸收相变潜热达到冷却的目的。同理，在冬季，室外温度低于-20°C，电池放电性能大大降低，换装低温放热保温装置，在电池组温度低于某一温度时，放出相变潜热起到加热电池组的目的。高温吸热冷却装置内含高温相变材料，在温度高于电池系统最佳工作区间时，相变材料进行转变，吸收大量的热量。高温相变材料可以根据电池最佳工作温度区间选择无机盐、有机酸、多元醇和聚乙二醇聚乙烯等复合材料。低温放热保温装置内含低温相变材料，在温度低于电池系统最佳工作区间时，相变材料进行转变，放出大量的热量。低温相变材料可以根据电池最佳工作区间选择多元醇等。本发明采用更换温度调节装置的方法，使电池系统具有冷却和加热的功能，通过温度调节装置可以有效的对电池组进行加热和冷却，提升了电池的使用性能和安全性。每个单体电池的热量通过导热片温度调节装置均勻的接触，可以起到均衡的效果，从而增强了电池组的循环一致性，提高了电池组循环的寿命。本发明取得了以下有益效果
1、采用高温冷却散热，低温加热保护的概念，有利用电池性能的稳定发挥，提高了电池的安全性和可靠性；
2、相变温度调节的方法可以有效的简化电池系统结构，降低了电池组空冷风道设计， 液冷流道设计，节省了空间尺寸和加工成本；
3、采用导热片与温度调节装置进行热量交换，可以使每个单体电池温度的一致性良好，可以有效避免温度不均衡造成电池组性能上的衰减，提高了电池组的循环寿命和安全性；
4、电池系统结构简单，适合大功率大容量放电需求，因此，本发明可以用作电动车辆和混合电动车辆的电源配套装置。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种具有温度调节装置的电池系统，包含电池系统绝热外壳(1)，设置在绝热外壳 (1)内的电池组(2)，其特征在于，该电池系统还具有与电池组(2)接触设置的温度调节装置，所述的温度调节装置包含高温吸热冷却装置(3 )和低温放热保温装置(4 )。
2.如权利要求1所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的电池组(2) 包含若干单体电池(7)，单体电池(7)之间设置绝缘隔板(13)，每个单体电池(7)上安装有导热片(12)，导热片(12)与温度调节装置连接。
3.如权利要求2所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的绝缘隔板 (13)上设置若干凸台(16)。
4.如权利要求2所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，通过若干金属连接片(8)和紧固螺钉(9)将单体电池(7)相互连接，电池组(2)的外部包覆绝热层(10)，电池组(2)通过结构件(11)固定设置在绝热外壳(1)内。
5.如权利要求2所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的温度调节装置内设置相变材料，还设置若干导热丝(14)，温度调节装置上还设置若干金属传热片 (15)，该金属传热片(15)与单体电池的导热片(12)接触。
6.如权利要求5所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的金属传热片的(15)数量与电池组(2)内的单体电池(7)的数量一致。
7.如权利要求4所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的高温吸热冷却装置(3 )中的相变材料为高温相变材料(5 )，所述的低温放热保温装置(4 )中的相变材料为低温相变材料(6)。
8.如权利要求1所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的温度调节装置通过铆接，或者插接，或者螺纹连接方式进行安装拆卸。
9.如权利要求7所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的高温相变材料为无机盐，或有机酸，或多元醇，或聚乙二醇聚乙烯。
10.如权利要求7所述的具有温度调节装置的电池系统，其特征在于，所述的低温相变材料为多元醇。
全文摘要
一种具有温度调节装置的电池系统，通过改变传统相变材料填充在电池组内部的方式，使用便于拆装的使用高温相变材料和低温相变材料的温度调节装置，分别针对高温和低温工作环境，提供一种成本低廉，操作维护简便，有利于提高电池工作性能及安全性、可靠性的温度调节方法。
文档编号H01M10/50GK102376997SQ20111038089
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者侯敏, 曹辉, 王东, 赵文鹏 申请人:上海航天电源技术有限责任公司