一种既能快速导热又能绝热保温的锂离子电池包的制作方法

1.本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种既能快速导热又能绝热保温的锂离子电池包。


背景技术：

2.锂离子电池作为新能源汽车的储能和动力源，可以说是最核心的部件，该部件的好坏优劣直接影响到整车的性能。作为动力源的锂离子电池是以整体电池包的形式存在的，再配以冷却加热系统，对整个电池包进行温度控制，避免由于高温或低温对电池包电化学和安全性能造成影响。因此，冷却加热系统是极其重要的关键部件之一，目前市场上的冷却系统基本都是液冷或风冷，液冷一般是在电池包内部安装一定规模的管路，管路内注入冷却液，通过冷却液流动带走热量，风冷与之类似。虽然上述方案能起到一定的冷却作用，但会增加制造成本，降低电池包能量密度，同时存在一定的污染电池风险。在炎热的夏季或酷寒的冬季，冷却加热系统需要超负荷工作，即便如此也难以达到理想的效果，主要原因是外界温度和箱体有不理想的热交换，具体表现为：夏季外界环境温度高，电池包工作产生的热量难以散发出去；冬季外界环境温度低，电池包内电芯的温度很快就会和外界平衡。
3.另外，目前大多数纯电动车为了保证底盘动力电池的安全，一般会选择钢、铝合金材料、玻纤增强复合材料、smc片状材料、碳纤增强复合材料等轻量化的材料做电池包的保护外壳，这些箱体材料均无法达到理想的散热或保温效果，或者无法兼顾。
4.针对上述问题，目前亟需一种智能的既能有效快速导热又能绝热保温的装置，来保障电池包能在合理温度范围内使用，同时还要求能够满足低成本、方便规模化大批量生产的需求。


技术实现要素：

5.本实用新型主要是为了解决现有的锂离子电池包的冷却加热系统散热保温效果不理想、成本高、不方便规模化大批量生产的问题，提供了一种既能快速导热又能绝热保温的锂离子电池包，采用磁流变液膜、温度探头、接收器和磁场发生器组成锂离子电池包的智能温控装置，可组合电池包的冷却加热系统联合使用，以达到更理想效果，也可独立作为一个核心主控部件来使用，既能有效快速导热又能绝热保温，且低成本，方便规模化大批量生产。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种既能快速导热又能绝热保温的锂离子电池包，包括箱体和密封在所述箱体内的模组，所述模组包括导线、电芯、bms和铜铝排，所述箱体与所述模组之间设有磁流变液膜，所述磁流变液膜包括膜壁，所述膜壁内充满磁流变液；所述电池包还包括接收器、温度探头和磁场发生器，所述接收器、温度探头和磁场发生器依次电性连接。由于现有的锂离子电池包冷却加热系统散热保温效果不理想、成本高、不方便规模化大批量生产，本实用新型提供了一种既能快速导热又能绝热保温的锂离子电池包，包括箱体和密封在箱体内的模
组，箱体和模组之间设有磁流变液膜，模组内包括电芯、导线、铜铝排和bms，电池包内还设有依次电连接的温度探头、接收器和磁场发生器，磁流变液膜、温度探头、接收器和磁场发生器组成锂离子电池包的智能温控装置。其中，磁流变液膜具有一定厚度，膜壁材料可以选择塑料或橡胶，膜壁内部充满磁流变液，磁流变液是一种将微米尺寸的可磁化颗粒分散于母液中所构成的悬浮液，无磁场时为牛顿流体，强磁场作用下悬浮颗粒因磁感应由磁中性变为强磁性，彼此之间相互作用，瞬间由液体变为粘塑体，其流变性质发生急剧变化，工作原理为：当磁流变液的外加磁场增强时，其导热系数会变大；当磁流变液的外加磁场减弱时，其导热系数会变小。温度探头被设置在电池包内部，位于电芯空隙间或模组间，用于感应监测点的温度，为达到更加准确理想的效果，可同时在不同位置设置多个温度探头，温度探头将检测到的温度数据传输给接收器，接收器根据收到的温度数据控制磁场发生器工作，即控制磁场发生器产生的磁场强度随电池包内的温度实时变化，当温度探头检测到电池包温度过高时，磁场发生器会加大磁场强度，进而增加磁流变液膜的导热系数，使热量快速散发出去，达到电池包降温效果；当温度探头检测到电池包温度过低时，磁场发生器会降低磁场强度或停止产生磁场，进而降低磁流变液膜的导热系数，使热量不易散出，以此达到保温效果。磁场发生器的磁场范围覆盖整个磁流变液膜，提供磁流变液膜的外加磁场，通过调整外加磁场的强度来调整磁流变液膜的导热系数，一般可简化为电磁线圈和电源，电源可单独设置也可由模组提供。本方案采用磁流变液膜、温度探头、接收器和磁场发生器组成锂离子电池包的智能温控装置，既能有效快速导热又能绝热保温，且低成本，方便规模化大批量生产。
8.作为优选，所述温度探头设置在所述模组间。本方案将磁流变液膜设置在箱体和模组之间，磁流变液膜将模组全部或部分包裹，温度探头置于模组间，用来感应监测点的实时温度，测得的温度通过数据线传输到接收器，接收器将信号传给磁场发生器，并和磁场发生器协同工作调控磁场强度（即磁流变液膜的外加磁场强度），进而调节磁流变液膜的导热率，实现对电池包内部温度的智能管控。
9.作为优选，所述温度探头设置在所述电芯空隙间。本方案将磁流变液膜设置在箱体和模组之间，磁流变液膜将模组全部或部分包裹，温度探头置于电芯空隙间，用来感应监测点的实时温度，测得的温度通过数据线传输到接收器，接收器将信号传给磁场发生器，并和磁场发生器协同工作调控磁场强度（即磁流变液膜的外加磁场强度），进而调节磁流变液膜的导热率，实现对电池包内部温度的智能管控。
10.作为优选，所述磁场发生器由电源和电磁线圈组成，所述电磁线圈与所述电源电性连接。磁场发生器一般可简化为电磁线圈和电源，电源可单独设置也可由模组提供，其磁场范围覆盖整个磁流变液膜。由于磁场发生器产生的磁场强度随温度探头检测到的温度实时变化，使得智能调节的磁流变液膜热导率为最佳实时热导率。另外，本方案的磁场发生器要根据具体使用的磁流变液膜来确定，具体包括磁流变液组分的种类和比例、磁流变液膜厚度和尺寸等，以此来确定磁场发生器的规格强度和尺寸大小等，保证达到最优效果。
11.作为优选，所述磁场发生器可手动人工控制。当电池包在较固定或者波动范围不大的外部环境工作时，可以人工将磁场强度调节到固定值。
12.作为优选，所述磁场发生器可通过软件智能控制。当电池包在温度多变的环境下工作时，可以通过软件智能调控磁场强度。
13.作为优选，所述膜壁材料可以为橡胶或塑料。
14.因此，本实用新型的优点是：
15.（1）采用磁流变液膜、温度探头、接收器和磁场发生器组成锂离子电池包的智能温控装置，既能有效快速导热又能绝热保温，且绿色环保，低成本，方便规模化大批量生产；
16.（2）实现对锂离子电池包温度的智能调节和合理管控，保障了锂离子电池的电化学性能、安全性能和一致性。
附图说明
17.图1是本实用新型磁流变液膜的局部结构示意图。
18.图2是本实用新型的结构示意图。
19.1、磁流变液膜 2、膜壁 3、磁流变液 4、箱体 5、模组 6、磁场发生器 7、温度探头 8、接收器。
具体实施方式
20.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
21.如图2所示，本实用新型提供了一种既能快速导热又能绝热保温的锂离子电池包，包括箱体4和密封在箱体4内的模组5，箱体4和模组5之间设有磁流变液膜1，模组5包括电芯、导线、铜铝排和bms；电池包内还设有依次电连接的温度探头7、接收器8和磁场发生器6，磁流变液膜1、温度探头7、接收器8和磁场发生器6组成锂离子电池包的智能温控装置。制作时，将模组5放入箱体4中，采用铆接涂胶等方式进行密闭封口，制成成品电池包。
22.如图1所示，磁流变液膜1包括膜壁2和填充在膜壁2内的磁流变液3，本实施例中，膜壁2的材质为具有高强度和高强韧性的聚酰亚胺类材质，壁厚为0.1-0.5mm，壁厚均匀；磁流变液3为一种特制的微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液，磁性颗粒选取羰基铁粉，体积分数为20%-40%，颗粒直径为3-5μm，载液选取硅油和某种矿物油的混合液。经测试，磁场强度在0-2t范围内增大时，磁流变液3的导热系数从0.8w/(m.k)增加到30w/(m.k)，导热性显著提高。
23.如图2所示，温度探头7被设置在电池包内部，位于电芯空隙间或模组5间，用于感应监测点的温度。为达到更加准确理想的效果，可同时在不同位置设置多个温度探头7，温度探头7将检测到的温度数据传给接收器8，接收器8接收后再将信号传给磁场发生器6，并与磁场发生器6协同工作调控磁场强度，即控制磁场发生器6产生的磁场强度随电池包内的温度实时变化，进而智能调整电池包内温度。当温度探头7检测到电池包温度过高时，磁场发生器6会加大磁场强度，进而增加磁流变液膜1的导热系数，使热量快速散发出去，达到电池包降温效果；当温度探头7检测到电池包温度过低时，磁场发生器6会降低磁场强度或停止产生磁场，进而降低磁流变液膜1的导热系数，使热量不易散出，以此达到保温效果。
24.磁场发生器6的磁场范围覆盖整个磁流变液膜1，提供磁流变液膜1的外加磁场，通过调整外加磁场的强度来调整磁流变液膜1的导热系数，从而实现对锂离子电池包内部温度的智能调节和合理管控。磁场发生器6一般可简化为电磁线圈和电源，电源可单独设置也可由模组5提供。
25.本实施例的磁流变液膜1制作过程为：先将聚酰亚胺类基膜吹塑成具有固定形状、
厚度和容积的袋状结构，然后将配置好的磁流变液3注入其中。具体注入的磁流变液3量根据实际需要调整，本实施例将磁流变液3注满，然后通过热塑工艺进行密封，形成封闭的磁流变液膜1，厚度为5mm。
26.本实施例的电池包能量为15度电，电芯为方形铝壳47ah 622高压材料，模组5采用22串4并组合形式，为更直接地证明本实用新型的实效性，本实施例采用导热性好的轻量化铝合金作为箱体4材料，此箱体4材料特性为强度高、密度低。
27.将本实施例在不同温度场景和使用条件下进行应用。
28.场景1为模拟冬季低温0℃环境，测试保温效果。具体实验方案为：选取两组同样15度电的电池箱1号和2号，1号为普通的未做任何处理的电池箱，2号为本实施例电池箱，即在1号基础上添加磁流变液膜智能温控。两组电池常温充满电，同时置于低温0℃环境4h后开始以1c（电流180a）倍率进行放电。从监测温度看，整个放电过程中1号箱体内部由于电芯放电产热温度略有上升，但很快通过箱体和外界接触散热，最终温度上升约2℃；而2号箱体由于磁流变液膜的隔热保温作用，温度上升了15℃左右。由于保温效果，2号箱体放出了更多的电池能量。
29.场景2为模拟夏季30℃环境，测试散热效果。两组电池常温充满电，同时置于30℃环境4h后开始以1c（电流180a）倍率进行放电。从监测温度看，1号和2号箱体内部温度相近，说明2号箱体放电过程中由于磁场发生器进行工作，加大了磁流变液膜的导热率，使得1号和2号箱体有同样的散热效果。
30.总体来说，本方案可以有效兼顾一年四季不同温度下的实际应用，尤其适合在昼夜温差大的地区使用，比如我国新疆沙漠地区，昼夜温差大，本方案能让电池包晚上隔热保温，白天散热。