基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包及应用

本发明涉及新能源乘用车大规模电池组阵列冷却、阻燃和抗冲击，尤其是涉及基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包及应用。

背景技术：

1、磁流变液(magnetorheological fluid，mrf)是一种可以在外磁场的作用下改变流变性质的智能材料。它由微小的铁磁颗粒悬浮于液体介质中组成，通常是硅油，同时加入表面活性剂等添加剂来控制颗粒之间的相互作用力以及抗沉降。在外加磁场作用下，磁流变液中的铁磁颗粒会被排列起来形成链状结构，其黏度显著增大，从而使其呈现类固态的力学特性。在磁场消失时，颗粒重新随机排列，其黏度又能恢复正常。剪切增稠液(shearthickening fluid，stf)是一种非牛顿流体，其粘度会随外加剪切速率或剪切应力的增加而增加。当剪切速率或剪切应力达到一定临界值时，其粘度会迅速增长，并可能发生从连续性的剪切增稠到非连续性的剪切增稠甚至剪切堵塞的转变。磁敏感剪切增稠液是将磁流变液与剪切增稠液的特性复合于一体的新型智能材料，同时具有磁流变效应与剪切增稠效应。因此，磁敏感剪切增稠液不仅可通过磁场可逆快速地控制其流变特性，而且还具有非常优异的缓冲吸振(抗冲击)性能。

2、由于电池内部的隔膜结构十分脆弱，容易因碰撞和振动等外力冲击而导致短路和爆炸等危险情况的发生。因此，为了保证电池的安全性和可靠性，研究人员对抗冲击技术进行了深入的研究。然而，当电池遭受外力冲击时，一般的增加电池组结构强度的设计可能无法有效阻止电池内部组件的移动、位移和变形，从而导致电池的短路、爆炸等危险情况的发生。此外，由于电池内部的结构和材料具有一定的弹性和可压缩性，当外界冲击力量超出了材料的极限值时，电池内部的组件可能会出现损坏、断裂等现象，从而进一步加剧电池的故障和结构失效的风险。因此，仅仅依靠电池自身的结构强度来抵御冲击并不能保证电池的安全性和可靠性。相反，通过使用磁敏感剪切增稠液这种智能材料来调节电池内部的应力分布和传递，可以更加有效地控制电池的冲击响应，并提高电池的抗冲击性能和安全性。并且，现有新能源乘用车电池组抗冲击、阻燃能力有限从而导致安全防护性能不佳；同时，电池组使用过程中需散热，现有散热技术和抗冲击、阻燃各为独立系统，导致电池组的能量密度降低。因此，急需新材料、新设计来解决这些问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包及应用。本发明的基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包(简称“电池包”)利用磁敏感剪切增稠液作为电池内部的冷却介质和缓冲材料，通过调节磁场控制其流变特性，可在电池包遭受冲击或振动时实现内部应力的分散、转移和吸收，从而保护电池包内部结构和组件不受损坏，并提高电池包的防火、阻燃性能，进一步提高电池包的安全性和可靠性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，包括由顶盖外壳、底板外壳、侧边外壳组成的封闭空间，以及设置于封闭空间内部的电芯、填充有磁敏感剪切增稠液的柔性冷却管道；

4、所述侧边外壳设置有磁敏感剪切增稠液入口和磁敏感剪切增稠液出口，磁敏感剪切增稠液入口和磁敏感剪切增稠液出口分别与呈弯折设置的柔性冷却管道的端部相连接；所述封闭空间内设置有若干电芯，柔性冷却管道沿相邻电芯弯折设置；

5、电芯靠近顶盖外壳和底板外壳的端部设置有励磁线圈。

6、在本发明的一个实施方式中，所述电芯靠近顶盖外壳的一侧设置有第一励磁线圈。

7、在本发明的一个实施方式中，所述电芯靠近底板外壳的一侧设置有第二励磁线圈。

8、在本发明的一个实施方式中，第一励磁线圈和第二励磁线圈的电流方向相同。

9、在本发明的一个实施方式中，所述柔性冷却管道靠近顶盖外壳和底板外壳的端部分别设置有磁轭。

10、在本发明的一个实施方式中，靠近顶盖外壳的第一励磁线圈设置于磁轭的两侧。

11、在本发明的一个实施方式中，靠近底板外壳的第二励磁线圈设置于磁轭的两侧。

12、在本发明的一个实施方式中，所述磁敏感剪切增稠液出口设置于侧边外壳远离磁敏感剪切增稠液入口的一侧。

13、在本发明的一个实施方式中，所述侧边外壳设置有磁敏感剪切增稠液入口和磁敏感剪切增稠液出口的一侧还分别设置有导电柱。

14、在本发明中，所述磁敏感剪切增稠液为由羰基铁粉、二氧化硅和基础液(硅油)混合形成的悬浮液。

15、本发明的第二个目的是提供一种乘用车的大规模电池组阵列，由若干基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包排列组成。

16、本发明使用磁敏感剪切增稠液作为电池组冷却流体介质，因其无磁场作用下流动性好，可在柔性冷却管道内正常流动并带走电池发热实现冷却的功能；在磁场作用下，磁敏感剪切增稠液由流态转变为类固体，当遭受严重冲击时，柔性冷却管道内的磁敏感剪切增稠液液起到缓冲吸振的功能；并且，在冲击严重时柔性冷却管道受控破裂，不可燃的磁敏感剪切增稠液作为阻燃剂阻止电池包的燃烧。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、(1)通过磁敏感剪切增稠液提高电池组的抗冲击性能；本发明的磁敏感剪切增稠液作为缓冲介质时可以在电池包遭受外力冲击或振动时，通过磁场可控调节黏度和流变特性，分散、转移和吸收内部应力，从而保护电池内部结构和组件不受损坏，提高电池包的抗冲击性能。

19、(2)将磁敏感剪切增稠液与阻燃材料结合使用，在冲击严重时冷却管道受控破裂，不可燃的磁敏感剪切增稠液作为阻燃剂阻止电池包的燃烧，可以有效降低电池发生着火、爆炸等安全事件的风险，增强电池包的安全性。

20、(3)将电池组的冷却系统、抗冲击系统以及阻燃系统复合为一个系统，可以有效减轻电池组的重量和体积，可在不影响电池包性能的前提下，减轻电池组的重量和体积，提高电池包的能量密度。

技术特征：

1.一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，包括由顶盖外壳(3)、底板外壳(9)、侧边外壳(12)组成的封闭空间，以及设置于封闭空间内部的电芯(5)、填充有磁敏感剪切增稠液(12)的柔性冷却管道(10)；

2.根据权利要求1所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，所述电芯(5)靠近顶盖外壳(3)的一侧设置有第一励磁线圈(2)。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，所述电芯(5)靠近底板外壳(9)的一侧设置有第二励磁线圈。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，第一励磁线圈(2)和第二励磁线圈的电流方向相同。

5.根据权利要求4所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，所述柔性冷却管道(10)靠近顶盖外壳(3)和底板外壳(9)的端部分别设置有磁轭(1)。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，靠近顶盖外壳(3)的第一励磁线圈(2)设置于磁轭(1)的两侧。

7.根据权利要求5所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，靠近底板外壳(9)的第二励磁线圈设置于磁轭(1)的两侧。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，所述磁敏感剪切增稠液出口(13)设置于侧边外壳(12)远离磁敏感剪切增稠液入口(6)的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包，其特征在于，所述侧边外壳(12)设置有磁敏感剪切增稠液入口(6)和磁敏感剪切增稠液出口(13)的一侧还分别设置有导电柱(4)。

10.一种乘用车的大规模电池组阵列，其特征在于，由若干权利要求1-9任一所述的基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包排列组成。

技术总结
本发明涉及新能源乘用车大规模电池组阵列冷却、阻燃和抗冲击技术领域，尤其是涉及基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包及应用。本发明的基于磁敏感剪切增稠液冷却的阻燃抗冲击锂离子电池包利用磁敏感剪切增稠液作为电池内部的冷却介质和缓冲材料，通过调节磁场控制其流变特性，可在电池包遭受冲击或振动时实现内部应力的分散、转移和吸收，从而保护电池包内部结构和组件不受损坏，并提高电池包的防火、阻燃性能，进一步提高电池包的安全性和可靠性。

技术研发人员：吕浡,张俊乾,熊洋
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13