具有充电保护和散热结构的钠离子电池组的制作方法

本发明涉及钠离子电池，具体涉及具有充电保护和散热结构的钠离子电池组。

背景技术：

1、随着未来电动汽车、智能电网时代的到来，锂资源短缺及昂贵的价格必然成为制约其发展的重要因素。因此，需要发展新型的储能电池体系。而钠在地壳中的丰度达2.64％，价格低廉，且钠离子与锂离子具有类似的嵌入机理，因此近年来钠离子二次电池重新受到人们的关注。在充放电过程中，na+在两个电极之间往返嵌入和脱出：充电时，na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。钠离子电池能量密度大于100wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

2、现有技术(cn114122597a)公开了一种钠离子电池模块，包括壳体和设置在壳体内的多个钠离子电芯，多个钠离子电芯相互连通形成钠离子电池单元，壳体的表面设有正极接口和负极接口，钠离子电池单元的正极用于通过正极接口连接外部设备、钠离子电池单元的负极用于通过负极接口连接外部设备。该发明提供的钠离子电池模块，成本较低，轻便、小巧，且具有良好的使用性能。但是研究发现，现有技术中具有散热和充电保护功能的钠离子电池组，普遍存在以下技术问题：散热和充电保护结构没有结合多种风险相关的数据进行采集分析并采取对应的处理措施，使得钠离子电池组的安全性、风险预判精准性有待提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有充电保护和散热结构的钠离子电池组，用于解决现有技术中散热和充电保护结构没有结合多种风险相关的数据进行采集分析并采取对应的处理措施，使得钠离子电池组的安全性、风险预判精准性有待提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、具有充电保护和散热结构的钠离子电池组，包括电池组壳体和电池组盖体，电池组壳体的内腔容置有多个钠离子电芯，多个钠离子电芯通过串联或并联组成钠离子电池单元，电池组盖体的上表面凹陷设置有正极接口和负极接口，钠离子电芯的上方紧固装配有盖板，电池组壳体的顶部内嵌有压槽，底部向下延伸设置有装配块，装配块与电池组壳体内的装配槽紧固配合，压槽内设有若干组凸棱压条；

4、所述电池组壳体内腔位于钠离子电芯的外围和底部均设有阻燃导热板，阻燃导热板与钠离子电芯之间设有导热垫片，导热垫片与电池组壳体之间设有散热防爆腔，散热防爆腔内填充有冷却防爆液；散热防爆腔的顶部封装有未伸出电池组壳体上表面的传热板，电池组壳体的顶部设有与传热板上方区域连通的散热风扇，盖板的中心嵌入安装有充电散热管理模块。

5、作为本发明进一步优选的方案，所述充电散热管理模块包括充电数据采集单元、温度数据采集单元、核验单元、微处理器和保护反馈单元，充电数据采集单元用于采集钠离子电池单元的电池性能数据和电池充放数据，并将电池性能数据和电池充放数据发送至微处理器；其中，电池性能数据包括钠离子电池单元的现有容量与标定容量的比值、已使用寿命次数与标定寿命次数的比值、现有能量密度与标定能量密度的比值，电池充放数据包括实时充电电压、实时充电电流、充电次数与放电次数的比值；

6、温度数据采集单元用于采集钠离子电池单元的直接温度数据和间接温度数据，并将直接温度数据和间接温度数据发送至微处理器；其中，直接温度数据包括钠离子电池单元的外表面温度、相邻钠离子电芯之间的温度以及极耳的表面温度，间接温度数据包括盖板与装配块表面温度之差的绝对值、冷却防爆液与传热板温度之差的绝对值；

7、微处理器用于对电池性能数据和电池充放数据进行充放电性能分析处理后生成充电保护强信号、充电保护一般信号或充电保护弱信号，将充电保护强信号发送至保护反馈单元，将充电保护一般信号或充电保护弱信号发送至核验单元；还用于对直接温度数据和间接温度数据进行散热分析处理后生成散热强信号、散热一般信号或散热弱信号，将散热强信号发送至保护反馈单元，将散热一般信号或散热弱信号发送至核验单元；

8、核验单元用于对充电保护一般信号或充电保护弱信号对应的电池充放数据，以及散热一般信号或散热弱信号对应的间接温度数据进行重复采集，再进行综合核验分析得到高级预警信号、中级预警信号或低级预警信号，并将高级预警信号发送至保护反馈单元；

9、保护反馈单元用于接收到充电保护强信号后，对钠离子电池单元进行断路操作；接收到散热强信号后，发送控制信号至散热风扇以提高其转速；接收到高级预警信号后发出“电池故障高风险”的语音提示并对钠离子电池单元进行断路操作；接收到中级预警信号后发出“电池故障中风险”的语音提示；接收到低级预警信号后不做出任何处理。

10、作为本发明进一步优选的方案，所述充放电性能分析处理的具体步骤如下：

11、步骤a1：获取钠离子电池单元的电池性能数据和电池充放数据，并将其中的现有容量与标定容量的比值、已使用寿命次数与标定寿命次数的比值、现有能量密度与标定能量密度的比值、实时充电电压、实时充电电流、充电次数与放电次数的比值分别标记为cr、cs、cn、cd、cl和cf，处理得到钠离子电池单元的充放电保护因子cb；

12、步骤a2：将钠离子电池单元的充放电保护因子cb与其预设范围进行比较，当充放电保护因子大于其预设范围的最大值时，生成充电保护强信号；当充放电保护因子介于其预设范围内时，生成充电保护一般信号；当充放电保护因子小于其预设范围的最小值时，生成充电保护弱信号。

13、作为本发明进一步优选的方案，所述散热分析处理的具体步骤如下：

14、步骤b1：获取钠离子电池单元的直接温度数据和间接温度数据，并将其中的钠离子电池单元的外表面温度、相邻钠离子电芯之间的温度、极耳的表面温度、盖板与装配块表面温度之差的绝对值、冷却防爆液与传热板温度之差的绝对值分别标记为sw、sd、sj、sg和sl，处理得到钠离子电池单元的散热保护因子sb；

15、步骤b2：将钠离子电池单元的散热保护因子sb与其预设范围进行比较，当散热保护因子大于其预设范围的最大值时，生成散热强信号；当散热保护因子介于其预设范围内时，生成散热一般信号；当散热保护因子小于其预设范围的最小值时，生成散热弱信号。

16、作为本发明进一步优选的方案，所述综合核验分析的具体步骤如下：

17、步骤一，重复采集单位时间后的充电保护一般信号或充电保护弱信号对应的电池充放数据，并将其中的实时充电电压、实时充电电流、充电次数与放电次数的比值分别标记为cdf、clf和cff；重复采集单位时间后的散热一般信号或散热弱信号对应的间接温度数据，并将其中的盖板与装配块表面温度之差的绝对值、冷却防爆液与传热板温度之差的绝对值分别标记为sgf和slf，处理得到钠离子电池单元的核验预警系数hy；

18、步骤二，将钠离子电池单元的核验预警系数hy与其预设范围进行比较，当核验预警系数大于其预设范围的最大值时，生成高级预警信号；当核验预警系数介于其预设范围内时，生成中级预警信号；当核验预警系数小于其预设范围的最小值时，生成低级预警信号。

19、作为本发明进一步优选的方案，相邻的钠离子电芯之间通过结构胶或双面胶带固定，钠离子电芯包括电芯本体以及设于电芯本体上方的极柱，极柱的上方焊接有极耳，电芯本体的正负极引出后通过极耳与充电散热管理模块连通；散热防爆腔内设有多个灭火调压腔，电池组壳体的外壁对称设置有若干排竖直的凹槽，凹槽与灭火调压腔内设有灭火调压机构。

20、作为本发明进一步优选的方案，所述灭火调压机构包括弧形环、针刺杆和灭火皮囊，弧形环设于阻燃导热板的外表面且其弧面朝向电池组壳体，灭火皮囊的截面呈长条状并嵌设在紧固于凹槽内的防爆座内，灭火皮囊靠近灭火调压腔的一侧设有泄气管，泄气管靠近阻燃导热板的端部内腔紧固有防爆膜；灭火调压腔内位于针刺杆的两侧对称设有扭力弹簧；防爆座的外表面紧固有防爆栓。

21、本发明具备下述有益效果：

22、1、本发明的钠离子电池组，通过设置导热垫片、阻燃导热板、散热防爆腔和散热风扇的结构，使得钠离子电芯工作时产生的热量，能够从外围和底部经导热垫片、阻燃导热板进行热传导，散热防爆腔内的冷却防爆液进行换热降温，使得导热垫片和阻燃导热板维持在稳定的温度区间内；散热风扇开启后在传热板上方区域形成负压，冷却防爆液吸取的热量能够经传热板扩散排出，进一步提高了钠离子电芯的散热效率，提高了钠离子电池组的阻燃防爆性能。

23、2、本发明通过设置充电散热管理模块，实时采集钠离子电池单元的电池性能和电池充放电相关的数据，实时采集钠离子电池单元的温度的直接数据和温度的间接数据，多种充放电和温度相关的数据能够全面反映充放电过程和散热防爆过程的风险，充放电性能分析处理生成反映电池性能衰减程度和充放电过程发生事故风险的充放电保护因子，散热分析处理生成反映燃烧爆炸风险的散热保护因子，便于针对不同的信号采取不同的处理措施，提高了钠离子电池单元的安全性和风险的预判精准性、处理及时性。

24、3、本发明通过设置灭火调压机构，当钠离子电池单元由于受到穿刺或外力撞击发生爆燃时，燃烧产生的气压会挤压阻燃导热板，阻燃导热板挤压扭力弹簧，使得针刺杆朝泄气管方向移动以刺破其内腔的防爆膜，灭火皮囊内的高压氮气泄漏，隔绝火势并包裹燃烧气体以起到减缓火势的作用；随着燃烧的进一步加剧，产生的碳化物气体会通入灭火气囊，同时灭火气囊挤压防爆座和防爆栓，减缓爆燃威力和伤害。