CN113921949A - 一种大容量电池壳体结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种大容量电池壳体结构，属于储能电池技术领域，其包括空腔结构，空腔结构内填充有石蜡层，石蜡层用于吸收电池工作时产生的潜热。由于石蜡具有良好的潜热可以吸收大容量电池工作时产生的热量，从而给大容量电池降温，使大容量电池的工作温度保持在50℃以下，确保大容量电池工作的稳定性，使得大容量电池高效工作；延长了大容量电池的寿命。

Description

一种大容量电池壳体结构

技术领域

本发明属于储能电池技术领域，涉及大容量锂电池安全技术，具体为一种大容量电池壳体结构。

背景技术

近年来，锂离子电池技术得到快速发展，已应用到越来越多的领域。但是由于锂离子电池自身的工作原理和构造特性，当锂离子电池存在过充、短路、过热或制造缺陷时，都会造成正负极内部短路，造成电芯内部瞬间产生大量可燃气体和热量，电池内部在高温下隔膜、电解质等成分发生反应所造成的电池热失控燃烧，热失控时电芯材料会产生大量的可燃气体，引发电池箱撕裂或爆炸，大量氧气与可燃气体接触并燃烧会导致热失控扩散、加剧，从而造成大面积火灾而难以抑制，危害性极大。

根据现有研究，锂离子电池正常运行温度集中在0℃－40℃；当温度超过50℃时，正极表面的SEI膜不能保持稳定，会影响到电池寿命与安全；而低温工况会造成电池内部化学反应减慢，并导致电解液电导率降低和正极锂离子扩散速率的降低，这将导致电池容量降低甚至电池的整体失效。除此之外，由于低温对石墨阳极的强烈极化作用，还会导致电极表面锂电镀现象的发生，加速电池老化。除了对电池整体温度范围的要求之外，温差也会对电池的性能与安全有很大的影响，因为温差的存在会造成电池内部化学反应的不平衡，从而影响到电池的安全有效运行。

目前市场上针对锂离子电池的热管理，主要用空调系统或循环液对电池冷却或加热，该热管理方式不仅耗能高，而且制冷或加热效果不佳。

公告为CN 106654430B的专利，其公开了一种基于热管和相变材料的低温下动力电池热管理系统，包括电池、相变材料以及热管；电池放置在单独的电池箱中；相变材料放置在单独的相变材料箱中；电池箱内每块电池至少与一根热管的一端贴合；热管的另一端伸入相变材料箱内部与相变材料接触；其还包括包裹整个系统的保温层。该系统利用热管来传递动力电池运行时产生的热量，利用相变材料来储存热量，并在电池温度降低时输送热量，达到对电池进行保温的目的，整个过程无需任何消耗任何能量，利用电池运行过程中释放出的多余热量，能够良好的保证低温下电池箱始终处在适宜温度范围内，满足低温下电池的保温需求，是一种高效节能的热管理的理想方案。该系统中，当相变材料的相变潜热耗尽时，吸热和放热能力明显下降，便不能满足电池的散热或加热需要。

发明内容

针对上述现有的电池热管理系统，其对电池热失控温度(加热或制冷)的调节效果不佳的问题，本发明提出了一种大容量电池壳体结构。

本发明是在外壳体和内壳体之间形成的空腔结构中放置石蜡层，由于石蜡具有很好的相变潜热，能够吸收电池正常工作时产生的热量，达到给电池降温的目的；同时在石蜡层内设置有热管，当石蜡层完全融化后，热管可以将石蜡的热量导出至电池壳体的外侧将热量散掉；若电池处在低温环境中，为了给电池提供良好的工作温度环境，热管可以通过外部加热设备给电池加热，使得电池保持良好的工作效率；其具体技术方案如下：

一种大容量电池壳体结构，包括空腔结构，所述空腔结构内填充有石蜡层，所述石蜡层用于吸收电池工作时产生的热量。

进一步限定，所述大容量电池壳体结构还包括由内而外依次设置的内壳体和外壳体，所述空腔结构设置在外壳体和内壳体之间，所述内壳体的内腔用于放置大容量电池的电芯。

进一步限定，所述石蜡层包括石蜡和导热材料，所述石蜡和导热材料均匀混合；所述导热材料为泡沫铜、泡沫铝、石墨、铜粉、铝粉或碳纤维。

进一步限定，所述石蜡层内插接有热管。

进一步限定，所述热管有多根，且多根热管之间并列设置。

进一步限定，所述热管与内壳体的壳壁外侧贴合。

进一步限定，所述热管的导热介质为丙酮、水、酒精、氨水、戊烷、氟利昂11中的一种或两种及两种以上的组合。

进一步限定，所述大容量电池壳体结构还包括上盖板，所述上盖板置于外壳体和内壳体的顶部开口处，所述热管贯穿上盖板并延伸上盖板上方与制冷制热模块连接。

进一步限定，所述石蜡中添加有阻燃剂；所述内壳体的壳壁上设置有一个或多个薄弱部。

进一步限定，所述阻燃剂为溴系阻燃剂或磷氮系阻燃剂。

进一步限定，所述薄弱部为易熔金属片、刻划槽或薄弱孔。

进一步限定，所述外壳体和内壳体均为圆柱形结构或棱柱形结构。

进一步限定，所述石蜡的熔点大于45℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明一种大容量电池壳体结构，其包括空腔结构，在空腔结构内填充有石蜡层，石蜡层用于吸收电池工作时产生的热量。石蜡的熔点大于45℃，因此，当电池工作时产生的热量大于45℃时，由于石蜡具有良好的潜热可以吸收大容量电池工作时产生的热量，从而给大容量电池降温，使大容量电池的工作温度保持在50℃以下，使得大容量电池工作稳定，确保大容量电池的高效工作；延长了大容量电池的寿命。

2、石蜡层包括石蜡和导热材料，石蜡和导热材料均匀混合；通过导热材料使得热量传导速率加快，提高了电池内的散热速度，同时确保电池内部各个部位的热量传递均匀，避免电池内部局部过热。

3、石蜡层内插接有热管。石蜡吸收的热量还可以通过热管进行传导和散发，在电池温度过高时，石蜡层和热管协同可使热量的散发效果更好。

4、在外壳体和内壳体的顶部开口处设置有上盖板，通过上盖板可将外壳体和内壳体的顶部密封；热管贯穿上盖板并延伸上盖板上方与制冷制热模块连接，通过制冷制热模块可使热管在向外散热时帮助热量更好的散发；同时在电池处于低温环境运行时，制冷制热模块可对热管进行加热，基于热管的双向导热特性，通过热管将热量传导至电池内部，对电池内部进行加热，使得电池处于正常工作环境温度中，提高电池的工作效率。

5、在石蜡中添加有阻燃剂，在内壳体的壳壁上设置有一个或多个薄弱部，当电池内部由于热失控产生可燃气体时，内壳体内腔中的压力不断增大，在压力达到极限时，内壳体的腔壁薄弱处被打开，已经熔化的石蜡携带阻燃剂进入内壳体的内腔，由于石蜡的电阻大，且含有阻燃材料，可以降低大容量电池电芯的导电能力，阻止热失控的进一步蔓延。

附图说明

图1为本发明一种大容量电池壳体结构的结构示意图；

图2为内壳体与外壳体之间的连接示意图；

其中，1-外壳体，2-上盖板，3-热管，4-电池正极，5-电池负极，6-内壳体，7-薄弱部。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。

本发明一种大容量电池壳体结构，包括空腔结构，空腔结构内填充有石蜡层，石蜡层用于吸收电池工作时产生的热量。大容量电池壳体结构还包括由内而外依次设置的内壳体6和外壳体1，空腔结构设置在外壳体1和内壳体6之间，内壳体6的内腔用于放置大容量电池的电芯。石蜡层包括石蜡和导热材料，石蜡和导热材料均匀混合；导热材料为泡沫铜、泡沫铝、石墨、铜粉、铝粉或碳纤维。热管3有多根，且多根热管3之间并列设置。热管3与内壳体6的壳壁外侧贴合。热管3的导热介质为丙酮、水、酒精、氨水、戊烷、氟利昂11中的一种或两种及两种以上的组合。大容量电池壳体结构还包括上盖板2，上盖板2置于外壳体1和内壳体6的顶部开口处，热管3贯穿上盖板2并延伸上盖板2上方与制冷制热模块连接。石蜡中添加有阻燃剂；内壳体6的壳壁上设置有一个或多个薄弱部7。阻燃剂为溴系阻燃剂或磷氮系阻燃剂。石蜡层内插接有热管3。薄弱部7为易熔金属片、刻划槽或薄弱孔。外壳体1和内壳体6均为圆柱形结构或棱柱形结构。石蜡的熔点大于45℃。

实施例1

参见图1和图2，本实施例一种大容量电池壳体结构，其包括内壳体6、外壳体1以及空腔结构，内壳体6和外壳体1由内外侧依次，在内壳体6和外壳体1之间形成空腔结构，由于石蜡具有良好的潜热，石蜡层用于吸收电池工作时产生的热量；内壳体6的内腔用于放置大容量电池的电芯。

优选的，本实施例的内壳体6和外壳体1均为四棱柱装置结构，在内壳体6和外壳体1的四个侧面之间均设置有空腔结构；即该空腔结构的横截面为矩形环状结构。

优选的，本实施例的石蜡层包括石蜡和导热材料，所述石蜡和导热材料均匀混合，导热材料为泡沫铜上，通过泡沫铜对石蜡进行负载和承托。

优选的，石蜡和导热材料的质量比为：10:1-5:1。

优选的，所述石蜡的熔点大于45℃。

本实施例在石蜡层内插接有热管，内壳体6和外壳体1的一个侧面对应设置有5个热管3，即四个侧面共设置20个热管3，且20个热管3在石蜡层内均匀分布。

需要说明的是，石蜡层中的热管3可以是5个、10个、15个、25个，甚至更多个，其具体的数量可以根据电池内的散热或加热需求进行设置。

优选的，本实施例的热管3与内壳体6的壳壁外侧紧密贴合。

优选的，本实施例的热管3内充注的导热工质为丙酮。

优选的，本实施例的大容量电池壳体结构还包括上盖板2，在上盖板2上设置有电池正极4和电池负极5，电池正极4和电池负极5与大容量电池的电芯对应的正极极柱和负极极柱电连接；上盖板2置于内壳体1和外壳体6的顶部开口处，热管3贯穿上盖板2并延伸上盖板2上方与制冷制热模块连接。

优选的，本实施例的制冷制热模块为半导体制冷制热模块。

实施例2

本实施例一种大容量电池壳体结构，其包括内壳体6、外壳体1以及空腔结构，内壳体6和外壳体1由内外侧依次，在内壳体6和外壳体1之间形成空腔结构，由于石蜡具有良好的潜热，石蜡层用于吸收电池工作时产生的热量。

优选的，本实施例的内壳体6和外壳体1均为圆柱状结构，内壳体6和外壳体1的侧面之间均设置有空腔结构；即该空腔结构的横截面为圆环状结构；内壳体6的内腔用于放置大容量电池的电芯。

优选的，本实施例的石蜡层包括石蜡和导热材料，石蜡和导热材料均匀混合，导热材料为泡沫铝上，通过泡沫铝对石蜡进行负载和承托。

优选的，石蜡和导热材料的质量比为：10:1-5:1。

优选的，所述石蜡的熔点大于45℃。

本实施例在石蜡层内插接有热管，在内壳体6和外壳体1之间对应设置有20个热管3，且20个热管3在石蜡层内均匀分布。

需要说明的是，石蜡层中的热管3可以是5个、10个、15个、25个，甚至更多个，其具体的数量可以根据电池内的散热或加热需求进行设置。

优选的，本实施例的热管3与内壳体6的壳壁外侧紧密贴合。

优选的，本实施例的热管3内充注的导热工质为水。

优选的，本实施例的大容量电池壳体结构还包括上盖板2，在上盖板2上设置有电池正极4和电池负极5，电池正极4和电池负极5与大容量电池的电芯对应的正极极柱和负极极柱电连接；上盖板2置于内壳体1和外壳体6的顶部开口处，热管3贯穿上盖板2并延伸上盖板2上方与制冷制热模块连接。

优选的，本实施例的制冷制热模块为散热风机和加热丝组成的结构，其中，散热风机和加热丝均与热管3连接。

实施例3

本实施例一种大容量电池壳体结构，在实施例1或实施例2的基础上，其在石蜡中添加有阻燃剂，在内壳体6的壳壁上设置有薄弱部7。

该薄弱部7可以是1个或2个、3个，甚至更多个，还薄弱部7可以设置在内壳体6壳壁的某一部位，也可以在内壳体6壳壁上均匀分布。

本实施例的阻燃剂为溴系阻燃剂或磷氮系阻燃剂。

优选的，本实施例的石蜡与阻燃剂的质量之比为：2:1-4:1。

本实施例的薄弱部7为易熔金属片、刻划槽或薄弱孔。刻划槽的底壁厚度或薄弱孔的孔子厚度为内壳体6壳壁厚度的四分之一到六分之一。

本实施例一种大容量电池壳体结构，其对大容量电池的热管理过程为：在大容量电池正常工作时，由于石蜡具有很高的相变潜热，大容量电池产生的热量由石蜡层中石蜡的潜热吸收，在石蜡层的温度升高时或石蜡完全熔化时，热管3可将石蜡层中的热量传导至空腔结构外侧进行散发，通过石蜡层和热管3进行协同散热，对大容量锂电池进行降温处理；当石蜡完全熔化，热管3散热不及，导致大容量电池内部发生热失控时，内壳体6内腔中不断产生可燃气体，导致内壳体6内腔中的压力不断上升，当压力达到极限时，内壳体6内壁上的薄弱部被打开，空腔结构中的石蜡携带阻燃剂进入内壳体6的内腔，由于石蜡的电阻大，且含有阻燃材料，可以降低电池电芯的导电能力，阻止电池失控的进一步蔓延。

需要说明的是，本发明的导热材料还可以是石墨、铜粉、铝粉或碳纤维。本发明的热管3内充注的导热工质还可以为酒精、氨水、戊烷或氟利昂11或丙酮、水、酒精、氨水、戊烷、氟利昂11中的两种及两种以上的组合，其中，氟利昂11为三氯一氟甲烷。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (13)

1.一种大容量电池壳体结构，其特征在于，包括空腔结构，所述空腔结构内填充有石蜡层，所述石蜡层用于吸收电池工作时产生的热量。

2.如权利要求1所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述大容量电池壳体结构还包括由内而外依次设置的内壳体和外壳体，所述空腔结构设置在外壳体和内壳体之间，所述内壳体的内腔用于放置大容量电池的电芯。

3.如权利要求2所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述石蜡层包括石蜡和导热材料，所述石蜡和导热材料均匀混合；所述导热材料为泡沫铜、泡沫铝、石墨、铜粉、铝粉或碳纤维。

4.如权利要求2或3所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述石蜡层内插接有热管。

5.如权利要求4所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述热管有多根，且多根热管之间并列设置。

6.如权利要求5所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述热管与内壳体的壳壁外侧贴合。

7.如权利要求6所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述热管的导热介质为丙酮、水、酒精、氨水、戊烷、氟利昂11中的一种或两种及两种以上的组合。

8.如权利要求7所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述大容量电池壳体结构还包括上盖板，所述上盖板置于外壳体和内壳体的顶部开口处，所述热管贯穿上盖板并延伸上盖板上方与制冷制热模块连接。

9.如权利要求8所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述石蜡中添加有阻燃剂；所述内壳体的壳壁上设置有一个或多个薄弱部。

10.如权利要求9所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述阻燃剂为溴系阻燃剂或磷氮系阻燃剂。

11.如权利要求10所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述薄弱部为易熔金属片、刻划槽或薄弱孔。

12.如权利要求11所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述外壳体和内壳体均为圆柱形结构或棱柱形结构。

13.如权利要求9所述的一种大容量电池壳体结构，其特征在于，所述石蜡的熔点大于45℃。

Images