[发明专利]一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组

说明书

本发明涉及一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组，所述热管理模块包括热管理材料成型体，且所述热管理材料成型体中设有多个用于容纳圆柱形电池的圆柱孔；所述热管理材料成型体由热管理材料通过成型方法制得；所述热管理材料包含以下质量百分比的组分：相变材料，55～90％；导热填料，4～20％；阻燃剂，4～20％；短切纤维，2～10％。本发明的热管理模块通过添加短切纤维，能够起到有效的增强作用，可较大程度地提高热管理材料中相变材料的含量，进而提高热管理模块的储热能力，使其对温度的调节控制更稳定。

技术领域

本发明涉及电池热管理技术领域，尤其涉及一种用于圆柱形电池的热管理模块及其制备方法和电池组。

背景技术

电池例如二次电池已经被广泛地用作用于无线移动装置的能量源，例如可以作为用于电动车辆、混合电动车辆和插电式混合电动车辆的电源等，从而解决由使用石油燃料的车辆引起的诸如空气污染等问题。小型的无线移动装置可能会使用一个或者多个电池单元，而中型或者大型无线装置例如车辆可能会使用包括相互电连接的多个电池单元的中型或者大型电池模块，这样的中型或者大型电池模块通常被制造成具有尽可能小的尺寸和重量，因而这些电池模块中堆叠的电池单元集成度非常高。

电池的充电特性在升高温度下变化，并且如果在过高温度下充电，能够使得电池循环寿命显著缩短。例如，如果反复在大约50℃下充电，一些锂基电池的循环寿命减少超过50％。由于循环寿命能够被大量减少，所以如果充电温度不控制在适当限制内，电池的使用寿命成本会被大大地增加。而且，如果在过低温度下充电或者工作，例如低于大约-30℃，一些高性能电池会表现出减少的性能并且可能被破坏。此外，电池和电池阵列可能会经历永久破坏或毁坏电池的热事件，并且超过温度条件时甚至会导致火灾、爆炸等安全相关的事件。如果工作环境温度过高，圆柱形电池的电池壳的侧面不可避免地要膨胀，这不仅会产生电池向使用电池的机器上的安装困难等问题，而且由于要预留膨胀空间，因而还会带来无效空间增加等问题。因此，一般都需要对电池进行热管理，以控制电池的工作环境温度。

目前，电池热管理系统一般分为风冷式和水冷式。其中，风冷式又包括自然风冷式和强制风冷式，前者采用自然对流冷却方式进行电池的散热，后者一般采用电子扇强制对流冷却的方式进行散热。风冷式热管理装置的方案也较为单一，更多的考虑为电池的散热，而对电池冷启动时的预加热功能方面是一个空白。而且，现有技术存在着以下问题：(1)强制对流冷却的方式，由于未设计通风管道，对靠近电子扇的动力电池降温散热效果较为显著，但对远离电子扇的动力电池将难以有效的降温散热，这样将导致电池箱内部各电池单体内部温度不均，并且自然对流冷却的方式，并不能高效的对动力电池进行散热；(2)无预加热功能，强行将电池冷启动后，会对动力电池使用寿命造成较为严重的影响；(3)进入电池模块的风量有较大差别，各模块的生热及散热环境不同，导致各电池模块在不同环境温度下工作，从而使模块间的温差更会急剧加大，这种模块间的温差引起电池性能的不一致性，最终影响整个电池模块的性能及寿命。目前电池很少使用水冷式方法来实现热管理，因为水冷结构往往比较复杂，成本较高，还存还冷凝水泄露的危险。

相变材料(PCMs)是指物质发生相变时能够吸收或放出热量而该物质本身温度不变或变化不大的一种智能材料。由于其独特的自适应环境温度调控等功能，因而广泛用于太阳能利用、工业余热废热回收、建筑节能、恒温服饰、蓄冷蓄热空调以及电器件恒温等能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等领域。

根据相变材料的相态变化过程，可以将其主要分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料、液-气相变材料。固-气相变、液-气相变时体积变化很大，使用时装置复杂，不利于实际应用，目前研究较少。固-液相变体积变化小，潜热较大，贮能好，相变温度范围广，在实际中得到了广泛的应用。但固-液相变材料存在熔融流动和渗透迁移的严重问题，因此在使用时必须要用容器包装，由此不但增加了系统的成本，同时还大大限制了其适用场合。从实际应用的角度来看，固-固相变不需要复杂的使用装置，不需要封闭性良好的包装容器，适用场合更加广泛并且系统成本相对较低。因此，有人提出使用相变材料来实现电池热管理。