[發明專利]一種基于相變材料的熱控卷繞式鋰電池

在審

• 申請號: 202010630068.3
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111710920A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 李志農;周琪;伊梟劍;毛磊;王發成
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學;中國北方車輛研究所
• 主分類號: H01M10/0587
• 分類號: H01M10/0587;H01M10/052;H01M10/613;H01M10/615;H01M10/635;H01M10/637;H01M10/653;H01M10/654;H01M10/6563;H01M10/6571;H01M10/659
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明公開了一種基于相變材料的熱控卷繞式鋰電池，電池本體的外周為電池殼體，電池殼體的一端為正極，另一端為負極，且負極端的卷繞組端頭裝有溫度傳感器；電池殼體的中心設置有相變芯，相變芯與電池殼體同軸，相變芯與電池殼體之間設置有卷繞組，卷繞組的內環設置有加熱環；加熱環與相變芯之間設有間隙；電池殼體的兩端內裝有呈圓環狀的控制器，控制器與卷繞組的端頭之間安裝有集線器，集線器的中間孔內裝有風扇，風扇與控制器的中心孔對應。本發明提供的基于相變材料的熱控卷繞式鋰電池，將相變材料填充于鋰電池內部，與加熱環和風扇協同作用，在高低溫時具有熱控功能，提高電池的工作性能。

技術領域

本發明屬于動力電池技術領域，尤其涉及一種基于相變材料的熱控卷繞式鋰電池。

背景技術

隨著電動汽車的發展，憑借著高能量密度、高功率密度及長循環壽命等優勢，以鋰電池為代表的動力電池被廣泛應用于電動車中。

然而，鋰電池性能及安全性受溫度影響顯著，高溫和低溫都不利于鋰電池正常工作。尤其在低溫環境下，當環境溫度低于10℃時，鋰電池不僅有效容量減少20%以上，而且鋰電池電極容易出現鋰鍍現象，容易引發短路等風險。

現有的鋰電池大多采用電池箱恒溫裝置，在電池箱內設置相變材料(PCM - PhaseChange Material)，或將相變材料與鋰電池通過熱管連接。相變材料是一種能夠利用自然界能量進行能量儲存和溫度控制的功能性材料，具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態的能力。物理狀態發生變化時，相變材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。同時，相變材料的化學穩定性好、安全性高。

但是，上述方式中，電池將熱量傳遞到電池表面，再通過外部的散熱裝置風扇或相變材料將熱量帶走，從而降低電池溫度。由于只對電池表面進行了冷卻或加熱，電池內部會造成較大的溫差，影響電池的工作性能。

發明內容

針對現有存在的技術問題，本發明提供一種基于相變材料的熱控卷繞式鋰電池，將相變材料填充于鋰電池內部，升高或降低電池的溫度，提高電池的工作性能。

本發明采用以下技術方案實現上述目的。一種基于相變材料的熱控卷繞式鋰電池，包括電池本體，所述電池本體的外周為電池殼體，電池殼體的一端為正極，另一端為負極，且負極端的卷繞組端頭裝有溫度傳感器；電池殼體的中心設置有相變芯，相變芯與電池殼體同軸，相變芯與電池殼體之間設置有卷繞組，卷繞組的內環設置有加熱環；加熱環與相變芯之間設有間隙；電池殼體的兩端內裝有呈圓環狀的控制器，控制器與卷繞組的端頭之間安裝有集線器，集線器的中間孔內裝有風扇，風扇與控制器的中心孔對應。

進一步，所述相變芯的直徑為8～10mm。

進一步，所述相變芯的材料為石蠟類。

進一步，所述石蠟類的材料中添加有膨脹石墨、泡沫鋁、泡沫石墨、碳纖維或鋁顆粒。

進一步，所述溫度傳感器的溫度感應范圍為-30~60℃。

進一步，所述控制器設有第一預設溫度和第二預設溫度。

進一步，所述第一預設溫度為38℃。

進一步，所述第二預設溫度為18℃。

進一步，所述加熱環為高導熱率高電阻率的鐵鉻鋁合金，導熱系數為52KJ/m·h·c，電阻率為1.6×10^-6Ω·m。

進一步，所述控制器包括開關S0、開關S1、開關S2、開關S3和開關S4，開關S0與電阻R1串聯，開關S1與電阻R2串聯，開關S2與電阻R3串聯，電阻R2與電阻R3并聯，電阻R1分別與電阻R2和電阻R3串聯，開關S3和開關S0與電阻R1串聯，開關S4分別與電阻R2和電阻R3串聯；其溫度控制方法如下：