專利名稱：電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)(battery system)，且特別是涉及一種電池系統(tǒng)中的散 熱與熱失控(thermal runaway)擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在石油儲存量日趨短少及石油價格升高為全球所需面對的問題，電動車輛為目前 最佳的解決方案。在美國加州已經(jīng)立法強(qiáng)制車商必須銷售特定比率的電動汽車，其他各州 也將跟進(jìn)；法國、德國、瑞士、日本等均有獎勵補(bǔ)助電動車輛使用或技術(shù)研發(fā)的政策，具實用 性能的電動車輛也陸續(xù)開發(fā)完成，正以實驗性試用逐步推廣。歐、美、日等先進(jìn)國家對都會區(qū)交通工具的空氣污染及石油儲存量日益短少相當(dāng) 重視，均認(rèn)為目前是發(fā)展使用電動車輛的時機(jī)，且大力投入電動車輛的研發(fā)及推廣，美國加 州已經(jīng)立法強(qiáng)制車商必須銷售特定比率的電動汽車，其他各州也將跟進(jìn)；法國、德國、瑞士、 日本等均有獎勵補(bǔ)助電動車輛使用或技術(shù)研發(fā)的政策，具實用性能的電動車輛也陸續(xù)開發(fā) 完成，正以實驗性試用逐步推廣。其中鋰電池導(dǎo)入是電動車發(fā)展成功關(guān)鍵，因鋰電池重量僅 為鎳氫電池的一半，續(xù)航力卻是鎳氫電池的兩倍，再加上鋰電池工作電壓高、能量密度大、 壽命長及環(huán)保等優(yōu)點，行駛過程中不會排放廢氣，不但節(jié)能減碳，更減少汽油的使用量，未 來汽車大廠全面換用充電式鋰電池將是銳不可擋的趨勢。2006年SONY筆記型電腦鋰電池的全球回收事件，讓鋰電池的熱失控安全問題被 突顯出來，而筆記型電腦所使用的電池組僅由3 8顆不等的18650單元電池所組成，電動 車輛上若搭載18650單元電池，電池數(shù)則要達(dá)到4000 6000顆不等，才能提供車輛足夠的 功率(動力)和電容量(續(xù)航力)，電池數(shù)目增加意味者熱失控機(jī)會增加，電池組中單一電 池的熱失控就有可能擴(kuò)散造成整個電池組。一旦電池組中某一顆電池的熱失控?zé)o法受掉有 效控制，熱失控逐漸由最鄰近的電池蔓延開來，將導(dǎo)致整個電池組發(fā)生熱失控，其危險性將 類似一顆小型炸彈爆炸。因此，近年來美國國家再生能源實驗室(NREL)對于鋰電池組的熱失控擴(kuò)散做了 一系列的研究。熱失控擴(kuò)散過程是當(dāng)電池組中某一顆電池因為斷短路、或電性不均衡(指 容量過低或內(nèi)阻過高)時會導(dǎo)致電池在充放電過程中異常發(fā)熱，一旦該電池超過熱失控 反應(yīng)臨界溫度(一般約150°C左右)，電池內(nèi)部的材料就會陸續(xù)發(fā)生熱分解放熱反應(yīng)，所 謂熱分解放熱是一種自加熱的自催化反應(yīng)過程，會急遽推升該電池的溫度，在熱失控時 電池溫度可超過500°C以上，每分鐘的自加熱溫升可超過20°C以上。所以該電池在超過 臨界熱失控溫度后，會瞬間升溫而產(chǎn)生所謂熱失控。這顆電池?zé)崾Э厮尫诺臒崃咳绻?沒有作良好的阻隔和散熱設(shè)計，就會接續(xù)加熱鄰近的電池，如美國國家再生能源實驗室 在2008年5月在大型鋰離子電池技術(shù)與應(yīng)用(Large Lithium IonBattery Technology and Applications, LLIBTA)的第四屆國際研討會(4thInternational Symposium)發(fā)表的 “Thermal Abuse Modeling of Li-ion Cells andpropagation in Modules，，中第 30 頁左 圖所示，其中顯示熱失控的電池導(dǎo)致鄰近的幾顆電池也接連發(fā)生熱失控反應(yīng)；電池組內(nèi)部的熱失控一旦進(jìn)入此階段，預(yù)期將無法被有效控制，最終將導(dǎo)致整個電池組內(nèi)其它所有電 池發(fā)生全面的熱失控，產(chǎn)生劇烈的燃燒放熱反應(yīng)，這過程通常會伴隨大量的可燃性電解液 氣體以及電池材料分解氣體的釋放，嚴(yán)重甚至?xí)a(chǎn)生爆炸。鋰電池的熱失控安全問題主要是由過充、短路情況所引起的，但是電池在受到外 部撞擊而產(chǎn)生電池受到穿刺情況時，也會發(fā)生電池的熱失控。電池?zé)崾Э仄鋵嵕褪请姵貎?nèi) 部材料熱劣解放熱的反應(yīng)過程表現(xiàn)。目前已知管控?zé)崾Э財U(kuò)散的如美國專利US6942944、美國公開專利US20060073377 和US20090004556，以上專利的發(fā)明團(tuán)隊即是參與NREL電池?zé)崾Э匮芯康难芯砍蓡T，其利 用將相變材料填入到電池間的間隙，利用相變材料相變過程具有吸熱的特性，來吸收電池 熱失控時所生成的熱。但是，上述專利有一最大的缺點，就是相變化材料的熱傳導(dǎo)特性并不佳，其特性可 用于阻隔熱失控時熱在電池間的傳遞，但由于其導(dǎo)熱性差，電池組在正常使用中的溫升雖 可受到控制，其后續(xù)的降溫速率卻需要很長的時間。舉例來說，在美國專利US6942944中的 圖9顯示電池組在放電后，在自然對流散熱(無外加風(fēng)扇散熱)情況下，電池組需靜置將近 M小時才會回復(fù)到接近放電前的溫度，相變化材料的低熱傳導(dǎo)和吸熱特性雖可用于阻隔電 池組內(nèi)的熱失控擴(kuò)散和降低電池充放電池的溫升，但回復(fù)降溫時間過長是其最大的缺點， 不利于電池組的連續(xù)充放電操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控(thermalrimaway)擴(kuò)散 防護(hù)結(jié)構(gòu)，提供電池系統(tǒng)內(nèi)其中一單元電池?zé)崾Э財U(kuò)大引發(fā)整個電池組熱失控的安全防 護(hù)。本發(fā)明同時具有導(dǎo)熱散熱功能，解決模塊內(nèi)電池溫度不均與過熱問題，提高鋰電池組循 環(huán)壽命。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括 一電池組(module)殼體以及至少一復(fù)合式導(dǎo)熱板。在電池組殼體內(nèi)有多個單元電池(unit cell)。所述復(fù)合式導(dǎo)熱板是位于電池組殼體內(nèi)與電池組殼體接觸并置入至少兩個的單元 電池之間，做為熱在電池和殼體間的傳遞媒介，以及控制熱在電池間的傳遞；其中復(fù)合式導(dǎo) 熱板是由至少一導(dǎo)熱層與至少一隔熱層組成的一多層異向性導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供另一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括一電池模塊 (pack)殼體以及至少一復(fù)合式導(dǎo)熱板。在電池模塊殼體內(nèi)有多個電池組，而所述復(fù)合式導(dǎo) 熱板是位于電池模塊殼體內(nèi)與電池模塊殼體接觸并置入至少兩個的電池組之間，其中復(fù)合 式導(dǎo)熱板是由至少一導(dǎo)熱層與至少一隔熱層組成的一多層異向性導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第一實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板是由一層的隔熱層與一層的導(dǎo)熱層 所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第二實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板是由兩層的導(dǎo)熱層夾一層的隔熱層 所構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第三實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板包括多層的導(dǎo)熱層與多層的隔熱層 交替配置的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第四實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板包括兩層導(dǎo)熱層、多個結(jié)構(gòu)支架以及作為隔熱層的隔熱材料。所述結(jié)構(gòu)支架是設(shè)置在導(dǎo)熱層之間，以支撐并控制導(dǎo)熱層間距， 以方便于導(dǎo)熱層間填充或安置隔熱層。而隔熱材料即填充于內(nèi)部空間內(nèi)。其中，上述結(jié)構(gòu) 支架包括線型勒條、格狀勒條、方點型結(jié)構(gòu)、菱格型點狀結(jié)構(gòu)或圓點型結(jié)構(gòu)。此外，上述復(fù)合 式導(dǎo)熱板的導(dǎo)熱層可為單元電池的外殼或電池組的殼體。在本發(fā)明的實施例中，上述導(dǎo)熱層的熱傳導(dǎo)系數(shù)k大于50W/m · K。當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù) k在50W/m · K 100W/m · K之間時，導(dǎo)熱層的材料包括鎳、鎳合金、鐵、鋼、碳材或以上其中 一材料與塑料混成的復(fù)合材料。當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù)k在100W/m · K 450W/m · K之間時，導(dǎo)熱 層的材料包括金、銀、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂、鎂合金、金屬氧化物或以上其中一材料與 塑料混成的復(fù)合材料；或者高導(dǎo)熱陶瓷粉末與塑料混成的復(fù)合材料。在本發(fā)明的實施例中，上述隔熱層的熱傳導(dǎo)系數(shù)k小于2W/m · K。當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù) k在0. 05ff/m · K 2W/m · K之間時，隔熱層包括石棉、樹脂膠合玻纖板或塑膠板，其中塑膠 板的材料如聚乙烯(PE)、醋酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)或聚氯乙烯 (PVC)。當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù)k在0. 001ff/m · K 0. 5ff/m · K之間時，隔熱層包括發(fā)泡的高分子材 料、低熔點高分子材料、液體或空氣。上述發(fā)泡的高分子材料包括ΡΕ、PP、Epoxy或PVC，且 該低熔點高分子材料是指熔點在40°C 80°C之間的高分子材料；上述低熔點高分子材料 可為天然或人工合成的石蠟油或脂肪酸；上述液體包括水或硅油。在本發(fā)明的實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板的總厚度在2. Ocm 0. 05cm之間時，導(dǎo) 熱層的厚度占總厚度的3% 70%以及隔熱層的厚度占總厚度的30% 97%。在本發(fā)明的實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板的總厚度在1.0cm 0.05cm之間時，導(dǎo) 熱層的厚度占總厚度的5% 70%以及隔熱層的厚度占總厚度的30% 95%。在本發(fā)明的實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板的總厚度在0. 5cm 0. 05cm之間時，導(dǎo) 熱層的厚度占總厚度的10% 70%以及隔熱層的厚度占總厚度的30% 90%。 在本發(fā)明的實施例中，上述電池組殼體或電池模塊殼體還包括散熱鰭片。上述復(fù) 合式導(dǎo)熱板與散熱鰭片可經(jīng)由物理或焊接結(jié)合方式相互連接。在本發(fā)明的實施例中，上述電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置 在電池組殼體或電池模塊殼體內(nèi)的一控制電路板，因此在控制電路板與單元電池或電池組 之間可設(shè)上述復(fù)合式導(dǎo)熱板。在本發(fā)明的實施例中，上述電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置 在電池組殼體或電池模塊殼體內(nèi)的線路，因此在線路與單元電池或電池組之間可設(shè)上述復(fù) 合式導(dǎo)熱板。基于上述，本發(fā)明因為在單元電池以及/或是電池組之間設(shè)置由導(dǎo)熱層與隔熱層 交替組成的復(fù)合式導(dǎo)熱板，所以當(dāng)電池組內(nèi)其中任一顆單元電池因短路、過度充電或其它 原因而異常發(fā)熱時，該單元電池就可能發(fā)生熱失控，通過復(fù)合式導(dǎo)熱板中的隔熱層有效地 阻隔熱擴(kuò)散至鄰近電池，同時上述復(fù)合式導(dǎo)熱板中的導(dǎo)熱層可將熱傳導(dǎo)至殼體散熱，將電 池的熱失控局限在單一電池或有限的電池間，避免整個電池組或電池系統(tǒng)發(fā)生全面熱失控 而危害使用者生命安全。此外，對于部分控制電路板安置在電池組殼體內(nèi)的電池組，本發(fā)明 的復(fù)合式導(dǎo)熱板可設(shè)置在電池和電路板以及電池和連接線路間，降低電路板和線路早成的 加熱電池問題。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明如下。


圖1為單元電池在不同溫度下的電池容量與循環(huán)壽命的曲線圖；圖2為依照本發(fā)明的第一實施例的一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控(thermal runaway)擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3A與圖:3B分別為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散 防護(hù)結(jié)構(gòu)的立體圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié) 構(gòu)的立體圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié) 構(gòu)的立體圖；圖6為圖5的復(fù)合式導(dǎo)熱板的立體圖；圖7A與圖7B分別為根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散 防護(hù)結(jié)構(gòu)的立體圖；圖8為模擬實驗例一的電池組結(jié)構(gòu)；圖9為模擬實驗例一的單元電池的溫度對時間的曲線圖；圖10為模擬實驗例二的電池組結(jié)構(gòu)；圖11為模擬實驗例二的單元電池的溫度對時間的曲線圖；圖12為對照例的電池組結(jié)構(gòu)；圖13為對照例的單元電池的溫度對時間的曲線圖；圖14為在電池組殼體中安置控制電路板的電池組的立體圖；圖15為圖14的單元電池對溫度的曲線圖；圖16與圖17分別為根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散 防護(hù)結(jié)構(gòu)的立體圖；圖18為根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié) 構(gòu)的上視圖。主要元件符號說明200、300、400、500、700、808、1008、1202、1400 電池組殼體202、302、402、502、702、1401 1416、1604 單元電池204 接觸面210、310、320、410、510、710、720、802、1002、1602a、1602b、1702a、1702b、1702c、 1810 :復(fù)合式導(dǎo)熱板212、412、600、712、722、804、1004、1812 :導(dǎo)熱層214、414、714、726、806、1006、1814 :隔熱層304:隔板306:散熱鰭片404 導(dǎo)熱板602,724 結(jié)構(gòu)支架
604:隔熱材料606:內(nèi)部空間800a g、1000a g、1200a g 鋰電池1418、1606、1704 控制電路板1706 線路1800 電池模塊殼體1802 電池組
具體實施例方式在電池系統(tǒng)(battery system)中，譬如車用的鋰電池一般為多個單元電池(unit cells)串并聯(lián)所組成，以提供足夠的電壓和電容量。同時基于使用的空間的考量，單元電池 間會緊密地排列在電池組(module)殼體內(nèi)，并由多個電池模塊組成電池模塊(pack)。在電 池組長時間充放電使用中，電池組內(nèi)部電池的短路、內(nèi)阻增加、容量老化差異，將使得這些 異常的電池出現(xiàn)過溫現(xiàn)象。在周遭電池也持續(xù)放熱的環(huán)境下，異常電池的溫度將更容易超 過其熱失控臨界溫度，這顆電池就會發(fā)生熱失控；熱失控過程中該單元電池會因為內(nèi)部材 料的熱分解而釋放出更多的熱量，這些熱量會傳遞到采堆疊設(shè)計的鄰近電池上，導(dǎo)致鄰近 電池陸續(xù)發(fā)生熱失控。本發(fā)明通過異向性的導(dǎo)熱設(shè)計，將電池的熱作具有方向性的導(dǎo)熱和散熱，阻隔熱 失控的熱向鄰近電池傳遞，可有效防止電池組發(fā)生全面熱失控，提高電池組的安全性。同時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)也可作為電池組的散熱結(jié)構(gòu)，降低電池組的內(nèi)部溫度，以及降 低電池組內(nèi)部溫度梯度，延長電池組的循環(huán)壽命，電池溫度與電池壽命(容量衰減)關(guān)系如 圖1所示，電池組的溫度與散熱對電池組循環(huán)壽命有極大的影響，本發(fā)明也在熱失控擴(kuò)散 的安全防護(hù)外，也同時具備作為電池散熱的功能。以下根據(jù)本發(fā)明提出第一實施例，關(guān)于一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控(thermal runaway)擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，來阻斷電池的熱失控擴(kuò)散以及提供電池組散熱功能。請參照圖2，本實施例的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)包括一電池組(module)殼 體200以及多個復(fù)合式導(dǎo)熱板210。在電池組殼體200內(nèi)通常設(shè)置有多個單元電池(unit cell)202，且在本圖中僅顯示電池組殼體200的一部分，以簡化附圖。至于復(fù)合式導(dǎo)熱板 210則位于電池組殼體200內(nèi)與電池組殼體200相接觸，并置入至少兩個的單元電池202之 間。在圖2中，復(fù)合式導(dǎo)熱板210是介于兩個單元電池202之間，而復(fù)合式導(dǎo)熱板210是由 一導(dǎo)熱層212與一隔熱層214組成的一雙層異向性導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。除此之外，復(fù)合式導(dǎo)熱板210 還可隔著兩個以上的單元電池202配置，或者復(fù)合式導(dǎo)熱板210可以為三層或包括多層導(dǎo) 熱層與多層隔熱層交替配置的多層結(jié)構(gòu)，而并不局限于第一實施例。請繼續(xù)參照圖2，復(fù)合式導(dǎo)熱板210的總厚度與導(dǎo)熱層212及隔熱層214的個別 厚度可根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域或者其本身的熱傳導(dǎo)系數(shù)來決定。舉例來說，當(dāng)復(fù)合式導(dǎo)熱板210的 總厚度在2. Ocm 0. 05cm之間時，導(dǎo)熱層212的厚度約占總厚度的3% 70%以及隔熱 層214的厚度約占總厚度的30% 97%。在另一實施例中，復(fù)合式導(dǎo)熱板210的總厚度在 1.0cm 0. 05cm之間時，導(dǎo)熱層212的厚度約占總厚度的5% 70%以及隔熱層214的厚度 約占總厚度的30% 95%。在又一實施例中，上述復(fù)合式導(dǎo)熱板210的總厚度在0. 5cm 0. 05cm之間時，導(dǎo)熱層212的厚度約占總厚度的10% 70%以及隔熱層214的厚度約占總 厚度的30% 90%。在本實施例中，導(dǎo)熱層212的熱傳導(dǎo)系數(shù)k大于50W/m · K。舉例來說，當(dāng)熱傳導(dǎo) 系數(shù)k在50W/m · K 100W/m · K之間時，導(dǎo)熱層212的材料例如鎳、鎳合金、鐵、鋼、碳材或 以上其中一材料與塑料混成的復(fù)合材料。當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù)k在100W/m · K 450W/m · K之間 時，導(dǎo)熱層212的材料例如金、銀、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂、鎂合金、金屬氧化物或以上其 中一材料與塑料混成的復(fù)合材料；或者氮化碳、氮化硅等的高導(dǎo)熱陶瓷粉末與塑料混成的 復(fù)合材料。下表一即可用作導(dǎo)熱層212的材料及其熱傳導(dǎo)系數(shù)k。表 1
純金屬k(W/m · K)銀418金318銅386鎳99鋁220鐵71. 8鎂171鋅112. 2i=i ife.k(W/m · K)鋁合金100 190鋼50 100鎂鋁合金50 70銅合金60 400復(fù)合材料k(W/m · K)石墨復(fù)材100 450鋁、銅、鎂等金屬 高分子復(fù)材50 150氮化碳、氮化硅等 陶瓷高分子復(fù)材50 100
在本實施例中，隔熱層214的熱傳導(dǎo)系數(shù)k小于2W/m · K。舉例來說，當(dāng)熱傳導(dǎo)系 數(shù)k在0. 05ff/m · K 2W/m · K之間時，隔熱層214例如石棉、樹脂膠合玻纖板或塑膠板，其 中塑膠板的材料如聚乙烯(PE)、醋酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)或聚氯 乙烯(PVC)。當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù)k在0. 001ff/m · K 0. 5ff/m · K之間時，隔熱層214例如發(fā)泡 的高分子材料、低熔點高分子材料、液體或空氣，其中所謂的低熔點高分子材料是指熔點在 40°C 80°C之間的高分子材料；上述發(fā)泡的高分子材料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、環(huán)氧 樹脂(Epoxy)或聚氯乙烯(PVC)；上述低熔點高分子材料可為天然或人工合成的石蠟油或 脂肪酸；而上述液體如水或硅油(Silicone oil)。下表二則是可用作隔熱層214的材料及 其熱傳導(dǎo)系數(shù)k。表二
權(quán)利要求
1.一種電池系統(tǒng)中散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括電池組殼體，其中置放多個單元電池；以及至少一復(fù)合式導(dǎo)熱板，位于該電池組殼體內(nèi)與該電池組殼體接觸并置入至少兩個的該 些單元電池之間，其中該復(fù)合式導(dǎo)熱板是由至少一導(dǎo)熱層與至少一隔熱層組成的一多層異 向性導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。
2.—種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括電池模塊殼體，其中置放多個電池組；以及至少一復(fù)合式導(dǎo)熱板，位于該電池模塊殼體內(nèi)與該電池模塊殼體接觸并置入至少兩個 的該些電池組之間，其中該復(fù)合式導(dǎo)熱板是由至少一導(dǎo)熱層與至少一隔熱層組成的一多層 異向性導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式 導(dǎo)熱板包括由一層的該隔熱層與一層的該導(dǎo)熱層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式 導(dǎo)熱板包括由兩層的該導(dǎo)熱層夾一層的該隔熱層所構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式 導(dǎo)熱板包括多層的該導(dǎo)熱層與多層的該隔熱層交替配置的結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式導(dǎo)熱 板包括兩層該導(dǎo)熱層；多個結(jié)構(gòu)支架，設(shè)置在該些導(dǎo)熱層之間，以支撐該些導(dǎo)熱層并形成多個內(nèi)部空間；以及隔熱材料，填充于該些內(nèi)部空間內(nèi)，作為該隔熱層。
7.如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該些導(dǎo)熱支架 包括線型勒條、格狀勒條、方點型結(jié)構(gòu)、菱格型點狀結(jié)構(gòu)或圓點型結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層為該 些單元電池的外殼。
9.如權(quán)利要求2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式導(dǎo)熱 板包括兩層該導(dǎo)熱層；多個結(jié)構(gòu)支架，設(shè)置在該些導(dǎo)熱層之間，以支撐該些導(dǎo)熱層并形成多個內(nèi)部空間；以及隔熱材料，填充于該些內(nèi)部空間內(nèi)，作為該隔熱層。
10.如權(quán)利要求9所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該些導(dǎo)熱支 架包括線型勒條、格狀勒條、方點型結(jié)構(gòu)、菱格型點狀結(jié)構(gòu)或圓點型結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求9所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層為 該些電池組的殼體。
12.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層 的熱傳導(dǎo)系數(shù)k大于50W/m · K。
13.如權(quán)利要求12所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層的 熱傳導(dǎo)系數(shù)k在50W/m · K 100W/m · K之間。
14.如權(quán)利要求13所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層的材料包括鎳、鎳合金、鐵、鋼、碳材或以上其中一材料與塑料混成的復(fù)合材料。
15.如權(quán)利要求12所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層的 熱傳導(dǎo)系數(shù)k在100W/m · K 450W/m · K之間。
16.如權(quán)利要求15所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層的 材料包括金、銀、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂、鎂合金、金屬氧化物或以上其中一材料與塑料 混成的復(fù)合材料。
17.如權(quán)利要求15所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該導(dǎo)熱層的 材料包括高導(dǎo)熱陶瓷粉末與塑料混成的復(fù)合材料。
18.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該隔熱層 的熱傳導(dǎo)系數(shù)k小于2W/m · K。
19.如權(quán)利要求18所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該隔熱層的 熱傳導(dǎo)系數(shù)k在0. 05ff/m · K 2W/m · K之間。
20.如權(quán)利要求19所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該隔熱層包 括石棉、樹脂膠合玻纖板或塑膠板。
21.如權(quán)利要求20所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該塑膠板的 材料包括聚乙烯、醋酸乙烯酯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂或聚氯乙烯。
22.如權(quán)利要求18所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該隔熱層的 熱傳導(dǎo)系數(shù)k在0. 001ff/m · K 05W/m · K之間。
23.如權(quán)利要求22所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該隔熱層包 括發(fā)泡的高分子材料。
24.如權(quán)利要求23所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)泡的高 分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂或聚氯乙烯。
25.如權(quán)利要求22所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該隔熱層包 括低熔點高分子材料、液體或空氣，且該低熔點高分子材料為熔點在40°C 80°C之間的高 分子材料。
26.如權(quán)利要求25所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該液體包括 水或硅油。
27.如權(quán)利要求25所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該低熔點高 分子材料包括石蠟油或脂肪酸。
28.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式 導(dǎo)熱板的總厚度在2. Ocm 0. 05cm之間、該導(dǎo)熱層的厚度占該總厚度的3% 70%以及該 隔熱層的厚度占該總厚度的30% 97%。
29.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式 導(dǎo)熱板的總厚度在1. Ocm 0. 05cm之間、該導(dǎo)熱層的厚度占該總厚度的5% 70%以及該 隔熱層的厚度占該總厚度的30% 95%。
30.如權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式 導(dǎo)熱板的總厚度在0. 5cm 0. 05cm之間、該導(dǎo)熱層的厚度占該總厚度的10% 70%以及 該隔熱層的厚度占該總厚度的30% 90%。
31.如權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該電池組殼體包括一散熱鰭片。
32.如權(quán)利要求31所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式導(dǎo) 熱板與該散熱鰭片是經(jīng)由物理或焊接結(jié)合方式相互連接。
33.如權(quán)利要求2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該電池模塊 殼體包括一散熱鰭片。
34.如權(quán)利要求33所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)合式導(dǎo) 熱板與該散熱鰭片是經(jīng)由物理或焊接結(jié)合方式相互連接。
35.如權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括 控制電路板，設(shè)置在該電池組殼體內(nèi)；以及該復(fù)合式導(dǎo)熱板還包括位在該控制電路板與該些單元電池之間。
36.如權(quán)利要求2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括 控制電路板，設(shè)置在該電池模塊殼體內(nèi)；以及該復(fù)合式導(dǎo)熱板還包括位于該控制電路板與該些電池組之間。
37.如權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括 一線路，設(shè)置在該電池組殼體內(nèi)；以及該復(fù)合式導(dǎo)熱板還包括位在該線路與該些單元電池之間。
38.如權(quán)利要求2所述的電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括 一線路，設(shè)置在該電池模塊殼體內(nèi)；以及該復(fù)合式導(dǎo)熱板還包括位在該線路與該些電池組之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電池系統(tǒng)中的散熱與熱失控擴(kuò)散防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括一電池組(module)殼體以及至少一復(fù)合式導(dǎo)熱板。在電池組殼體內(nèi)置有多個單元電池(unit cell)。而所述復(fù)合式導(dǎo)熱板是位于電池組殼體內(nèi)與電池組殼體接觸，并置入至少兩個的單元電池之間，作為熱在電池和殼體間的傳遞媒介，以及控制熱在電池間的傳遞，其中復(fù)合式導(dǎo)熱板是由至少一導(dǎo)熱層與至少一隔熱層組成的一多層異向性導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01M10/50GK102117945SQ20091026609
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者葉勝發(fā), 張金泉, 彭裕民, 林炳明, 翁震灼, 胡憲霖, 黃振東 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院