一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构制造技术

本发明专利技术公开了一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，包括动力电池模组夹具、温度传感器、控制单元，各纵列的圆柱型动力电池两侧的间隙内均紧密设置有形状与圆柱型电芯外轮廓相适配且与各圆柱型动力电池曲表面贴合接触的吹胀型铝质均热板，所述动力电池模组的顶、底部依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板两端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板、换热铜扁管，其中，位于动力电池模组底部的换热铜扁管包裹有加热薄膜。本发明专利技术通过对动力电池组各种充放电工况高效率地散热或加热，控制电芯温度并有效缩小不同电芯间的温差，使整个动力电池包工作在合理温度范围内，有效解决密集排布的圆柱型动力电池模组的热管理问题。

A New Phase Change Cooling and Heating Integrated Structure for Power Batteries

The invention discloses a novel phase change cooling and heating integrated structure of power battery, which includes power battery module clamp, temperature sensor and control unit. A blown aluminum soaking plate with shape matching the outer contour of the cylindrical power battery core and contact with the curved surface of the cylindrical power battery is tightly arranged in the gap between the two sides of the longitudinal power battery. The top and bottom of the power battery module are superposed and arranged with the blown aluminum soaking plate and the heat exchange copper flat tube which are in contact with the heat conduction plane at both ends of the blown aluminum soaking plate. The heat exchange copper flat tube located at the bottom of the power battery module is wrapped with a heating film. The invention can efficiently heat or heat the power battery pack under various charging and discharging conditions, control the temperature of the core and effectively reduce the temperature difference between the different cores, make the whole power battery pack work in a reasonable temperature range, and effectively solve the thermal management problem of the densely arranged cylindrical power battery module.

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构
本专利技术涉及电动汽车使用的动力电池热管理系统，具体涉及一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构。技术背景随着能源危机和环境污染的日益加剧，新能源汽车替代传统发动机汽车己成为当今世界各国汽车工业发展的必然趋势。更重要的是，在目前各种新能源汽车技术及产品开发中，电动汽车已然成为未来发展的主力军。而锂离子电池更凭借其优良的性能，被视为电动汽车的理想动力源。锂离子电池在使用过程中，热量的积累和温度的升高会加速电池寿命的衰减。此外，对于电池充和过放电现象，从而引起电池单体之间容量的不一致，也会使电池模块过早失效。当前主流动力电池的理想工作温度区间为20~50℃，并且需要对电池组内的温度梯度进行控制，尽可能控制在5℃以内，但是市面上的动力电池热管理系统难以匹配日益提升动力电池包能量密度。因此，开发电动汽车动力电池包的热管理系统迫在眉睫，研发安全可靠的热管理系统用以调节动力电池工作温度，缩小动力电池包内电芯温差，成为电动汽车发展道路上无法跨越的挑战。经过数年的探索与实践，当前高能量密度的电动汽车动力电池热管理系统已逐步聚焦于液冷、相变材料。液冷热管理系统是使用载冷液流经动力电池模组表面，利用其高热容特性将电池模组内部产生热量带走。但由于将液体与电池组直接接触，会存在因液体泄露而造成电池短路的风险。同时，液冷热管理系统较空冷热管理系统复杂且设备笨重，造价也偏高。相变材料也是目前正在研发的以期能用于动力电池组热管理的一种技术手段。大体上可以分为PCM与热管2种类型。前者是利用固液相变过程的相变潜热，后者则是工质在热管内发生快速相变，循环往复，从而实现热量的传导。PCM类相变材料热管理系统在材料完全融化后会丧失吸热能力。同时，其可控性较差。为了获取更加理想的热管理性能，积极研发热管类相变材料热管理系统是一条值得期待的技术路线。但是当前常见热管，如铜水热管，铝平板热管均难以直接应用在圆柱型动力电池模组内。
技术实现思路
基于此，本专利技术揭示了一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构。本专利技术采用如下技术方案实现：一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，包括用于阵列安装圆柱型动力电池组的动力电池模组夹具、用于测量圆柱型动力电池组温度的温度传感器、控制单元，各纵列的圆柱型动力电池两侧的间隙内均紧密地设置有形状与圆柱型电芯外轮廓相适配且与圆柱型动力电池曲表面紧密贴合的吹胀型铝质均热板，所述动力电池模组顶部依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板顶端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板、换热铜扁管，所述动力电池模组夹具的底端依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板底端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板及包裹了加热薄膜的换热铜扁管；所述吹胀型铝质均热板及所述吹胀型铝质均热平板内腔中均密封设置有相变换热工质；所述的控制单元通过电路连接温度传感器、加热薄膜和换热铜扁管的换热液供给系统；位于顶端和底端的换热铜扁管，在散热时，可根据散热负荷大小，选择单独或者同时通冷却液并调节流量大小；在加热时，可根据加热负荷大小，同时或单独通加热液并调节流量大小，选择是否开启加热薄膜，以最佳模式适应工况需求。进一步地，所述的吹胀型铝质均热板包括位于相邻两纵列圆柱型动力电池之间的若干双面吹胀型铝质均热板和位于左右两纵列圆柱型动力电池外侧的两个单面吹胀型铝质均热板。进一步地，所述的双面吹胀型铝质均热板为对称结构，包括位于所述圆柱型动力电池组的纵向间隙与横向间隙交汇处且能同时与相邻两纵列圆柱型电池外轮廓相适配的第一鼓胀段、连接于各第一鼓胀段之间且内含支撑筋的第一直线段，其中位于顶、底端的第一鼓胀段设置有垂直所述双面吹胀型铝质均热板轴线且分别与在动力电池模组顶、底部放置的吹胀型铝质均热平板导热接触的第一导热平面。进一步地，所述的单面吹胀型铝质均热板包括能够与最外侧一列圆柱型动力电池外侧轮廓相适配的第二鼓胀段、连接于各第二鼓胀段之间且内含支撑筋的第二直线段，其中位于顶、底端的第二鼓胀段设置有垂直所述第二直线段且分别与在动力电池模组顶、底部放置的吹胀型铝质均热平板导热接触的第二导热平面。进一步地，所述吹胀型铝质均热平板包括中间支撑板、通过吹胀成型工艺分别凸出设置在所述中间支撑板上端面和下端面的冷凝端和蒸发端，所述冷凝端和蒸发端的内腔相连通，其中，所述动力电池模组顶部放置的吹胀型铝质均热平板的蒸发端与各吹胀型铝质均热板顶端的导热平面共同形成的平面相贴合，其冷凝端与上方的换热铜扁管相贴合；所述动力电池模组底部放置的吹胀型铝质均热平板的冷凝端与各吹胀型铝质均热板底端的导热平面共同形成的平面相贴合，其蒸发端与包裹着换热铜扁管的加热薄膜上表面相贴合。进一步地，所述冷凝端距离中间支撑板厚度方向中心的高度大于蒸发端距离中间支撑板中心的高度，其目的是：更矮的蒸发端可形成更容易分布均匀的内部液相腔体，更高的冷凝端可形成更充分换热面积的气相空间。进一步地，所述中间支撑板的厚度为1-1.5mm，所述冷凝端距离中间支撑板厚度方向中心的高度为1.5-2.5mm，所述蒸发端距离中间支撑板中心的高度为1-1.4mm，且形成的上下端面保证平面度在0.8mm以内，保证接触面积。进一步地，所述双面吹胀型铝质均热管、单面吹胀型铝质均热管、吹胀型铝质均热平板统一采用吹胀成型工艺，不仅形成了各自所需外部适配曲面，同时形成了封闭的内部工质流通腔体，在腔体内封存的工质能够通过外部适配曲面与外界发生换热，不断吸收、释放相变潜热，形成快速相变循环，从而实现均热板高效传热、均温的作用。进一步地，所述设置在所述动力电池模组顶、底部的换热铜扁管为具有一定宽度的扁管；所述换热扁铜管的轴线与圆柱型动力电池的轴线平行布置。进一步地，所述的控制单元用于在散热时控制换热液供给系统向位于顶端和底端的换热铜扁管同时通入冷却液；或者根据散热负荷大小，分别单独通入冷却液并调节流量大小。在加热时，可根据负荷情况，同时通入加热液且启动加热薄膜加热，提升加热速度；或者，单独启动加热膜与加热液并调节加热液的流量大小，以最佳模式适应工况需求。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术设计的是一套完备的动力电池热管理系统结构。它能根据动力电池不同的工作条件对其进行散热或加热。由结构中包括换热铜扁管和加热薄膜作为模组的冷、热源，本专利技术一体化地既能在寒冷恶劣天气条件下对电动汽车进行冷启动，也能在电动汽车大功率充放电工况下，对模组内电芯进行高效的散热，保证整个模组工作在合理的温度范围之内。2.本专利技术所述的动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，其关键部件的原材料、加工流程统一，使用铝型材，利用吹胀制造工艺，解决异形结构的制造难题，进而使电芯与异形吹胀结构完成良好的配合接触（减小接触热阻）。在模组顶底上下布置吹胀型均热平板有效保证电池模组冷、热量的均布，在热量输送结构上，采用液冷扁铜管作为电池模组的散热、加热主要途径，充分利用车辆上已有的热泵冷、热循环液，进一步增设加热薄膜，依靠车辆外部电源进行加热，提高冬季车用电池的使用性能。所以该一体化结构容易实现动力电池模组的加热、冷却一体化，可简化电池热管理系统结构，提升动力电池包的可靠性。3.本专利技术所述的动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，能够解决电池模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，包括用于阵列安装圆柱型动力电池组（1）的动力电池模组夹具、用于测量圆柱型动力电池组（1）温度的温度传感器（8）、控制单元（9），其特征在于：各纵列的圆柱型动力电池两侧的间隙内均紧密地设置有形状与圆柱型电芯外轮廓相适配且与各圆柱型动力电池曲表面贴合接触的吹胀型铝质均热板，所述动力电池模组的顶部依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板顶端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板（4）、换热铜扁管（5），所述动力电池模组的底部依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板底端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板（4）及包裹了加热薄膜（7）的换热铜扁管（5）；所述吹胀型铝质均热板及所述吹胀型铝质均热平板（4）的内腔中均密封设置有相变换热工质；所述的控制单元通过电路连接温度传感器（8）、加热薄膜（7）和换热铜扁管（5）的换热液供给系统。

【技术特征摘要】
1.一种动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，包括用于阵列安装圆柱型动力电池组（1）的动力电池模组夹具、用于测量圆柱型动力电池组（1）温度的温度传感器（8）、控制单元（9），其特征在于：各纵列的圆柱型动力电池两侧的间隙内均紧密地设置有形状与圆柱型电芯外轮廓相适配且与各圆柱型动力电池曲表面贴合接触的吹胀型铝质均热板，所述动力电池模组的顶部依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板顶端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板（4）、换热铜扁管（5），所述动力电池模组的底部依次叠加地贴合设置有与各吹胀型铝质均热板底端的导热平面传热接触的吹胀型铝质均热平板（4）及包裹了加热薄膜（7）的换热铜扁管（5）；所述吹胀型铝质均热板及所述吹胀型铝质均热平板（4）的内腔中均密封设置有相变换热工质；所述的控制单元通过电路连接温度传感器（8）、加热薄膜（7）和换热铜扁管（5）的换热液供给系统。2.根据权利要求1所述的动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，其特征在于：所述的吹胀型铝质均热板包括位于相邻两纵列圆柱型动力电池之间的若干双面吹胀型铝质均热板（2）和位于左右两纵列圆柱型动力电池外侧的两个单面吹胀型铝质均热板（3）。3.根据权利要求2所述的动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，其特征在于：所述的双面吹胀型铝质均热板（2）为对称结构，包括位于所述圆柱型动力电池组（1）的纵向间隙与横向间隙交汇处且能同时与相邻两纵列圆柱型电池外轮廓相适配的若干第一鼓胀段（2-1）、连接于各第一鼓胀段（2-1）之间且内含支撑筋的第一直线段（2-2），其中位于顶、底端的第一鼓胀段（2-1）设置有垂直所述双面吹胀型铝质均热板（2）轴线且分别与在动力电池模组顶、底部放置的吹胀型铝质均热平板（4）导热接触的第一导热平面（2-3）。4.根据权利要求2所述的动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，其特征在于：所述单面吹胀型铝质均热板（3）包括能够与最外侧一列圆柱型动力电池外侧轮廓相适配的第二鼓胀段（3-1）、连接于各第二鼓胀段（3-1）之间且内含支撑筋的第二直线段（3-2），其中位于顶、底端的第二鼓胀段（3-1）设置有垂直所述第二直线段（3-2）且分别与在动力电池模组顶、底部放置的吹胀型铝质均热平板（4）导热接触的第二导热平面（3-3）。5.根据权利要求1所述的动力电池新型相变冷却及加热一体化结构，其特征在于：所述吹胀型铝质均热平板...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，邓励强，杨世凡，徐沛恳，周文杰，陈钊书，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东新创意科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44