一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统，该系统包括：一个或多个电池模块，每个电池模块包括若干个电池单体，电池单体通过金属连接片焊接连接；以及用于容纳一个或多个电池模块的电池箱；以及通过所含相变材料的可逆固液相变进行能量存储和释放的复合相变材料；以及高导热石墨片；以及用于紧固箱体的若干螺纹紧固件。与现有技术相比，本发明专利技术创新性的使用高导热石墨片和压缩膨胀石墨作为系统的强化传热措施。通过高导热石墨片与复合相变材料的组合使用，本发明专利技术取得了冷却系统的传热效率较高、结构简单、占用空间小、电池组温度一致性较好和能量利用率高的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统，该系统包括：一个或多个电池模块，每个电池模块包括若干个电池单体，电池单体通过金属连接片焊接连接；以及用于容纳一个或多个电池模块的电池箱；以及通过所含相变材料的可逆固液相变进行能量存储和释放的复合相变材料；以及高导热石墨片；以及用于紧固箱体的若干螺纹紧固件。与现有技术相比，本专利技术创新性的使用高导热石墨片和压缩膨胀石墨作为系统的强化传热措施。通过高导热石墨片与复合相变材料的组合使用，本专利技术取得了冷却系统的传热效率较高、结构简单、占用空间小、电池组温度一致性较好和能量利用率高的有益效果。【专利说明】一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统
本专利技术涉及动力电池
,具体涉及纯电动汽车和混合动力汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统。
技术介绍
随着当前能源危机和环境保护问题的日益严峻，传统汽车亟需寻找合适的替代者。电动汽车(BEV)凭借其能源利用效率高、对环境友好无污染等特点，是公认的未来汽车工业的主要发展方向之一。动力电池作为电动汽车的必备动力单元，是电动汽车的核心技术之一 O 电动汽车在行驶过程中，车载动力电池不断进行充放电，伴随有大量热量的产生。如果产生的热量不能及时、有效地散出，电池将处于过热状态。电池单体和电池模块的综合性能与温度的相关性大。一方面，高温会加速电解液、电极和隔板的老化速率，使电池的电化学性能下降，循环寿命缩短，严重时甚至引发起火、爆炸。另一方面，电池模块内部温度分布不均匀会使得各电池单体性能的差异性变大，电池模块内部出现“坏点”，整个电池组提前失效，甚至导致危险状况的出现。因此，从提高动力电池的安全性、循环寿命和经济型方面考虑，必须设计可靠的冷却系统，以保证电池组的温度始终处于最佳工作温度范围(对于锂离子电池而言，一般认为其最佳工作温度范围为20°C?45°C )之内，且电池组内不同电池单体间的温差控制在一定的阈值范围内。 现有的车用电池组冷却方式主要有空气冷却和液体冷却两种。其中，空气冷却结构简单，质量相对较小，容易维护，有害气体产生时能有效通风。但因为空气与电池壁面间的换热系数低，冷却速度慢，尤其在特殊工况(高放电倍率、高工作温度、高环境温度)下和对于大型电池模块，其冷却效果不够理想。液体冷却的冷却效果较好，但有发生漏液的危险。且空气冷却和液体冷却方式中，风机、换热器、水泵以及其它附件的存在不可避免的增加了整车质量，同时亦降低了动力电池的有效输出功率。 相变材料冷却作为潜热储能方式凭借其储能密度大、储能过程为等温变化、过程易控制、能量利用效率高等优点已经在节能建筑、工业余热废热回收以及电力昼夜调配等领域得到应用。对于提高电动汽车的动力性而言，我们总是希望动力电池中储存的能量尽可能多的为电动汽车供能，而传统的主动式空气冷却和液体冷却方式中耗能部件的存在会不可避免的消耗电池的一部分能量，因此被动式相变材料冷却凭借其在节能方面所具有的优势在电池热管理领域具备一定的实际应用价值。 专利申请CN102714336A公开了一种通过传热流体与相变材料的组合对电化学电池进行热管理的系统，该系统中流体介质在仓室中与圆柱形电池直接接触，能够实现有效的加热和冷却功能；而相变材料作为辅助热管理手段，密封在传热介质流道(仓室)与装置之间的热能储存材料仓室中。该专利将液体冷却与相变材料冷却结合，具有一定的创新型，但仍未有效克服液体冷却所带来的流道结构复杂、漏液以及存在额外功耗等缺点。 因此本专利技术的目的在于提出一种区别于传统空气冷却和液体冷却的新型车用电池热管理系统，能够有效克服传统电池热管理方式所带来的质量和体积较大、漏液、电池温度均匀性差等缺点，同时实现对电池温度的及时、有效控制，且电动汽车在短距离内行驶无需对电池热管理系统输入额外能量，提高车载动力电池的有效输出功率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可有效散热、体积小、不漏液和无需额外功耗的电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统。 本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统，其特征在于，该系统包括: 一个或多个电池模块，每个电池模块包括若干个电池单体，电池单体通过金属连接片焊接连接；以及 用于容纳一个或多个电池模块的电池箱；以及 通过所含相变材料的可逆固液相变进行能量存储和释放的复合相变材料；以及 将热量从电池模块内部传递到外围复合相变材料以及使电池单体侧面温度维持一致的闻导热石墨片；以及 用于紧固箱体，以保证箱体内部各组件空间位置的稳定性以及电池单体被有效压紧的若干螺纹紧固件。 所述的电池单体为方形电池，包括锂离子二次电池或锂聚合物二次电池。电池单体的数量由电动汽车所需的电池组总容量确定。 所述的电池单体通过设置在电池箱箱体上的螺纹紧固件在厚度方向上被有效压紧，防止电池在充放电过程中发生鼓胀。 所述的电池箱由不易燃且具有一定机械强度的材料制成，优选PET材料。 所述的复合相变材料通过将相变材料浸入多孔介质中制成,其中相变材料用以储热或放热，多孔介质作为相变材料载体以及导热通道。相变材料的用量的计算可通过优选的电动汽车日平均行驶里程和行驶工况估算。 所述的相变材料的相变温度范围在电池的最佳工作温度范围之内，对于不同的电池最佳工作温度范围，可通过调节相变材料的相变点实现。具体的，可通过选用具有不同相变温度的相变材料或将不同相变材料组合使用。相变材料包括有机相变材料和无机相变材料，所述的有机相变材料包括直链烷烃、脂类、醇类或脂肪酸及其衍生物，具有相变潜热高，无过冷或过冷现象很小，腐蚀性较小和性质稳定等优点。所述的无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐或金属，具有较高的熔解热和固定的熔点，但大多数的无机相变材料具有腐蚀性，且相变过程中存在不易克服的过冷和相分离的缺点，在一定程度上限制了其应用范围的推广。所述的相变材料优选工业石蜡，其相变温度范围宽，价格较低，且储能密度大，化学性质稳定，无过冷或过冷现象很小，无腐蚀性。 所述的多孔介质包括压缩膨胀石墨或泡沫金属，优选压缩膨胀石墨。所述的多孔介质具有较高的孔隙率和较大的比表面积，可以借助毛细作用提高相变储能物质在多孔介质中的储藏可靠性，同时，多孔介质将相变储能物质分散为细小的个体，有效提高其相变过程中的换热效率。多孔介质还具备高的导热系数和一定的机械强度。具体的，压缩膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化得到一种疏松多孔的蠕虫状物质，具有密度小，化学性质稳定，孔隙率较高，导热系数高等优点。开孔泡沫金属具有连续贯通的三维多孔结构，具有结构强度高，轻质，孔隙均匀，导热系数高等优点。两者相比，开孔泡沫金属的机械强度更高、导热能力更强，但化学稳定性不如压缩膨胀石墨。 将相变材料与多孔介质按照一定质量比例复合，制得的复合材料在具备高能量存储密度的同时，由于易导多孔介质中互相连通的导热通道的存在，复合材料亦具有高的导热系数，有效提高了该相变储热系统的相变速率和换热效率，且石蜡与压缩膨胀石墨在相变过程中无新物质生成，两者相容性良好，因此石蜡/压缩膨胀石墨是优选的相变储能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统，其特征在于，该系统包括：一个或多个电池模块，每个电池模块包括若干个电池单体，电池单体通过金属连接片焊接连接；以及用于容纳一个或多个电池模块的电池箱；以及通过所含相变材料的可逆固液相变进行能量存储和释放的复合相变材料；以及将热量从电池模块内部传递到外围复合相变材料以及使电池单体侧面温度维持一致的高导热石墨片；以及用于紧固箱体，以保证箱体内部各组件空间位置的稳定性以及电池单体被有效压紧的若干螺纹紧固件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许思传，袁奕琳，常国峰，徐卫刚，林春景，徐丹丹，蔡飞龙，
申请(专利权)人：同济大学，宁波信远工业器材有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31