一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案制造技术

本发明专利技术公开了一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案，属于动力电池热管理技术领域，本发明专利技术的圆柱形电池位于圆柱形壳体中空内部；圆柱形壳体外侧上设置有螺旋盘管；螺旋盘管以不同的分支盘管缠绕在圆柱形壳体上；各个分支盘管的进出口交错布置；各个分支盘管的进出口采用对称或非对称的设计，螺旋盘管中各个分支盘管分别通过软管连接管与引入冷媒、热媒介质的歧管、引出冷媒、热媒介质的歧管相连接，再与电池模组的冷却系统和加热系统相连；采用蛇形盘管缠绕在电池圆柱形壳体上，电池位于壳体中的换热方式，引入歧管同时为各个电池提供冷媒、热媒介质，以此来减少电池模组中电池之间的温升，提高电池之间的温度一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案
本专利技术涉及动力电池热管理
，具体是指一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案。
技术介绍
锂离子电池是目前最有发展前景的可循环式新能源，是学术界和工业界研究的热点，在纯电动、混动汽车，便携式电子设备等领域得到广泛应用。然而，锂离子电池对温度非常敏感，20-40°C是其适宜的工作温度范围，过低的温度会造成锂离子在阳极和电解质界面的扩散速率变慢和高的极化电阻，过高的温度会导致阳极和电解质界面的SEI膜退化，进而引起电池容量和功率的大幅度下降。另外，锂离子电池在高温高倍率放电过程中会产生大量的热量，这些热又反过来加速锂离子电池的化学反应，进一步导致电池过热，如果随之任之，有可能引发火灾或爆炸。因此，热管理不仅对于锂离子电池性能来说重要，对其安全性也至关重要。通常，锂离子电池的最佳工作温度范围为20-40°C，温差在5°C以内。电池热管理的目的在于使电池的在最佳的温度范围内，同时提高各个电池之间的温度一致性，不同的热管理方法包括空气热管理、液体热管理、相变材料热管理、热管热管理等。总的来说，液体热管理由于具有高的导热系数，得到越来越多的关注。目前方型电池常采用液冷板，液体在液冷板内不循环或一端进口，一端出口进行循环，而圆柱形电池常采用蛇形扁管，扁管贴近电池，热媒或冷媒介质一端进，一端出。这样的设计冷媒或热媒介质的流程长，由于流体在流动过程中换热温度升高或降低，电池的温度随流程会产生大的温差。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，公开了一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案，采用蛇形盘管缠绕在电池圆柱形壳体上，电池位于壳体中的换热方式，引入歧管同时为各个电池提供冷媒、热媒介质，以此来减少电池模组中电池之间的温升，提高电池之间的温度一致性。本专利技术是这样实现的：一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案，包括圆柱形电池，圆柱形电池位于圆柱形壳体中空内部；圆柱形壳体外侧上设置有螺旋盘管；螺旋盘管以不同的分支盘管缠绕在圆柱形壳体上；采用蛇形盘管缠绕在圆柱形壳体上，圆柱形电池位于圆柱形壳体中的换热方式，引入歧管同时为各个电池提供冷媒、热媒介质，以此来减少电池模组中电池之间的温升，提高圆柱形电池之间的温度一致性。所述的各个分支盘管的进出口交错布置；所述的各个分支盘管的进出口采用对称或非对称的设计，即所有的进口或者出口同时位于圆柱形电池正极端或者负极端；或者所述的螺旋盘管中一部分的分支盘管的进口（出口）位于圆柱形电池正极端，另一部分的分支盘管的进口（出口）位于圆柱形电池负极端；各个盘管进出口分支可以采用非对称的设计可以解决单个电池沿轴向方向温度分布不一致的现象，特别是电池在大倍率充放电情况下，正极端和负极端温差较大（在大倍率放电情况下，温差可以达到5°C以上的现象。所述的螺旋盘管中各个分支盘管分别通过软管连接管与引入冷媒、热媒介质的歧管、引出冷媒、热媒介质的歧管相连接；所述的引入冷媒、热媒介质的歧管、引出冷媒、热媒介质的歧管和电池模组的冷却系统和加热系统相连。壳体上的螺旋盘管一端为冷媒、热媒介质的进口，另一端为冷媒、热媒介质的出口，螺旋盘管可以有多个分支，这样可以避免冷媒、热媒介质流程过长，加大电池温差的弊端。电池组内部设有温度传感器，并且冷却、加热系统中能接受控制温度信号。当温度高于设定值时，系统工作通入冷媒介质，当温度低于设定值时，系统工作通入热媒介质。进一步，所述的圆柱形壳体与圆柱形电池之间采用间隙配合，间隙填充导热材料或圆柱形壳体与圆柱形电池之间采用过盈配合进行组装。进一步，所述的圆柱形电池设置若干个，若干个圆柱形电池采用行列整齐排列形成电池模组。进一步，所述的螺旋盘管相邻或者不相邻，采用不相邻，例如采用3支盘管，2支进口从上面进，1支进口从下面进的方式，可以改善缩小电池正负极之间的温差。采用5支盘管，3支进口从上面进，2支进口从下面进的方式，能够更进一步降低电池的温度，减少正负极之间的温差。进一步，所述的螺旋盘管布置采用流体回流的流动方式，半圆形截面的盘管中间通过隔板隔开，流体介质在一个腔体进，流过另一端绕流回从另一腔出。具体热交换过程为：来自冷却系统和加热系统的冷媒和热媒介质通过歧管分流到引入冷媒、热媒介质的歧管，通过螺旋盘管和圆柱形电池进行热交换，经过换热后的冷媒或热媒介质歧管汇集到引出冷媒、热媒介质的歧管处。当圆柱形动力电池的温度过高时，来自冷却系统的冷媒介质经过引入冷媒、热媒介质的歧管分流到盘管里面，冷媒介质经过盘管和电池进行热交换后，冷媒介质汇集到引出冷媒、热媒介质的歧管返回到冷却系统。当圆柱形动力电池的温度过低时，来自加热系统的热媒介质通过引入冷媒、热媒介质的歧管分流到盘管里面，热媒介质通过盘管和电池进行热交换后，热媒介质汇集到引出冷媒、热媒介质的歧管返回到加热系统。进一步，所述的盘管截面为类半圆形截面、类矩形截面。进一步，所述的引入冷媒、热媒介质的歧管、引出冷媒、热媒介质的歧管位于若干个圆柱形电池之间的间隙，这样可以降低热管理组件的空间占用率。所述的引入冷媒、热媒介质的歧管、引出冷媒、热媒介质的歧管与电池模组的冷却系统和加热系统连接接口处、以及螺旋盘管的连接处均设有密闭防水的密封圈。进一步，所述的圆柱形电池包括但不限于18650、26650圆柱形锂电池。上述放置圆柱形电池的圆柱形壳体可以整体成型或者通过其它方式连接成一体，这样可以减少装配的复杂性，另外圆柱形壳体可以采用一些导热系数良好同时密度小的材料以提高换热效率降低热管理系统的重量。电池和圆柱形壳体之间采用很小的间隙配合填充导热材料或小的过盈配合进行组装。本专利技术与现有技术的有益效果在于：1）本专利技术通过在圆柱形壳体外侧上设置若干支螺旋盘管，盘管内流过冷媒、热媒介质，各螺旋盘管通过连接管汇总到歧管，歧管位于电池之间的间隙内，和冷却/加热系统相连。当电池温度过高时，螺旋盘管内冷媒介质循环流动降低电池的温度，当电池温度过低时，螺旋管内的热媒介质循环流动升高电池的温度，以控制电池的温度在适宜的温度范围内；2）本专利技术的热管理方案中由于冷媒、热媒介质只存在于螺旋盘管内，相比于夹层式的液冷热管理方案流体介质所占的重量会相应减少；另外歧管的引入也可以分散冷、热流体的入口，避免流体流动过程中一个入口，一个出口，流体流程过长，温差加大的弊端，另外歧管位于电池之间也可以减少热管理系统占有的空间；3）本专利技术的热管理方案与现有圆柱电池的散热方法相比，盘管中的流体采用回旋流动时，流体进出流程相邻，之间有热传导，流体在流程中的温度基本保持一致，这样可以消除由于流体流动过程中流程造成的温差不一致性。附图说明图1为本专利技术中多个分支盘管的壳体示意图和仿真温升图；图2为本专利技术中盘管进口、出口分别位于上下两端的示意图和仿真温升图；图3为本专利技术中盘管不同数量的进口、出口分别位于上下两端的示意图和仿真温升图；图4为本专利技术中圆柱形动力电池模组热管理方法的示意图；图5采用回旋流动方式半圆界面盘管布置方式；图6采用回旋流动方式矩形界面盘管布置方式；图7电池热管理温度控制系统简图；图8为设置不同多个分支盘管温度分布图；图9为盘管进口、出口分别位于上下两端的温度分布图；图10为盘管不同数量的进口、出口分别位于上下两端的温度分布图；其中，1-圆柱形壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案，包括圆柱形电池（7），其特征在于，所述的圆柱形电池（7）位于圆柱形壳体（1）中空内部；所述的圆柱形壳体（1）外侧上设置有螺旋盘管（4）；所述的螺旋盘管（4）以不同的分支盘管缠绕在圆柱形壳体（1）上；所述的各个分支盘管的进出口交错布置；所述的各个分支盘管的进出口采用对称或非对称的设计，即所有的进口或者出口同时位于圆柱形电池（7）正极端或者负极端；或者所述的螺旋盘管（4）中一部分的分支盘管的进口或者出口位于圆柱形电池（7）正极端，另一部分的分支盘管的进口或者出口位于圆柱形电池（7）负极端；所述的螺旋盘管（4）中各个分支盘管分别通过软管连接管（3）与引入冷媒、热媒介质的歧管（2）、引出冷媒、热媒介质的歧管（5）相连接；所述的引入冷媒、热媒介质的歧管（2）、引出冷媒、热媒介质的歧管（5）和电池模组的冷却系统和加热系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案，包括圆柱形电池（7），其特征在于，所述的圆柱形电池（7）位于圆柱形壳体（1）中空内部；所述的圆柱形壳体（1）外侧上设置有螺旋盘管（4）；所述的螺旋盘管（4）以不同的分支盘管缠绕在圆柱形壳体（1）上；所述的各个分支盘管的进出口交错布置；所述的各个分支盘管的进出口采用对称或非对称的设计，即所有的进口或者出口同时位于圆柱形电池（7）正极端或者负极端；或者所述的螺旋盘管（4）中一部分的分支盘管的进口或者出口位于圆柱形电池（7）正极端，另一部分的分支盘管的进口或者出口位于圆柱形电池（7）负极端；所述的螺旋盘管（4）中各个分支盘管分别通过软管连接管（3）与引入冷媒、热媒介质的歧管（2）、引出冷媒、热媒介质的歧管（5）相连接；所述的引入冷媒、热媒介质的歧管（2）、引出冷媒、热媒介质的歧管（5）和电池模组的冷却系统和加热系统相连。2.根据权利要求1所述的一种圆柱形动力电池模组液体热管理方案，其特征在于，所述的圆柱形壳体（1）与圆柱形电池（7）之间采用间隙配合，间隙填充导热材料或圆柱形壳体（1）与圆柱形电池（7）之间采用过盈配合进行组装。3.根据权利要求2所述的一种圆柱形动力电池模组液体热...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩兵，周飞，张茜，徐立鹏，王谦之，孔继周，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32