一种相变乳液传热工质及其制备方法和电池热管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种相变乳液传热工质及其制备方法和电池热管理系统，所述电池热管理系统包括由若干电池组成的电池组，电池单体之间缝隙内设置有冷却管，所述冷却管内设置有强制对流的相变乳液传热工质。所述的相变乳液传热工质以质量百分比计，包括：5~30%的相变材料，0.5~10%的表面活性剂，0~5%的成核剂和55~94.5%的去离子水。所述相变乳液传热工质通过超声乳化法制备得到。本发明专利技术应用相变乳液传热工质的相变潜热吸收热量，强化电池热管理系统的散热能力，提升电池组的温度一致性，实现对电池组的温度高效调控。

Phase change emulsion heat transfer working substance and its preparation method and battery thermal management system

The invention discloses a phase change emulsion heat transfer working substance and a preparation method and a battery thermal management system. The battery thermal management system comprises a battery pack composed of a plurality of batteries. A cooling pipe is arranged in the gap between the battery monomers, and a phase change emulsion heat transfer working fluid is arranged in the cooling pipe. The phase change emulsion heat transfer working substance is mass percentage, including 5~30% phase change material, 0.5~10% surfactant, 0~5% nucleating agent and 55~94.5% deionized water. The phase change emulsion heat transfer material is prepared by ultrasonic emulsification. The invention utilizes phase change latent heat of phase change emulsion heat transfer to absorb heat, strengthens the heat dissipation ability of the battery thermal management system, improves the temperature consistency of the battery pack, and effectively controls the temperature of the battery pack.

【技术实现步骤摘要】
一种相变乳液传热工质及其制备方法和电池热管理系统
本专利技术涉及电池热管理
，特别涉及一种相变乳液传热工质及其制备方法和采用所述相变乳液传热工质的电池热管理系统。
技术介绍
交通运输业作为“能源消耗大户”，在消耗大量化石燃料的同时还排放大量的温室气体，加剧温室效应。新能源汽车是降低石油消耗量，减少温室气体排放的有效途径之一。锂离子电池具有能量密度高、工作电压大、循环性能好等优点，是新能源汽车的主要动力源之一。然而，锂离子电池的性能受温度的影响很大，温度过高或过低会显著降低电池的有效容量和循环寿命。锂离子电池在发生碰撞，过充/放电等过程中会产生大量的热量，造成电池温度过高，降低电池的使用寿命。过高的温度甚至会引发电池内部严重的热失控，导致火灾、爆炸等安全问题。此外，电池组的温度一致性也是影响电池性能的关键因素。如果电池之前的温差过大，不同电池的反应速率、充电或放电速率差别也较大，部分电池的充电或放电过程可能会提前结束，导致电池组的容量不能完全充满或释放，从而降低了电池组的有效容量。为了预防上述的问题，需要对电池进行有效的热管理，保证电池高效、安全工作。目前电池热管理系统按照传热介质可以分四类：空气热管理、热管热管理和相变材料热管理和液体热管理。其中，液体热管理系统具有形状适应性好，对流换热系数高，电池组温度一致性相对较好等优点，近年来受到了人们的广泛关注。目前，液体热管理系统常用的传热工质是水，乙二醇水溶液和导热油等（CN102832425A、CN102881959A和CN205992580U）。其中，在公告号CN205992580U的技术专利中，提供了一种使用导热油进行热管理的电池组，通过导热油的对流作用平衡各电池的温度。但是系统所采用的传热流体是导热油，其存在储能密度低，导热系数低和粘度较大等问题，散热效果十分有限，这都限制了其实际应用。这些液体工质在换热过程中完全以显热形式传导热量，与电池换热吸收热量后，其自身温度逐渐升高，且电池发热量越大，相同流量下液体工质的温升也越高。由于液体工质温度变化大导致电池组之间的温度一致性下降，从而影响了电池组的性能。
技术实现思路
针对以上技术的一个或多个问题，本专利技术提供了一种相变乳液传热工质的制备方法及其电池热管理系统。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电池热管理系统，包括由若干电池组成的电池组，电池单体之间缝隙内设置有冷却管，所述冷却管内设置有强制对流的相变乳液传热工质。优选的，所述的电池为圆柱形电池、矩形电池或软包电池。优选的，所述的电池组为若干电池通过平行或交错排布方式组成的电池组。优选的，所述的若干电池的电极通过点焊镍片或母排锁螺丝方式进行连接。优选的，所述的冷却管材质包括铜，氧化铝和不锈钢。一种用于电池热管理系统的相变乳液传热工质，所述的相变乳液传热工质以质量百分比计，包括：5~30%的相变材料，0.5~10%的表面活性剂，0~5%的成核剂和55~94.5%的去离子水。优选的，所述相变材料为相变熔化温度为25~45℃的脂肪烃或脂肪醇；和/或所述相变材料的相变潜热为150~260J/g。包括熔点为25~45℃的石蜡，比如德国RUBITHERM生产的石蜡（相变温度为28，31，35，42与44℃）中的至少一种。优选的，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十二烷基硫酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙二醇山梨糖醇月桂酸酯（Tween20）、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯（Tween60）、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯（Tween80）、失水山梨醇单月桂酸酯（Span20）、失水山梨醇硬脂酸酯（Span60）、油酸山梨醇酯（Span80）、曲拉通X-100（TritonX-100）、聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇(PEG)中的一种或两种以上。优选的，所述成核剂包括纳米石墨粉，石墨烯，氧化石墨烯，碳纳米管，碳包镍，纳米铜，氧化铝，二氧化硅，熔点为50~80℃的石蜡和聚乙烯醇（PVA）中的一种或两种以上。一种如所述相变乳液传热工质的制备方法，包括步骤：将以质量百分比计为0.5~10%表面活性剂（一种或两种以上）加入55~94.5%去离子水中，50℃~70℃恒温水浴加热，在200~800r/min条件下搅拌，得到第一混合溶液；将以质量百分比计为5~30%相变材料（一种或两种以上）和0~5%成核剂按一定比例混合，恒温水浴加热至温度高于相变材料熔点但低于80℃，在200~800r/min条件下搅拌使其充分混合或熔化，得到第二混合溶液；50℃~70℃恒温水浴条件下，将所述第二混合溶液加入到所述第一混合溶液中，再在功率300~1000W条件下超声乳化3~30min，制得相变乳液传热工质。相对现有技术，本专利技术的具有以下优点及有益效果：相变乳液作为液体传热工质，其特点是温度高于相变材料的相变温度时，相变材料发生固-液相变，这种相变过程具有相变温度恒定、相变潜热大的优点，能显著地提高传热流体的有效比热容。根据对流传热原理，比热容的提高，在相同操作条件下，相变乳液工质的传热性能显著优于水和导热油以显热形式存储热量的传热流体。此外，对电池进行热管理时，高储能密度的相变乳液传热工质吸收电池释放的热量是以潜热的形式存储，对比传统液体工质，相变乳液传热工质吸收热量后温度变化很小，使得电池组之间的温差也减小。因此，采用相变乳液传热工质，既能有效强化传热，提高电池的散热能力，又能改善电池组的温度一致性，从而实现对电池组的温度高效调控，提高电池性能和可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例1的应用相变乳液传热工质的电池热管理系统的结构示意图。图2为实施例2所得相变乳液传热工质的差示扫描量热（DSC）曲线。图3为实施例2所得相变乳液传热工质的粒径分布示意图。图4为实施例2所得相变乳液传热工质和水分别作为冷却液时，电池组的最大温差随放电倍率的变化图。附图中的标记为：1-电池，2-冷却管，3-相变乳液传热工质。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，一种电池热管理系统，包括由20个锂离子的电池1组成的电池组，电池单体之间缝隙内设置有内径为4mm的氧化铝的冷却管2，所述冷却管2内设置有强制对流的相变乳液传热工质3。所述的电池为圆柱形电池、矩形电池或软包电池。所述的电池组为若干电池通过平行或交错排布方式组成的电池组。本实施例中20个锂离子电池通过点焊镍片连接组成电池组。相同操作条件下，相变乳液工质的传热性能显著优于导热油、水等以显热形式存储热量的传热流体。此外，对电池进行热管理时，高储能密度的相变乳液传热工质吸收电池释放的热量是以潜热的形式存储，对比传统液体工质，相变乳液传热工质吸收热量后温度变化很小，使得电池组之间的温差也减小。因此，采用相变乳液传热工质，既能有效强化传热，提高电池的散热能力，又能改善电池组的温度一致性，从而实现对电池组的温度高效调控，提高电池性能和可靠性。实施例2一种相变乳液传热工质的制备方法，包括步骤：将质量百分比为2%的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）加入质量百分比为88%的去离子水溶解，在50℃恒温水浴下，磁力搅拌300r/min搅拌均匀，得到十二烷基苯磺酸钠（SDBS）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池热管理系统，其特征在于，包括由若干电池组成的电池组，电池单体之间缝隙内设置有冷却管，所述冷却管内设置有强制对流的相变乳液传热工质。

【技术特征摘要】
1.一种电池热管理系统，其特征在于，包括由若干电池组成的电池组，电池单体之间缝隙内设置有冷却管，所述冷却管内设置有强制对流的相变乳液传热工质。2.根据权利要求1所述的一种电池热管理系统，其特征在于，所述的电池为圆柱形电池、矩形电池或软包电池。3.根据权利要求1所述的一种电池热管理系统，其特征在于，所述的电池组为若干电池通过平行或交错排布方式组成的电池组。4.根据权利要求1所述的一种电池热管理系统，其特征在于，所述的若干电池的电极通过点焊镍片或母排锁螺丝方式进行连接。5.根据权利要求1所述的一种电池热管理系统，其特征在于，所述的冷却管材质包括铜，氧化铝和不锈钢。6.一种用于电池热管理系统的相变乳液传热工质，其特征在于，所述的相变乳液传热工质以质量百分比计，包括：5~30%的相变材料，0.5~10%的表面活性剂，0~5%的成核剂和55~94.5%的去离子水。7.根据权利要求6所述的相变乳液传热工质，其特性在于，所述相变材料为相变熔化温度为25~45℃的脂肪烃或脂肪醇；和/或所述相变材料的相变潜热为150~260J/g。8.根据权利要求7所述的相变乳液传热工质，其特征在于，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正国，王方娴，凌子夜，方晓明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44