一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种锂离子电池热管理技术，尤其涉及一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，包括电池箱（1）以及电池（2），它还包括控制器（15）、温度传感器（16）、热管（3）、保温室（13）以及喷淋室（6），所述温度传感器（16）设置在电池箱（1）内，所述热管（3）一端与电池（2）接触，且所述热管（3）分叉的两段分别伸入保温室（13）与喷淋室（6），所述喷淋室（6）内设有喷淋机构，所述保温室（13）内设有容器（17）、相变材料（12）以及升降机构（11），采用这种系统既能在低温条件冷启动时获得有效热量从而使电池升温；同时也能在锂离子电池过度发热时进行快速、高效的散热并缩小其表面温度梯度。

A Thermal Management System for Lithium Ion Batteries Containing Spray Cooling and Heat Storage with Phase Change Materials

The invention relates to a thermal management technology for lithium ion batteries, in particular to a thermal management system for lithium ion batteries containing spray cooling and phase change material heat storage, including a battery box (1) and a battery (2), and also includes a controller (15), a temperature sensor (16), a heat pipe (3), a heat preservation chamber (13) and a spray chamber (6), wherein the temperature sensor (16) is arranged in a battery. In the box (1), one end of the heat pipe (3) is in contact with the battery (2), and the two parts of the heat pipe (3) bifurcation are respectively extended into the heat preservation chamber (13) and the spray chamber (6), the spray chamber (6) is provided with spray mechanism, and the heat preservation chamber (13) is provided with a container (17), a phase change material (12) and a lifting mechanism (11), with which the system can start cold at low temperature. Effective heat is obtained so that the battery can be warmed up. At the same time, it can quickly and efficiently dissipate heat and reduce the surface temperature gradient of lithium-ion batteries when they are overheated.

【技术实现步骤摘要】
一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统
本专利技术涉及一种锂离子电池热管理技术，尤其涉及一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、寿命长、无记忆效应等优势，作为储能设备被广泛应用于手机、电动汽车等各种现代工业产品中。同时也应注意到锂离子电池的性能和寿命对工作温度非常敏感：温度过低会造成锂离子电池充放电效率低下，甚至无法启动；而当温度过高或电池内温度分布不均匀时，锂离子电池寿命会迅速衰减，甚至会发生电池自燃等恶性安全事故。因此，为保证锂离子电池工作温度始终在合适的范围，且尽量消除其内部大温差，亟待开发一种能应对冷、热温度条件且能高效准确控温的电池热管理技术。现有电池热管理技术（含散热和供热功能）主要利用三种媒介：空气、液体和相变材料。基于空气和液体（如乙二醇水溶液）的热管理技术主要是利用空气或利用管道传输液体流过电池表面，从而带走电池表面热量、均分其表面温度;或者反向从外部热源传送热量给电池供热（适合寒冷天气条件的冷启动）。至于基于相变材料的热管理技术是利用相变材料的巨大相变潜热来对电池进行散热或供热管理。目前，在锂离子电池热管理系统开发中，空气热管理系统最为常见。但空气换热系数有限，该系统已无法很好地满足锂离子电池大功率放电情况下的散热需求。同时，空气热管理系统在多数情况下根本无法满足电池表面温度均匀性要求。相较空气而言，液体的换热系数有所提高，传热效果较好。但可供选用的液体介质受诸多限制。比如，如果液体与电池直接接触，该液体必须具有较高绝缘特性，但这会使得液体粘度过大，从而增加系统运行成本。如果选择导电液体，则必须将液体和电池隔离，避免液体泄漏，从而保障可靠的电池运行和系统安全。至于使用相变材料的热管理系统，目前还处于研发阶段。但大多数相变材料导热率较低，会出现相变材料内部相变不均匀,从而造成电池热失控。同时，在产热量大的工况下，当相变材料完全相变后，相关热管理系统也就基本丧失了散热能力。此外，还值得一提的是近年来基于热管的热管理技术发展突飞猛进。热管轻便紧凑,导热能力强，非常适合电动汽车等对空间、载重有明确要求的工程应用。但热管只是一个传热器件，相关热管理设计还需考虑换热器、风扇等其他器件的辅助。总而言之，锂离子电池的快速发展，尤其是在具备快充快放功能后，电池的产热量也有所增加。同时，越来越多工程实际要求锂离子电池能在各种气候条件下进行可靠运行。因此，对其热管理系统的设计和效能提出了更高、更苛刻的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，采用这种系统既能在低温条件冷启动时获得有效热量从而使电池升温；同时也能在锂离子电池过度发热时进行快速、高效的散热并缩小其表面温度梯度。本专利技术所采用的技术方案是：一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，包括电池箱以及设置在电池箱内的电池，它还包括控制器、温度传感器、热管、保温室以及喷淋室，所述温度传感器设置在电池箱内，所述热管一端设置在电池箱内且与电池接触，且所述热管另一端分叉为两段，且分叉的两段分别伸入保温室与喷淋室，所述喷淋室内设有用于给伸入喷淋室内的热管分叉段降温的喷淋机构，所述保温室内设有容器、容置在容器内用于储存或者释放热量的相变材料以及用于带动容器升降进而使得相变材料接触或者脱离热管分叉段的升降机构，所述喷淋机构、升降机构以及温度传感器均与控制器电连接。作为优选，所述设置在电池箱内的热管为扁平状，所述设置在保温室以及喷淋室内的热管分叉段为圆柱状。作为优选，所述电池至少有两块，且设置在电池箱内的热管一端夹在两块电池之间，并且设置在电池箱内的热管一端通过导热硅脂紧贴在电池表面。作为优选，所述热管为U型，U型热管弯曲端设置在电池箱内的电池之间，且U型热管另一端有两个分叉段，U型热管一个分叉段延伸进入喷淋室，U型热管另一个分叉段延伸进入保温室。作为优选，所述热管为内部有毛细结构的烧结热管。作为优选，所述电池箱与保温室和喷淋室之间均设有防水层，且所述保温室表面包裹有隔热层。作为优选，所述喷淋机构包括依次连接的雾化喷嘴、水泵以及水箱，所述水泵与控制器电连接，且所述喷淋室底部还通过水管与水箱连通。作为优选，所述喷淋室内还设有风扇，且所述风扇与控制器电连接。作为优选，所述热管分叉的、且位于喷淋室和保温室的两段上均设有翅片结构。作为优选，所述相变材料的相变温度为28-32℃。采用以上结构与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）本专利技术可以根据不同的外界环境温度及电池不同的工作状态，使用最为合适的热管理策略，不仅可以在电池发热温度飙高时进行有效、快速散热，还可以在低温条件或冷启动时，对电池供热，避免电池工作温度过低。2）本专利技术充分利用了热管的温度均匀性和热传递方向可逆性的特点，保证电池在任何情况下都工作在合适的温度范围且具有较小的表面温差。3）本专利技术采用了喷淋冷却技术，将冷却水变成细小水珠喷淋到热管冷端表面，让其蒸发，从而带走热管传出的电池热量。该散热方式与传统风冷或液冷相比，更为高效，快速，能更好满足大功率放电工况。4）本专利技术采用了相变材料。一方面利用其材料相变潜热，辅助热管喷淋系统进行快速散热冷却。另一方面，相变材料获得热量后转做储热材料，将上述热量在夜间或低温条件下，传回电池，从而有效调节电池温度，使其在寒冷天气或夜间能保持在一个合适的温度范围。较传统电加热方式，本专利技术上述储热方式更节能、环保。5）本专利技术采用的喷淋冷却和相变储热相结合的热管理方式，在电池箱和喷淋室、保温室以外，只需水泵和水箱。而传统的液冷热管理还需额外的散热器。因此本专利技术热管理方式结构更紧凑，系统复杂度小，更有利于节省空间，降低系统重量。附图说明图1为本专利技术一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统的结构示意图。图2为本专利技术一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统中热管的结构示意图。如图所示：1、电池箱；2、电池；3、热管；4、雾化喷嘴；5、风扇；6、喷淋室；7、水泵；8、水箱；9、水管；10、隔热层；11、升降机构；12、相变材料；13、保温室；14、防水层；15、控制器；16、温度传感器；17、容器。具体实施方式以下结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步描述，但是本专利技术不仅限于以下具体实施方式。如图所示，具体实施例一：一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，包括控制器15、电池箱1、保温室13以及喷淋室6，其中：电池箱1内装有电池2、热管3以及温度传感器16，其中热管3为U型，电池箱1上设有两个通孔，U型热管3两端延伸部分别穿过电池箱1上的两个通孔伸入保温室13与喷淋室6，并且处于电池箱1内的热管3为扁平状，处于保温室13和喷淋室6内的热管3延伸部为圆柱状，温度传感器16与控制器15进行电连接，主要将温度传感器16检测到的温度信号传递给控制器15；喷淋室6内设有喷淋机构，喷淋机构主要包括雾化喷嘴4、水泵7以及水箱8，而且喷淋室6底部还通过水管9与水箱8连通，水泵7与控制器15电连接，主要通过控制器15来控制水泵7工作；保温室13内设有容器17、容置在容器17内的相变材料12以及用于带动容器17升降的升降机构11，其中相变材料1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，包括电池箱（1）以及设置在电池箱（1）内的电池（2），其特征在于：它还包括控制器（15）、温度传感器（16）、热管（3）、保温室（13）以及喷淋室（6），所述温度传感器（16）设置在电池箱（1）内，所述热管（3）一端设置在电池箱（1）内且与电池（2）接触，且所述热管（3）另一端分叉为两段，且分叉的两段分别伸入保温室（13）与喷淋室（6），所述喷淋室（6）内设有用于给伸入喷淋室内的热管（3）分叉段降温的喷淋机构，所述保温室（13）内设有容器（17）、容置在容器（17）内用于储存或者释放热量的相变材料（12）以及用于带动容器（17）升降进而使得相变材料（12）接触或者脱离热管（3）分叉段的升降机构（11），所述喷淋机构、升降机构（11）以及温度传感器（16）均与控制器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，包括电池箱（1）以及设置在电池箱（1）内的电池（2），其特征在于：它还包括控制器（15）、温度传感器（16）、热管（3）、保温室（13）以及喷淋室（6），所述温度传感器（16）设置在电池箱（1）内，所述热管（3）一端设置在电池箱（1）内且与电池（2）接触，且所述热管（3）另一端分叉为两段，且分叉的两段分别伸入保温室（13）与喷淋室（6），所述喷淋室（6）内设有用于给伸入喷淋室内的热管（3）分叉段降温的喷淋机构，所述保温室（13）内设有容器（17）、容置在容器（17）内用于储存或者释放热量的相变材料（12）以及用于带动容器（17）升降进而使得相变材料（12）接触或者脱离热管（3）分叉段的升降机构（11），所述喷淋机构、升降机构（11）以及温度传感器（16）均与控制器电连接。2.根据权利要求1所述的一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，其特征在于：所述设置在电池箱内的热管（3）为扁平状，所述设置在保温室（13）以及喷淋室（6）内的热管（3）分叉段为圆柱状。3.根据权利要求2所述的一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电池热管理系统，其特征在于：所述电池（2）至少有两块，且设置在电池箱（1）内的热管（3）一端夹在两块电池（2）之间，并且设置在电池箱（1）内的热管（3）一端通过导热硅脂紧贴在电池（2）表面。4.根据权利要求1所述的一种含喷淋冷却和相变材料储热的锂离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：石泳，雷舒蓉，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33