基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法技术方案

本发明专利技术属于电池热管理技术领域，旨在提供一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法。所述热管理系统包括电池箱，电池箱内设有锂离子电池组和温度检测单元；所述锂离子电池组至少包括两个电池单体，所述电池单体外周包覆有电池内壳和电池外壳，所述电池内壳与电池外壳之间填充有相变材料；相邻两个所述电池单体相对一侧的电池外壳上设有多个肋片，多个肋片的位置间隔设置，且相邻两个所述电池单体相对一侧的肋片交叉排列，在每个所述肋片与电池内壳之间均分别连接有导热片；还包括驱动装置，以用于驱动相邻两个所述电池单体相向移动以使其表面肋片相互嵌入以实现低温热保护，或相背移动使其表面肋片相互脱嵌以实现高温散热。相互脱嵌以实现高温散热。相互脱嵌以实现高温散热。

【技术实现步骤摘要】
基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法


[0001]本专利技术涉及电池热管理
，具体涉及一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法。

技术介绍

[0002]作为新一代能量转化技术，锂离子电池被广泛研究并应用于新型电子设备、新能源汽车等重要工业领域。特别是近年来日益增长的能耗需求对目前使用的锂离子电池的性能、可靠性及寿命提出了更高的要求。但应该注意到锂离子电池对其工作温度及池体内的温度分布非常敏感。当工作温度过低时，锂离子电池放电过程中的电化学反应速率会明显降低，放电性能也随之大打折扣。当环境温度低于0℃时，锂离子电池充电极易造成正负极短路，稍有不慎甚至会引起爆炸。另一方面，如果锂离子电池在高温下（如50℃）反复充电，其循环寿命会迅速衰减，且其内部会聚集大量热量，造成池内温度分布严重不均。如果相关工作状态不能得到迅速改善，锂离子电池将遭遇热失控，甚至发生自燃等恶性安全事故。因此，必须针对不同室温的工作环境和使用不同倍率电流充、放电的工况，为锂离子电池提供一套行之有效的热管理系统及控制方法，保证其始终工作在合理的温度区间，且内部温差较小。
[0003]当前常规的锂离子电池热管理可划分为基于空气、液体和相变材料的三种方案。基于空气和液体冷媒的电池热管理系统使用相对广泛。其基本工作原理是驱动空气或液体流经锂离子电池间的预设通道（可封闭、可敞开），从而冷却过热的电池或给过冷的电池供热。对于基于空气的热管理系统，其结构简单，维护成本低。但总体换热效率不高，往往无法快速散走锂离子电池产生的大量热量并维持住其内部或电池之间的小温差。使用液体来替换空气能有效提升相关热管理系统的换热性能。但其系统设计相对复杂，维护成本高。同时如果使用的液体导电，还需防范其泄漏，避免造成电池短路。近年来，相变材料作为一种被动式的热管理方式逐步出现在各种使用锂离子电池的应用场合。不同于空气与液体，相变材料通常无需额外耗能来实施强制对流换热。其工作原理主要是依靠其自身的相变潜热。当电池温度达到或略高于其熔点时，相变材料发生融化，大量吸收电池产热，并将上述热量以潜热的形式储存起来。当电池温度下降且低于其熔点时，液态相变材料会逐渐固化，并释放潜热，从而延缓电池的温降速度。总的来说，基于相变材料的热管理方案，其设计通常简单，成本低。但由于电池组空间有限，其内部相变材料的实际用量和相关热量调节能力严格受限。更重要的是当锂离子电池工作环境温度高于相变材料的熔点时，相变材料将全部液化，从而丧失通过固液相变过程来实施高效散热的能力。还需注意的是现有相变材料液相导热率低，这使得其热管理系统往往还需配备其他冷却手段来进一步散热。而这些冷却手段通常无法有效的满足电池在低温工况时的保温需求。
[0004]因此，如何既充分利用相变材料高效的相变储热特性，同时又满足锂离子电池在高、低温下不同的热需求（即高温散热、低温保温）已成为当前电动汽车锂离子电池热管理研发中一个亟待攻克的技术难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法，解决了现有基于相变材料的热管理系统不能满足锂离子电池在不同环境温度或工况下多重热需求的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案来实现：本专利技术，首先是提供一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，包括电池箱，所述电池箱内设有锂离子电池组和温度检测单元，所述温度检测单元与控制器电连接；所述锂离子电池组至少包括两个电池单体，所述电池单体外周包覆有电池内壳和电池外壳，所述电池内壳与电池外壳之间填充有相变材料；相邻两个所述电池单体相对一侧的电池外壳上设有多个肋片，多个所述肋片的位置间隔设置，且相邻两个所述电池单体相对一侧的肋片交叉排列，每个所述肋片与电池内壳之间均分别连接有导热片；还包括驱动装置，所述驱动装置与控制器电连接，以用于驱动相邻两个所述电池单体相向移动或相背移动，以使相邻两个所述电池单体的设置位置至少包括换热位和保温位；当相邻两个所述电池单体处于换热位时，相邻两个所述电池单体相对一侧交叉排列的肋片相互脱嵌，以形成第一换热通道；当相邻两个所述电池单体处于保温位时，相邻两个所述电池单体相对一侧交叉排列的肋片相互嵌入，以闭合所述第一换热通道。
[0007]可选地，所述电池箱内侧设有第一进风单元，所述第一进风单元与控制器电连接，所述第一进风单元的出风口设置于所述第一换热通道的一端，且所述出风口的出风方向与第一换热通道的延伸方向一致。
[0008]可选地，所述电池箱表面还设有第一排风单元，所述第一排风单元设置于第一换热通道背离第一进风单元的一端，所述第一进风单元和第一排风单元共同作用，以至少用于提高所述第一换热通道的换热效率。
[0009]可选地，所述锂离子电池组还包括并排设置的第一电池组和第二电池组，每个所述电池组内均至少设有两个所述电池单体；所述驱动装置还用于驱动第一电池组和第二电池组的相向移动或相背移动；所述第一电池组与第二电池组相背移动后即形成第二换热通道。
[0010]可选地，所述电池箱表面还设有第二进风单元和第二排风单元，所述第二进风单元与所述第二排风单元分别与控制器电连接，以至少用于完成第二换热通道和电池箱内空气与电池箱外环境间的热交换。
[0011]可选地，所述驱动装置包括底座，所述底座设置于电池箱底部内表面，所述底座与第一双向丝杆转动连接，所述第一双向丝杆一端贯穿电池箱后与一电机传动连接，所述电机与控制器电连接；所述第一双向丝杆两端分别与第一滑座和第二滑座螺纹连接，所述第一滑座和第二滑座结构相同且分别与底座滑动连接；所述第二滑座与第二双向丝杆转动连接，所述第二双向丝杆两端端部均设有齿轮，所述底座两侧边缘均固定设有齿条，所述齿轮与齿条啮合；所述第二双向丝杆两端分别与第一拖板和第二拖板螺纹连接，所述第一拖板和第二拖板分别与第二滑座滑动连接，所述电池单体分别放置在所述第一拖板的顶面和第二拖板的顶面。
[0012]可选地，所述第二滑座顶面还固定设有固定拖板，所述固定拖板位于第一拖板和第二拖板之间，所述固定拖板的顶面也放置有所述电池单体。
[0013]本专利技术，其次是提供一种如上述任一项所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的管理方法，包括：所述温度检测单元至少检测一个电池单体表面的实时温度，并传输至控制器，所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定：当所述实时温度小于或等于第二预设温度时，所述控制器即检测电池单体的当前位置状态，如所述电池单体处于保温位，则控制电池单体保持当前位置状态，如所述电池单体处于换热位，则控制所述驱动装置驱动电池单体切换至保温位；或当所述实时温度大于第二预设温度且小于第三预设温度时，所述控制器即控制电池单体保持当前位置状态；或当所述实时温度大于或等于第三预设温度时，所述控制器即检测电池单体的当前位置状态，如所述电池单体处于换热位，则控制电池单体保持当前位置状态，如所述电池单体处于保温位，则控制所述驱动装置驱动电池单体切换至换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，包括电池箱（1），所述电池箱（1）内设有锂离子电池组（2）和温度检测单元，所述温度检测单元与控制器电连接；其特征在于，所述锂离子电池组（2）至少包括两个电池单体（23），所述电池单体（23）外周包覆有电池内壳（24）和电池外壳（25），所述电池内壳（24）与电池外壳（25）之间填充有相变材料（26）；相邻两个所述电池单体（23）相对一侧的电池外壳（25）上设有多个肋片（251），多个所述肋片（251）的位置间隔设置，且相邻两个所述电池单体（23）相对一侧的肋片（251）交叉排列，每个所述肋片（251）与电池内壳（24）之间均分别连接有导热片（241）；还包括驱动装置（3），所述驱动装置（3）与控制器电连接，以用于驱动相邻两个所述电池单体（23）相向移动或相背移动，以使相邻两个所述电池单体（23）的设置位置至少包括换热位和保温位；当相邻两个所述电池单体（23）处于换热位时，相邻两个所述电池单体（23）相对一侧交叉排列的肋片（251）相互脱嵌，以形成第一换热通道（14）；当相邻两个所述电池单体（23）处于保温位时，相邻两个所述电池单体（23）相对一侧交叉排列的肋片（251）相互嵌入，以闭合所述第一换热通道（14）。2.根据权利要求1所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，其特征在于，所述电池箱（1）内侧设有第一进风单元（11），所述第一进风单元（11）与控制器电连接，所述第一进风单元（11）的出风口设置于所述第一换热通道（14）的一端，且所述出风口的出风方向与第一换热通道（14）的延伸方向一致。3.根据权利要求2所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，其特征在于，所述电池箱表面还设有第一排风单元，所述第一排风单元设置于第一换热通道（14）背离第一进风单元（11）的一端，所述第一进风单元（11）和第一排风单元共同作用，以至少用于提高所述第一换热通道（14）的换热效率。4.根据权利要求2所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，其特征在于，所述锂离子电池组（2）还包括并排设置的第一电池组（21）和第二电池组（22），每个所述电池组内均至少设有两个所述电池单体（23）；所述驱动装置（3）还用于驱动第一电池组（21）和第二电池组（22）相向移动或相背移动；所述第一电池组（21）与第二电池组（22）相背移动后即形成第二换热通道（15）。5.根据权利要求4所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，其特征在于，所述电池箱（1）表面还设有第二进风单元（12）和第二排风单元（13），所述第二进风单元（12）与所述第二排风单元（13）分别与控制器电连接，以至少用于完成第二换热通道（15）和电池箱（1）内空气与电池箱（1）外环境间的热交换。6.根据权利要求4或5所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统，其特征在于，所述驱动装置（3）包括底座（31），所述底座（31）设置于电池箱（1）底部内表面，所述底座（31）与第一双向丝杆（311）转动连接，所述第一双向丝杆（311）一端贯穿电池箱（1）后与一电机（32）传动连接，所述电机（32）与控制器电连接；所述第一双向丝杆（311）两端分别与第一滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：石泳，陈冠一，叶瀚洋，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：