一种提高电池模块一致性的相变液冷装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高电池模块一致性的相变液冷装置，包括多孔电池架、温度传感器、导流组件、电磁单向阀、浸没式液冷电池仓和压力传感器。本发明专利技术使用流动沸腾技术大幅提高了相变液冷传热性能，实现成组效率达到90％以上。本发明专利技术采用梯度间距，改善了传统电池模块设计过程中由于自然对流以及热量聚集效应引起的组间温差，使电池模块最大温差降低至2℃以下，具有极高的温度一致性。本发明专利技术通过多孔电池架和导流组件的引入，可以克服浸没式冷却设计过程中工质由于边界层效应以及流场结构引起的电池单体温差，进一步提高温度一致性。进一步提高温度一致性。进一步提高温度一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电池模块一致性的相变液冷装置


[0001]本专利技术涉及电池温度调控领域，具体是一种提高电池模块一致性的相变液冷装置。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，汽车保有量迅速增加，在加速经济发展效率的同时也带来了能源短缺和环境污染。为了缓解这一状况，大力发展新能源汽车，具有重要意义。纯电动汽车以其污染小、能源利用效率高、噪音低、舒适性强等优点已逐渐成为选购新能源汽车的首选。
[0003]作为纯电动汽车动力源的锂离子电池组，其安全性和寿命成为制约行业发展的重要因素。对于安全性而言，大量车辆自燃事件源于电池问题。这是由于电池在工作过程中整体温度升高，特别是在大倍率充放电的情况下会产生大量的热，如果热量不及时导出会引发热失控，发生剧烈燃烧甚至爆炸，因此电动汽车的电池热管理系统已成为不可缺少的重要组件。
[0004]现有的电池热管理手段包括空气冷却、液体冷却以及相变材料冷却等，但面对未来大功率电池，浸没式流动沸腾热是最有前景的热管理技术之一。众多研究表明，相比于现有的热管理手段，流动沸腾的导热能力是传统热管理方式的几十倍，且可以在5C的充放电倍率下将温升控制在5℃以下，远低于空冷的20℃。
[0005]对于使用寿命而言，电动汽车动力电池组能量密度近几年已呈现出成倍增长的趋势，这也导致了内部动力电池数量进一步提高。动力电池组在充放电过程中，由于电池布置方式、边界对流以及热量聚集效应，必然会导致动力电池放电温度的不一致，进而使动力电池充放电内阻、电压、容量产生差异。动力电池组越来越多的单体数量必然导致“木桶效应”，即容量最低的单体电池限制电池模块整体的储能能力。电池组放电过程中局部温度的不均匀会进一步导致部分电池单体过充过放，部分电池寿命的终结引起蝴蝶效应，进而影响与之串联的电池组的使用寿命。
[0006]因此面向未来高能量密度电池组，开发一种高效控温及提高电池模块一致性的冷却装置，对提高使用寿命及保证使用安全至关重要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种提高电池模块一致性的相变液冷装置。
[0008]本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，该液冷装置包括多孔电池架、温度传感器、导流组件、电磁单向阀、浸没式液冷电池仓和压力传感器；
[0009]浸没式液冷电池仓内的底部开有若干个电池槽，每个电池槽内放置一个动力电池；沿电池槽的排列方向，从浸没式液冷电池仓的侧壁至中心位置，相邻两个电池槽之间的
间距梯度增大，浸没式液冷电池仓的侧壁内侧与最外侧的两个电池槽之间的间距最小，中心位置处的两个电池槽之间的间距最大；
[0010]每个电池槽处设置有一个多孔电池架；多孔电池架固定于浸没式液冷电池仓内的底部上；多孔电池架与各自的动力电池紧密接触并支撑动力电池；若干个导流组件的两端分别固定于相邻两个多孔电池架之间或浸没式液冷电池仓的侧壁内侧与最外侧的两个多孔电池架之间，用于对低沸点工质的流动进行引导；每块动力电池上均设置有温度传感器，用于测量每个动力电池各自的温度；浸没式液冷电池仓具有工质入口和工质出口；工质出口处设置有电磁单向阀和压力传感器，压力传感器用于测量浸没式液冷电池仓的内部压力并通过开闭电磁单向阀来调控浸没式液冷电池仓的内部压力；
[0011]导流组件由三块导流板构成；三块导流板沿竖直方向布置，三块导流板的两侧壁分别固定于相邻两个多孔电池架之间或浸没式液冷电池仓的侧壁内侧与最外侧的两个多孔电池架之间；三块导流板的设置服从对数分布或斐波那契螺旋线分布。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0013](1)本专利技术使用流动沸腾技术大幅提高了相变液冷传热性能，相比于传统控温方式，经测试，本专利技术可以满足赛道高充放电倍率的控温需求。且可以用更少的工质对电动汽车进行全工况控温，进而实现成组效率达到90％以上。
[0014](2)本专利技术采用梯度间距，改善了传统电池模块设计过程中由于自然对流以及热量聚集效应引起的组间温差。理论分析及实验证明，梯度间距的引入，可以调控各个动力电池间的沸腾状态，使其依靠流动沸腾带走的热量以及通过热传导结合流动沸腾带走的热量相当，显著降低组间温差，使电池模块最大温差降低至2℃以下，具有极高的温度一致性。并且本专利技术设计的梯度间距适用于动力电池的串联、并联或串并混联的任意连接方式。
[0015](3)本专利技术通过多孔电池架和导流组件的引入，可以克服浸没式冷却设计过程中工质由于边界层效应以及流场结构引起的电池单体温差。理论分析及实验证明，对数曲线及斐波那契螺旋线分布的导流组件可以改善浸没式液冷流场分布，配合多孔电池架降低接触热阻的同时增加足够多的成核位点，进而实现强化低沸点工质的沸腾换热，进一步提高温度一致性。
[0016](4)本专利技术对浸没式液冷电池仓的整体设计使仓内各个部件紧密接触、相互支撑，增强结构刚性、稳定性以及降低接触热阻。
[0017](5)电磁单向阀和压力传感器相互配合，可以合理调配仓内压力分布，利用相变过程的压力差实现工质的自驱动，减少泵介入产生的能量消耗。
[0018](6)本专利技术的液冷方法可以实现在低速、小功率放电工况下，通过低沸点工质气液相变产生的压力差实现低沸点工质在系统内的自主循环，不需要循环泵提供动力。而在高速、高功率放电工况下，通过循环泵辅助提供动力，实现节能的效果。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一种实施例的整体结构主视示意图；
[0020]图2为本专利技术另一种实施例的整体结构主视示意图；
[0021]图3为本专利技术的浸没式液冷电池仓的立体图；
[0022]图4为本专利技术的动力电池、多孔电池架和导流组件的安装图；
[0023]图5为本专利技术的动力电池的相变液冷方法流程图；
[0024]图6为本专利技术的热管理系统的结构框图；
[0025]图7为本专利技术实施例1的不同梯度间距的12块动力电池的最大温差随测试时间变化曲线图；
[0026]图8为本专利技术实施例1的不同梯度间距的12块动力电池的在测试时间为40s和116s时的温度分布曲线图；
[0027]图9为本专利技术实施例1的不同成组效率下的12块动力电池的平均温升随测试时间变化曲线图；
[0028]图10为本专利技术实施例1的不同成组效率下的12块动力电池的最大温差随测试时间变化曲线图。
[0029]图中，动力电池101、多孔电池架102、温度传感器103、导流组件104、电磁单向阀105、电池槽106、浸没式液冷电池仓107、极耳108、极耳连接片109、工质入口110、工质出口111、循环泵112、储液箱113、单向阀114、压力传感器115、冷凝器116。
具体实施方式
[0030]下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本专利技术权利要求的保护范围。
[0031]本专利技术提供了一种提高电池模块一致性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，该液冷装置包括多孔电池架(102)、温度传感器(103)、导流组件(104)、电磁单向阀(105)、浸没式液冷电池仓(107)和压力传感器(115)；浸没式液冷电池仓(107)内的底部开有若干个电池槽(106)，每个电池槽(106)内放置一个动力电池(101)；沿电池槽(106)的排列方向，从浸没式液冷电池仓(107)的侧壁至中心位置，相邻两个电池槽(106)之间的间距梯度增大，浸没式液冷电池仓(107)的侧壁内侧与最外侧的两个电池槽(106)之间的间距最小，中心位置处的两个电池槽(106)之间的间距最大；每个电池槽(106)处设置有一个多孔电池架(102)；多孔电池架(102)固定于浸没式液冷电池仓(107)内的底部上；多孔电池架(102)与各自的动力电池(101)紧密接触并支撑动力电池(101)；若干个导流组件(104)的两端分别固定于相邻两个多孔电池架(102)之间或浸没式液冷电池仓(107)的侧壁内侧与最外侧的两个多孔电池架(102)之间，用于对低沸点工质的流动进行引导；每块动力电池(101)上均设置有温度传感器(103)，用于测量每个动力电池(101)各自的温度；浸没式液冷电池仓(107)具有工质入口(110)和工质出口(111)；工质出口(111)处设置有电磁单向阀(105)和压力传感器(115)，压力传感器(115)用于测量浸没式液冷电池仓(107)的内部压力并通过开闭电磁单向阀(105)来调控浸没式液冷电池仓(107)的内部压力；导流组件(104)由三块导流板构成；三块导流板沿竖直方向布置，三块导流板的两侧壁分别固定于相邻两个多孔电池架(102)之间或浸没式液冷电池仓(107)的侧壁内侧与最外侧的两个多孔电池架(102)之间；三块导流板的设置服从对数分布或斐波那契螺旋线分布。2.根据权利要求1所述的提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，以中心位置为对称轴，左右两侧相同位置处的电池槽(106)的间距相等。3.根据权利要求1所述的提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，间距是通过公式f(x)＝kx+b计算得到的，其中f(x)为第x个间距的间距值，k为梯度，k取6％～45％，b＝(浸没式液冷电池仓的长度
‑
动力电池的个数*动力电池的厚度)/2。4.根据权利要求1所述的提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，电池槽(106)的个数为n，则导流组件(104)的个数为n+1；当n为奇数时，中心位置处的两个电池槽(106)为第n
‑
1/2个电池槽和第n+1/2个电池槽，或第n+1/2个电池槽和第n+3/2个电池槽；当n为偶数时，中心位置处的两个电池槽(106)为第n/2个电池槽和第n+2/2个电池槽。5.根据权利要求1所述的提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，多孔电池架(102)的材质为高导热性的泡沫金属，PPI高于2000；多孔电池架(102)的壁厚小于0.5mm；电池槽(106)的槽壁涂布有绝缘涂层。6.根据权利要求1所述的提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，当三块导流板的设置服从对数分布时，以开有工质入口(110)的浸没式液冷电池仓(107)的竖直壁面为x轴、以浸没式液冷电池仓(107)的底面的上表面为y轴，作底数为a的对数曲线，在对数曲线上分别取x＝1/3a、2/3a和a这三点对应的坐标点，再将一块导流板按照x＝1/3a对应的坐标点与多孔电池架(102)侧面的竖直边的中点形成的线段安装，将一块导流板按照x＝2/3a对应的坐标点与多孔电池架(102)侧面的对角点形成的线段安装，将一块导流板按照x＝a对应的坐标点与多孔电池架(102)侧面的顶边的中点形成的线段安装。
7.根据权利要求1所述的提高电池模块一致性的相变液冷装置，其特征在于，当三块导流板的设置服从斐波那契螺旋线分布时，以开...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶中浩，姜威，刘新健，刘臣臻，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：