一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统，包括引出集流体式叠片锂离子电池、导热板以及热交换系统，引出集流体式叠片锂离子电池包括电池外壳、设置于电池外壳上端的正极柱和负极柱、正极集流体片，正极集流体片延伸出电池外壳的左侧、右侧和下端，导热板与位于电池外壳外侧部分的正极集流体片贴合进行热交换，热交换系统用于改变导热板中导热流体温度并驱动导热流体在嵌入式微流道中循环。将电池内部电芯的正极集流体铝箔引出至电池外部，并与导热板紧密贴合，建立电池内外的直接传热通道，使得叠片式电芯能够直接与导热流体进行高效的热交换，实现快速高效的热管理，提高电池的运行循环性能，延长电池的循环寿命。电池的循环寿命。电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统


[0001]本专利技术涉及动力锂离子电池热管理，具体是涉及一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统。

技术介绍

[0002]相较于其他可充电电池，锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度、低自放电率、长寿命和环境友好性等优点，已成为手机、笔记本电脑、电动汽车和储能系统的供能核心部件。然而，在锂离子电池充放电过程中，由于电池内部不可避免的电化学反应和欧姆电阻会产生大量的热量，尤其是大容量的方形锂离子电池大倍率放电时，电池温度会大幅上升。锂离子电池的物理化学特性，如热安全性、充放电循环性能和使用寿命等，都会受到其工作温度的影响。若电池温度过高(大于60℃)或过低(低于0℃)，都会导致锂电池的可靠性和使用寿命恶化。目前建议的锂电池最佳工作温度为20℃～40℃，电池最大温差保持在5℃以内。因此，必须设计可靠、高效和安全的电池热管理系统，将锂电池的工作温度控制在最佳范围内。
[0003]当前，常规的热管理方法包括风冷、液冷、热管和相变材料冷却及其组合冷却方法。以上方法各有优劣，如果综合考虑到电池的热管理效率、热管理成本和空间利用率等因素，液冷热管理方案是最佳的选择。例如现有技术中申请号为CN201911206635.6和CN202010923480.4的中国专利均公开了在方形锂离子电池外部设置的液冷板和液冷管路冷却的技术方案。虽然均起到了一定散热的效果，但是，其仍然存在不足，以上关于锂离子电池的液冷热管理方法都是针对电池外部的热管理。然而，电池外部热管理的效率较低，这是由于电池外壳和电解液的阻隔，不能够很好地对电池内部电芯进行更高效地冷却和加热，会导致电池内部电芯和外部存在较大的温差，无法有效控制电池温度。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种对电池温度进行高效控制的基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统。
[0005]技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统，包括引出集流体式叠片锂离子电池、导热板以及热交换系统，所述引出集流体式叠片锂离子电池包括电池外壳、正极柱、负极柱、正极集流体片，所述电池外壳上端设置正极柱和负极柱，所述电池外壳内设置正极集流体片，且正极集流体片延伸出电池外壳的左侧、右侧和下端，所述导热板与位于电池外壳外侧部分的正极集流体片贴合，导热板与正极集流体片进行热交换，所述导热板内嵌用于导热流体流动的嵌入式微流道，所述热交换系统用于改变导热流体温度并驱动导热流体在嵌入式微流道中循环。
[0006]进一步的，所述热交换系统包括外接导管、外接散热器、驱动水泵和外接加热器，所述外接导管连通导热板的嵌入式微流道、外接散热器、外接加热器和驱动水泵实现导热流体的循环，所述外接散热器用于导热流体的热交换，所述外接加热器用于加热导热流体，
所述热交换系统设置控制阀，控制导热流体在外接散热器或外接加热器中的循环。
[0007]进一步的，所述引出集流体式叠片锂离子电池还包括叠片电芯活性物质和电解液，叠片电芯活性物质和电解液设置于电池外壳内，叠片电芯活性物质和正极集流体片依次叠加组成电芯，电解液覆盖叠片电芯活性物质和位于电池外壳内部的正极集流体片。
[0008]进一步的，所述导热板位于正极集流体片之间，且导热板厚度与叠片电芯活性物质厚度相同，所述导热板覆盖电池外壳外侧部分的正极集流体片成U型。
[0009]进一步的，所述导热板设置左右两组嵌入式微流道，两组嵌入式微流道的出口分别设置在两侧的上端，两组嵌入式微流道的入口均位于电池外壳下端的中间，并均与入口汇流通道连接。所述导热板和电池外壳均采用铝制材料。
[0010]进一步的，所述入口汇流通道通过外接导管分别连接外接散热器和外接加热器，外接散热器和外接加热器的进液口分别设置液冷控制阀和热流控制阀。
[0011]进一步的，所述外接导管与驱动水泵、导热板、外接散热器和外接加热器之间均通过胶封的形式进行密封连接。
[0012]有益效果：本专利技术相对于现有技术，其显著优点是将电池内部电芯的正极集流体铝箔引出至电池外部，并与导热板紧密贴合，建立电池内外的直接传热通道，改善电池内外之间传热的电池外壳和电解液的低导热系数的缺点，使得叠片式电芯能够直接与导热流体进行高效的热交换，显著提高电池内外的导热效率和电池整体温度的均匀性，实现快速高效的热管理，可在较短时间将电池的最高温度和最大温差控制在最佳范围内，提高电池的运行循环性能，延长电池的循环寿命。
[0013]将引出的正极集流体片和内嵌液流微流道的热管理装置进行一体化贴合式设计，使整体结构更加紧凑，进一步提高空间利用率，使电池模组以及电池包的组装整合更加符合模块化的要求。
附图说明
[0014]图1为本专利技术管理系统示意图；
[0015]图2为本专利技术叠片式锂电池的三视图；
[0016]图3为本专利技术叠片式锂电池的分解图；
[0017]图4为本专利技术叠片式锂电池的整体结构示意图；
[0018]图5为本专利技术嵌入式微流道的结构示意图；
[0019]图6为本专利技术嵌入式微流道导热板集成装置的结构示意图；
[0020]图7为本专利技术嵌入式微流道尺寸结构图；
[0021]图8为本专利技术叠片式锂电池与集成装置装配结构的剖视图；
[0022]图9为本专利技术叠片式锂电池的冷却效果示意图；
[0023]图10为现有技术电池自然散热的冷却效果示意图；
[0024]图11为本专利技术叠片式锂电池与现有技术电池自然散热的最高温度对比图；
[0025]图12为本专利技术叠片式锂电池整体温度与内部电芯的温差对比图；
[0026]图13为本专利技术叠片式锂电池的温升效果示意图；
[0027]图14为叠片式锂电池外部设置微流道导热板集成装置但未引出正极集流体的电池温升效果示意图；
[0028]图15为引出集流体加热与未引出集流体的电池平均温度对比图。
具体实施方式
[0029]如图1所示，本实施例中一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统，包括引出集流体式叠片锂离子电池100、嵌入式微流道导热板集成装置200、外接水管300、驱动水泵400、外接散热器500、外接加热器600、液冷控制阀700和热流控制阀800。在嵌入式微流道导热板集成装置200左右两端设有外接出水口，通过外接水管300与驱动水泵400、外接散热器500和外接加热器600相连接。外接液流管路分为2路，其中液冷流管路包括外接散热器500和液冷控制阀700；另外，加热流管路包括外接加热器600和热流控制阀800。当电池处于高温状态需要散热时，关闭热流控制阀800，开启液冷控制阀700，流体通过外接散热器500制冷后流入嵌入式微流道导热板集成装置200，对引出集流体式叠片锂离子电池100进行冷却。而当电池处于低温环境需要预加热时，关闭液冷控制阀700，开启热流控制阀800，流体通过外接加热器500加热后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统，其特征在于，包括引出集流体式叠片锂离子电池(100)、导热板(200)以及热交换系统，所述引出集流体式叠片锂离子电池(100)包括电池外壳(115)、正极柱(111)、负极柱(112)、正极集流体片(114)，所述电池外壳(115)上端设置正极柱(111)和负极柱(112)，所述电池外壳(115)内设置正极集流体片(114)，且正极集流体片(114)延伸出电池外壳的左侧、右侧和下端，所述导热板(200)与位于电池外壳外侧部分的正极集流体片(114)贴合，导热板(200)与正极集流体片(114)进行热交换，所述导热板(211)内嵌用于导热流体流动的嵌入式微流道(212)，所述热交换系统用于改变导热流体温度并驱动导热流体在嵌入式微流道(212)中循环。2.根据权利要求1所述的基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统，其特征在于，所述热交换系统包括外接导管(300)、外接散热器(500)、驱动水泵(400)和外接加热器(600)，所述外接导管(300)连通导热板(211)的嵌入式微流道(212)、外接散热器(500)、外接加热器(600)和驱动水泵(400)实现导热流体的循环，所述外接散热器(500)用于导热流体的热交换，所述外接加热器(600)用于加热导热流体，所述热交换系统设置控制阀，控制导热流体在外接散热器(500)或外接加热器(600)中的循环。3.根据权利要求1所述的基于正极集流体传热的叠片式动力电池热管理系统，其特征在于，所述引出集流体式叠片锂离子电池(100)还包括叠片电芯活性物质(113)和电解液(115)，叠片电芯活性物质(113)和电解液(115)设置于电池外壳(115)内，叠片电芯活性物质(113)和正极集流体片(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，沈俊杰，陈星，徐晓斌，李康群，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：