一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统，涉及储能电池热管理技术领域。在将相变材料应用到锂电池热管理系统中的同时，可有效弥补相变材料低导热系数的不足的问题，能够高效回收相变材料潜热，保证动力电池组在高倍率充放电循环工况下安全高效运行。本发明专利技术的技术方案为：所述热管理系统包括螺旋翅片、圆柱电池、相变材料和液冷板，所述螺旋翅片套装在圆柱电池外，并且二者安装在液冷板中，所述相变材料填充在圆柱电池和液冷板之间。本发明专利技术可形成导热网络骨架扩展相变材料传热路径以弥补低导热系数的不足。材料传热路径以弥补低导热系数的不足。材料传热路径以弥补低导热系数的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统


[0001]本专利技术涉及储能电池热管理
，特别是一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统。

技术介绍

[0002]新能源电动汽车和电网储能在实现“碳达峰，碳中和”的目标中发挥了关键作用，锂离子电池因高能量密度、长循环寿命等优势成为电动汽车供能和电网储能的核心部件。但锂电池性能受运行温度影响显著，过高或过低的温度均会导致锂电池安全性能和寿命严重衰退。为保证锂离子电池高效安全运行，应将电池工作温度控制在20
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40℃且电池组温差小于5℃，这样一来，如何建立一套高效的锂电池热管理系统就成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
[0003]考虑到相变材料冷却具有零能耗、结构适应性强以及均温性好的优势，但相变材料低的导热系数严重限制了其应用，且相变潜热的回收对相变材料循环运用至关重要。因此，如何将相变材料应用到锂电池热管理系统中就极为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对以上问题，提出了一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统，在将相变材料应用到锂电池热管理系统中的同时，可有效弥补相变材料低导热系数的不足的问题，能够高效回收相变材料潜热，保证动力电池组在高倍率充放电循环工况下安全高效运行。
[0005]本专利技术的技术方案为：所述热管理系统包括螺旋翅片100、圆柱电池200、相变材料300和液冷板400，所述螺旋翅片100套装在圆柱电池200外，并且二者安装在液冷板400中，所述相变材料300填充在圆柱电池200和液冷板400之间。
[0006]圆柱电池200为21700型圆柱锂离子电池，亦可为18650、26650、4680等圆柱电池，以24mm等距并行排布。
[0007]高温下，液冷板400与螺旋翅片100进行热交换，将圆柱电池200和相变材料300的热量散出，实现散热；低温下，液冷板400与螺旋翅片100进行热交换，将热量传导至圆柱电池200，实现预热。
[0008]所述液冷板400与所述固定层401由铝合金材质或碳纤维增强的铝合金一体化制造。所述相变材料300可为矿物类相变材料如石蜡，亦可为生物基绿色相变材料，如月桂酸、葵酸。
[0009]关于液冷板：
[0010]所述圆柱电池200具有多个，并且呈阵列分布，所述液冷板400布置在相邻两排圆柱电池200之间，并且液冷板400两端固定连接有固定层401，即在两个固定层401之间形成电池容置空间。
[0011]所述液冷板400与圆柱电池200等高，所述液冷板400中通入冷却液，按液冷板400
内部流道的形状可分为矩形流道冷板402、蛇形流道冷板403以及倾斜冷板404。
[0012]进一步的，在倾斜冷板流道内设有扰流柱以增强换热效能。
[0013]关于螺旋翅片：
[0014]所述螺旋翅片100呈螺旋状包覆在圆柱电池200的外壁上。螺旋翅片100厚度L1为0.4
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0.6mm，高度L2为1
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2.6mm，与液冷板间距L3为0.5
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1.3mm，圈数N为9
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13圈，所述螺旋翅片100可由铝合金、碳材料涂覆铝合金、碳纤维增强铝合金或碳纤维增强聚合物复合材料制造。
[0015]在所述螺旋翅片100之外还设有与其固定相连的延展肋片500，所述延展肋片500平行于圆柱电池200的轴向布置，所述螺旋翅片100边缘单侧延展肋片数量可为1
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3片。
[0016]作为进一步优化，位于液冷板中心的螺旋翅片仅设置一个或不设置延展肋片，位于液冷板两端的螺旋翅片上则设置多个延展肋片。
[0017]本专利技术优选相变熔点为30
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40℃间的固液相变材料(相变过程体积变化较小)，可为矿物类相变材料如石蜡，亦可为生物基绿色相变材料，如月桂酸、葵酸。当电池温度升至相变材料熔点，相变材料利用相变潜热吸收电池热量，将电池温度控制在相变熔点附近，实现电池温控作用，避免了锂离子电池温度超过40℃，电池内部会发生剧烈副反应导致电池性能衰退，甚至引起热失控的问题。
[0018]另外，为实现锂电池在高倍率充电下的温控要求，将被动相变材料冷却与主动液冷相结合形成复合式热管理系统，使得相变材料吸收的热量经螺旋翅片热传导至液冷板可以进一步强化散热，将电池最高温度控制在40℃内。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术将螺旋翅片应用于液冷相变材料复合式热管理系统，可形成导热网络骨架扩展相变材料传热路径以弥补低导热系数的不足；相变材料吸收的热量经液冷板散出后可高效恢复相变储热性能，实现相变材料的循环运用；所设计的螺旋翅片适应性强，在保持电池热管理系统原有特征下根据电池型号和间距，可灵活调整尺寸。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的系统结构和分解示意图。
[0022]图2a为本专利技术中液冷板和固定层装配示意图。
[0023]图2b不同液冷板结构示意图。
[0024]图3a为本专利技术中螺旋翅片正视图。
[0025]图3b为本专利技术中螺旋翅片俯视图。
[0026]图4为本专利技术中电池模组有无螺旋翅片时温度随时间变化示意图。
[0027]图5a为本专利技术中不同静置时长下电池模组温度变化示意图。
[0028]图5b为本专利技术中不同静置时长下相变材料液相率变化示意图。
[0029]图6a为本专利技术中螺旋翅片不同延展肋片示意图。
[0030]图6b为本专利技术中不同延展肋片下电池组预热性能示意图。
[0031]图7a为本专利技术中螺旋翅片两种排布设计示意图。
[0032]图7b为本专利技术不同流速下两种排布预热性能示意图。
[0033]图8为本专利技术中电池模组不同边界条件预热性能示意图。
[0034]其中，100、螺旋翅片；200、圆柱电池；300、相变材料；400、液冷板；401、固定层；402、矩形流道液冷板；403、蛇形流道液冷板；404、倾斜冷板；405、倾斜冷板带有扰流柱；500、延展肋片。
具体实施方式
[0035]为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
[0036]如图1所示，一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统，包括：螺旋翅片100、圆柱电池200、相变材料300和液冷板400；圆柱电池200沿轴向嵌套在螺旋翅片100中，螺旋翅片100嵌入在液冷板400中，相变材料300填充在圆柱电池200四周；高温下，当圆柱电池200温度达到相变材料300熔点温度时，相变材料潜热发挥作用吸收圆柱电池200热量，随后液冷板400与螺旋翅片100进行热交换，将圆柱电池200和相变材料300的热量散出，实现散热；低温下，高温流体流经液冷板400与螺旋翅片100进行热交换，将热量传导至圆柱电池200，实现预热。
[0037]如图2a所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统，其特征在于，所述热管理系统包括螺旋翅片(100)、圆柱电池(200)、相变材料(300)和液冷板(400)，所述螺旋翅片(100)套装在圆柱电池(200)外，并且二者安装在液冷板(400)中，所述相变材料(300)填充在圆柱电池(200)和液冷板(400)之间。2.根据权利要求1所述的一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统，其特征在于，所述圆柱电池(200)具有多个，并且呈阵列分布，所述液冷板(400)布置在相邻两排圆柱电池(200)之间，并且液冷板(400)两端固定连接有固定层(401)。3.根据权利要求2所述的一种螺旋翅片液冷相变材料复合式圆柱电池热管理系统，其特征在于，所述液冷板(400)与圆柱电池(200)等高，所述液冷板(400)中通入冷却液，按液冷板(400)内部流道的...

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