一种分层歧管散热电池模块及电池混合热管理系统技术方案

本发明专利技术公开一种分层歧管散热电池模块及电池混合热管理系统，该电池模块包括电池芯

【技术实现步骤摘要】
一种分层歧管散热电池模块及电池混合热管理系统


[0001]本专利技术涉及电池散热结构及热管理系统，具体涉及一种分层歧管散热电池模块及电池混合热管理系统
。

技术介绍

[0002]随着深空探测计划的全面展开，推动着空间技术的广泛应用，如能源开发
、
从事行星探测
、
气象
、
导航
、
地球表面遥感等太空应用建设，为全球军事力量提供各种防空
、
电信和卫星数据传输等作战系统
。
在所有这些中，具有一次能源
(
如光伏
)
的储能系统
(
如电池
)
是航天器的关键部件，可确保它们的运营寿命
。
然而，航天器在深空探测领域面临全新
、
复杂的空间环境，主要环境因素有大幅度温差
、
强辐射和微重力等
。
这要求电池热管理系统具有高比能量密度
、
高比功率
、
在宽广的温度范围内运行
、
快速充电和高安全性等特点
。
[0003]电池的安全事故主要是由热失控导致的，造成热失控的原因包括碰撞
、
过度充放电以及热滥用
。
热滥用通常是由于电池组内没有良好的散热条件，导致电池工作时产生的热量积聚而引起电池温升，情况严重时甚至会引起电池起火爆炸
。
[0004]传统的通道液冷技术存在功耗高r/>、
比能量密度低
、
进出口换热能力差异大导致温度均匀性较差等问题
。
为此发展出了歧管散热技术，具有低功耗
、
高散热性能等优势，但是歧管散热技术主要应用于芯片微通道散热器中，亟需开发一种针对电池模块热管理的歧管液冷技术，实现高性能的电池热管理效果
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述存在的问题，提供一种分层歧管散热电池模块，该电池模块集成了分层歧管散热结构的液冷板，有效提高热管理系统的散热效率
、
比能量密度和比功率，提高电池组的安全性
。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种电池混合热管理系统，该电池混合热管理系统通过分层多射流冲击冷却将热量向外传递，以缓解高速充电和放电的热流密度与热不均匀分布问题；通过改变电场参数主动调控传热储热过程，提出自适应可调控的热管理方案，实现在宽温度范围内运行的目标
。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种分层歧管散热电池模块，包括电池芯
、
相变材料层以及分层歧管散热体；
[0009]所述相变材料层为筒状结构，该相变材料层设置在分层歧管散热体的内腔中；所述电池芯设置在相变材料层的内腔中；
[0010]所述分层歧管散热体内设有两层互为反向的歧管散热网路；所述歧管散热网路包括多个轴向歧管和多个贯通歧管，多个轴向歧管沿着分层歧管散热体的侧面分布；所述轴向歧管的一端延伸至分层歧管散热体的端面，该轴向歧管的另一端与贯通歧管连通；所述贯通歧管连通在相邻的两个轴向歧管之间
。
[0011]上述分层歧管散热电池模块的工作原理为：
[0012]工作时，由于电池芯外围由相变材料包裹，电池芯在充
/
放电过程产生的热量被相变材料吸收，由于相变材料的潜热储能特性，可将电池芯温度控制在一定范围内；通过选择适宜导热率的相变材料，将吸收的热量传递至分层歧管散热体
(
具有优良导热性能的材料制成，例如铜或铝合金
)
上
。
通过外力作用将液冷工质
(
具有良好热导性能的液体，例如水
、
乙二醇等
)
通入分层歧管散热体内的轴向歧管中，液冷工质沿着轴向歧管往前流动
(
多射流
)
；在流动过程中，液冷工质与管路内壁接触形成较薄的液膜，这种液膜与通道壁面之间存在温度差，从而产生对流换热，使得热量传递至液冷工质上；液冷工质经过贯通歧管后，再通过另一个轴向歧管流出，从而将热量带走，起到散热的作用
。
[0013]一种电池混合热管理系统，包括电池模组
、
循环液冷机构以及电场调控机构；
[0014]所述电池模组包括多个所述分层歧管散热电池模块，形成仿蜂窝状结构；
[0015]所述循环液冷机构包括储液箱
、
加注回液箱
、
液冷循环管以及送液泵；所述储液箱设有用于加热冷却液冷工质的加热器和冷却液冷工质的冷却器；所述加注回液箱上设有多个用于与分层歧管散热电池模块的轴向歧管的端口对接的加注口和回液口，所述加注口和回液口设有两组且分别位于加注回液箱的相对的两侧；所述加注口和回液口错位设置；所述液冷循环管设有两组且均包括加注管和回液管，所述加注管的一端与储液箱的输出口连通，该加注管的另一端与加注回液箱的加注口连通；所述回液管的一端与储液箱的输入口连通，该回液管的另一端与加注回液箱的回液口连通；所述送液泵与所述液冷循环管连接；
[0016]所述电场调控机构包括电极板和电场调控电源，所述电极板包括正极板和负极板，所述正极板和负极板均设置在加注回液箱内，所述正极板和负极板分别位于电池模组的两端与加注回液箱对应的内壁之间；所述正极板和负极板通过导线与电场调控电源连接
。
[0017]上述电池混合热管理系统的工作原理为：
[0018]工作时，电池模组所产生的热量存储在相变材料中，将吸收的热量传递至分层歧管散热体上；通过加注管将储液箱中的液冷工质通入电池模组的歧管散热网路中，通过液冷工质与分层歧管散热体壁面对流换热以及歧管分流汇合作用下液体的热对流过程，将相变材料传递至分层歧管散热体的热量带出；通过回液管将液冷工质输回至储液箱中，由储液箱中的冷却器降低回来的液冷工质的温度，以便进行循环散热工作
。
[0019]进一步，当相变材料吸收热量开始熔化，电池温度超过设定警戒值，可通过调节送液泵或电磁阀加快液冷工质的流速，提高换热强度
。
或者接通电场调控电源，通过正极板和负极板产生电磁场，在电场驱动下，液冷工质通过电渗流进行流动换热，相变材料在电场力作用下产生电对流，实现传热
/
储热的强化
。
当电池恢复正常工作温度或元器件工作强度低时，关闭或减小电场调控电源
。
当电池处于较低工作温度时，接通电场调控电源，启动储液箱的加热器，使电渗驱动液冷工质运动，相变材料凝固放热，以保持电池热管理系统处于正常工作温度下
。
[0020]本专利技术的一个优选方案，其中，相贴的两个分层歧管散热电池模块共用一个散热面，这样可以简化结构，缩小电池模组的体积
。
[0021]本专利技术的一个优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分层歧管散热电池模块，其特征在于，包括电池芯
、
相变材料层以及分层歧管散热体；所述相变材料层为筒状结构，该相变材料层设置在分层歧管散热体的内腔中；所述电池芯设置在相变材料层的内腔中；所述分层歧管散热体内设有两层互为反向的歧管散热网路；所述歧管散热网路包括多个轴向歧管和多个贯通歧管，多个轴向歧管沿着分层歧管散热体的侧面分布；所述轴向歧管的一端延伸至分层歧管散热体的端面，该轴向歧管的另一端与贯通歧管连通；所述贯通歧管连通在相邻的两个轴向歧管之间
。2.
一种电池混合热管理系统，其特征在于，包括电池模组
、
循环液冷机构以及电场调控机构；所述电池模组包括多个权利要求1所述的分层歧管散热电池模块；所述循环液冷机构包括储液箱
、
加注回液箱
、
液冷循环管以及送液泵；所述储液箱设有用于加热冷却液冷工质的加热器和冷却液冷工质的冷却器；所述加注回液箱上设有多个用于与分层歧管散热电池模块的轴向歧管的端口对接的加注口和回液口，所述加注口和回液口设有两组且分别位于加注回液箱的相对的两侧；所述加注口和回液口错位设置；所述液冷循环管设有两组且均包括加注管和回液管，所述加注管的一端与储液箱的输出口连通，该加注管的另一端与加注回液箱的加注口连通；所述回液管的一端与储液箱的输入口连通，该回液管的另一端与加注回液箱的回液口连通；所述送液泵与所述液冷循环管连接；所述电场调控机构包括电极板和电场调控电源，所述电极板包括正极板和负极板，所述正极板和负极板均设置在加注回液箱内，所述正极板和负极板分别位于电池模组的两端与加注回液箱对应的内壁之间；所述正极板和负极板通过导线与电场调控电源连接
。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄依杰，陈映娜，何孟威，罗广宇，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：