本发明专利技术涉及用于汽车蓄电池的具有微囊封装的相变材料的液体冷却剂。公开了与冷却流体结合使用的微囊封装的相变材料，作为汽车电池组组件的热管理系统的一部分。微囊封装的相变材料构造为在较低（较冷）的温度和较高（升高）的温度下具有增强的潜热传递性质，以致使用这种汽车电池组组件的车辆更能抵抗冰冻和过热盛行的环境。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体涉及电池组的热管理，尤其涉及联合使用微囊封装的相变材料和液体热交换介质来调节汽车电池组的温度。
技术介绍
锂离子电池正用于汽车应用，在混合电动车(HEV)中以补充传统内燃机(ICE)的方式使用，或者在插电式电动车(PEV)中以替代传统内燃机(ICE)的方式使用。在两种变体之一中，HEV和PEV都属于车辆中被称作电动车(EV)的大类。锂离子电池的高体积热生成率和通常无源结构提供了作为汽车、卡车、公交车、摩托车和相关汽车或车辆平台的推进系统所必需的耐久性和功能性。 温度是影响电池性能和寿命的最重要的因素之一。极端情况(例如，这些极端情况在寒冷或炎热的环境下长期不工作的过程中遇到，或者因在热天长时间工作以及随之生成的热而导致)可能对电池正确运行的能力有负面影响，在严重的情况下能彻底地损坏电池。在一个特殊的情景中，停放在热天下的车辆的起动操作可能将电池暴露于超过它的安全极限的温度上升中，但缺少能立即有效移除由该起动操作产生的过量热的某种装置。长期暴露于高温的副作用例如包括提早老化和加速容量衰减，这两种副作用都是不合需要的。传统散热方法，例如强制空气和液体冷却，可以证明在避免这些副作用方面是有效的，但是它们增加了车辆系统总体的重量、复杂性和寄生动力需求。
技术实现思路
基于相变材料(PCM)的电池热管理系统具有限制电池温度极限的潜能，因而能对提高温度一致性以及减少加热和冷却需求起作用。这有助于延长热敏部件的寿命，热敏部件例如形成电池模块和电池组的构造块的带电荷的电池单元。PCM能吸收和释放在等温(即，恒定温度)相变过程中，例如从固态到液态或者从液态到固态，大量的潜热(在某些情况下高达显热的五十倍)。因此，使用PCM可有助于减少或者消除强制空气冷却系统或强制液体冷却系统中对有源式冷却部件例如风扇、鼓风机或者泵的需求。这有利之处在于PCM可提供将电池单元温度维持在期望的温度范围内同时不需要从电池或者另一个能量源抽取功率的能力。基于PCM的电池热管理方法的示例可在与本申请同天提交且为本专利技术受让人所有的共同待决的美国专利申请_号中找到，其专利技术名称为為奋#变##的蓄电池，因此引入其全文作为参考。根据本专利技术的一个方面，用于汽车电池组的热管理系统使用微囊封装形式的基于PCM的热管理系统。这种形式，被称作微PCM，由非常小的双组分粒子或胶囊构成，这些双组份粒子或胶囊包括定制为适合在汽车电池组通常遇到的温度范围内潜热变化的芯材料，连同由聚合物或相关材料制成的外壳或外胶囊，以致芯和壳一起限定大致球形的泡沫状材料。微PCM胶囊的直径范围从小于I微米到几百微米，在该范围内物质的所有三态(固体、液体和气体)都能用于形成可装入微胶囊的芯。与非微胶囊封装的PCM相比，优势包括增强了对芯材料的保护，易于并入其他材料，以及降低了熔化过程中泄露的可能性。微PCM还可按照不同的质量百分比混合，采用这种方法来调整它们的热响应，例如，调节相变潜热和相变温度。另外的优势包括低材料成本，其中微囊法可包括在大约50%到90%之间的活性材料。在一个特定形式中，热管理系统包括流体管道，流体管道被如此构造以致至少一部分流体管道布置成与电池组的发热部分热交流。通常，发热部分由多个电池单元构成。流体管道(其可以是较大的闭环流体介质流动路径的一部分)被构造为运送包含至少一种微PCM的流体介质，微PCM作为流体介质中的悬浮物。通过使悬浮或以其他方式出现在流体介质中的微PCM经过电池组的发热部分附近，微PCM的芯材料中的固有高潜热可用于吸收(在电池单元经历相对高的温度的情况下)或者释放(在电池单元经历冰冻或其他低温的情况下)潜热，采用这种方式来平衡或调节电池单元的温度。在另一个可选形式中，微PCM由外壳和装在壳内的高潜热材料内芯构成。在一个形式中，芯由二十烧(eicosane)制成,而壳由聚合物基材料制成。二十烧是石腊基烧烃混合物，其具有高的熔化潜热(例如，大约240 kj/kg)。此外，二十烷的熔点(37°C)使得它对 于电动车和相关汽车应用来说是理想的，在汽车应用中通常电池单元预期发生40°C的最大温度变化范围。这种石蜡基PCM是优秀的电绝缘体，其电阻率在IO13到IO17欧姆 米之间。这样的高电阻率促进安全可靠的电气操作。此外,这种微PCM已经在各种的电池充放电循环下显示了其耐用性，同时特别着重于避免因不同的电池工作温度下的压力偏差而导致的微胶囊损坏。尽管可以使用其他材料，例如非石蜡有机PCM脂肪酸，但是必须谨慎以确保熔化或相关相变发生在与HEV或PEV电池组工作温度相称的温度范围内。在该微PCM的更特殊的实施例中，每个粒子的直径可在大约I微米到大约100微米之间。在另一个特殊形式中，出现了不止一种微PCM。例如，可包括第一微PCM，其被构造为在第一(例如，较低的)温度下展示相变，同时可包括第二微PCM，其被构造为在第二 (例如，较高的)温度下展示相变。在一个形式中，第一温度与水的冻结温度(即，大约0°C)或更低的温度一致，而第二温度处于电池单元或其它温度敏感部件的上限。在锂离子电池单元的情况下，这种上限温度可为大约40°C或者更高。热管理系统被如此构造以致运送用于热交换的流体的管道被构造为大致闭环的无源设备。在另一个选择中，包括微PCM的冷却板布置成与电池组的发热部分热交流。以这种方式，板充当补充的热交换介质。在更特殊的形式中，冷却板具有形成于其表面中的一个或多个凹槽；这些凹槽被装入微PCM。这种冷却板可以(在可选结构中)起到排成一列的热交换设备的作用，以致如果基于液体的冷却不工作(或者完全没有基于液体的冷却)，可处理电池组内的电池单元的至少一部分热管理。根据本专利技术的另一个方面，公开了一种汽车电池组组件。该组件包括构造为向车辆平台提供原动力的电池组和构造为向电池组提供加热和冷却中的至少一个的热管理系统。更具体的，热管理系统与电池组进行热交流，其中一个特殊的热交互作用涉及热管理系统去除来自电池组内的发热源(例如，一个或多个电池单元)的热。在这种结构中，热管理系统包括布置成与电池组的发热部分进行热交流的流体管道，以及包含至少一种微PCM的流体介质。可选地，材料的外壳由聚合物材料制成。如上已讨论的，形成内芯的高潜热材料被装入外壳内；优选地，该材料具有在低于大约0°c工作的熔化潜热和大约40°C的汽化潜热。实现潜热的吸收或释放也可通过组合两种或多种PCM来实现，它们或者位于共用的外壳内，或者每种PCM作为它自己独特的微PCM结构的一部分；无论在哪种情况下，整体材料被认为展示类似复合的热性质。这种复合材料可将它们的性质调整到使这些材料中的一种在不同于构成该复合物的其它材料的温度下经历相变。根据本专利技术的另一个方面，控制电池组内温度的方法包括提供具有至少一种微PCM的流体介质和将该流体介质布置成与电池组内的热敏部件进行热交换交流。这样，包含在热敏部件和微PCM中的一个内的至少一部分热在它们之间传递。可选地，热敏部件是电池单元。在另一个选择中，可包括冷却板，以提供额外的热交换能力。正如上文讨论的流体，冷却板可结合至一种或多种微PCM，以致包括在冷却板和热敏部件中的一个内的至少一部分热可传递到它们中的另一个。在一个特殊形式中，一种或多种微PCM可循环通过大致闭环本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于汽车电池组的热管理系统，所述热管理系统包括：流体管道，其被如此构造以致至少一部分流体管道布置成与所述电池组的发热部分热交流；和其中包含至少一种微囊封装的相变材料的流体介质，所述流体介质可放置在所述流体管道内，以致在所述热交流过程中，在所述电池组的所述发热部分和所述至少一种微囊封装的相变材料之间发生热交换。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：XJ王，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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