[發明專利]一種動力鋰電池組的熱管理耦合系統

在審

• 申請號: 201711292022.X
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107863588A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 李志農;羅宗鴻;曹萬友;寧廣秀;劉玉強;孫玉婷
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/6562;H01M10/6563;H01M10/6569;H01M10/6571
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 張文杰

技術領域

本發明涉及新能源動力鋰電池熱管理技術領域，尤其涉及利用制冷組件、加熱組件、保溫組件以及BMS電池管理系統對鋰電池組進行溫度管理控制的熱管理耦合系統。

背景技術

在環境污染問題日漸突出的大環境下，節能與環保已成為當今社會的共識。電動汽車由于在節能與減排方面具有顯著優勢，已受到國內外的重視。電動汽車的發展，關鍵是看動力電池，而大部分電池的電化學性能和循環壽命受溫度的影響顯著，溫度過高或過低均不利于電池性能的發揮。溫度過高時，電池容易出現發熱、燃燒以及爆炸等安全問題；溫度過低時，電池出現無法放電或放電容量較少等問題。因此，合理的電池熱管理系統，對于延長動力電池循環壽命，進而推動電動汽車的發展，具有重要的意義。到目前為止，電池熱管理主要形成以下幾種技術：

（1）以改變電芯單體結構（電極材料、電解液材料等）的耐高溫性能以及低溫活性，來提高電芯單體的熱穩定性。然而，電極材料、電解液材料熱穩定性的提升，都是以減少電池容量為前提的，這對于電動汽車續航里程來說是致命的。所以，通過改進電池材料來加速電池組散熱和控制的方式有一定的局限性。

（2）以空氣為介質的電池熱管理系統。目前，有相關學者通過模擬仿真以及實驗研究等方式分析了電池風冷散熱特性，驗證了空氣強制冷卻的可行性，但是隨著空氣冷卻方式的廣泛應用，對于大規模的鋰離子聚合物電池（如NCM、NCA等），由于其導熱率低，熱傳導的延遲時間長，僅用空氣冷卻無法滿足要求。

（3）以液體為介質的電池熱管理系統。液體冷卻，具有相對于空氣更高的傳熱系數，更薄的液體邊界層，更高的導熱率，它既能實現對電池組溫度的有效冷卻，又能實現單體電池間溫度的均勻分布。但該方法需要增加額外的循環及散熱裝置，結構復雜，系統的體積與重量過大，而且還有漏液風險。

（4）以相變材料為介質的電池熱管理。利用相變材料由固態變為液態或由液態變為固態的過程中，可以吸收和釋放大量的相變潛熱，來達到冷卻和加熱電池組的目的。它不需要在電池模塊連接處插入其它的冷卻元件，相變材料非常適用于非穩態和瞬態，沒有連續的循環系統，具有良好的熱緩沖作用。但總體來說，它還是屬于一種被動的散熱方法，只能在它的相變溫度范圍內起作用 ，單純的相變材料冷卻系統多采用在電池四周填充相變材料來實現，但是此結構很難實現對電池組的加熱。

（5）熱管、熱電等其它基于制冷制熱原理的熱管理系統。熱管是一種具有極高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內的液體的蒸發與凝結來傳遞熱量，它利用毛細作用等流體原理，起到冰箱壓縮機制冷的效果，該散熱裝置能夠較好的解決電池組散熱的問題，但也增加了系統的復雜程度，而且，由于熱管單向傳熱的特性，所以這結構限制了電池組在低溫環境下加熱的問題；熱電制冷，又稱半導體制冷，主要是建立在帕爾貼效應基礎上的一種電制冷方法。它的優點是體積小、無噪聲、無振動、結構緊湊，無運動部件，操作維護方便，不需要制冷劑，制冷量和制冷速度可通過改變電流大小來調節。熱電制冷目前受到制冷系數制約，應用范圍比較窄，主要用在民用市場、醫學設備、高功率電子器件冷卻和工業溫度控制以及汽車空調方面，因此，熱電制冷技術在電池熱管理上面的應用還有待開發。

中國專利《混合動力汽車中鋰電池的熱管理系統》（公告號 ：CN 203103466 U）提出，在混合動力汽車中利用相變材料配合風機給電池模組在高溫環境下散熱以及控溫；在低溫環境下，利用發動機余熱給電池模組加熱。該專利主要是應用在混合動力汽車中，在純電動汽車中，它滿足不了在低溫環境下給電池模組加熱的要求，還有該專利電池箱體的進風口和出風口的位置設計，與并行通風散熱方式類似，但缺少入口傾角以及出口傾角的設計，故電池模組散熱均勻性不敢保證。

中國專利《一種鋰電池的熱管理裝置》（公告號：CN 205028977 U）是在電池內箱體內壁上從上至下設有多條平行間隔排列的環形相變材料層，相鄰相變層之間形成風道，風道位于相變材料層之間，不與鋰電池組直接接觸，只能對相變材料進行冷卻，而且該專利相變材料的安裝位置和安裝方式限制了它的維護和更換（有漏液發生時），還有單獨利用一塊儲能電池置于上蓋板內側給電池箱內的低壓電器供電，其中箱體上蓋板外表面為太陽能板，若該專利所申請的電池箱體運用在電動汽車方面，則太陽能板起不了給儲能電池充電的作用，若要給儲能電池單獨充電，就需要在箱體上另外安裝充電口或者拆封電池箱給儲能電池充電，這樣不僅增加了系統復雜性，而且還增加了箱體的結構設計難度。

發明內容