[發明專利]一種動力電池新型相變冷卻及加熱一體化結構

在審

• 申請號: 201811382943.X
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109378551A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 李勇;鄧勵強;楊世凡;徐沛懇;周文杰;陳釗書
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣東新創意科技有限公司
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/635;H01M10/643;H01M10/6552;H01M10/6556;H01M10/6567;H01M10/657
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;黃海波

本發明公開了一種動力電池新型相變冷卻及加熱一體化結構，包括動力電池模組夾具、溫度傳感器、控制單元，各縱列的圓柱型動力電池兩側的間隙內均緊密設置有形狀與圓柱型電芯外輪廓相適配且與各圓柱型動力電池曲表面貼合接觸的吹脹型鋁質均熱板，所述動力電池模組的頂、底部依次疊加地貼合設置有與各吹脹型鋁質均熱板兩端的導熱平面傳熱接觸的吹脹型鋁質均熱平板、換熱銅扁管，其中，位于動力電池模組底部的換熱銅扁管包裹有加熱薄膜。本發明通過對動力電池組各種充放電工況高效率地散熱或加熱，控制電芯溫度并有效縮小不同電芯間的溫差，使整個動力電池包工作在合理溫度范圍內，有效解決密集排布的圓柱型動力電池模組的熱管理問題。

技術領域

本發明涉及電動汽車使用的動力電池熱管理系統，具體涉及一種動力電池新型相變冷卻及加熱一體化結構。

技術背景

隨著能源危機和環境污染的日益加劇，新能源汽車替代傳統發動機汽車己成為當今世界各國汽車工業發展的必然趨勢。更重要的是，在目前各種新能源汽車技術及產品開發中，電動汽車已然成為未來發展的主力軍。而鋰離子電池更憑借其優良的性能，被視為電動汽車的理想動力源。鋰離子電池在使用過程中，熱量的積累和溫度的升高會加速電池壽命的衰減。此外，對于電池充和過放電現象，從而引起電池單體之間容量的不一致，也會使電池模塊過早失效。當前主流動力電池的理想工作溫度區間為20~50℃，并且需要對電池組內的溫度梯度進行控制，盡可能控制在5℃以內，但是市面上的動力電池熱管理系統難以匹配日益提升動力電池包能量密度。因此，開發電動汽車動力電池包的熱管理系統迫在眉睫，研發安全可靠的熱管理系統用以調節動力電池工作溫度，縮小動力電池包內電芯溫差，成為電動汽車發展道路上無法跨越的挑戰。

經過數年的探索與實踐，當前高能量密度的電動汽車動力電池熱管理系統已逐步聚焦于液冷、相變材料。液冷熱管理系統是使用載冷液流經動力電池模組表面，利用其高熱容特性將電池模組內部產生熱量帶走。但由于將液體與電池組直接接觸，會存在因液體泄露而造成電池短路的風險。同時，液冷熱管理系統較空冷熱管理系統復雜且設備笨重，造價也偏高。相變材料也是目前正在研發的以期能用于動力電池組熱管理的一種技術手段。大體上可以分為PCM與熱管2種類型。前者是利用固液相變過程的相變潛熱，后者則是工質在熱管內發生快速相變，循環往復，從而實現熱量的傳導。PCM類相變材料熱管理系統在材料完全融化后會喪失吸熱能力。同時，其可控性較差。為了獲取更加理想的熱管理性能，積極研發熱管類相變材料熱管理系統是一條值得期待的技術路線。但是當前常見熱管，如銅水熱管，鋁平板熱管均難以直接應用在圓柱型動力電池模組內。

發明內容

基于此，本發明揭示了一種動力電池新型相變冷卻及加熱一體化結構。

本發明采用如下技術方案實現：

一種動力電池新型相變冷卻及加熱一體化結構，包括用于陣列安裝圓柱型動力電池組的動力電池模組夾具、用于測量圓柱型動力電池組溫度的溫度傳感器、控制單元，

各縱列的圓柱型動力電池兩側的間隙內均緊密地設置有形狀與圓柱型電芯外輪廓相適配且與圓柱型動力電池曲表面緊密貼合的吹脹型鋁質均熱板，所述動力電池模組頂部依次疊加地貼合設置有與各吹脹型鋁質均熱板頂端的導熱平面傳熱接觸的吹脹型鋁質均熱平板、換熱銅扁管，所述動力電池模組夾具的底端依次疊加地貼合設置有與各吹脹型鋁質均熱板底端的導熱平面傳熱接觸的吹脹型鋁質均熱平板及包裹了加熱薄膜的換熱銅扁管；所述吹脹型鋁質均熱板及所述吹脹型鋁質均熱平板內腔中均密封設置有相變換熱工質；所述的控制單元通過電路連接溫度傳感器、加熱薄膜和換熱銅扁管的換熱液供給系統；位于頂端和底端的換熱銅扁管，在散熱時，可根據散熱負荷大小，選擇單獨或者同時通冷卻液并調節流量大小；在加熱時，可根據加熱負荷大小，同時或單獨通加熱液并調節流量大小，選擇是否開啟加熱薄膜，以最佳模式適應工況需求。

進一步地，所述的吹脹型鋁質均熱板包括位于相鄰兩縱列圓柱型動力電池之間的若干雙面吹脹型鋁質均熱板和位于左右兩縱列圓柱型動力電池外側的兩個單面吹脹型鋁質均熱板。