[發(fā)明專利]基于珀爾帖效應(yīng)和熱管冷卻的電池包及其熱管理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910045280.0
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109802194B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石萬凱;仇昌盛;賀剛;楊輝前;白詠雪
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/6551;H01M10/6552;H01M10/6554;H01M10/6572;H01M10/663
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明公開了一種基于珀爾帖效應(yīng)和熱管冷卻的電池包及其熱管理方法，本發(fā)明在電池包箱體內(nèi)、電池模組的上部緊湊的設(shè)置了熱電制冷器，通過高導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱墊片和導(dǎo)熱翅片與電池形成“電池模組—導(dǎo)熱墊片—導(dǎo)熱翅片—導(dǎo)熱支撐板”和“電池模組—導(dǎo)熱墊片—導(dǎo)熱翅片—導(dǎo)熱支撐立板—導(dǎo)熱支撐板”的導(dǎo)熱通路。在高溫環(huán)境、低溫環(huán)境和正常環(huán)境下可執(zhí)行不同的工作模式，具有熱響應(yīng)快、導(dǎo)熱效率高、溫度控制精確、無噪聲等優(yōu)點；電池模組中的單體電池模塊在得到均勻受熱的同時增大了換熱系數(shù)，進一步確保了電池工作的穩(wěn)定性、可靠性和高效性；且整體結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，為整車的結(jié)構(gòu)布置提供空間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車用動力鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于珀爾帖效應(yīng)和熱管冷卻的電池模組及其熱管理方法。

背景技術(shù)

動力鋰離子電池能量密度高，體積小，循環(huán)壽命較長，在電動乘用車、商務(wù)車上應(yīng)用潛力很大。然而由于鋰離子電池在充放電過程中溫度升高影響自身性能與循環(huán)壽命，過高的溫度甚至引起熱失控，導(dǎo)致自燃、爆炸等事故，常規(guī)的鈷酸鋰正極材料電池溫度要求控制在50攝氏度以內(nèi)，以避免熱失控和起火爆炸，提高安全性。隨著電池材料和工藝的進步，以磷酸鐵鋰為正極材料的電池工作溫度雖然可以提升到60攝氏度或更高，但隨著溫度進一步上升，電池容量衰減依然明顯，在高溫下仍然會發(fā)生熱失控和著火現(xiàn)象。另一方面，在低溫下電池內(nèi)阻大，化學(xué)反應(yīng)活性差，啟動困難。因此研究動力鋰離子電池?zé)峁芾砑夹g(shù)及其實施尤為迫切。

動力鋰離子電池散熱系統(tǒng)通常采取風(fēng)冷或者液冷方式冷卻電池，常規(guī)風(fēng)冷散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但是散熱效果有限，并且電池溫度均勻性差。液冷方式換熱效率高，但其冷卻能力受限于環(huán)境溫度，暑熱天氣時冷卻水溫度可達40℃以上，反而阻隔電池散熱。

利用半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)和熱管冷卻中的相變材料受熱發(fā)生相變吸熱進行熱管理是一種新型電池?zé)峁芾矸绞剑雽?dǎo)體熱電組件一般由Bi2Te3半導(dǎo)體材料制成，熱電組件在通電情況下由珀爾帖效應(yīng)形成制冷面和發(fā)熱面，從而實現(xiàn)對電池的冷卻或者加熱作用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于珀爾帖效應(yīng)和熱管冷卻的電池模組及其熱管理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

基于珀爾帖效應(yīng)和熱管冷卻的電池包，包括電池模組、熱電制冷器以及熱管冷卻裝置；

電池模組包括箱體，箱體內(nèi)設(shè)有若干個將箱體內(nèi)腔均勻分隔成多個子腔的導(dǎo)熱支撐立板，若干個方形電池模塊均勻?qū)盈B橫置在各子腔中，各電池模塊的上端面處布置有導(dǎo)熱翅片，各電池模塊及導(dǎo)熱翅片的周向側(cè)面對應(yīng)與導(dǎo)熱支撐立板緊密貼合；位于上層的電池模塊上方設(shè)有與其上端面處導(dǎo)熱翅片直接接觸的導(dǎo)熱支撐板，導(dǎo)熱支撐板橫置且其四周緊貼在箱體內(nèi)壁上；

熱電制冷器主要由殼體、下熱交換板、上熱交換板以及立置緊貼布置在下熱交換板與上熱交換板之間的熱電元件組成，設(shè)置在殼體中的下熱交換板與上熱交換板間通過支撐加強筋固連成整體，熱電元件為串聯(lián)在一起的多個熱電偶或是串、并聯(lián)結(jié)合的多個熱電偶；

熱管冷卻裝置包括蓋體，若干個散熱翅片間隔均勻的設(shè)置在蓋體底部，散熱翅片間有蛇形布置的導(dǎo)熱通道，導(dǎo)熱通道與蓋體上的導(dǎo)熱通道進口、出口相連；

熱電制冷器中的下熱交換板位于電池模組中的導(dǎo)熱支撐板上方且殼體與箱體螺栓連接，熱管冷卻裝置中的導(dǎo)熱通道位于上熱交換板上方且蓋體與殼體螺栓連接；熱電元件的正負極與箱體外部的直流電源正負相連接。

進一步，電池模塊與導(dǎo)熱翅片之間、導(dǎo)熱翅片與導(dǎo)熱支撐板之間布置有導(dǎo)熱墊片。

進一步，導(dǎo)熱墊片為陶瓷基板，其與導(dǎo)熱翅片相焊接，通過背膠與電池模塊連接。

進一步，箱體底部布置有導(dǎo)熱加強筋。

進一步，導(dǎo)熱翅片上涂有相變材料層，導(dǎo)熱翅片內(nèi)部填充有絕緣導(dǎo)熱油。