[發明專利]一種含噴淋冷卻和相變材料儲熱的鋰離子電池熱管理系統

有效

• 申請號: 201910076166.4
• 申請日: 2019-01-26
• 公開（公告）號: CN109888432B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 石泳;雷舒蓉
• 申請（專利權）人: 寧波諾丁漢大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/617;H01M10/635;H01M10/6552;H01M10/6567;H01M10/6569
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 潘李亮

本發明涉及一種鋰離子電池熱管理技術，尤其涉及一種含噴淋冷卻和相變材料儲熱的鋰離子電池熱管理系統，包括電池箱（1）以及電池（2），它還包括控制器（15）、溫度傳感器（16）、熱管（3）、保溫室（13）以及噴淋室（6），所述溫度傳感器（16）設置在電池箱（1）內，所述熱管（3）一端與電池（2）接觸，且所述熱管（3）分叉的兩段分別伸入保溫室（13）與噴淋室（6），所述噴淋室（6）內設有噴淋機構，所述保溫室（13）內設有容器（17）、相變材料（12）以及升降機構（11），采用這種系統既能在低溫條件冷啟動時獲得有效熱量從而使電池升溫；同時也能在鋰離子電池過度發熱時進行快速、高效的散熱并縮小其表面溫度梯度。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池熱管理技術，尤其涉及一種含噴淋冷卻和相變材料儲熱的鋰離子電池熱管理系統。

背景技術

鋰離子電池由于具備能量密度大、壽命長、無記憶效應等優勢，作為儲能設備被廣泛應用于手機、電動汽車等各種現代工業產品中。同時也應注意到鋰離子電池的性能和壽命對工作溫度非常敏感：溫度過低會造成鋰離子電池充放電效率低下，甚至無法啟動；而當溫度過高或電池內溫度分布不均勻時，鋰離子電池壽命會迅速衰減，甚至會發生電池自燃等惡性安全事故。因此，為保證鋰離子電池工作溫度始終在合適的范圍，且盡量消除其內部大溫差，亟待開發一種能應對冷、熱溫度條件且能高效準確控溫的電池熱管理技術。

現有電池熱管理技術（含散熱和供熱功能）主要利用三種媒介：空氣、液體和相變材料。基于空氣和液體（如乙二醇水溶液）的熱管理技術主要是利用空氣或利用管道傳輸液體流過電池表面，從而帶走電池表面熱量、均分其表面溫度;或者反向從外部熱源傳送熱量給電池供熱（適合寒冷天氣條件的冷啟動）。至于基于相變材料的熱管理技術是利用相變材料的巨大相變潛熱來對電池進行散熱或供熱管理。目前，在鋰離子電池熱管理系統開發中，空氣熱管理系統最為常見。但空氣換熱系數有限，該系統已無法很好地滿足鋰離子電池大功率放電情況下的散熱需求。同時，空氣熱管理系統在多數情況下根本無法滿足電池表面溫度均勻性要求。相較空氣而言，液體的換熱系數有所提高，傳熱效果較好。但可供選用的液體介質受諸多限制。比如，如果液體與電池直接接觸，該液體必須具有較高絕緣特性，但這會使得液體粘度過大，從而增加系統運行成本。如果選擇導電液體，則必須將液體和電池隔離，避免液體泄漏，從而保障可靠的電池運行和系統安全。至于使用相變材料的熱管理系統，目前還處于研發階段。但大多數相變材料導熱率較低，會出現相變材料內部相變不均勻, 從而造成電池熱失控。同時，在產熱量大的工況下，當相變材料完全相變后，相關熱管理系統也就基本喪失了散熱能力。此外，還值得一提的是近年來基于熱管的熱管理技術發展突飛猛進。熱管輕便緊湊, 導熱能力強，非常適合電動汽車等對空間、載重有明確要求的工程應用。但熱管只是一個傳熱器件，相關熱管理設計還需考慮換熱器、風扇等其他器件的輔助。

總而言之，鋰離子電池的快速發展，尤其是在具備快充快放功能后，電池的產熱量也有所增加。同時，越來越多工程實際要求鋰離子電池能在各種氣候條件下進行可靠運行。因此，對其熱管理系統的設計和效能提出了更高、更苛刻的要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種含噴淋冷卻和相變材料儲熱的鋰離子電池熱管理系統，采用這種系統既能在低溫條件冷啟動時獲得有效熱量從而使電池升溫；同時也能在鋰離子電池過度發熱時進行快速、高效的散熱并縮小其表面溫度梯度。

本發明所采用的技術方案是：一種含噴淋冷卻和相變材料儲熱的鋰離子電池熱管理系統，包括電池箱以及設置在電池箱內的電池，它還包括控制器、溫度傳感器、熱管、保溫室以及噴淋室，所述溫度傳感器設置在電池箱內，所述熱管一端設置在電池箱內且與電池接觸，且所述熱管另一端分叉為兩段，且分叉的兩段分別伸入保溫室與噴淋室，所述噴淋室內設有用于給伸入噴淋室內的熱管分叉段降溫的噴淋機構，所述保溫室內設有容器、容置在容器內用于儲存或者釋放熱量的相變材料以及用于帶動容器升降進而使得相變材料接觸或者脫離熱管分叉段的升降機構，所述噴淋機構、升降機構以及溫度傳感器均與控制器電連接。