[發明專利]相變材料與嵌入式冷管鋰電池及熱管理、失控抑制系統

在審

• 申請號: 202110231924.2
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112838294A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 謝松;鞏譯澤;陳現濤;賀元驊
• 申請（專利權）人: 中國民用航空飛行學院
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/6556;H01M10/6563;H01M10/6569;H01M10/659
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種相變材料與嵌入式冷管鋰電池及熱管理、失控抑制系統，其中，鋰電池包括電池本體，所述電池本體外圍包覆有相變材料，且電池本體可沿相變材料自由進行取出或插入，所述相變材料在靠近電池本體內側面嵌入冷管。本發明利用冷管嵌入相變材料組合的方式對鋰電池進行散熱，該組合與電池表面貼合，嵌入的冷管與電池表面貼合，該組合便于鋰電池取出與插入；本發明正常工作下，在電池表面溫度未達到熱失控臨界溫度，使用冷風在冷管中進行循環散熱，冷風可使用飛機上壓氣機進行引氣；本發明正常工作下，在電池表面溫度達到或超過熱失控臨界溫度，或有煙氣放出時，使用液氮在冷管中進行強力循環散熱，避免熱失控。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種相變材料與嵌入式冷管鋰電池及熱管理、失控抑制系統。

背景技術

隨著航空業的迅速發展，航空碳排放對環境的影響日益嚴峻，由此引發了各類多電/全電飛機的廣泛發展。而目前，鋰電池因良好的充放電性能及使用壽命，已成為各種多電與全電飛機動力裝置的主要候選電源。但電池自身的熱不穩定性，以及電池在過充、過放、短路等異常情況下的熱量釋放，易導致電池因溫度過高而熱失控，造成起火燃燒，嚴重威脅電池系統及飛機的運行安全。為了均衡電池系統中各單體的溫度均勻性，提升電池使用性能，同時避免電池因產熱而導致熱堆積問題，就需要為鋰電池動力裝置配備電池熱管理系統。

現有的電池熱管理裝置大體可分為三種：風冷散熱、液冷散熱、相變材料散熱。其中，相變材料散熱是一種化學穩定性好、安全性高的一種散熱方式。相變材料是一種功能性材料，通過利用自然界能量進行能量存儲和溫度控制，在一定溫度范圍內可以改變自身的物理狀態。相變材料在相變完成前自身的溫度幾乎維持不變，具有寬溫度平臺，可以吸收或釋放相當大的潛熱。

當前，缺少一種良好的航空鋰電池散熱的電池熱管理及熱失控抑制系統，使航空鋰電池在使用過程中保持合理的電池溫度，同時在電池熱失控發生前對電池進行強力降溫，保證電池使用安全。

現有技術一：專利申請號為“202020375780.9”的一種新型電動汽車鋰電池綜合熱管理系統，如圖1-3所示，其技術方案為：鋰電池箱體模塊7和空調系統的室內換熱器5通過制冷劑并聯，夏季高溫工況下，鋰電池箱體框架9內的相變材料吸收鋰電池放電過程產生的熱量，維持鋰電池溫度在合適工作溫度范圍內，當檢測到鋰電池溫度超過40℃時(注：相變材料的相變溫度點為40℃，如鋰電池溫度超過40℃，則表明相變材料已經基本融化不再具有吸熱能力)，電磁閥A₆和電磁閥B₈打開，低溫液態制冷劑通入鋰電池箱體7內，在紫銅管10內蒸發吸收熱量，降低相變材料的溫度，相變材料逐漸由液態變成固態，恢復吸熱能力，從而抑制鋰電池溫度的繼續上升；冬季低溫工況下，鋰電池箱體7先利用鋰電池外部加熱技術使鋰電池和相變材料達到40℃，相變材料完全融化，并在箱體7外層進行相應的保溫措施，當檢測到鋰電池溫度低于20℃時，電磁閥A₆和電磁閥B₈打開，高溫氣態制冷劑通入鋰電池箱體7內，在紫銅管10內冷凝放熱，提升相變材料的溫度，相變材料逐漸由固態變成液態，恢復放熱能力，從而防止鋰電池溫度繼續下降。

現有技術一的缺點為：

該系統只使用相變材料進行散熱，散熱效果稍差；在電池表面溫度達到或超過熱失控溫度界限值時，沒有強制散熱方式對鋰電池表面溫度進行散熱，避免電池熱失控發生；沒有相關阻隔方式對電池熱失控電池的火焰傳播進行阻隔。