[發明專利]一種基于相變亞微米膠囊乳液的電池熱管理系統及其方法

有效

• 申請號: 202110325475.8
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113067053B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 李勝;張學軍;江龍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/6557;H01M10/659
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基于相變亞微米膠囊乳液的電池熱管理系統及其方法，系統包括動力電池、攪拌裝置、第一換熱模塊和第二換熱模塊；動力電池通過第一管路與攪拌裝置連通，攪拌裝置通過第二管路與第一換熱模塊連通；第一換熱模塊的三個換熱管均部分置于用于盛裝換熱液的儲液槽中；三個換熱管與第二換熱模塊的第一導流管和第二導流管連通；第一導流管和第二導流管均用于為動力電池降溫；相變亞微米膠囊乳液能在第一管路、第二管路、第一換熱模塊和第二換熱模塊內流通，并共同構成循環回路。本發明各管路連通方式可以自由組合，為動力電池的熱管理提供最優的解決方案，在保證動力電池處于合理工作環境溫度的前提下，減小輔助泵耗，提高經濟性。

技術領域

本發明屬于電池熱管理系統領域，具體涉及一種基于相變亞微米膠囊乳液的電池熱管理系統及其方法。

背景技術

目前，動力鋰離子電池在純電動汽車、混合電動汽車以及其他以電池為動力來源的領域應用越來越廣泛。現有的很多動力電池主要是由許多小電池模塊組成，每個電池模塊又由眾多電池單體串并聯組成。由于動力電池的工作空間一般比較狹窄，電池持續放電或反復充電過程中熱量不斷產生和積聚將導致動力電池內部溫度分布不均勻性加劇，動力電池的電容量退化，性能衰減甚至造成爆炸等事故。電池熱管理是根據溫度對電池性能的影響規律，通過合理的設計管控電池工作環境的溫度，從而保持電池的性能并延長電池的使用壽命。因此，動力電池的熱管理對于延長電池使用壽命、保持電池具備較高儲電量以及節能環保具有重要意義。已知的電池熱管理方法主要有空氣冷卻，液體冷卻和相變材料冷卻。空氣冷卻即利用空氣的自然流動或者采取氣泵等方式強制空氣流動將電池產生的熱量帶走，防止電池過熱對自身性能造成影響，避免事故發生。但是空氣冷卻受限于空氣自身熱容量較小和導熱性能差的劣勢，無法滿足動力電池的散熱要求。特別是電池處于持續放電工作、反復充放電的過程中，空氣冷卻性能差的劣勢更加明顯。

動力電池的液體冷卻主要是指將水作為工質，液體水在管內循環流動過程中將電池產生的熱量帶走并散失掉。盡管液體散熱相較于空氣冷卻具有更高的散熱效率，但是液體冷卻系統較復雜，成本較高，液體在循環過程中必須借助于循環泵，消耗額外的功率。特別的，現有的液體冷卻系統中，管內工質反復高速流動容易發生工質泄露引起事故，安全性必須引起重視。另外，動力電池在持續放電和反復充放電過程中產生的熱量較大，液體冷卻性能難以滿足此時的散熱要求，若要通過強制增大冷卻液流量和流速達到散熱需求，必將導致功耗快速增加，影響熱管理系統自身的使用壽命。

相變材料冷卻即通過選取具有優良相變潛熱的材料，在溫度保持不變的前提下，通過材料相態的改變(如，固體石蠟吸熱轉變成液體石蠟)將動力電池產生的熱量帶走并散失掉。現有的無機相變材料雖然具有較高的相變潛熱和熱導率，但是過冷度較大且熱穩定性較差，在反復使用過程中容易反生分解，導致性能迅速惡化。而有機相變材料則普遍存在導熱系數小和流動性差的缺點，這不可避免的影響熱管理的散熱效率。

發明內容

本發明針對現有電池熱管理系統或方法存在的不足，以石蠟為相變材料采用細乳液法合成粒徑僅為幾百納米的相變亞微米膠囊乳液，并以此相變亞微米膠囊乳液為工質設計了一種基于相變亞微米膠囊乳液的電池熱管理系統及其方法。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種基于相變亞微米膠囊乳液的電池熱管理系統，其包括由若干電池單體組成的動力電池、攪拌裝置、第一換熱模塊和第二換熱模塊；

所述動力電池通過設有乳液循環泵的第一管路與攪拌裝置連通，攪拌裝置通過第二管路與第一換熱模塊連通；所述第一換熱模塊包括分別與第二管路連通的第一換熱管、第二換熱管和第三換熱管；第一換熱管、第二換熱管和第三換熱管的管尾部分別對應設有第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥；第一換熱管、第二換熱管和第三換熱管均部分置于用于盛裝換熱液的儲液槽中，且三者與換熱液的接觸面積依次增加；所述儲液槽上分別開設通過第三管路連通的換熱液出口和換熱液進口，第三管路上設有冷卻循環泵和用于冷卻換熱液的散熱器；所述第一換熱管、第二換熱管和第三換熱管的尾部均與導流總管的首端連通；