[發明專利]蜂窩狀相變材料與液冷耦合的電池冷卻系統及冷卻方法

在審

• 申請號: 202110336449.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113078386A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李昕憶;王劍鋒;劉芬;李佳澍;楊娜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/633;H01M10/615;H01M10/617;H01M10/6555;H01M10/6557;H01M10/6568;H01M10/6551;H01M10/653;H01M10/663;H01M10/659;B60L58/26
• 代理公司: 成都中絡智合知識產權代理有限公司 51300
• 代理人: 丁宏斌

一種蜂窩狀相變材料與液冷耦合的電池冷卻系統及冷卻方法，涉及動力鋰電池的散熱領域，電池由至少兩個電池單體組成，相鄰兩個電池單體間設有耦合冷卻板，耦合冷卻板包括呈單層蜂窩板狀的耦合基板，耦合基板上的房孔內填充有相變材料；設有液冷流道、冷卻液入口和冷卻液出口，設有將相變材料與耦合基板密封的密封導熱層。冷卻方法為：將上述冷卻系統與空調的制冷劑出口和制冷劑入口相連；電池溫度達到液冷啟動值時，啟動空調，電池溫度達到液冷停止值時，關閉空調。本發明具有結構簡單，散熱效果好等優點。

技術領域

本發明涉及動力鋰電池的散熱領域，特別涉及一種用于鋰電池散熱的蜂窩狀相變材料與液冷耦合的電池冷卻系統及冷卻方法。

背景技術

我們知道，面對當前能源短缺與環境污染的現狀，汽車工業掀起來研發和生產新能源汽車的熱潮，其最核心的技術即為其提供動力來源的動力電池系統，即通過電化學反應將電極材料的化學能轉化為電能的系統。目前動力電池系統中的動力電池最為常用的是鋰離子電池，在鋰電池的系統中，溫度對鋰電池的容量和功率、可靠性和安全性、壽命和循環成本等性能都會產生一定影響，在合適的溫度區間內，其工作性能才能達到最佳狀態，但在其充放電過程中，其內部會發生復雜的電化學變化并產生大量熱量，電池溫度在兩極和中心處溫度較高，嚴重時會發生劇烈燃燒甚至爆炸，因此降低電池在使用過程中的溫度以及保證溫度分布均勻具有重要意義。

目前市場上的動力電池普遍采用單獨的空氣散熱或者液冷散熱，采用空氣冷卻對電池進行散熱一方面組件繁多，系統復雜而且降溫效果不好，液體冷卻由于電池單體的尺寸過小而冷卻管太細導致能量損耗嚴重而且單體電池溫度分布不均勻，降低了整車的能量效率，與節能相悖。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種結構簡單，散熱效果好的蜂窩狀相變材料與液冷耦合的電池冷卻系統及冷卻方法。

本發明解決上述現有技術的不足所采用的技術方案是：

一種蜂窩狀相變材料與液冷耦合的電池冷卻系統，電池由至少兩個電池單體組成，其特征在于：相鄰兩個電池單體間設有耦合冷卻板，耦合冷卻板包括呈單層蜂窩板狀的耦合基板，耦合基板上的房孔為冷卻填充腔，冷卻填充腔內填充有(用于冷卻的)相變材料；耦合基板上設有圍繞每個冷卻填充腔的液冷流道，耦合基板上設有與液冷流道相通的冷卻液入口和冷卻液出口，耦合基板外側設有密封導熱層，密封導熱層將相變材料與耦合基板密封、防止相變材料在融化過程中泄露。

本發明中所述的液冷流道的結構是：耦合基板上橫截面呈六邊形的冷卻填充腔的每一條邊的側壁上設有一條與該條邊平行的側壁冷卻孔，每個冷卻填充腔的六條側壁冷卻孔首尾相連、相鄰兩個冷卻填充腔共用一條側壁冷卻孔，冷卻液入口和冷卻液出口分別經緩沖腔與鄰近的側壁冷卻孔相連。該結構的散熱效果佳，液冷運行頻率低，電池使用過程溫度分布均勻、不會出現局部(中部)過熱的現象。

本發明中所述的密封導熱層的材料為鋁箔。鋁箔包裹在耦合基板外側形成密封導熱層。

本發明中所述的耦合基板為鋁蜂窩板，鋁蜂窩板四周與密封導熱層間設有相變材料。

本發明中所述的電池單體和耦合冷卻板呈方形，所述的冷卻液入口和冷卻液出口分別設置在耦合基板左右兩側的中部，冷卻液入口和冷卻液出口分別將緩沖腔與密封導熱層外部連通。

本發明中所述的相變材料與耦合冷卻板的體積比為0.75-0.8，優選0.78。在該體積比下，由相變材料冷卻時電池溫度較低而且相變材料融化迅速，充分利用了相變材料的吸熱冷卻效果。在該體積比下，相同的冷卻液流量流經液冷流道的流動阻力小，降低冷卻液泵的能耗，該體積比為液冷和相變材料結合的最佳體積比。

一種蜂窩狀相變材料與液冷耦合的電池冷卻方法，其特征在于包括如下步驟：