[發明專利]基于過冷相變材料被動式電池熱調節器、方法和管理系統

有效

• 申請號: 202110372030.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113097599B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 巨星;王澤旭;許瑤;李冰辰;李凱璇;徐超
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/615;H01M10/625;H01M10/659
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

1.一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，包括過冷相變模塊、熱開關裝置，其特征在于：所述過冷相變模塊，其組成材料中包含相變材料，該過冷相變模塊能夠結合相變材料的充放熱過程體積變化、凝固點和熔點不一致的特性，實現被動的電池溫度管理和控制；所述過冷相變模塊中的相變材料使用具有過冷度的含水化合物和糖醇類化合物；該相變材料作用是：除基于體積變化為熱開關裝置閉合打開過程提供動力之外，還通過熔點和凝固點的不同，在高溫時熔化吸收電池產生的熱量維持電池溫度不繼續升高，在低溫時凝固向電池放熱提高電池溫度，從而在熱開關裝置的基礎上控制電池工作溫度；所述過冷相變模塊包裹在各電池單體或多個電池組成的電池組外側，所述熱開關裝置包括活塞和回復機構；還包括輔助換熱裝置，所述輔助換熱裝置包括有冷板；所述活塞及回復機構隨過冷相變材料溫度變化時的體積變化移動，達到被動閉合或打開熱開關的目的。

2.根據權利要求1所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，在過冷相變材料溫度為熔點附近時，所述過冷相變材料吸收熱量熔化，保持電池溫度不變，同時過冷相變材料體積膨脹，冷板與活塞間逐漸貼合換熱，保持電池溫度低于最高工作溫度；在過冷相變材料溫度為低于熔點溫度的凝固點附近時，所述過冷相變材料放出熱量而體積縮小，保持電池溫度高于最低工作溫度，同時所述冷板與活塞間形成空腔保溫。

3.根據權利要求1所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，其特征為：所述輔助換熱裝置進一步包括夾在電池外殼中間的冷板、冷板內流動的冷卻液、冷卻液循環回路、及循環控制部分；所述冷卻液循環回路包括儲液槽、水泵、節流閥和空氣冷卻裝置；所述節流閥調節冷卻液流量與流速使其能夠滿足不同程度的換熱需求；所述空氣冷卻裝置將冷卻液帶出的電池熱量通過對流換熱的方式釋放到環境中。

4.根據權利要求1所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，其特征為：所述冷板、活塞與電池外殼之間圍成的空腔由空氣、液材料進出，當活塞與冷板分離時形成氣體或液體填充層；所述冷板中間布置供冷卻液流動換熱的流道，為縱向均勻排列一系列的橫截面為圓形的直線型管路。

5.根據權利要求1所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，其特征為：所述活塞在接觸相變材料的一側帶有翅片，以增強相變材料與活塞的換熱；或將翅片固定在冷板上，一方面通過活塞的移動距離來改變翅片在接觸相變材料的一側的高度，增強冷板與相變材料的換熱，另一方面減小活塞表面積；或結合上述特征在活塞和冷板上均帶有翅片。

6.根據權利要求1所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，其特征為：所述冷板與所述回復機構中的彈簧連接處留有凹槽，在相變材料受熱體積膨脹時壓縮彈簧使活塞完全接觸冷板，接觸部位加裝有柔性導熱墊片以實現冷板與活塞的緊密接觸。

7.根據權利要求1所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，其特征為：所述過冷相變材料使用具有過冷度的材料五水合硫代硫酸鈉。

8.一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器的調節方法，包括權利要求1-4任一所述的基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器，其特征為：所述回復機構為數個將冷板和活塞連接的彈簧組成的彈簧回復機構；在回復機構完全壓縮時，彈簧被壓縮，冷板與活塞完全貼合；當回復機構完全回復位置時，彈簧伸長，冷板與活塞分離。

9.一種采用基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器的熱管理系統，其特征為：所述熱管理系統包括被動式電池熱調節器，該被動式電池熱調節器是采用權利要求8所述的一種基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器的調節方法調節的基于過冷相變材料的被動式電池熱調節器。