[發明專利]一種大功率鋰離子動力電池組噴霧冷卻系統及其冷卻方法

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• 申請號: 202210282293.1
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114883683A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 梁坤峰;孫權;高春艷;張云朋;馮長振;董彬;周訓;馮業;劉大永;曹勇;任峴樂
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/6569
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫亞麗

一種大功率鋰離子動力電池組噴霧冷卻系統，包括噴霧系統、冷凝系統以及數據采集系統：噴霧系統包括依次管道連接的壓縮機、冷凝器、儲存有制冷劑的儲液罐、過濾器、節流閥、用于放置動力電池的噴霧腔體、以及氣液分離器，噴霧腔體內設有噴管；冷凝系統包括回路連接冷凝器的恒溫槽、回路中設有水泵和流量計；數據采集系統包括設置于制冷劑循環通道以及水循環通道中的溫度傳感器和設置于冷劑循環通道中的壓力傳感器以及數據采集儀。本發明能夠利用制冷劑的相變噴霧對動力電池進行冷卻，通過制冷劑的相變潛熱吸收動力電池的表面熱量從而降低電池表面的溫度，該方法散熱能力強，可應對高溫、快充等大功率鋰離子動力電池的熱管理需求。

技術領域

本發明涉及鋰離子動力電池冷卻技術領域，具體涉及一種大功率鋰離子動力電池組噴霧冷卻系統及其冷卻方法。

背景技術

面對能源枯竭與環境污染的雙重壓力，電動汽車因具有清潔環保、能量利用率高等優點，逐漸成為汽車的發展趨勢，鋰離子動力電池憑借其比能量高、循環壽命長、安全性能好、自放電小等優點被廣泛應用于電動汽車上。

隨著車用鋰離子動力電池逐漸走向高功率方向發展，引發了許多亟待解決的問題，特別是溫度過高導致的電池熱失控、自燃甚至爆炸等威脅到使用者人身財產的重大安全隱患。在目前所有可用的熱管理方法中，風冷出現最早，其結構簡單，運行成本低，設計緊湊，可靠性好，然而空氣的傳熱系數低，無法克服散熱效率低的缺點；傳統的相變材料冷卻可以防止電池溫度的急劇上升，但被相變材料所吸收的熱量不能通過自然對流有效地散失到周圍環境中，需要采用強制對流方法來消散相變材料中積累的熱量；熱管冷卻方式比較理想，但多處于理論研究階段；液冷目前在熱管理系統中使用廣泛，然而液體冷卻具有結構復雜、重量重和冷卻劑泄漏等缺點，且不足以限制快速充放電期間電池溫度的上升，針對高倍率動力電池不能實現預期的散熱效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大功率鋰離子動力電池組噴霧冷卻系統及其冷卻方法，以解決現有冷卻系統對大功率動力電池散熱效果差的問題。

本發明為了達到上述目的所采用的技術方案是：

一種大功率鋰離子動力電池組噴霧冷卻系統，包括噴霧系統、冷凝系統以及數據采集系統：噴霧系統包括壓縮機、冷凝器、儲存有制冷劑的儲液罐、過濾器、節流閥、用于放置動力電池的噴霧腔體、以及氣液分離器，壓縮機、冷凝器、儲液罐、過濾器、節流閥、噴霧腔體以及氣液分離器依次管道連接形成制冷劑循環通道，噴霧腔體內設有用于在節流閥作用下使制冷劑相變對動力電池吸熱的噴管；

冷凝系統包括回路連接所述冷凝器形成水循環通道的恒溫槽、回路中設有水泵和流量計；

數據采集系統包括設置于制冷劑循環通道以及水循環通道中的溫度傳感器和設置于冷劑循環通道中的壓力傳感器，連接溫度傳感器和壓力傳感器設有用于采集溫度、壓力信息的數據采集儀。

進一步地，所述制冷劑為R134a。

進一步地，所述溫度傳感器包括設置于噴霧腔體內用于檢測制冷劑溫度的第一溫度傳感器，所述壓力傳感器包括設置于噴霧腔體內用于采集噴霧腔體內制冷劑壓力的第一壓力傳感器。

進一步地，所述溫度傳感器還包括設置于噴霧腔體內用于采集動力電池頂端與四個側面表面溫度的第二溫度傳感器。

進一步地，所述噴管設有自進口端起直徑逐漸減小的噴孔。

一種大功率鋰離子動力電池組噴霧冷卻系統的冷卻方法，包括以下步驟：

S1、獲取動力電池的表面溫度T_w，當表面溫度T_w超出動力電池工作溫度要求后，啟動壓縮機；

S2、制冷劑依次經壓縮機升壓和冷凝器降溫作用后，再經節流閥節流降壓后噴入噴霧腔體，霧化相變吸收動力電池的散熱；

S3、監測動力電池的表面溫度，當表面溫度處于動力電池工作溫度要求內，關閉壓縮機。