CN102544622B - 一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统 - Google Patents

一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统。包括有单体电池、电池连接极、相变材料、泡沫金属、高导热绝缘胶、电池外壳、电池上档板、电池下档板；单体电池与电池外壳之间填充有以泡沫金属为骨架材料和以相变材料为基体复合而成的复合相变材料，相变材料灌注到泡沫金属中，单体电池与灌注后的泡沫金属用高导热绝缘胶连接，电池上档板及电池下档板分别装设在单体电池的上端及下端，电池连接极与单体电池连接。本发明在没有增大电池模块体积的情况下能使模块的温度保持在电池理想工作温度范围内，又能使模块中单体电池间的温差保持在几度以内的。本发明的动力电池冷却系统对于防止电动汽车中电池的热失控是一个很好的解决方案。

Description

一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统
技术领域
本发明是一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统，属于基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统的改造技术。
背景技术
在石油越来越紧缺的今天，传统的汽车已经不再适合当今的社会，现在一种新的汽车电动车已经成为主流，而新的电动的汽车动力提供者是电池。电池要为动力设备提供动力，所以电池的性能对动力设备的运行状况有很大的影响，目前磷酸铁锂电池被广泛应用在纯电动汽车上，但是由于锂离子电池在高倍率放电的情况下会产生大量的热量而使电池温度升高，致使电池的性能与循环寿命下降，所以在使用电池的同时一定要保证电池模块温度保持在电池理想工作温度下和电池单体间的温差不应大于50C。目前电池的散热主要有空气冷却与液体冷却两种方式，对于空气冷却而言虽然成本低廉但因其冷却效果差而不被广泛使用，而液体冷却效果好，但因其系统复杂与系统本身存在着很多潜在的危险而致使用受限。而泡沫金属复合相变材料冷却系统即可以使电池模块的温度保持在理想工作温度下又可以使电池单体间的温度差保持在50C范围内。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种在没有增大电池模块体积的情况下能使模块的温度保持在电池理想工作温度范围内，又能使模块中单体电池间的温差保持在几度以内的基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统。本发明对于防止电动汽车中电池的热失控是一个很好的解决方案。
本发明的技术方案是：本发明的基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统，包括有单体电池、电池连接极、相变材料、泡沫金属、高导热绝缘胶、电池外壳、电池上档板、电池下档板；单体电池与电池外壳之间填充有以泡沫金属为骨架材料和以相变材料为基体复合而成的复合相变材料，相变材料灌注到泡沫金属中，单体电池与灌注后的泡沫金属用高导热绝缘胶连接，电池上档板及电池下档板分别装设在单体电池的上端及下端，电池连接极与单体电池连接。
上述电池连接极与单体电池之间用点焊连接。
上述相变材料所需的熔点在35～55℃范围内。
上述电池上档板及电池下档板分别装设在单体电池上端及下端所设的安装孔中。
上述电池上档板及电池下档板与单体电池所设的安装孔之间采用过盈配合。
上述单体电池与电池上档板及电池下档板之间设有防止熔融后的相变材料泄漏的绝缘密封胶。
上述电池外壳的外表面设有增大电池模块与外部环境的换热面积、降低电池模块的温度的三角形肋片。
本发明针对锂离子电池在高倍率放电情况下产生了大量的热，为了保证电池在理想工作温度下工作以保证电池的性能与循环寿命，而提出的基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统。本发明是采用泡沫金属复合相变材料冷却电池的装置，本发明泡沫金属和相变材料是主要的暂时储存热量的部件，外壳所设的肋片的主要作用是将热量散失到环境中和保持电池模块的稳定。本发明采用泡沫金属复合相变材料来冷却电池，相变材料能使电池保持在其熔点范围内，使电池温度保持在其设定的温度范围内，但是由于相变材料的导热系数低的原因，不能及时的将热量导出，所以要加入高的导热物质，将相变材料灌注在泡沫金属中，以泡沫金属为骨架解决了导热系数会随相变材料的循环次数的增加而出现不均一的现象。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统。
附图说明
图1为本发明电池电极连接的俯视图；
图2为本发明的电池电极连接的仰视图；
图3为本发明带有泡沫金属相变材料冷却的电池装置散热的原理图；
图4为本发明带有泡沫金属相变材料冷却的电池模块的俯视图；
图5为本发明带有泡沫金属相变材料冷却的电池模块的主视图。
具体实施方式
实施例：
本发明的结构示意图如图1、2、3、4所示，本发明的基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统，包括有单体电池301、电池连接极302、相变材料303、泡沫金属304、高导热绝缘胶305、电池外壳306、电池上档板307、电池下档板308；单体电池301与电池外壳306之间填充有以泡沫金属304为骨架材料和以相变材料303为基体复合而成的复合相变材料，相变材料303灌注到泡沫金属304中，单体电池301与灌注后的泡沫金属304用高导热绝缘胶305连接，电池上档板307及电池下档板308分别装设在单体电池301的上端及下端，电池连接极302与单体电池301连接。相变材料灌注到泡沫金属中，泡沫金属起支撑电池与提高导热系数的作用，相变材料起吸收和储存热量的作用。加入泡沫金属304后的相变材料303导热系数得到了很大的提高，并且单体电池在高倍率放电时所放出的热量可以暂时被相变材料通过相变潜热吸收并储存后通过外壳通过对流换热散到周围环境中去。
本实施例中，上述电池外壳306选用导热系数比较大的金属，其目的是将相变材料中储存的热量尽快的散到周围环境中去，外壳的内表面要经过电绝缘处理，可以用阳极氧化法或喷高导热电绝缘漆。
在将本发明动力电池放置在电动汽车中应用时，要设计良好的风口和导流道，利用车行驶的自然风将各个电池模块中的热量散出去。在没有增加耗电的装置下，将电池的温度保持在理想工作温度范围内。
本实施例中，上述电池连接极302与单体电池301之间用点焊连接。
本实施例中，上述相变材料303所需的熔点在35～55℃范围内。其具体的温度范围可以根据实际需要自行选择，不受具体材料规格的限制，有很大的可调空间。
本实施例中，上述电池上档板307及电池下档板308分别套装在单体电池301上端及下端所设的安装孔中，电池上档板307及电池下档板308与单体电池301所设的安装孔之间采用过盈配合。
上述单体电池301与电池上档板307及电池下档板308所设的安装孔之间设有防止熔融后的相变材料泄漏的绝缘密封胶。
本实施例中，所述泡沫金属304是采用聚氨脂泡沫上镀金属的办法做成的，电池连接极302是用纯度为99.99%的镍加工而成，相变材料303采用石蜡，其熔点的选择要电池理想的工作温度保持一致，电池外壳306用铝合金加工而成，电池上档板307及电池下档板308采用ABS工程塑料材料制成。
上述电池外壳306的外表面设有增大电池模块与外部环境的换热面积、降低电池模块的温度的三角形肋片。电池外壳306的外表面加上三角形肋片增大了电池模块与外部环境的换热面积，强化了传热效果，对降低电池模块的温度具有很重要的作用。
本发明在安装时，如图4中的单体电池301通过高导热电绝缘胶305与注入相变材料303的泡沫金属304连接，与图5中的电池上档板307及电池下档板308配合，并用绝缘的密封胶密封，用点焊的方式将电池连接极302中的正负极连接极片焊在单体电池301上，连接好后将单体电池301放入电池外壳306中，后将电池外壳盖盖上，电池的外壳盖与电池外壳306之间用焊接的方式连接。
本发明的工作原理如下：单体电池301工作时放出的热量先经泡沫金属304经导热的方式传到电池的四周再被相变材料303吸收，相变材料303中吸收的热量再传到电池外壳306上，电池外壳306与周围环境中的空气的对流换热，将整个模块的温度降低。上述装置在没有增大电池模块体积的情况下能使模块的温度保持在电池理想工作温度范围内，又能使模块中单体电池间的温差保持在几度以内，所以带有泡沫金属相变材料冷却的电池装置对于防止电动汽车中电池的热失控是一个很好的解决方案。

Claims (1)

1.一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统，其特征在于包括有单体电池（301）、电池连接极（302）、相变材料（303）、泡沫金属（304）、高导热绝缘胶（305）、电池外壳（306）、电池上档板（307）、电池下档板（308）；单体电池（301）与电池外壳（306）之间填充有以泡沫金属（304）为骨架材料和以相变材料（303）为基体复合而成的复合相变材料，相变材料（303）灌注到泡沫金属（304）中，单体电池（301）与灌注后的泡沫金属（304）用高导热绝缘胶（305）连接，电池上档板（307）及电池下档板（308）分别装设在单体电池（301）的上端及下端，电池连接极（302）与单体电池（301）连接；
上述相变材料（303）所需的熔点在35～55℃范围内；
上述电池上档板（307）及电池下档板（308）与单体电池（301）所设的安装孔之间采用过盈配合；
上述单体电池（301）与电池上档板（307）及电池下档板（308）之间设有防止熔融后的相变材料泄漏的绝缘密封胶；
上述电池外壳（306）的外表面设有增大电池模块与外部环境的换热面积、降低电池模块的温度的三角形肋片，上述电池连接极（302）与单体电池（301）之间用点焊连接，上述电池上档板（307）及电池下档板（308）分别装设在单体电池（301）上端及下端所设的安装孔中；
所述泡沫金属（304）是采用聚氨脂泡沫上镀金属的办法做成的，电池连接极（302）是用纯度为99.99%的镍加工而成，相变材料（303）采用石蜡，电池外壳（306）用铝合金加工而成，电池上档板（307）及电池下档板（308）采用ABS工程塑料材料制成， 在安装时，单体电池（301）通过高导热电绝缘胶（305）与注入相变材料（303）的泡沫金属（304）连接，与电池上档板及电池下档板配合，并用绝缘的密封胶密封，将电池连接极中的正负极连接极片焊在单体电池上，连接好后将单体电池（301）放入电池外壳（306）中，后将电池外壳盖盖上。
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