CN109802196A - 一种水合盐相变材料的电池快速加热装置 - Google Patents

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张正国
方晓明
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Abstract

本发明公开了一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括：腔体、设置在所述腔体内的若干电池、填充设置在所述腔体内并直接包裹电池的相变材料，所述相变材料为无机水合盐；所述腔体的开口处通过顶盖和橡胶密封条密封，所述腔体的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池的潜热释放装置。本发明电池启动过程中，通过机械撞击、搅拌、加入成核中心等方式，破坏相变材料的过冷状态以触发其凝固过程，促使相变材料内存储的热量瞬间释放，从而快速加热电池，电池升温速率高于5℃/min。

Description

一种水合盐相变材料的电池快速加热装置
技术领域
本发明属于动力电池热管理领域，特别涉及一种低温环境下水合盐相变材料的电池快速加热装置。
背景技术
随着电动汽车的发展，凭借着高能量密度、高功率密度及长循环寿命等优势，以锂离子电池为代表的动力电池被广泛应用于电动车中。
然而，锂离子电池性能及安全性受温度影响显著，高温和低温都不利于锂离子电池正常工作。尤其在低温环境下，当环境温度低于10℃时，锂离子电池不仅有效容量减少20%以上。而且低温下锂电池电极容易出现锂镀现象，容易引发短路等安全风险。因此，加热电池使其温度保持在20~45℃范围内，能有效提高电池的性能及安全性。
现有的电池加热系统多采用通电加热形式，例如专利CN204011607U和CN105186065A等分别公开了一种电阻带加热的电池组加热方法；CN204289647U公开了一种通电后利用电池内阻加热电池的方法。尽管电加热速率高，但电加热系统复杂，而且加热过程必须消耗电量，必然造成电池电量的浪费。因此亟需提出一种结构简单消耗能量较少的电池快速加热方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出水合盐相变材料的电池快速加热装置。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括：
腔体、设置在所述腔体内的若干电池、填充设置在所述腔体内并直接包裹电池的相变材料，所述相变材料为无机水合盐；所述腔体的开口处通过顶盖和橡胶密封条密封，所述腔体的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池的潜热释放装置。
进一步地，所述的潜热释放装置采用机械振动装置、机械搅拌装置或成核中心加入装置。
进一步地，所述的机械搅拌装置采用磁力搅拌器，用于搅拌所述相变材料。
进一步地，所述的机械振动装置采用敲击棒敲击打腔体底部。
进一步地，所述的成核中心加入装置采用成核剂加入装置，用于向相变材料内加入成核剂。
进一步地，所述的成核中心加入装置采用鼓泡装置，用于向相变材料内鼓入气泡。
进一步地，所述无机水合盐采用：
Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O或C2H3NaO2.3H2O，
或者采用：
C2H3NaO2.3H2O与CH4N2O、CH3NO或C2H6O2的共晶盐。
进一步地，所述的相变材料的相变温度为20~60℃，过冷度大于20℃，在环境温度-10~10℃以稳定过冷液形式存在。
进一步地，所述相变材料对电池1的加热速率大于5 ℃/min。
进一步地，还包括用于对相变材料进行加热的辅助电加热装置。
相比现有技术，本发明的优势在于：
1.存储电池工作产生的热量加热电池，不消耗额外能量。
2.相变材料以过冷的形式稳定存在，低温下相变潜热能够长期保存不释放。
3.利用机械振动和加入成核中心等方式破坏过冷，激发相变材料凝固瞬间放热量大，电池加热速率快。
4.本发明的电池加热装置结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的水合盐相变材料的电池快速加热装置结构示意图。
图中：1-电池、2-腔体、3-顶盖、4-橡胶密封条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此。
如图1所示，本发明实施例的一种使用水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括电池1、腔体2、顶盖3、橡胶密封条4。
实施例1
如图1所示，一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括：腔体2、设置在所述腔体2内的若干电池1、填充设置在所述腔体2内并直接包裹电池的相变材料和用于对相变材料进行加热的辅助电加热装置。所述相变材料为CaCl2·6H2O；所述腔体2的开口处通过顶盖3和橡胶密封条4密封，所述腔体2的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池1的潜热释放装置。
所述的潜热释放装置采用磁力搅拌器，所述的磁力搅拌器用于搅拌所述相变材料。
本实施例以熔点为30℃的CaCl2·6H2O为相变材料，加热至40℃完全熔化后注入腔体2，腔体2内已固定好了经表面绝缘的电池1，腔体2由顶盖3与橡胶密封条4密封。电池组整体放置于5℃低温环境，2小时后相变材料温度降至-5℃，10小时后CaCl2·6H2O处于过冷状态，仍为液体。
本实施例采用机械振动破坏过冷，电池启动工作时，启动腔体底部的磁力搅拌器，相变材料的凝固过程被激发，迅速从底部中心向整个腔体扩散，放出大量的热。电池温度快速上升，电池温度5分钟后从-5℃上升至25℃。
实施例2
一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括：腔体2、设置在所述腔体2内的若干电池1、填充设置在所述腔体2内并直接包裹电池的相变材料，所述相变材料为Na2SO4·10H2O；所述腔体2的开口处通过顶盖3和橡胶密封条4密封，所述腔体2的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池1的潜热释放装置。
所述的潜热释放装置采用机械振动装置，所述的机械振动装置采用敲击棒敲击打腔体底部引起振动。
本实施例以熔点为32.4℃的Na2SO4·10H2O为相变材料，加热至45℃熔化后注入腔体。电池除电极外的部分经绝缘处理后浸入相变材料，放入10℃环境，2.5小时后相变材料温度降至10℃，10小时后Na2SO4·10H2O处于过冷状态，仍为液体。
本实施例采用机械振动的方式破坏过冷。电池启动工作时，通过玻璃棒等凝固过程触发装置快速敲击腔体底部引起振动，相变材料的凝固过程被激发，迅速从四周向整个腔体扩散，放出大量的热，电池温度快速上升，电池温度从10℃上升至25℃只需要2分30秒。
实施例3
一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括：腔体2、设置在所述腔体2内的若干电池1、填充设置在所述腔体2内并直接包裹电池的相变材料，所述相变材料为C2H3NaO2·3H2O；所述腔体2的开口处通过顶盖3和橡胶密封条4密封，所述腔体2的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池1的潜热释放装置。
所述的潜热释放装置采用成核中心加入装置，所述的成核中心加入装置采用成核剂加入装置，用于向相变材料内加入成核剂，如滑石粉、碳酸钙等。
本实施例以熔点为58℃的C2H3NaO2.3H2O为相变材料，加热至65℃熔化后注入腔体。电池除电极外的部分经绝缘处理后浸入相变材料，放入0℃环境，4小时后相变材料温度降至0℃，12小时后C2H3NaO2.3H2O处于过冷状态，仍为液体。
本实施例采用加入成核剂的方式破坏过冷。电池启动工作时，通过成核剂加入装置加入Na2HPO4·12H2O，相变材料的凝固过程被激发，放出大量的热，电池温度快速上升，电池温度从0℃上升至25℃只需要3分20秒。
实施例4
一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，包括：腔体2、设置在所述腔体2内的若干电池1、填充设置在所述腔体2内并直接包裹电池的相变材料，所述相变材料为C2H3NaO2.3H2O-CH4N2O共晶盐；所述腔体2的开口处通过顶盖3和橡胶密封条4密封，所述腔体2的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池1的潜热释放装置。
所述的潜热释放装置采用成核中心加入装置，所述的成核中心加入装置采用鼓泡装置，用于向相变材料内鼓入气泡。
本实施例以熔点为38℃的C2H3NaO2.3H2O-CH4N2O共晶盐为相变材料，加热至50℃熔化后注入腔体。电池除电极外的部分经绝缘处理后浸入相变材料，放入5℃环境，3小时后相变材料温度降至5℃，10小时后C2H3NaO2.3H2O-CH4N2O共晶盐处于过冷状态，仍为液体。
本实施例采用向相变材料内鼓入气泡的方式破坏过冷。电池启动工作时，通过向相变材料内鼓入气泡，相变材料的凝固过程被激发，放出大量的热，电池温度快速上升，电池温度从5℃上升至25℃只需要3分15秒。
本发明利用相变材料存储电池工作时产生的热量，并在电池再次工作时释放用于加热电池，可以利用电池自身产生的热量高效加热电池。水合无机盐是一种廉价易得的相变材料，具有相变潜热大、热导率高的优点。利用水合无机盐吸收电池热量，不仅蓄热密度大，而且可利用水合盐过冷度大的特点，使水合盐在低温下以稳定过冷液的形式存在，从而将相变材料存储的热量以潜热的形式在低温下长期储存。电池再次工作时，通过机械振动、加入成核中心等方式促进结晶，可激发相变材料凝固过程，促使潜热释放，过冷被破坏瞬间相变材料能释放出大量的热，快速加热电池。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，包括：
腔体、设置在所述腔体内的若干电池、填充设置在所述腔体内并直接包裹电池的相变材料，所述相变材料为无机水合盐；所述腔体的开口处通过顶盖和橡胶密封条密封，所述腔体的底部设置有触发所述相变材料凝固过程释放潜热快速加热电池的潜热释放装置。
2.根据权利要求1所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述的潜热释放装置采用机械振动装置、机械搅拌装置或成核中心加入装置。
3.根据权利要求2所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述的机械搅拌装置采用磁力搅拌器，用于搅拌所述相变材料。
4.根据权利要求2所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述的机械振动装置采用敲击棒敲击打腔体底部。
5.根据权利要求2所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述的成核中心加入装置采用成核剂加入装置，用于向相变材料内加入成核剂。
6.根据权利要求2所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述的成核中心加入装置采用鼓泡装置，用于向相变材料内鼓入气泡。
7.根据权利要求1所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述无机水合盐采用：
Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O或C2H3NaO2.3H2O，
或者采用：
C2H3NaO2.3H2O与CH4N2O、CH3NO或C2H6O2的共晶盐。
8.根据权利要求1所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述的相变材料的相变温度为20~60℃，过冷度大于20℃，在环境温度-10~10℃以稳定过冷液形式存在。
9.根据权利要求1所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，所述相变材料对电池1的加热速率大于5 ℃/min。
10.根据权利要求1所述的水合盐相变材料的电池快速加热装置，其特征在于，还包括用于对相变材料进行加热的辅助电加热装置。
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