CN111864305B - 一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱 - Google Patents
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Abstract
本发明属于动力电池的技术领域，提供了一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱。利用相变胶囊来填充电池与电池以及电池与箱体之间的间隙，以此来节省氟化液的用量，进而降低两相浸没式液冷的成本。相比于未填充相变胶囊的两相浸没式液冷，具有以下优点：填充的相变胶囊占据了绝大部分间隙空间，使得氟化液的用量降到了最低，极大的降低了冷却的成本；极端条件下胶囊可以起到缓冲撞击的作用，降低了撞击过程中所带来的安全隐患；胶囊内的相变材料可以缓存电池在工作过程中产生的热量，进而降低系统的冷却能耗。
Description
技术领域
本发明属于动力电池的技术领域，具体属于一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，作为新能源汽车心脏的动力电池更是得到了众多企业的关注。动力电池的热安全性能将会直接影响电动汽车的整体性能，因此设计一种高效的电池热管理技术是提升电动汽车整体性能的必要条件。目前电池热管理领域提出了一种两相浸没式液冷的冷却方式，例如谭思聪等人在“基于氟化液的密封浸没式电池包及其冷却系统”专利中(专利号：201822187949.3)提出将整个电池模组置于密闭的箱体内，结构简单，能量密度高。
两相浸没式液冷方式虽然实现了传热过程的最简化以及冷却功耗最小化，但是由于所采用的氟化液价格极其昂贵，因此这种冷却方式并没有在市场上得到推广。鉴于上述两相浸没式液冷高昂的成本，本发明提出了一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，可以极大的降低氟化液的用量，在实现两相浸没式液冷的同时，也大大的降低了成本，为两相浸没式液冷在市场上的广泛推广奠定了基础。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供了一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱。利用相变胶囊来填充电池与电池以及电池与箱体之间的间隙，以此来节省氟化液的用量，进而降低两相浸没式液冷的成本。
本发明的技术方案：
一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，包括箱体1、电池2、箱体上盖板3、冷却盘管4、翅片5、氟化液6以及相变胶囊7；
其中箱体上盖板3盖装在箱体1上，电池2位于箱体1底部；冷却盘管4设置于箱体上盖板3内部，且与外部冷却系统相连；翅片5安装于箱体上盖板3的下表面用于强化换热；电池2部分或全部浸没于氟化液6中；相变胶囊7填充于电池2与电池2以及电池2与箱体1之间的间隙，以此来节省氟化液的用量；当电池2开始工作时，温度逐渐升高，电池2所产生的热量被填充的氟化液6以及相变胶囊7带走，在散热的初始阶段，氟化液6以及相变胶囊7内的相变材料利用显热来吸收电池2所产生的热量，随着电池2释放热量的不断增加，当电池2表面温度升高到氟化液6沸点以及相变胶囊7内相变材料的熔点时，氟化液6开始沸腾，与此同时，相变胶囊7内的相变材料开始融化；沸腾产生的氟化液6蒸汽在翅片5表面凝结，凝结的热量随即被位于箱体上盖板3内部冷却盘管4内的冷却工质带走。
所述的电池2为圆柱形电池、方形电池以及刀片电池，其全部或部分浸没于氟化液6中。
所述的相变胶囊7的壳体是由具有可逆形变的高弹性聚合物材料制成，所述的相变胶囊7的壳体是密闭的，相变材料位于密闭的壳体内，与外界氟化液6并无接触。
所述的相变胶囊7中的相变材料熔点以及所用氟化液6的沸点在20℃～50℃之间。
所述的相变胶囊7的平均密度大于或等于所用氟化液6的密度；所述相变胶囊7的填充高度低于或等于氟化液液位的高度。
所述相变胶囊7的形状为球状或椭球状且尺寸小于或等于电池2与电池2以及电池2与箱体1之间的间隙。
本发明的有益效果：
1)填充的相变胶囊占据了绝大部分间隙空间，使得氟化液的用量降到了最低，极大的降低了冷却的成本；
2)极端条件下(例如碰撞等)胶囊可以起到缓冲撞击的作用，降低了撞击过程中所带来的安全隐患；
3)胶囊内的相变材料可以缓存电池在工作过程中产生的热量，进而降低系统的冷却能耗。
附图说明
图1为一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱示意图。
图中：1箱体；2电池；3箱体上盖板；4冷却盘管；5翅片；6氟化液；7相变胶囊。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权力要求的限制。
本发明发公开了一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，包括：箱体1、电池2、箱体上盖板3、冷却盘管4、翅片5、氟化液6以及相变胶囊7；其中电池2位于箱体1底部；冷却盘管4设置于箱体上盖板3内部，且与外部冷却系统相连；翅片5安装于箱体上盖板3的下表面用于强化换热；电池2部分或全部浸没于氟化液6中；相变胶囊7填充于电池与电池以及电池与箱体之间的间隙，以此来节省氟化液的用量；当电池开始工作时，温度逐渐升高，电池所产生的热量被填充的氟化液以及相变胶囊带走，在散热的初始阶段，氟化液以及胶囊内的相变材料利用显热来吸收电池所产生的热量，随着电池释放热量的不断增加，当电池表面温度升高到氟化液沸点以及胶囊内相变材料的熔点时，氟化液开始沸腾，与此同时，胶囊内的相变材料开始融化。沸腾产生的氟化液蒸汽在翅片5表面凝结，凝结的热量随即被位于箱体上盖板3内部冷却盘管4内的冷却工质带走。
如图1所示为一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱示意图，在本示例中以1组6个的电池模组为例，对两相浸没式电池液冷箱进行说明。所述的电池2可以为圆柱形电池、方形电池以及刀片电池，在本示例中采用的是方形电池。箱体1与箱体上盖板3之间是通过压紧垫片的方式实现密封的，其中箱体上盖板3设有充液管(附图未示出)，用于对箱体1与箱体上盖板3构成的密闭空间抽真空以及灌注氟化液。
所述的氟化液8为绝缘阻燃液体且在1大气压下沸点为20℃～50℃的氟化液，在本示例中使用的是3M公式生产的HFE-7000氟化液，其沸点为34℃，具有良好的介电特性以及优良的阻燃性。电池应全部或部分浸没在氟化液中，在本示例中，电池全部浸没在氟化液中。
如图1所示，翅片5与箱体上盖板3为一体结构，用于增加冷源与氟化液蒸汽的接触面积，提高氟化液的冷凝速率。冷却盘管4位于箱体上盖板3内部，在本示例中利用锡膏来降低冷却盘管4与箱体上盖板3之间的接触热阻。
所述的胶囊壳体是由具有可逆形变的高弹性聚合物材料制成的，在本示例中胶囊壳体采用的材料为具有耐高低温特性以及无与伦比绝缘性能的硅橡胶。相变胶囊7中的相变材料熔点以及所用氟化液的沸点在20℃～50℃之间，在本示例中选用的相变材料为十八烷，其熔点为28.2℃.
在本示例中所选用的氟化液密度为1400kg/m3,因此相变胶囊7的平均密度应大于或等于1400kg/m3。由于胶囊壳体是密闭的，相变材料位于密闭的胶囊壳体内，因此相变材料与胶囊壳体外的氟化液并无接触，但是可以通过相变材料的融化和凝固与胶囊壳体外的氟化液进行热交换。
所述相变胶囊7的填充高度应低于或等于氟化液液位的高度，如图1所示，在本示例中述相变胶囊7的填充高度略低于氟化液液位的高度。与此同时，相变胶囊7的形状为球状或椭球状且尺寸应小于或等于电池与电池以及电池与箱体之间的间隙。在本示例所采用的相变胶囊为球状且该球状胶囊的直径为毫米量级。
当电池开始工作时，温度逐渐升高，电池所产生的热量被填充的氟化液以及相变胶囊带走，在散热的初始阶段，氟化液以及胶囊内的相变材料利用显热来吸收电池所产生的热量，随着电池释放热量的不断增加，当电池表面温度升高到氟化液沸点以及胶囊内相变材料的熔点时，氟化液开始沸腾，与此同时，胶囊内的相变材料开始融化。沸腾产生的氟化液蒸汽在翅片5表面凝结，完成氟化液的气液两相循环，凝结所放出的热量随即被冷却盘管4内的冷却工质带走。融化的相变材料将继续保持融化的状态，直到电池停止工作。停止工作的电池产热也随即停止，电池箱内的温度逐渐下降，当电池箱体内的温度逐渐降低至相变材料凝固点以下时，相变材料开始慢慢凝固至初始状态。
综上所述，本发明公开了一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，利用相变胶囊来填充电池与电池以及电池与箱体之间的间隙，以此来节省氟化液的用量，使得氟化液的用量降到了最低，极大的降低了冷却的成本。与此同时，胶囊内的相变材料可以缓存电池在工作过程中产生的热量，进而降低系统的冷却能耗。
以上所述的具体示例，对本公开的技术方案以及有益效果进行了详尽的阐述，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体示例而已，并不限制本发明。图中各元件的尺寸和形状不反应真实大小和比例，而仅表示本示例的内容。凡是在本公开的原则和精神上，所做的任何修改、改进以及等同替换等，均在本公开的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，其特征在于，该填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱包括箱体(1)、电池(2)、箱体上盖板(3)、冷却盘管(4)、翅片(5)、氟化液(6)以及相变胶囊(7)；
其中箱体上盖板(3)盖装在箱体(1)上，电池(2)位于箱体(1)底部；冷却盘管(4)设置于箱体上盖板(3)内部，且与外部冷却系统相连；翅片(5)安装于箱体上盖板(3)的下表面用于强化换热；电池(2)部分或全部浸没于氟化液(6)中；相变胶囊(7)填充于电池(2)与电池(2)以及电池(2)与箱体(1)之间的间隙，以此来节省氟化液的用量；当电池(2)开始工作时，温度逐渐升高，电池(2)所产生的热量被填充的氟化液(6)以及相变胶囊(7)带走，在散热的初始阶段，氟化液(6)以及相变胶囊(7)内的相变材料利用显热来吸收电池(2)所产生的热量，随着电池(2)释放热量的不断增加，当电池(2)表面温度升高到氟化液(6)沸点以及相变胶囊(7)内相变材料的熔点时，氟化液(6)开始沸腾，与此同时，相变胶囊(7)内的相变材料开始融化；沸腾产生的氟化液(6)蒸汽在翅片(5)表面凝结，凝结的热量随即被位于箱体上盖板(3)内部冷却盘管(4)内的冷却工质带走。
2.根据权利要求1所述的填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，其特征在于，所述的电池(2)为圆柱形电池、方形电池以及刀片电池，其全部或部分浸没于氟化液(6)中。
3.根据权利要求1或2所述的填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，其特征在于，所述的相变胶囊(7)的壳体是由具有可逆形变的高弹性聚合物材料制成，所述的相变胶囊(7)的壳体是密闭的，相变材料位于密闭的壳体内，与外界氟化液(6)并无接触。
4.根据权利要求3所述的填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，其特征在于，所述的相变胶囊(7)中的相变材料熔点以及所用氟化液(6)的沸点在20℃～50℃之间。
5.根据权利要求1、2或4所述的填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，其特征在于，所述的相变胶囊(7)的平均密度大于或等于所用氟化液(6)的密度；所述相变胶囊(7)的填充高度低于或等于氟化液(6)液位的高度。
6.根据权利要求5所述的填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，其特征在于，所述相变胶囊(7)的形状为球状或椭球状且尺寸小于或等于电池(2)与电池(2)以及电池(2)与箱体(1)之间的间隙。
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2020
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