CN113036263A - 一种基于液体相变材料的电池包热管理装置及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液体相变材料的电池包热管理装置及电动汽车，包括：箱体、箱盖、电池、多孔介质薄板、液体相变材料和液冷板；在所述的箱体底部盛装有液体相变材料，箱体内部设有一排电池，每个电池两侧均竖直安装有至少一个多孔介质薄板，相邻的多孔介质薄板之间有间隙，在电池和多孔介质薄板上方设有液冷板，在液冷板上方设有箱盖，所述的箱盖和箱体顶部配合。

Description

一种基于液体相变材料的电池包热管理装置及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池包热管理技术领域，具体涉及一种利用毛细力的基于相变材料的电池包热管理装置及电动汽车。
背景技术
能源与环境是国际社会最为关注的话题，随着能源短缺和环境污染问题的日益严峻，节能减排已成为十分重要的社会课题。在交通工具方面，相比于传统内燃机汽车，纯电动汽车以电能作为动力，具有清洁、高效、低污染等优点，更加符合节能减排的理念，因此受到了广大的关注。作为纯电动汽车的唯一动力源，动力电池的性能优劣直接影响到整车性能。而动力电池的性能、寿命和安全性对于温度十分敏感，温度过高、过低、分布不均都会对电池产生影响，尤其是当温度过高时，甚至还会热失控进而引起燃烧、爆炸等安全性问题。由于对电动汽车的高续航里程、高动力等要求，需要电池大量集成以及大功率放电，则势必造成电池包产热量增加、温度升高。因此需要对电池进行热管理，使电池工作在合适的温度区间并保证电池单体、模块间的温度分布均匀。由此，电池热管理技术已经成为制约电动汽车发展的关键技术。
目前，工程上常用的电池热管理方式主要为风冷式与液冷式。风冷方式，或利用车速形成的自然风、或采用风扇等设备对电池进行强制风冷；但由于换热系数小，对于大功率放电等产热量较大的情况下风冷方式难以满足其散热需求，而且温度的均匀性较差，同时该方式受环境温度的影响也很大。液冷方式，利用冷却液循环对电池进行散热降温，通常是在电池包中穿插各种液冷管路或者在电池间添加液冷版；但该方式电池产生的热量不能直接传递给冷却液，传热效率不高，而且冷却液管路下游温度较高，电池包温度均匀性仍然不好，同时还存在漏液的隐患。
相变材料在相变过程中可以保持温度不变或变化范围很小，但能吸收或释放大量潜热。利用相变材料对电池进行冷却可以保持电池温度的相对稳定和均匀，将相变材料应用在电池热管理中，是近年来的研究热点。对于单纯被动的基于相变材料的电池热管理系统，为了延长相变材料对电池进行冷却的有效时间，需要增加相变材料的用量，但过大的质量和体积不利于整车的小型化、轻量化。基于固-液相变材料的复合热管理系统，往往通过热管、翅片等与其他主动冷却方式耦合，由于热管、翅片多由金属制成，则同样不利于整车的轻量化设计。
发明内容
本发明旨在克服上述热管理方式的不足，提供了一种利用毛细力的基于相变材料的电池包热管理装置及包括该装置的电动汽车。该装置能够满足电池包在电池大功率放电时的散热需求，使电池工作在最佳温度范围内，并保证温度的均匀性。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种利用毛细力的基于液体相变材料的电池包热管理装置，主要包括：箱体、箱盖、电池、多孔介质薄板、液体相变材料和液冷板；
在所述的箱体底部灌有适量液体相变材料，内部设有多组电池，每组电池两侧均竖直安装有多孔介质薄板，相邻的多孔介质薄板之间有间隙，在电池和多孔介质薄板上方设有液冷板，在液冷板上方设有箱盖，所述的箱盖和箱体顶部配合。
更优选地，所述的箱体上侧面设有两个通孔，液冷板的进液口和出液口通过所述的两个通孔与进液管和出液管相连。
更优选地，所述箱体内侧面的四周设有凸台，所述的液冷板放置在所述的凸台上。
更优选地，为了减轻电池箱重量，箱体内壁的凸台为非连续的。
更优选地，所述的相变材料为绝缘的液体相变材料，且相变温度位于电池最佳工作温度范围内。
更优选地，为了减轻电池箱重量，箱体内液体相变材料的量在没过箱底内侧凹槽并足以使多孔介质薄板利用毛细抽吸力吸满相变材料的基础上，只需再灌注1～2cm高度的量。
更优选地，多孔介质薄板具有高导热性。
更优选地，相变材料补给孔通过电磁阀外连一个相变材料补给箱，电磁阀根据箱体上液位计的信号控制补给孔的开闭。
更优选地，在所述箱体的底部设有一排第一凹槽，在每个第一凹槽的两侧各设有一个第二凹槽，所述的第一凹槽用于插装电池，所述第二凹槽用于插装多孔介质薄板。
更优选地，所述的第二凹槽的深度比第一凹槽深。
更优选地，在所述的箱体上设有变相材料加注口。
更优选地，所述的液冷板略小于箱体的底面积。
第二方面，本发明还提供了一种电动汽车，所述的电动汽车包括前面所述的基于相变材料的电池包热管理装置。
本发明利用多孔介质细小孔隙的毛细效应作用力的约束，使电池表面在没有向电池箱灌注大量液体相变材料的情况下也能与相变材料接触换热，电池产生的热量以汽化潜热的形式储存在逐渐上升的气态相变材料中，气态相变材料与液冷板直接接触换热冷凝为液态，滴落到电池箱中，重新被多孔介质的毛细力吸到电池表面附近吸热。
本发明的有益效果：
本发明中通过液冷换热器将基于相变材料的被动冷却结合了液冷的主动冷却，使系统受环境温度影响程度小；电池与绝缘的液体相变材料接触换热，可以减少电池短路的隐患；多孔介质孔隙的毛细力的约束可以使液体相变材料宏观上保持固体形态，贴在电池两侧吸收热量，既能保证有效散热和温度的均匀性，同时相比大量灌注相变材料又减轻了电池箱重量，有利于整车的轻量化设计；液体相变材料在多孔介质毛细力的作用下紧贴电池表面吸热气化，气态相变材料在电池箱顶部冷凝后的相变材料在重力的作用下自然滴落，回到电池箱底，这种无动力的引流结构不需要汽车额外耗功，实现了液体相变材料在电池箱中的无动力循环。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为一种利用毛细力的基于相变材料的电池包热管理装置外观示意图；
图2为图1中电池包去掉电池箱盖后的示意图；
图3为图1中电池包去掉电池箱盖和液冷板的俯视图；
图4为图3中电池包的侧视图；
图5为图4中电池包的剖视图；
图6为一实施例中的箱体示意图；
图7为一实施例中电池和多孔介质薄板的一个重复单元示意图。
其中：1-箱体，11-凹槽，12-通孔，13-相变材料补给孔，14-凸台，2-箱盖，3-电池，4-多孔介质薄板，5-液体相变材料，6-液冷板，61-进液口，62-出液口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供更优选地说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种利用毛细力的基于相变材料的电池包热管理装置。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明提供了一种利用毛细力的基于相变材料的电池包热管理装置，该装置包括：箱体1、箱盖2、电池3、多孔介质薄板4、液体相变材料5、液冷板6；
箱体1顶部与箱盖2配合组成电池包的安装空间，在箱体1内部竖直的插装有电池3和多孔介质薄板4，在电池3和多孔介质薄板4的上方安装有一个液冷板6，液冷板6与进液管和出液管相连，在所述的箱体内装有适量液体变相材料5，所述的液体变相材料5为现有的绝缘液体变相材料，且相变温度位于电池最佳工作温度范围内。
如图6所示，所述的箱体1为一个矩形箱体，于其配合的箱盖2也为一个矩形，其箱体底部内侧面设有较浅的凹槽11，每个较浅的凹槽11两侧分别紧贴一个相对更短的较深凹槽，相邻两个较深凹槽中间有一个空隙，其中较浅的凹槽11用于安装电池，较深凹槽用于安装多孔介质薄板4。需要说明的是，所述的凹槽11设置一排，每个凹槽11内插装有与一个电池，形成一排电池，每个电池的两侧均设有至少一个多孔介质薄板4，相邻的多孔介质薄板4之间要预留一定的间隙。
更优选地，在箱体1的一个侧面顶部设有两个半圆通孔，这两个半圆通孔与箱盖2上的半圆通孔相配合形成两个完整的圆形通孔；其中液冷板6的进液口61、出液口62通过这两个通孔与冷却液循环管路的进液管、出液管相连。
更优选地，箱体1侧壁的内侧面四周设有非连续凸台，用于放置液冷板6；为了减轻电池箱重量，所以箱体内壁的凸台为非连续的。
更优选地，箱体1的一侧面还有相变材料补给孔13。此处需要说明的是，相变材料补给孔13与前面所述的两个通孔可以位于同一侧面上，也可以位于不同的侧面，本实施例中相变材料补给孔13与上述的两个位于同一侧面上。更优选地，相变材料补给孔通过电磁阀外连一个相变材料补给箱，电磁阀根据箱体上液位计的信号控制补给孔的开闭。
更优选地，为了减轻电池箱重量，箱体内液体相变材料的量在没过箱底内侧凹槽并足以使多孔介质薄板利用毛细抽吸力吸满相变材料的基础上，只需再灌注1～2cm高度的量。
如图2所示，液冷板6的进液口61、出液口62位于同一侧，板面积略小于箱体内底面积，液冷板6放置在箱体内四周的凸台上。如图3、图5、图7所示，多孔介质薄板4紧贴电池表面，且相邻两多孔介质薄板4之间留有一定空隙。
更进一步的，所述的多孔介质薄板具有高导热性。
当该电池包热管理装置工作时，箱底的液态相变材料受到多孔介质薄板毛细管效应作用力的约束附在电池表面，宏观上保持固体形态，与电池接触换热；吸热后的相变材料气化，气态的相变材料通过多孔介质孔隙以及多孔介质薄板之间的空隙上升，直到液冷板表面气态相变材料与液冷板接触换热；放热后的相变材料冷凝，液态的相变材料在重力的作用下自然滴落回到箱底；回到箱底的液态相变材料开始新一轮的电池冷却循环。
本发明中通过液冷换热器将基于相变材料的被动冷却结合了液冷的主动冷却，使系统受环境温度影响程度小；电池与绝缘的液体相变材料接触换热，可以减少电池短路的隐患；多孔介质孔隙的毛细力的约束可以使液体相变材料宏观上保持固体形态，贴在电池两侧吸收热量，既能保证有效散热和温度的均匀性，同时相比大量灌注相变材料又减轻了电池箱重量，有利于整车的轻量化设计；液体相变材料在多孔介质毛细力的作用下紧贴电池表面吸热气化，气态相变材料在电池箱顶部冷凝后的相变材料在重力的作用下自然滴落，回到电池箱底，这种无动力的引流结构不需要汽车额外耗功，实现了液体相变材料在电池箱中的无动力循环。
需要说明的是：上述具体实施方式仅用于说明本发明的技术方案，本发明并不局限于上述具体实施方式。
最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，包括：箱体、箱盖、电池、多孔介质薄板、液体相变材料和液冷板；
在所述的箱体底部盛装有液体相变材料，箱体内部设有一排电池，每个电池两侧均竖直安装有至少一个多孔介质薄板，相邻的多孔介质薄板之间有间隙，在电池和多孔介质薄板上方设有液冷板，在液冷板上方设有箱盖，所述的箱盖和箱体顶部配合。
2.如权利要求1所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，所述的箱体上侧面设有两个通孔，液冷板的进液口和出液口通过所述的两个通孔与进液管和出液管相连。
3.如权利要求1所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，所述箱体内侧面的四周设有凸台，所述的液冷板放置在所述的凸台上。
4.如权利要求3所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，箱体内壁的凸台为非连续的。
5.如权利要求1所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，所述的相变材料为绝缘的液体相变材料，且相变温度位于电池最佳工作温度范围内。
6.如权利要求1所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，箱体内液体相变材料的量在没过箱底内侧凹槽并足以使多孔介质薄板利用毛细抽吸力吸满相变材料的基础上，只需再灌注1～2cm高度的量。
7.如权利要求1所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，在所述的箱体上设有相变材料补给孔。
8.如权利要求7所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，相变材料补给孔通过电磁阀外连一个相变材料补给箱，电磁阀根据箱体上液位计的信号控制补给孔的开闭。
9.如权利要求1所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置，其特征在于，在所述箱体的底部设有一排第一凹槽，在每个第一凹槽的两侧各设有一个第二凹槽，所述的第一凹槽用于插装电池，所述第二凹槽用于插装多孔介质薄板。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的基于液体相变材料的电池包热管理装置。
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