CN113067053A - 一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法，系统包括动力电池、搅拌装置、第一换热模块和第二换热模块；动力电池通过第一管路与搅拌装置连通，搅拌装置通过第二管路与第一换热模块连通；第一换热模块的三个换热管均部分置于用于盛装换热液的储液槽中；三个换热管与第二换热模块的第一导流管和第二导流管连通；第一导流管和第二导流管均用于为动力电池降温；相变亚微米胶囊乳液能在第一管路、第二管路、第一换热模块和第二换热模块内流通，并共同构成循环回路。本发明各管路连通方式可以自由组合，为动力电池的热管理提供最优的解决方案，在保证动力电池处于合理工作环境温度的前提下，减小辅助泵耗，提高经济性。

Description

一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法

技术领域

本发明属于电池热管理系统领域，具体涉及一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法。

背景技术

目前，动力锂离子电池在纯电动汽车、混合电动汽车以及其他以电池为动力来源的领域应用越来越广泛。现有的很多动力电池主要是由许多小电池模块组成，每个电池模块又由众多电池单体串并联组成。由于动力电池的工作空间一般比较狭窄，电池持续放电或反复充电过程中热量不断产生和积聚将导致动力电池内部温度分布不均匀性加剧，动力电池的电容量退化，性能衰减甚至造成爆炸等事故。电池热管理是根据温度对电池性能的影响规律，通过合理的设计管控电池工作环境的温度，从而保持电池的性能并延长电池的使用寿命。因此，动力电池的热管理对于延长电池使用寿命、保持电池具备较高储电量以及节能环保具有重要意义。已知的电池热管理方法主要有空气冷却，液体冷却和相变材料冷却。空气冷却即利用空气的自然流动或者采取气泵等方式强制空气流动将电池产生的热量带走，防止电池过热对自身性能造成影响，避免事故发生。但是空气冷却受限于空气自身热容量较小和导热性能差的劣势，无法满足动力电池的散热要求。特别是电池处于持续放电工作、反复充放电的过程中，空气冷却性能差的劣势更加明显。

动力电池的液体冷却主要是指将水作为工质，液体水在管内循环流动过程中将电池产生的热量带走并散失掉。尽管液体散热相较于空气冷却具有更高的散热效率，但是液体冷却系统较复杂，成本较高，液体在循环过程中必须借助于循环泵，消耗额外的功率。特别的，现有的液体冷却系统中，管内工质反复高速流动容易发生工质泄露引起事故，安全性必须引起重视。另外，动力电池在持续放电和反复充放电过程中产生的热量较大，液体冷却性能难以满足此时的散热要求，若要通过强制增大冷却液流量和流速达到散热需求，必将导致功耗快速增加，影响热管理系统自身的使用寿命。

相变材料冷却即通过选取具有优良相变潜热的材料，在温度保持不变的前提下，通过材料相态的改变(如，固体石蜡吸热转变成液体石蜡)将动力电池产生的热量带走并散失掉。现有的无机相变材料虽然具有较高的相变潜热和热导率，但是过冷度较大且热稳定性较差，在反复使用过程中容易反生分解，导致性能迅速恶化。而有机相变材料则普遍存在导热系数小和流动性差的缺点，这不可避免的影响热管理的散热效率。

发明内容

本发明针对现有电池热管理系统或方法存在的不足，以石蜡为相变材料采用细乳液法合成粒径仅为几百纳米的相变亚微米胶囊乳液，并以此相变亚微米胶囊乳液为工质设计了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统，其包括由若干电池单体组成的动力电池、搅拌装置、第一换热模块和第二换热模块；

所述动力电池通过设有乳液循环泵的第一管路与搅拌装置连通，搅拌装置通过第二管路与第一换热模块连通；所述第一换热模块包括分别与第二管路连通的第一换热管、第二换热管和第三换热管；第一换热管、第二换热管和第三换热管的管尾部分别对应设有第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀；第一换热管、第二换热管和第三换热管均部分置于用于盛装换热液的储液槽中，且三者与换热液的接触面积依次增加；所述储液槽上分别开设通过第三管路连通的换热液出口和换热液进口，第三管路上设有冷却循环泵和用于冷却换热液的散热器；所述第一换热管、第二换热管和第三换热管的尾部均与导流总管的首端连通；

所述第二换热模块包括分别与导流总管末端连通的第一导流管和第二导流管；第一导流管和第二导流管均位于动力电池内部，两者的管尾部分别对应设有第一阀门和第二阀门；第一导流管和第二导流管的末端均与第一管路的首端连通；所述第一导流管与所有电池单体的换热面积大于第二导流管与所有电池单体的换热面积；

所述相变亚微米胶囊乳液能在第一管路、第二管路、第一换热模块和第二换热模块内流通，并共同构成循环回路。

作为优选，所述搅拌装置包括搅拌槽和搅拌器，所述搅拌槽内设有搅拌器，搅拌槽上分别开设进液口和出液口。

作为优选，所述换热液为水。

作为优选，所述散热器的外部还设有风扇；风扇的出风口朝向散热器，用于促进散热器内换热液的冷却。

进一步的，所述风扇的外部套设有保护罩。

作为优选，所述第一换热管、第二换热管和第三换热管与换热液接触的部分均为螺旋状弯管，且三者螺旋状弯管部分的螺距依次减小。

作为优选，所述第一导流管为弓形的弯管，并经过每个电池单体；第二导流管为环形管，位于动力电池的中部。

作为优选，各管路上还分别设有用于指示流体流动方向的流向指示标。

作为优选，所述第二管路上设有第一流量计，第三管路上设有第二温度监控器和第二流量计，导流总管上设有第一温度监控器。

另一方面，本发明提供了一种利用上述任一电池热管理系统的电池热管理方法，其具体如下：

动力电池在工作或反复充放电时，内部的若干电池单体产生大量热量导致自身温度升高；当动力电池的工作强度大于工作强度阈值或者放电时间大于放电时间阈值时，开启乳液循环泵和第一阀门，相变亚微米胶囊乳液沿着第一管路、第二管路、第一换热模块和第一导流管流通并构成循环回路；相变亚微米胶囊乳液通过第一导流管充分与所有电池单体接触换热，减少相邻电池单体之间的传热热阻，为动力电池内部降温；当动力电池的工作强度不超过工作强度阈值或者放电时间不超过放电时间阈值时，开启乳液循环泵和第二阀门，相变亚微米胶囊乳液沿着第一管路、第二管路、第一换热模块和第二导流管流通并构成循环回路；相变亚微米胶囊乳液通过第二导流管在为动力电池内部降温的同时，加快相变亚微米胶囊乳液在循环回路内的流动速度；

当动力电池的温度不超过第一温度阈值时，开启第一换热模块的第一控制阀，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第一换热管与储液槽内的换热液换热降温；当动力电池的温度高于第一温度阈值且不超过第二温度阈值时，开启第一换热模块的第二控制阀，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第二换热管与储液槽内的换热液换热降温；当动力电池的温度高于第二温度阈值时，开启第一换热模块的第三控制阀，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第三换热管与储液槽内的换热液换热降温；定期开启冷却循环泵，使储液槽内温度升高的换热液通过位于第三管路的散热器冷却降温，重新回流至储液槽内；

当相变亚微米胶囊乳液多次循环工作后，内部的相变亚微米胶囊会失稳并造成管道堵塞或性能降低，相变亚微米胶囊乳液内的胶囊颗粒发生团聚；通过开启搅拌装置对失稳的相变亚微米胶囊乳液进行搅拌，使其重新恢复均匀有效的状态。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本发明以相变亚微米胶囊乳液为工质，设置有第一换热模块和第二换热模块。第二换热模块中的乳液工质循环管路在电池单体内部设置有两种不同的布管方式(即第一导流管和第二导流管)，可以根据电池单体的产热量大小选择循环管路，既可以避免散热不充分又可以提高热管理效率；工质的循环管路在水冷辅助散热系统的水冷槽中也设置有三种不同的布管方式，并分别由各自的阀门控制开闭。根据乳液工质由动力电池带来的热量大小及散热效率决定第一换热模块中的循环管路(即第一换热管、第二换热管和第三换热管)，当所需的散热量较大时选择换热面积较大的循环管路，当所需的散热量较小时选择换热面积较少的循环管路，以此来提高乳液工质的有效散热率并减小循环泵的功耗。为了加快乳液工质从动力电池内携带的热量的散失效率，设置有用于辅助换热液散热的第三管路。第三管路由循环泵提供循环动力，并在循环回路上设置有散热器，通过对应风扇的启停来控制散热效率，从而达到最优的动力电池热管理效果。

附图说明

图1为电池热管理系统的整体结构示意图；

图2为图1中第一换热模块的局部示意图；

图3为图1中第三管路的局部示意图；

图4为第二换热模块的一种俯视结构示意图；

图5为图4中第一导流管的局部示意图；

图6为图4中第二导流管的局部示意图；

图7为第二换热模块的另一种俯视结构示意图；

1电池单体，2动力电池，4乳液循环泵，5搅拌槽，6搅拌器，7流向指示标，8第一流量计，9-1第一换热管，9-2第二换热管，9-3第三换热管，10-1第一控制阀，10-2第二控制阀，10-3第三控制阀，11第一温度监控器，12导流总管，12-1第一导流管，12-2第二导流管，13储液槽，14冷却循环泵，15第二温度监控器，16散热器，18第二流量计，19风扇，20保护罩，23-1第一阀门，23-2第二阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本发明以石蜡为相变材料，采用细乳液法合成粒径仅为几百纳米的相变亚微米胶囊乳液(简称相变微胶囊乳液)，并以此相变微胶囊乳液为工质设计了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统。

本发明采用的相变微胶囊乳液按照参考文献[1]和[2]所公开的方法制得，现对该制备方法进行简要说明，具体如下：

将5克相变石蜡材料加热融化后，加入单体苯乙烯、交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯、共单体甲基丙烯酸的混合物，其中单体苯乙烯20克，交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯0.15克，共单体甲基丙烯酸15克，在电磁搅拌作用下分散均匀。然后加入预热过的乳化剂水溶液，乳化剂为非离子型乳化剂Co—890，其质量分数为5％，乳化剂溶液总质量为80克。继续搅拌10分钟后，采用超声波粉碎仪，超声粉碎15分钟制得细乳液。将细乳液移入一个装有机械搅拌、冷凝管、氮气进口装置及加料口的四颈烧瓶里，水浴加热保持在68℃左右。通氮气除氧30分钟后，加入引发剂过硫酸钾水溶液，引发聚合。聚合完成后，缓慢冷却至室温后出料。

本发明的电池热管理系统包括第一换热模块和第二换热模块，其中，第一换热模块中设置有三个管路(即第一换热管、第二换热管和第三换热管)，第二换热模块中的乳液工质循环管路在动力电池内部设置有两种不同的布管方式(即第一导流管和第二导流管)。通过管线布置方式的不同对电池热管理系统的热管理性能进行调节。首先，电池热管理系统采用细乳液法合成的纳米级相变微胶囊乳液为工质，工质中石蜡作为相变材料能够在保持温度不变的情况下将动力电池产生的热量带走，而相变胶囊乳液自身又兼具良好的流动性能，以纳米级相变微胶囊乳液为工质的系统能够有效实现电池热管理，即工质既具备良好的流动性能又具有较大的相变潜热值。其次，电池热管理系统自身设置有相变微胶囊乳液散热系统(即第一换热模块)，能够使循环管路内的相变微胶囊乳液及时散热，延长系统的使用寿命。当动力电池产生的热量较大时，通过第一换热模块内的换热液与相变亚微米胶囊乳液进行热交换，将相变亚米微胶囊携带的热量带走，必要时，换热液在泵的作用下循环流动并流经散热器，散热器有风扇辅助散热。当工质乳液在流动过程中能够仅通过与空气和换热液热交换实现热量散失要求时，第三管路无需工作，否则需要开启加强换热液的冷却效果，进而提高工质乳液的热量散失强度。再次，当动力电池以较大功率工作时产生的热量较大，此时采用第二换热模块中动力电池内部循环管路绕流较多的方式(即第一导流管)；当动力电池以较低功率运行时产生的热量较小，此时采用第二换热模块中动力电池内部绕流较少的方式(即第二导流管)。本发明的电池热管理系统能够灵活调整各管路的运行方式，根据散热量大小选择不同的循环路径，提高散热匹配度和散热效率，在满足散热需求的同时，降低能耗。

下面对本发明提供的一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统进行具体说明。如图1所示，该电池热管理系统包括由多个电池单体1组成的动力电池2、搅拌装置、第一换热模块和第二换热模块等几大部分。

动力电池2通过第一管路与搅拌装置连通，搅拌装置通过第二管路与第一换热模块连通。第一管路上设有乳液循环泵4，用于为乳液流动提供动力。第二管路上设有第一流量计8。搅拌装置可以采用市面上现有的设备，在本实施例中，搅拌装置可以采用如图1所示的简单搅拌结构，即该搅拌装置包括搅拌槽5和搅拌器6，搅拌槽5上分别开设进液口和出液口，进液口与第一管路末端连通，出液口与第二管路首端连通；在搅拌槽5内设有搅拌器6，搅拌器6可以采用搅拌桨的形式。

如图2所示，第一换热模块包括第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3，第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3的首端分别与第二管路的末端连通。第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3均部分置于储液槽13中，储液槽13在使用时盛装有换热液，三条换热管与换热液的接触面积依次增加。实际使用时，可以将第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3与换热液接触的部分均设置为螺旋状的弯管，通过调整弯管的螺距改变换热管与换热液的接触面积，即可以将第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3三者螺旋状弯管部分的螺距设置为依次减小，从而使得三者的螺旋数量依次增加，与换热液的接触面积依次增加。也就是说，第三换热管9-3的螺旋程度最大，第二换热管9-2的螺旋程度次之，第一换热管9-1的螺旋程度最小，即按照换热面积大小第三换热管9-3最大，第一换热管9-1最小，第二换热管9-2居中。换热液可以采用比热容较大的流体，比如水。

为了实现对第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3的选择性开闭，可以在第一换热管9-1的管尾部设置第一控制阀10-1，在第二换热管9-2的管尾部设置第二控制阀10-2，在第三换热管9-3的管尾部设置第三控制阀10-3。因此，在实际应用时，所需的换热量最大时第三控制阀10-3被开启，第三换热管9-3与其他系统管道构成工质的循环回路，第一换热管9-1和第二换热管9-2则保持不工作状态；所需的换热量最小时第一控制阀10-1被开启，第一换热管9-1与其他系统管道构成工质的循环回路，第二换热管9-2和第三换热管9-3保持不工作状态；当所需的换热量处于最大最小值之间时，第三控制阀10-3开启，第三换热管9-3与其他系统管道构成循环回路。

如图3所示，在储液槽13上开设有换热液出口和换热液进口，换热液出口和换热液进口通过第三管路相连通，第三管路上设有冷却循环泵14和用于冷却换热液的散热器16，从而实现换热液的散热冷却回路。第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3的末端均与导流总管12的首端连通。在本实施例中，为了强化散热器16的散热效果，可以在散热器16的外部设置一个风扇19，风扇19的外部套设有保护罩20，风扇19的出风口朝向散热器16，在必要时开启，来促进散热器16内换热液的冷却。第三管路上可以设置第二温度监控器15和第二流量计18，分别来检测第三管路中换热液的温度和流量大小。导流总管12上可以设置第一温度监控器，来检测乳液工质的换热情况，即是否通过第一换热模块的降温作用达到所要求的的工作温度。

第二换热模块包括第一导流管12-1和第二导流管12-2。第一导流管12-1和第二导流管12-2均位于动力电池2的内部，并与导流总管12的末端连通，第一导流管12-1与所有电池1的换热面积大于第二导流管12-2与所有电池单体1的换热面积。在本实施例中，可以将第一导流管12-1设置为弓形的弯管，并尽量经过每个电池单体1；可以将第二导流管12-2设置为环形管，并将其设置于动力电池2的中部。如图4～7所示，提供了两种不同个数电池单体1的第二换热模块布设示意图。

通过第一换热模块处理后的乳液工质择一进入第一导流管12-1或第二导流管12-2中，并对动力电池2进行散热处理。为了更好的控制第一导流管12-1和第二导流管12-2的开闭，在第一导流管12-1的管尾部设置第一阀门23-1，在第二导流管12-2的管尾部设置第二阀门23-2。第一导流管12-1和第二导流管12-2的末端均与第一管路的首端连通。相变亚微米胶囊乳液能在第一管路、第二管路、第一换热模块和第二换热模块内流通，并共同构成循环回路。为了更好的明确各管路中流体的流动方向，以便于后期维护使用，可以在各管路上分别设置流向指示标7，通过流向指示标7来指示所在管路的流体流动方向。

利用上述电池热管理系统来实现电池热管理的方法具体如下：

动力电池2工作或反复充放电时，内部的多个电池单体1会产生大量的热量导致自身温度升高，此时使用电池热管理系统为动力电池2进行降温，相变亚微米胶囊乳液在循环回流中流动，通过换热作用使动力电池2恢复正常的工作温度。乳液在反复工作后，内部包含的纳微米胶囊会产生聚集、沉降等失稳现象造成管道堵塞或乳液性能降低，直观的表现为乳液流动阻力增加，此时可以通过开启搅拌装置对失稳的相变亚微米胶囊乳液进行搅拌，使其重新恢复均匀有效的状态。该搅拌装置不用一直开启，只需要当乳液浑浊时启用，以使失稳的乳液恢复有效态。

乳液工质经第一管路和第二管路后进入第一换热模块，第一换热模块包括第一换热管9-1、第二换热管9-2和第三换热管9-3三种不同的流通路径，每种流通路径对应的换热效率和流通速度不同，可以根据实际需要择一选择一种换热管路。三种换热管内部是流动的乳液工质，外部是辅助换热的换热液，通过换热作用对乳液工质降温，将乳液工质的热量传递到换热液中。在本实施例中，当动力电池2的温度不超过第一温度阈值时，开启第一换热模块的第一控制阀10-1，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第一换热管9-1与储液槽13内的换热液换热降温。当动力电池2的温度高于第一温度阈值且不超过第二温度阈值时，开启第一换热模块的第二控制阀10-2，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第二换热管9-2与储液槽13内的换热液换热降温。当动力电池2的温度高于第二温度阈值时，开启第一换热模块的第三控制阀10-3，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第三换热管9-3与储液槽13内的换热液换热降温。其中，第一温度阈值和第二温度阈值可以根据实际工况以及动力电池2的性能进行设定。

为了保证乳液工质在第一换热模块中的有效换热降温，应保证换热液的温度低于乳液工质，因此，可以定期开启冷却循环泵14，使储液槽13内温度升高的换热液进入第三管路，通过散热器16表面空气的流动将热量尽快散失，使换热液冷却降温，随后重新回流至储液槽13内。第二流量计18能够监测换热液的流量大小，并根据监控的数据调节流量大小，以获得最优的辅助散热性能。

为强化散热效果，尽快将高温的换热液进行冷却，散热器16旁边设置有风扇19。当散热器16散热量较小，空气自然流动就能够满足散热要求时，风扇19保持不运行状态，当散热器16散热量较大，空气的自然对流难以满足散热要求时，风扇19保持运行状态。在风扇19的作用下，流经散热器16表面的空气被强制加快流动，散热器16的换热效果显著提升。风扇19外侧还设置有保护罩20，保护罩20将风扇19包住，保护风扇19免受碰撞损害。

换热液作为第一换热模块的工质，辅助系统对动力电池2内的电池单体1进行散热。按照设定的动力电池2的安全工作温度，当流出动力电池2的胶囊乳液温度低于设定温度(至少比设定温度小5℃)且换热液温度在第二温度监控器15的安全范围内、换热液流量小于流量计18的额定流量时，换热液的流量在合理范围内。反之，换热液温度高于第二温度监控器15的监控温度或者流量高于第二流量计18的额定流量时，换热液流量异常。

当动力电池2的工作强度大于工作强度阈值或者放电时间大于放电时间阈值时，开启乳液循环泵4和第一阀门23-1，相变亚微米胶囊乳液沿着第一管路、第二管路、第一换热模块和第一导流管12-1流通并构成循环回路。相变亚微米胶囊乳液通过第一导流管12-1充分与所有电池1接触换热，减少相邻电池1之间的传热热阻，为动力电池2内部降温。当动力电池2的工作强度不超过工作强度阈值或者放电时间不超过放电时间阈值时，开启乳液循环泵4和第二阀门23-2，相变亚微米胶囊乳液沿着第一管路、第二管路、第一换热模块和第二导流管12-2流通并构成循环回路。相变亚微米胶囊乳液通过第二导流管12-2在为动力电池2内部降温的同时，加快相变亚微米胶囊乳液在循环回路内的流动速度。

也就是说，当动力电池2内的电池单体1持续以较高强度工作时，产生的热量较大，选择动力电池2内第一导流管12-1的换热方案。第一导流管12-1将动力电池2内的每个电池单体1绕过，使第一导流管12-1中的乳液工质能够最大程度的流经每个电池单体1表面附近，从而充分与各个电池单体1接触，将动力电池2内部的热量通过胶囊乳液流动带出。另外，第一导流管12-1能够与动力电池2内的每个电池单体1充分接触，尽可能地减少与电池单体1之间的传热热阻，提高动力电池内部散热效率。当动力电池2内部的电池单体1放电时间较短或工作强度较低时，动力电池2内部产生的热量较小，选择动力电池2内第二导流管12-2的换热方案。第二导流管12-2内的乳液工质能够流经大部分电池单体1的表面，将电池单体1产生的热量带出动力电池2，保持动力电池2内部的温度处于较低水平，不至影响动力电池2的性能。采用第二导流管12-2的换热方案能够将电池单体1放电或反复充放电后产生的热量尽快带出动力电池2，保持动力电池2内部温度不至升温过快或过大，但第二导流管12-2不能与每个电池单体1充分接触，热管理效果较第一导流管12-1稍差。第一导流管12-1和第二导流管12-2分别通过第一阀门23-1和第二阀门23-2控制开闭，当选择使用第一导流管12-1时，第一阀门23-1打开；反之，当选择使用第二导流管12-2时，第二阀门23-2打开。

流出第二换热模块的乳液工质重新进入第一管路，再一次循环工作。

本发明的系统在使用过程中，可以通过第一流量计8实时监测工质流量，通过第一温度监控器11实时监测工质的温度情况。当系统温度小于设定温度值且系统内工质流量小于流量计的额定流量时，为正常工作状态；当系统温度超过设定温度或系统工质流量过大过小时为异常工作状态。

以上热管理方案可以自由组合，为动力电池2的热管理提供最优的解决方案。在保证动力电池2处于合理工作环境温度的前提下，减小辅助泵耗，提高经济性。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

本发明涉及的参考文献如下：

[1].Luo,Y.and H.Gu,Nanoencapsulation via interfacially confinedreversible addition fragmentation transfer(RAFT)miniemulsionpolymerization.Polymer,2007.48(11):p.3262-3272.

[2].周向东与罗英武,聚合物/相转变材料纳米胶囊的制备,2004,浙江大学.

Claims (10)

1.一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统，其特征在于，包括由若干电池单体(1)组成的动力电池(2)、搅拌装置、第一换热模块和第二换热模块；

所述动力电池(2)通过设有乳液循环泵(4)的第一管路与搅拌装置连通，搅拌装置通过第二管路与第一换热模块连通；所述第一换热模块包括分别与第二管路连通的第一换热管(9-1)、第二换热管(9-2)和第三换热管(9-3)；第一换热管(9-1)、第二换热管(9-2)和第三换热管(9-3)的管尾部分别对应设有第一控制阀(10-1)、第二控制阀(10-2)和第三控制阀(10-3)；第一换热管(9-1)、第二换热管(9-2)和第三换热管(9-3)均部分置于用于盛装换热液的储液槽(13)中，且三者与换热液的接触面积依次增加；所述储液槽(13)上分别开设通过第三管路连通的换热液出口和换热液进口，第三管路上设有冷却循环泵(14)和用于冷却换热液的散热器(16)；所述第一换热管(9-1)、第二换热管(9-2)和第三换热管(9-3)的尾部均与导流总管(12)的首端连通；

所述第二换热模块包括分别与导流总管(12)末端连通的第一导流管(12-1)和第二导流管(12-2)；第一导流管(12-1)和第二导流管(12-2)均位于动力电池(2)内部，两者的管尾部分别对应设有第一阀门(23-1)和第二阀门(23-2)；第一导流管(12-1)和第二导流管(12-2)的末端均与第一管路的首端连通；所述第一导流管(12-1)与所有电池单体(1)的换热面积大于第二导流管(12-2)与所有电池单体(1)的换热面积；

所述相变亚微米胶囊乳液能在第一管路、第二管路、第一换热模块和第二换热模块内流通，并共同构成循环回路。

2.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌槽(5)和搅拌器(6)，所述搅拌槽(5)内设有搅拌器(6)，搅拌槽(5)上分别开设进液口和出液口。

3.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述换热液为水。

4.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述散热器(16)的外部还设有风扇(19)；风扇(19)的出风口朝向散热器(16)，用于促进散热器(16)内换热液的冷却。

5.根据权利要求4所述的电池热管理系统，其特征在于，所述风扇(19)的外部套设有保护罩(20)。

6.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述第一换热管(9-1)、第二换热管(9-2)和第三换热管(9-3)与换热液接触的部分均为螺旋状弯管，且三者螺旋状弯管部分的螺距依次减小。

7.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述第一导流管(12-1)为弓形的弯管，并经过每个电池单体(1)；第二导流管(12-2)为环形管，位于动力电池(2)的中部。

8.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，各管路上还分别设有用于指示流体流动方向的流向指示标(7)。

9.根据权利要求1所述的电池热管理系统，其特征在于，所述第二管路上设有第一流量计(8)，第三管路上设有第二温度监控器(15)和第二流量计(18)，导流总管(12)上设有第一温度监控器。

10.一种利用权利要求1～9任一所述电池热管理系统的电池热管理方法，其特征在于，具体如下：

动力电池(2)在工作或反复充放电时，内部的若干电池单体(1)产生大量热量导致自身温度升高；当动力电池(2)的工作强度大于工作强度阈值或者放电时间大于放电时间阈值时，开启乳液循环泵(4)和第一阀门(23-1)，相变亚微米胶囊乳液沿着第一管路、第二管路、第一换热模块和第一导流管(12-1)流通并构成循环回路；相变亚微米胶囊乳液通过第一导流管(12-1)充分与所有电池单体(1)接触换热，减少相邻电池单体(1)之间的传热热阻，为动力电池(2)内部降温；当动力电池(2)的工作强度不超过工作强度阈值或者放电时间不超过放电时间阈值时，开启乳液循环泵(4)和第二阀门(23-2)，相变亚微米胶囊乳液沿着第一管路、第二管路、第一换热模块和第二导流管(12-2)流通并构成循环回路；相变亚微米胶囊乳液通过第二导流管(12-2)在为动力电池(2)内部降温的同时，加快相变亚微米胶囊乳液在循环回路内的流动速度；

当动力电池(2)的温度不超过第一温度阈值时，开启第一换热模块的第一控制阀(10-1)，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第一换热管(9-1)与储液槽(13)内的换热液换热降温；当动力电池(2)的温度高于第一温度阈值且不超过第二温度阈值时，开启第一换热模块的第二控制阀(10-2)，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第二换热管(9-2)与储液槽(13)内的换热液换热降温；当动力电池(2)的温度高于第二温度阈值时，开启第一换热模块的第三控制阀(10-3)，使升温的相变亚微米胶囊乳液经由第三换热管(9-3)与储液槽(13)内的换热液换热降温；定期开启冷却循环泵(14)，使储液槽(13)内温度升高的换热液通过位于第三管路的散热器(16)冷却降温，重新回流至储液槽(13)内；

当相变亚微米胶囊乳液在多次循环工作时，内部的相变亚微米胶囊会失稳并造成管道堵塞或性能降低；通过开启搅拌装置对失稳的相变亚微米胶囊乳液进行搅拌，使其重新恢复均匀有效的状态。

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