CN113488717A - 一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法及装置，该方法包括以下步骤：1)绝缘冷却剂通过雾发生器生成雾汽液滴；2)控制风机将雾汽液滴与空气混合吹至锂离子动力电池表面，在此过程中，雾汽液滴蒸发吸热，同冷却空气一起对锂离子动力电池进行降温；3)在雾汽液滴蒸发冷凝后，经离子动力电池的电池包壳体内壁回流至电池包壳体底部；4)控制小型蠕动泵将冷凝回流的绝缘冷却剂通过油泵管道抽送至雾发生器，进行循环冷却。与现有技术相比，本发明可在保证车用软包锂离子动力电池包能量密度的前提下，实现较好的热管理效果，具有散热效率高、系统体积小、易于维护、成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池技术与检测领域，尤其是涉及一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法及装置。
背景技术
在传统化石燃料大量消耗的情况下，清洁车用能源成为全世界车用动力的发展趋势，锂离子动力电池凭借其清洁性、自放电率低等特点成为车用能源的良好选择，而软包锂离子动力电池凭借其铝塑膜包装的特点成为能量密度最高的电池封装形式。
但随着车用动力电池逐渐走向大容量化、大尺寸化，软包锂离子动力电池的热管理系统设计成为棘手的系统级问题。现有的风冷散热系统仍然无法克服散热效率低的问题；而相变材料因导热系数、潜热未取得重大突破，应用于车用动力电池系统势必会导致电池包重量、体积大大增加；软包电池夹液冷板的“三明治”结构虽然能实现较好的散热效果，但包级热管理系统的整体重量、成本、维护都难以满足新能源汽车工程应用的需求，也丧失掉了软包电池本身的能量密度优势，因此，在保证软包锂离子动力电池包能量密度的前提下，设计高效、轻便的热管理系统极为重要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法及装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法，包括以下步骤：
1)绝缘冷却剂通过雾发生器生成雾汽液滴；
2)控制风机将雾汽液滴与空气混合吹至锂离子动力电池表面，在此过程中，雾汽液滴蒸发吸热，同冷却空气一起对锂离子动力电池进行降温；
3)在雾汽液滴蒸发冷凝后，经离子动力电池的电池包壳体内壁回流至电池包壳体底部；
4)控制小型蠕动泵将冷凝回流的绝缘冷却剂通过油泵管道抽送至雾发生器，进行循环冷却。
所述的绝缘冷却剂为绝缘油。
所述的绝缘油具体为石油中提炼的矿物油，包括变压器油和电容器油。
所述的绝缘冷却剂的性质满足以下要求：
电气性能：击穿强度较高、介质损耗角正切值较小、绝缘电阻率较高，相对介电常数较小；
物理和化学性能：汽化温度高，闪点高，难燃或不燃；凝固点低、黏度一温度特性适合；热导率大，比热容大，耐氧化，同接触的固体材料间相容性好，毒性低、易生物降解。
一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却装置，该装置包括电池包壳体、安装在电池包壳体顶盖中心处的雾发生器和风机、设置在电池包壳体底部的油冷凝回流板、安装在油冷凝回流板底部汇油口处的蠕动泵以及分别连接蠕动泵和雾发生器入口用以实现绝缘冷却剂循环利用的油泵管道。
所述的电池包壳体内部等间距并排设有多个软包电池，该软包电池通过多个底部金属横条粘贴固定在油冷凝回流板上方。
所述的底部金属横条等间距布设，且布设方向与软包电池的排布方向垂直。
所述的油冷凝回流板上表面开设倒圆锥形的凹槽，用以对冷凝后的绝缘冷却剂导向汇流。
述的油泵管道设置在电池包壳体外部。
所述的风机安装在雾发生器下端，并与电池包壳体顶盖、雾发生器共同构成一个整体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明采用综合“风冷+相变吸热”的方式代替了现有的软包电池夹液冷板的“三明治”结构，在保证车用软包锂离子动力电池包能量密度的前提下，实现足够的换热面积供换热介质与电池表面进行热交换。
二、“风冷+相变吸热”方式的导热系数高、潜热较大，可应对高温、快充等棘手的热管理需求。
三、本发明能够避免现有水冷系统存在的泄露导电短路隐患。
四、本发明底部锥形斜槽结构设计有利于冷却油的冷凝回流，可实现其循环再利用。
五、本发明仅需附加油管及小型蠕动泵，在实现较高散热效率的前提下不会过多增加电池包体积、质量。
六、本发明底部金属横条结构设计有利于与软包锂离子动力电池组进行粘连，同时可在一定程度上提升电池包换热效果。
七、本发明相对于基于热管/油冷/水冷的软包锂离子动力电池包热管理系统结构简单、易于维护、成本较低。
附图说明
图1为采用本发明进行软包锂离子动力电池包雾化喷淋冷却控制的流程图。
图2为本发明实施例中车用软包锂离子动力电池雾化喷淋散热装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中车用软包锂离子动力电池包及蠕动泵管所构成装置整体三维结构事示意图。
图4为本发明实施例中车用软包锂离子动力电池包底部油冷凝回流板的锥形斜槽的结构示意图。
图5为本发明实施例中车用软包锂离子动力电池包中软包电池与底部金属横条粘连示意图。
图6为本发明实施例中车用软包锂离子动力电池包壳体底部锥形斜槽及金属横条的结构示意图。
图7为本发明实施例中车用软包锂离子动力电池组电池包壳体内顶端雾发生器及风机的安装示意图。
图中标记说明：
1、油泵管道，2、雾发生器，3、风机，4、软包电池，5、蠕动泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
为使本专业领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明提供一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法，包括以下步骤：
第一步：雾发生器产生雾汽液滴，其中，雾发生器采用绝缘油作为工作介质，本例中，绝缘油采用工程中常用的从石油中提炼出的矿物油，如变压器油、电容器油等；
第二步：风机将雾汽液滴与空气混合吹至电池表面；
第三步：雾汽蒸发吸热，同冷却空气一起对电池进行降温；
第四步：液滴蒸发后冷凝，经电池包内壁回流至电池包底部；
第五步：小型蠕动泵将冷凝回流的绝缘冷却剂抽至雾发生器。
本发明的冷却原理为：
经风机作用下，雾化的矿物油液滴与空气混合对电池包内各个软包电池进行混合冷却，风机产生的冷却气流同时能强化对流换热效果，提高散热效率，雾化液滴与高温软包电池表面接触后吸热产生相变蒸发，配合风机强化的强制对流冷却效果，雾化液滴经蒸发后在电池包内壁冷凝后回流至电池包底部的油冷凝回流板，冷凝回流至电池包底部的矿物油经蠕动泵抽至雾发生器的顶部，实现循环利用，再次用于电池高温工况下的冷却。
需作出解释的是，本发明所选用的矿物油具有良好的电气性能，即击穿强度较高，介质损耗角正切值较小(<0.005)，绝缘电阻率较高，相对介电常数较小；此外，矿物油具有优良的物理和化学性能。如汽化温度高，闪点高(>230℃)，难燃或不燃；凝固点低(-20℃)，具有较为合适的黏度及黏度一温度特性；热导率大，比热容大；热稳定性好，抗氧化安全性高(氧化后酸价0.01-0.1×10-3KOH)；在电场下吸气性小；同接触的固体材料间相容性好；毒性低、易生物降解。而随提炼技术的不断进步，矿物油来源广、价格低。性能更为优良的矿物油在电弧作用下生成的碳粒少、易分散、沉淀快，且油的流动产生的静电荷少。
如图2和3所示，本发明提供一种车用软包锂离子动力电池雾化冷却装置，该装置包括电池包壳体、安装在电池包壳体顶盖中心处的雾发生器2和风机3、设置在电池包壳体底部的油冷凝回流板、安装在油冷凝回流板底部汇油口处的蠕动泵5以及分别连接蠕动泵5和雾发生器2入口用以实现绝缘冷却剂循环利用的油泵管道1，油泵管道1设置在电池包壳体外部。
如图5所示，电池包壳体内部等间距并排设有多个软包电池，该软包电池通过多个底部金属横条粘贴固定在油冷凝回流板上方。
如图6所示，底部金属横条等间距布设，且布设方向与软包电池的排布方向垂直。
如图4所示，油冷凝回流板上表面开设倒圆锥形的凹槽，用以对冷凝后的绝缘冷却剂导向汇流。
如图7所示，风机(3)安装在雾发生器(2)下端，并与电池包壳体顶盖、雾发生器(2)共同构成一个整体。
以上所述仅为本发明的具体实施方法而已，并不能限制本发明，凡是在本发明的精神与原则之内，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)绝缘冷却剂通过雾发生器生成雾汽液滴；
2)控制风机将雾汽液滴与空气混合吹至锂离子动力电池表面，在此过程中，雾汽液滴蒸发吸热，同冷却空气一起对锂离子动力电池进行降温；
3)在雾汽液滴蒸发冷凝后，经离子动力电池的电池包壳体内壁回流至电池包壳体底部；
4)控制小型蠕动泵将冷凝回流的绝缘冷却剂通过油泵管道抽送至雾发生器，进行循环冷却。
2.根据权利要求1所述的一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法，其特征在于，所述的绝缘冷却剂为绝缘油。
3.根据权利要求2所述的一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法，其特征在于，所述的绝缘油具体为石油中提炼的矿物油，包括变压器油和电容器油。
4.根据权利要求1所述的一种车用软包锂离子动力电池的雾化冷却方法，其特征在于，所述的绝缘冷却剂的性质满足以下要求：
电气性能：击穿强度较高、介质损耗角正切值较小、绝缘电阻率较高，相对介电常数较小；
物理和化学性能：汽化温度高，闪点高，难燃或不燃；凝固点低、黏度一温度特性适合；热导率大，比热容大，耐氧化，同接触的固体材料间相容性好，毒性低、易生物降解。
5.一种用以实现如权利要求1所述雾化冷却方法的雾化冷却装置，其特征在于，该装置包括电池包壳体、安装在电池包壳体顶盖中心处的雾发生器(2)和风机(3)、设置在电池包壳体底部的油冷凝回流板、安装在油冷凝回流板底部汇油口处的蠕动泵(5)以及分别连接蠕动泵(5)和雾发生器(2)入口用以实现绝缘冷却剂循环利用的油泵管道(1)。
6.根据权利要求5所述的雾化冷却装置，其特征在于，所述的电池包壳体内部等间距并排设有多个软包电池，该软包电池通过多个底部金属横条粘贴固定在油冷凝回流板上方。
7.根据权利要求6所述的雾化冷却装置，其特征在于，所述的底部金属横条等间距布设，且布设方向与软包电池的排布方向垂直。
8.根据权利要求5所述的雾化冷却装置，其特征在于，所述的油冷凝回流板上表面开设倒圆锥形的凹槽，用以对冷凝后的绝缘冷却剂导向汇流。
9.根据权利要求5所述的雾化冷却装置，其特征在于，所述的油泵管道(1)设置在电池包壳体外部。
10.根据权利要求4所述的雾化冷却装置，其特征在于，所述的风机(3)安装在雾发生器(2)下端，并与电池包壳体顶盖、雾发生器(2)共同构成一个整体。
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