CN114256535A - 基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法 - Google Patents
基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114256535A CN114256535A CN202111655399.3A CN202111655399A CN114256535A CN 114256535 A CN114256535 A CN 114256535A CN 202111655399 A CN202111655399 A CN 202111655399A CN 114256535 A CN114256535 A CN 114256535A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- heat exchange
- temperature
- heat
- lithium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 title claims abstract description 91
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 42
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 28
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 28
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 31
- 239000003570 air Substances 0.000 description 98
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 58
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 14
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/615—Heating or keeping warm
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
- H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6561—Gases
- H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本发明属于电池热管理技术领域,旨在提供一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法。所述热管理系统包括电池箱,电池箱内设有锂离子电池组和温度检测单元;所述锂离子电池组至少包括两个电池单体,所述电池单体外周包覆有电池内壳和电池外壳,所述电池内壳与电池外壳之间填充有相变材料;相邻两个所述电池单体相对一侧的电池外壳上设有多个肋片,多个肋片的位置间隔设置,且相邻两个所述电池单体相对一侧的肋片交叉排列,在每个所述肋片与电池内壳之间均分别连接有导热片;还包括驱动装置,以用于驱动相邻两个所述电池单体相向移动以使其表面肋片相互嵌入以实现低温热保护,或相背移动使其表面肋片相互脱嵌以实现高温散热。
Description
技术领域
本发明涉及电池热管理技术领域,具体涉及一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法。
背景技术
作为新一代能量转化技术,锂离子电池被广泛研究并应用于新型电子设备、新能源汽车等重要工业领域。特别是近年来日益增长的能耗需求对目前使用的锂离子电池的性能、可靠性及寿命提出了更高的要求。但应该注意到锂离子电池对其工作温度及池体内的温度分布非常敏感。当工作温度过低时,锂离子电池放电过程中的电化学反应速率会明显降低,放电性能也随之大打折扣。当环境温度低于0℃时,锂离子电池充电极易造成正负极短路,稍有不慎甚至会引起爆炸。另一方面,如果锂离子电池在高温下(如50℃)反复充电,其循环寿命会迅速衰减,且其内部会聚集大量热量,造成池内温度分布严重不均。如果相关工作状态不能得到迅速改善,锂离子电池将遭遇热失控,甚至发生自燃等恶性安全事故。因此,必须针对不同室温的工作环境和使用不同倍率电流充、放电的工况,为锂离子电池提供一套行之有效的热管理系统及控制方法,保证其始终工作在合理的温度区间,且内部温差较小。
当前常规的锂离子电池热管理可划分为基于空气、液体和相变材料的三种方案。基于空气和液体冷媒的电池热管理系统使用相对广泛。其基本工作原理是驱动空气或液体流经锂离子电池间的预设通道(可封闭、可敞开),从而冷却过热的电池或给过冷的电池供热。对于基于空气的热管理系统,其结构简单,维护成本低。但总体换热效率不高,往往无法快速散走锂离子电池产生的大量热量并维持住其内部或电池之间的小温差。使用液体来替换空气能有效提升相关热管理系统的换热性能。但其系统设计相对复杂,维护成本高。同时如果使用的液体导电,还需防范其泄漏,避免造成电池短路。近年来,相变材料作为一种被动式的热管理方式逐步出现在各种使用锂离子电池的应用场合。不同于空气与液体,相变材料通常无需额外耗能来实施强制对流换热。其工作原理主要是依靠其自身的相变潜热。当电池温度达到或略高于其熔点时,相变材料发生融化,大量吸收电池产热,并将上述热量以潜热的形式储存起来。当电池温度下降且低于其熔点时,液态相变材料会逐渐固化,并释放潜热,从而延缓电池的温降速度。总的来说,基于相变材料的热管理方案,其设计通常简单,成本低。但由于电池组空间有限,其内部相变材料的实际用量和相关热量调节能力严格受限。更重要的是当锂离子电池工作环境温度高于相变材料的熔点时,相变材料将全部液化,从而丧失通过固液相变过程来实施高效散热的能力。还需注意的是现有相变材料液相导热率低,这使得其热管理系统往往还需配备其他冷却手段来进一步散热。而这些冷却手段通常无法有效的满足电池在低温工况时的保温需求。
因此,如何既充分利用相变材料高效的相变储热特性,同时又满足锂离子电池在高、低温下不同的热需求(即高温散热、低温保温)已成为当前电动汽车锂离子电池热管理研发中一个亟待攻克的技术难题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供的一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法,解决了现有基于相变材料的热管理系统不能满足锂离子电池在不同环境温度或工况下多重热需求的技术问题。
为了实现上述目的,本发明通过如下技术方案来实现:
本发明,首先是提供一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,包括电池箱,所述电池箱内设有锂离子电池组和温度检测单元,所述温度检测单元与控制器电连接;所述锂离子电池组至少包括两个电池单体,所述电池单体外周包覆有电池内壳和电池外壳,所述电池内壳与电池外壳之间填充有相变材料;相邻两个所述电池单体相对一侧的电池外壳上设有多个肋片,多个所述肋片的位置间隔设置,且相邻两个所述电池单体相对一侧的肋片交叉排列,每个所述肋片与电池内壳之间均分别连接有导热片;
还包括驱动装置,所述驱动装置与控制器电连接,以用于驱动相邻两个所述电池单体相向移动或相背移动,以使相邻两个所述电池单体的设置位置至少包括换热位和保温位;当相邻两个所述电池单体处于换热位时,相邻两个所述电池单体相对一侧交叉排列的肋片相互脱嵌,以形成第一换热通道;当相邻两个所述电池单体处于保温位时,相邻两个所述电池单体相对一侧交叉排列的肋片相互嵌入,以闭合所述第一换热通道。
可选地,所述电池箱内侧设有第一进风单元,所述第一进风单元与控制器电连接,所述第一进风单元的出风口设置于所述第一换热通道的一端,且所述出风口的出风方向与第一换热通道的延伸方向一致。
可选地,所述电池箱表面还设有第一排风单元,所述第一排风单元设置于第一换热通道背离第一进风单元的一端,所述第一进风单元和第一排风单元共同作用,以至少用于提高所述第一换热通道的换热效率。
可选地,所述锂离子电池组还包括并排设置的第一电池组和第二电池组,每个所述电池组内均至少设有两个所述电池单体;所述驱动装置还用于驱动第一电池组和第二电池组的相向移动或相背移动;所述第一电池组与第二电池组相背移动后即形成第二换热通道。
可选地,所述电池箱表面还设有第二进风单元和第二排风单元,所述第二进风单元与所述第二排风单元分别与控制器电连接,以至少用于完成第二换热通道和电池箱内空气与电池箱外环境间的热交换。
可选地,所述驱动装置包括底座,所述底座设置于电池箱底部内表面,所述底座与第一双向丝杆转动连接,所述第一双向丝杆一端贯穿电池箱后与一电机传动连接,所述电机与控制器电连接;所述第一双向丝杆两端分别与第一滑座和第二滑座螺纹连接,所述第一滑座和第二滑座结构相同且分别与底座滑动连接;所述第二滑座与第二双向丝杆转动连接,所述第二双向丝杆两端端部均设有齿轮,所述底座两侧边缘均固定设有齿条,所述齿轮与齿条啮合;所述第二双向丝杆两端分别与第一拖板和第二拖板螺纹连接,所述第一拖板和第二拖板分别与第二滑座滑动连接,所述电池单体分别放置在所述第一拖板的顶面和第二拖板的顶面。
可选地,所述第二滑座顶面还固定设有固定拖板,所述固定拖板位于第一拖板和第二拖板之间,所述固定拖板的顶面也放置有所述电池单体。
本发明,其次是提供一种如上述任一项所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的管理方法,包括:
所述温度检测单元至少检测一个电池单体表面的实时温度,并传输至控制器,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定:
当所述实时温度小于或等于第二预设温度时,所述控制器即检测电池单体的当前位置状态,如所述电池单体处于保温位,则控制电池单体保持当前位置状态,如所述电池单体处于换热位,则控制所述驱动装置驱动电池单体切换至保温位;或
当所述实时温度大于第二预设温度且小于第三预设温度时,所述控制器即控制电池单体保持当前位置状态;或
当所述实时温度大于或等于第三预设温度时,所述控制器即检测电池单体的当前位置状态,如所述电池单体处于换热位,则控制电池单体保持当前位置状态,如所述电池单体处于保温位,则控制所述驱动装置驱动电池单体切换至换热位;
其中,所述第二预设温度大于锂离子电池正常工作所允许的最低温度且小于第三预设温度,所述第三预设温度小于锂离子电池正常工作所允许的最高温度。
可选地,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定,还包括:
当所述实时温度大于或等于第四预设温度时,所述控制器还用于控制第一进风单元的启动,并向第一换热通道内通入冷媒;
其中,所述第四预设温度大于第三预设温度,但仍小于锂离子电池正常工作所允许的最高温度。
可选地,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定,还包括:
当所述实时温度小于或等于第一预设温度时,所述控制器即检测电池单体的当前位置状态,如所述电池单体处于换热位,则控制电池单体保持当前位置状态,如所述电池单体处于保温位,则控制所述驱动装置驱动电池单体切换至换热位;同时,所述控制器还用于控制第一进风单元的启动,并向第一换热通道内通入热媒;
其中,所述第一预设温度小于第二预设温度。
由上述技术方案可知,本发明的有益效果:
1)本发明可根据锂离子电池的工作环境温度及电池自身运行工况,对锂离子电池进行适宜的热管理:当锂离子电池在中温环境下工作时,相变材料吸收电池产生的热量,随着电池温度上升至相变材料熔点,相变材料将一边吸热一边发生固液相变,在这个过程中,相变材料所吸收的电池废热将转化为自身潜热储存起来;当锂离子电池在高温环境下(高于相变材料熔点)工作时,系统中的相变材料已经全部液化,由于液相相变材料导热率低,其无法对高温条件下工作的电池进行有效的冷却,此时,相邻电池单体彼此相背而行,使其电池外壳上的肋片脱嵌,形成换热通道,并可打开进、出通风单元,驱动空气流经换热通道,将电池散发的热量通过空气强制对流快速带走,提升对锂离子电池的散热效果;当锂离子电池在低温环境下工作时,此时所有进、出通风单元关闭,相邻电池单体相向而行,使其电池外壳上的肋片互嵌,肋片结构内填充的相变材料在低温环境下发生凝固,其储藏的潜热将释放而出,反向为相应电池单体提供热量保护,从而减缓锂离子电池在低温环境下工作或待机时的温降速度;当锂离子电池在低温环境下长时间放置需要重新工作时,进、出通风单元将提前打开并启动加热装置加热空气,相邻电池单体彼此相背而行,使其电池外壳上的肋片脱嵌,形成换热通道,加热后的空气流经换热通道,为电池组提供热量,协助其温度回升至合理水平,然后电池再开启工作;当锂离子电池大倍率充、放电时,相变材料因其导热率低而无法快速吸收电池产生的大量热量,致使电池温升过快,通过在相变材料内部添加导热率高的导热片,将电池表面热量快速传递至电池外壳,并依靠换热通道内的空气强制对流带走,从而完成对电池的快速散热;该设计能有效地保证锂离子电池在不同工作环境温度及大倍率充、放电工况下,获得较为理想的工作温度和池内温度梯度;
2)本发明充分利用了互嵌式肋片结构的灵活性,能在电池快速产热或高温环境下,将相邻电池单体迅速脱嵌形成换热冷却通道,以满足电池快速大量散热的冷却需求;同时也能在低温环境下,将相邻电池单体迅速互嵌结合,关闭换热通道,形成基于相变材料的保温层,对锂离子电池实施低温热保护;
3)本发明还使用了风冷系统,能在换热通道形成后,依靠空气强制对流快速将热量带离,更好的满足高温环境及大倍率充、放电工况下电池的散热需求;
4)本发明还使用了风暖系统,能在低温环境下对电池箱及箱内电池组进行暖风吹送,使其升温,从而为低温环境下启动或工作的电池提供有效的热保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的立体结构示意图;
图2为锂离子电池组的立体结构示意图;
图3为第一换热通道及第一进风单元的位置关系示意图;
图4为锂离子电池组的结构原理示意图;
图5为驱动装置的结构示意图;
图6为图5中A处的放大图;
图7为第二滑座的结构示意图;
附图标记:
1-电池箱、2-锂离子电池组、3-驱动装置;
11-第一进风单元、12-第二进风单元、13-第二排风单元、14-第一换热通道、15-第二换热通道、16-第三换热通道、21-第一电池组、22-第二电池组、23-电池单体、24-电池内壳、25-电池外壳、26-相变材料、31-底座、32-电机、33-第一滑座、34-第二滑座、35-第一拖板、36-第二拖板、37-固定拖板;
241-导热片、251-肋片、311-第一双向丝杆、312-齿条、341-第二双向丝杆、342-齿轮、343-第一通风孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参阅图1,本发明提供的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,包括电池箱1,所述电池箱1内设有锂离子电池组2和温度检测单元,所述温度检测单元与控制器电连接,以用于检测锂离子电池组2的实时温度。具体地,请参阅图3-4,所述锂离子电池组2至少包括两个电池单体23,所述电池单体23外周包覆有电池内壳24和电池外壳25,所述电池内壳24与电池外壳25之间填充有相变材料26;相邻两个所述电池单体23相对一侧的电池外壳25上设有多个肋片251,肋片251呈凸棱形状且与电池外壳25一体设置,多个所述肋片251的位置间隔设置,且相邻两个所述电池单体23相对一侧的肋片251交叉排列,每个所述肋片251与电池内壳24之间均分别连接有导热片241。导热片241的导热率高于相变材料26的导热率,其可选用金属翅片、金属泡沫、石墨烯等高导热率材质制成,可快速地将电池内壳24的热量传递至电池外壳25。
其中,所述锂离子电池热管理系统还包括驱动装置3,所述驱动装置3与控制器电连接,以用于驱动相邻两个所述电池单体23的相向移动或相背移动,以使相邻两个所述电池单体23的设置位置至少包括换热位和保温位;当相邻两个所述电池单体23处于换热位时,相邻两个所述电池单体23相对一侧交叉排列的肋片251相互脱嵌,从而在相邻肋片251之间形成第一换热通道14,电池单体23的热量即通过电池内壳24、导热片241及相变材料26传递至电池外壳25,其后依靠第一换热通道14内空气的强制对流被快速带走,从而达到对电池进行高温散热的目的;当相邻两个所述电池单体23处于保温位时,相邻两个所述电池单体23相对一侧交叉排列的肋片251相互嵌入,以闭合所述第一换热通道14,使相变材料26低温凝固释放的热量能反向流入电池,同时降低整个电池组对外的热量流失,以达到对电池组低温热保护的目的。
本发明灵活利用了互嵌式肋片的结构特点,能在电池快速产热或高温工作环境下,驱动相邻电池单体23相背而行,迅速使其肋片251脱嵌,形成换热通道并可配合风冷,从而满足电池高温快速散热的需求;对于工作在中温环境的电池,电池内壳24和电池外壳25间的相变材料26将利用其固液相变过程吸热,及时带走电池工作时的产热;对于低温环境下的电池,相邻电池单体23将相向而行,其肋片结构迅速互嵌,从而关闭换热通道,肋片结构内的相变材料将在低温下凝固放热,从而对电池组起到低温热保护的功能。
本发明可根据锂离子电池的工作环境温度及电池自身运行工况,对锂离子电池进行适宜的热管理:当锂离子电池在中温环境下工作时,相变材料吸收电池产生的热量,随着电池温度上升至相变材料熔点,相变材料将一边吸热一边发生固液相变,在这个过程中,相变材料所吸收的电池废热将转化为自身潜热储存起来;当锂离子电池在高温环境下(高于相变材料熔点)工作时,系统中的相变材料已经全部液化,由于液相相变材料导热率低,其无法对高温条件下工作的电池进行有效冷却,此时,相邻电池单体彼此相背而行,使其电池外壳上的肋片脱嵌,形成换热通道,并可打开进、出通风单元,驱动空气流经换热通道,将电池散发的热量通过空气强制对流快速带走,提升对锂离子电池的散热效果;当锂离子电池在低温环境下工作时,此时所有进、出通风单元关闭,相邻电池单体相向而行,使其电池外壳上的肋片互嵌,肋片结构内填充的相变材料在低温环境下发生凝固,其储藏的潜热将释放而出,反向为相应电池单体提供热保护,从而减缓锂离子电池在低温环境下工作或待机时的温降速度;当锂离子电池在低温环境下长时间放置需要重新工作时,进、出通风单元将提前打开并启动加热装置加热空气,相邻电池单体彼此相背而行,使其电池外壳上的肋片脱嵌,形成换热通道,加热后的热空气驱动流经换热通道,为电池组提供热量,使其温升至合理水平,然后电池再开启工作;当锂离子电池大倍率充、放电时,相变材料因其导热率低而无法快速吸收电池产生的大量热量,致使电池温升过快,通过在相变材料内部添加导热率高的导热片,将电池表面热量快速传递至电池外壳,并依靠换热通道内的空气强制对流带走,从而完成对电池的快速散热;该设计能有效地保证锂离子电池在不同工作环境温度及大倍率充、放电工况下,获得较为理想的工作温度和池内温度梯度。
作为对上述方案的进一步改进,请参阅图3,所述电池箱1内侧设有第一进风单元11,所述第一进风单元11与控制器电连接,所述第一进风单元11的出风口设置于所述第一换热通道14的一端,且所述出风口的出风方向与第一换热通道14的延伸方向一致。优选地,所述电池箱1表面还设有第一排风单元(图中未示),所述第一排风单元设置于第一换热通道14背离第一进风单元11的一端,所述第一进风单元11和第一排风单元共同作用,以至少用于提高所述第一换热通道14的换热效率。即第一进风单元11、第一排风单元和第一换热通道14可组成一套独立通风式换热系统。
作为对上述方案的进一步改进,请参阅图1-2,所述锂离子电池组2还包括并排设置的第一电池组21和第二电池组22,每个所述电池组内均至少设有两个所述电池单体23;所述驱动装置3还用于驱动第一电池组21和第二电池组22的相向移动或相背移动。所述第一电池组21与第二电池组22相背移动后即形成第二换热通道15,所述电池箱1与锂离子电池组2之间形成第三换热通道16,多个换热通道的设计能提高对电池组的散热能力。优选地,所述电池箱1表面还设有第二进风单元12和第二排风单元13,所述第二进风单元12与所述第二排风单元13分别与控制器电连接,以至少用于完成第二换热通道15和电池箱1内空气与电池箱1外环境的热交换。
实施例一
本实施例旨在提供第一进风单元11和第一排风单元的其中一种较优的具体实施结构,请参阅图3,所述第一进风单元11优选风管,风管与外部冷热源连通,风管上设有多个出风口,并与每个第一换热通道14一一对应;第一排风单元设置在电池箱1外壁上;冷热源可设置在远离电池箱1的地方,以避免电池箱1的温度影响冷热源工作;如将本电池箱设置在电动汽车上,风管可直接与车载空调系统连通。具体地,所述第一进风单元11可以根据需要向第一换热通道14吹入冷风或暖风;即采用风冷,在第一换热通道14形成后快速将热量带离,更好的满足高温环境及大倍率充、放电工况时电池的散热冷却需求;而采用风暖,能在相变材料26潜热消耗殆尽,其自身温度与周围环境温度相差无几时,根据实际需要进一步提高对电池的热保护能力,适用于电池在寒冷环境中工作;风暖的设计,还能对长时间放置于低温环境下的电池箱1及箱内的电池组供热,促使其在启动工作前其温度水平升至合理区间,从而更好为低温环境下的电池提供热保护。
实施例二
本实施例旨在提供第二进风单元12和第二排风单元13的其中一种较优的具体实施结构,本实施例可辅助实施例一获得更好地散热效果与保温效果,可作为实施例一的补充方案。请参阅图1,所述第二进风单元12优选散热风扇,散热风扇将电池箱1外冷空气送入第二换热通道15和/或第三换热通道16内,并可控制进风速率;所述第二排风单元13优选电动百叶窗,电动百叶窗将第二换热通道15和/或第三换热通道16内吸热后的热空气排出,电动百叶窗可调节开度和出风方向。优选地,散热风扇与电池箱1之间还设有电热丝,以借助散热风扇向电池箱1内鼓入热风。散热风扇、电动百叶窗和换热通道构成了风冷系统,能在相变材料26高温完全液化后,其吸热能力和/或吸热速率减弱时,根据实际需要进一步保证有效的电池散热冷却效果,适用于工作在炎热环境或大负荷工况条件下的电池。而散热风扇、电热丝、电动百叶窗和换热通道构成了风暖系统,能在相变材料26潜热消耗殆尽后,其自身温度与周围环境温度相差无几时,根据实际需要进一步提高对电池的热保护能力,适用于长时间放置在寒冷环境下的电池启动或工作的工况。
实施例三
本实施例旨在提供驱动装置3的其中一种较优的具体实施结构。请参阅图2和图5-7,所述驱动装置3包括底座31,所述底座31设置于电池箱1底部内表面,所述底座31与第一双向丝杆311转动连接,所述第一双向丝杆311一端贯穿电池箱1后与一电机32传动连接,所述电机32与控制器电连接,将电机32设置在电池箱1外侧可保证其自身散热,同时还可以缩小电池箱1轮廓尺寸。其中,所述第一双向丝杆311两端分别与第一滑座33和第二滑座34螺纹连接,所述第一滑座33和第二滑座34结构相同且分别与底座31滑动连接;所述第二滑座34与第二双向丝杆341转动连接,所述第二双向丝杆341两端端部均设有齿轮342,所述底座31两侧边缘均固定设有齿条312,所述齿轮342与齿条312啮合;所述第二双向丝杆341两端分别与第一拖板35和第二拖板36螺纹连接,所述第一拖板35和第二拖板36分别与第二滑座34滑动连接,所述电池单体23分别放置在所述第一拖板35的顶面和第二拖板36的顶面。本装置通过第一双向丝杆311旋转带动第一滑座33与第二滑座34相向滑移或相背滑移,进而实现第一电池组21与第二电池组22的相向移动或相背移动;而滑座滑移时,滑座两侧的齿轮342即在齿条312上啮合转动,进而带动滑座上螺纹连接的第二双向丝杆341旋转,第二双向丝杆341的旋转即带动第一拖板35与第二拖板36相向滑移或相背滑移,进而实现了同一电池组内相邻电池单体23的相向移动或相背移动。即本驱动装置3仅通过一个旋转电机即完成了锂离子电池组2内四个电池单体23间的相向移动或相背移动,实现了第一换热通道14及第二换热通道15同时的打开与闭合。
在本实施例中,作为优选地,请参阅图7,所述肋片251竖直设置,所述第二滑座34表面设有多个第一通风孔343,所述第一通风孔343的设置位置与第一换热通道14相应,以便于当第一换热通道14打开时,第一换热通道14与第一通风孔343连通以供空气流通。可选地,所述第一进风单元11可设置于电池箱1底部,其出风口与第一通风孔343连通,进而实现换热风在第一换热通道14内由下往上流动,此时,电池箱1顶部可设置与第一换热通道14位置相对应的第二通风孔(图中未示),以便于第一进风单元11将第一换热通道14内的空气经第二通风孔从电池箱1顶部直接排出。显然,第一进风单元11也可以设置于电池箱1顶部,其出风口与第一换热通道14连通,进而实现换热风在第一换热通道14内由上往下流动,第一通风孔343即作为第一换热通道14的延伸通道,以避免第二滑座34阻碍空气的流通;进一步地,所述电池箱1底部可设置与第一换热通道14位置相对应的第三通风孔(图中未示),且该第三通风孔贯穿底座31,以便于第一进风单元11将第一换热通道14内的空气经第一通风孔343及第三通风孔从电池箱1底部直接排出。特别地,上述电池箱1上贯穿开设的第二通风孔或第三通风孔处均需设置活动挡板,以在电池低温热保护时,封闭通孔,降低电池箱的对外热耗散。如此,第一进风单元11、第二通风孔或第三通风孔、第一换热通道14可组成一套独立通风式换热系统,第二进风单元12、第二排风单元13及第三换热通道16可组成另一套独立通风式换热系统,两套通风式换热系统可同时选用,也可择一选用,如同时选用,其启动顺序可根据实际需要设定。此外,如两套通风式换热系统同时启用,由于第一换热通道14、第二换热通道15和第三换热通道16均相互连通,则可共用一个排风单元。
实施例四
本实施例是在实施例三的基础上的进一步改进,实施例三仅实现了四个电池单体23间相向移动或相背移动,如电池箱1内要设置更多电池单体23,则可做如下改进:请参阅图5,所述第二滑座34顶面还固定设有固定拖板37,所述固定拖板37位于第一拖板35和第二拖板36之间,所述固定拖板37的顶面也放置有所述电池单体23。当第一滑座33和第二滑座34相互远离时,位于固定拖板37两侧的第一拖板35和第二拖板36也相互远离,即位于第一拖板35上的电池单体23也远离固定拖板37上的电池单体23,位于第二拖板36上的电池单体23也远离固定拖板37上的电池单体23,如此,一个滑座上即可放置三个电池单体23。
实施例五
本实施例是在实施例四的基础上的进一步改进,实施例四仅实现了六个电池单体间相向移动或相背移动,如电池箱内要设置更多电池单体,则可做如下改进:
所述第一拖板至少包括第一拖板a和第一拖板b,所述第一拖板b设置于第一拖板a和第二拖板之间,所述第一拖板a与第二双向丝杆螺纹连接处的螺距是第一拖板b与第二双向丝杆螺纹连接处螺距的1.5-3倍。优选地,所述第二双向丝杆包括依次连接的第一旋向段a、第一旋向段b、避空段、第二旋向段b和第二旋向段a,所述第一旋向段a的螺距是第一旋向段b螺距的2倍,即第二双向丝杆旋转一周后,与第一旋向段a螺纹连接的第一拖板a的滑移距离,是与第一旋向段b螺纹连接的第一拖板b滑移距离的2倍,进而实现了同一电池组内,相邻电池单体脱嵌后保持相同散热间距。显然,第二双向丝杆上可仅连接第一拖板a和第一拖板b,即仅使用同一螺旋旋向的单向丝杆也可实现相邻电池单体的靠近或远离,在此不做赘述。
本发明还提供了一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的管理方法,由于该管理方法采用了上述任一实施例中的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,所以该管理方法的有益效果请参考上述实施例。具体地,所述管理方法包括:
所述温度检测单元至少检测一个电池单体23表面的实时温度,并传输至控制器,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定:
当所述实时温度小于或等于第二预设温度时,所述控制器即检测电池单体23的当前位置状态,如所述电池单体23处于保温位,则控制电池单体23保持当前位置状态,如所述电池单体23处于换热位,则控制所述驱动装置3驱动电池单体23切换至保温位;
当所述实时温度大于第二预设温度且小于第三预设温度时,所述控制器即控制电池单体23保持当前位置状态;
当所述实时温度大于或等于第三预设温度时,所述控制器即检测电池单体23的当前位置状态,如所述电池单体23处于换热位,则控制电池单体23保持当前位置状态,如所述电池单体23处于保温位,则控制所述驱动装置3驱动电池单体23切换至换热位;
其中,所述第二预设温度大于锂离子电池正常工作所允许的最低温度且小于第三预设温度,所述第三预设温度小于锂离子电池正常工作所允许的最高温度。
特别地,每次切换电池单体的位置状态之前,均需检测电池单体的当前实际位置,一方面,当电池处于运行或待机状态时,避免因前序程序指令错误和/或前序操作错误,导致驱动装置执行本次动作时受阻,甚至导致电机过载烧毁;另一方面,当电池箱处于停机状态时,主动保温或散热措施因省电保护等原因而关闭,导致控制器对于前序操作指令的记录清零或缺失,因此,控制器需重新识别电池单体的当前实际位置,方可发出保温或散热指令。一个实施例,所述旋转电机选用步进电机,执行电池单体的位置检测时,步进电机按控制器下发的指令旋转0.9度或1.8度,控制器基于接收的步进电机反馈的电流变化即可确认电池单体的当前实际位置状态。另一个实施例,在所述第一换热通道内设置距离传感器,通过距离传感器检测第一滑座和/或第二滑座在第一换热通道内的相对位置,控制器基于距离传感器回传的电信号,可判断电池单体的当前实际位置状态。
一个实施例,本实施例旨在阐述上述管理方法的其中一种应用实例,由实验数据测知当前锂离子电池的正常工作温度范围为25-50℃,则第二预设温度取值为25℃,相变材料熔点为27℃,第三预设温度取值为30℃。具体分为以下几种情况:
当温度检测单元检测到电池温度小于或等于25℃时,则表明电池箱所处的环境温度较低且相变材料在释放潜热,为避免电池温度进一步下降,控制器即发出保温指令,即控制驱动装置驱动电池单体切换至保温位,以降低热耗散;
当温度检测单元检测到电池温度介于25-30℃之间时,则表明电池箱所处的环境温度适宜电池工作,电池温度处于动态平衡状态,无论是保温位还是换热位均不影响电池正常工作,控制器即无需发出温控指令,此时,电池工作产生的热量均被相变材料吸收, 当相变材料温升至其熔点时,其内部发生相变融化,进一步大量吸热且稳定住电池组的温度;
当温度检测单元检测到电池温度大于等于30℃时,则表明电池箱所处的环境温度较高和/或电池处于大倍率充、放电工况(即电池快速产热),相变材料已经完全融化为液体,其吸热能力或吸热速率变弱,为提高电池散热能力,控制器即发出散热指令,即控制驱动装置驱动电池单体切换至换热位,电池单体彼此分离,并各自充分暴露在周围空气中,从而提高电池向周围环境散热的能力。
作为对上述方案的进一步改进,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定,还包括:
当所述实时温度大于或等于第四预设温度时,所述控制器还用于控制第一进风单元11的启动,并向第一换热通道14内通入冷媒;其中,所述第四预设温度大于第三预设温度,但仍小于锂离子电池正常工作所允许的最高温度;
当所述实时温度小于或等于第一预设温度时,所述控制器即检测电池单体23的当前位置状态,如所述电池单体23处于换热位,则控制电池单体23保持当前位置状态,如所述电池单体23处于保温位,则控制所述驱动装置3驱动电池单体23切换至换热位;同时,所述控制器还用于控制第一进风单元11的启动,并向第一换热通道14内通入热媒;其中,所述第一预设温度小于第二预设温度。
一个具体应用实例,由实验数据测知当前锂离子电池的正常工作温度范围为25-50℃,则第一预设温度取值为5℃,第二预设温度取值为25℃,相变材料熔点为27℃,第三预设温度取值为30℃,第四预设温度取值为40℃。具体分为以下几种情况:
当温度检测单元检测到电池温度小于或等于25℃时,则表明电池箱所处的环境温度较低且相变材料在释放潜热,为避免电池温度进一步下降,控制器即发出保温指令,即控制驱动装置驱动电池单体切换至保温位,电池单体相互靠拢并贴合,以降低电池组对外的热耗散;
当温度检测单元检测到电池温度进一步下降并低于5℃时,则表明电池箱、电池组及相变材料所处的环境温度较低,相变材料潜热释放基本殆尽或已经完全释放,控制器即发出强制升温指令,即控制所述驱动装置3驱动电池单体23切换至换热位,电池单体彼此分离以打开第一换热通道,并控制第一进风单元的启动,并向相邻电池单体相互分离后形成的第一换热通道鼓入热风,热量将通过肋片结构反向向电池供热,进而对箱内电池组实施升温,从而更好的满足低温环境下电池的热保护需求及电池冷启动需求;
当温度检测单元检测到电池温度介于25-30℃之间时,则表明电池箱所处的环境温度适宜电池工作,电池温度处于动态平衡状态,无论是保温位还是换热位均不影响电池正常工作,控制器即无需发出温控指令,此时,电池工作产生的热量均被相变材料吸收, 当相变材料温升至其熔点时,其内部发生相变融化,进一步大量吸热且稳定住电池组的温度;
当温度检测单元检测到电池温度大于等于30℃时,则表明电池箱所处的环境温度较高和/或电池处于大倍率充、放电工况(即电池快速产热),相变材料已经完全融化为液体,其吸热能力或吸热速率变弱,为提高电池散热能力,控制器即发出散热指令,即控制驱动装置驱动电池单体切换至换热位,电池单体彼此分离,并各自充分暴露在周围空气中,从而提高电池向周围环境散热的能力。
当温度检测单元检测到电池温度进一步上升并大于40℃时,则表明前序散热措施冷却效果不佳,为避免电池温度进一步上升,控制器即发出散热补偿指令,即控制第一进风单元启动,并向相邻电池单体相互分离后形成的第一换热通道鼓入冷风,以快速带走肋片表面热量,更好的满足高温环境下电池的冷却需求。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,包括电池箱(1),所述电池箱(1)内设有锂离子电池组(2)和温度检测单元,所述温度检测单元与控制器电连接;其特征在于,所述锂离子电池组(2)至少包括两个电池单体(23),所述电池单体(23)外周包覆有电池内壳(24)和电池外壳(25),所述电池内壳(24)与电池外壳(25)之间填充有相变材料(26);相邻两个所述电池单体(23)相对一侧的电池外壳(25)上设有多个肋片(251),多个所述肋片(251)的位置间隔设置,且相邻两个所述电池单体(23)相对一侧的肋片(251)交叉排列,每个所述肋片(251)与电池内壳(24)之间均分别连接有导热片(241);
还包括驱动装置(3),所述驱动装置(3)与控制器电连接,以用于驱动相邻两个所述电池单体(23)相向移动或相背移动,以使相邻两个所述电池单体(23)的设置位置至少包括换热位和保温位;当相邻两个所述电池单体(23)处于换热位时,相邻两个所述电池单体(23)相对一侧交叉排列的肋片(251)相互脱嵌,以形成第一换热通道(14);当相邻两个所述电池单体(23)处于保温位时,相邻两个所述电池单体(23)相对一侧交叉排列的肋片(251)相互嵌入,以闭合所述第一换热通道(14)。
2.根据权利要求1所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,其特征在于,所述电池箱(1)内侧设有第一进风单元(11),所述第一进风单元(11)与控制器电连接,所述第一进风单元(11)的出风口设置于所述第一换热通道(14)的一端,且所述出风口的出风方向与第一换热通道(14)的延伸方向一致。
3.根据权利要求2所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,其特征在于,所述电池箱表面还设有第一排风单元,所述第一排风单元设置于第一换热通道(14)背离第一进风单元(11)的一端,所述第一进风单元(11)和第一排风单元共同作用,以至少用于提高所述第一换热通道(14)的换热效率。
4.根据权利要求2所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,其特征在于,所述锂离子电池组(2)还包括并排设置的第一电池组(21)和第二电池组(22),每个所述电池组内均至少设有两个所述电池单体(23);所述驱动装置(3)还用于驱动第一电池组(21)和第二电池组(22)相向移动或相背移动;所述第一电池组(21)与第二电池组(22)相背移动后即形成第二换热通道(15)。
5.根据权利要求4所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,其特征在于,所述电池箱(1)表面还设有第二进风单元(12)和第二排风单元(13),所述第二进风单元(12)与所述第二排风单元(13)分别与控制器电连接,以至少用于完成第二换热通道(15)和电池箱(1)内空气与电池箱(1)外环境间的热交换。
6.根据权利要求4或5所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,其特征在于,所述驱动装置(3)包括底座(31),所述底座(31)设置于电池箱(1)底部内表面,所述底座(31)与第一双向丝杆(311)转动连接,所述第一双向丝杆(311)一端贯穿电池箱(1)后与一电机(32)传动连接,所述电机(32)与控制器电连接;所述第一双向丝杆(311)两端分别与第一滑座(33)和第二滑座(34)螺纹连接,所述第一滑座(33)和第二滑座(34)结构相同且分别与底座(31)滑动连接;所述第二滑座(34)与第二双向丝杆(341)转动连接,所述第二双向丝杆(341)两端端部均设有齿轮(342),所述底座(31)两侧边缘均固定设有齿条(312),所述齿轮(342)与齿条(312)啮合;所述第二双向丝杆(341)两端分别与第一拖板(35)和第二拖板(36)螺纹连接,所述第一拖板(35)和第二拖板(36)分别与第二滑座(34)滑动连接,所述电池单体(23)分别放置在所述第一拖板(35)的顶面和第二拖板(36)的顶面。
7.根据权利要求6所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统,其特征在于,所述第二滑座(34)顶面还固定设有固定拖板(37),所述固定拖板(37)位于第一拖板(35)和第二拖板(36)之间,所述固定拖板(37)的顶面也放置有所述电池单体(23)。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的管理方法,其特征在于,包括:
所述温度检测单元至少检测一个电池单体(23)表面的实时温度,并传输至控制器,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定:
当所述实时温度小于或等于第二预设温度时,所述控制器即检测电池单体(23)的当前位置状态,如所述电池单体(23)处于保温位,则控制电池单体(23)保持当前位置状态,如所述电池单体(23)处于换热位,则控制所述驱动装置(3)驱动电池单体(23)切换至保温位;或
当所述实时温度大于第二预设温度且小于第三预设温度时,所述控制器即控制电池单体(23)保持当前位置状态;或
当所述实时温度大于或等于第三预设温度时,所述控制器即检测电池单体(23)的当前位置状态,如所述电池单体(23)处于换热位,则控制电池单体(23)保持当前位置状态,如所述电池单体(23)处于保温位,则控制所述驱动装置(3)驱动电池单体(23)切换至换热位;
其中,所述第二预设温度大于锂离子电池正常工作所允许的最低温度且小于第三预设温度,所述第三预设温度小于锂离子电池正常工作所允许的最高温度。
9.根据权利要求8所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的管理方法,其特征在于,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定,还包括:当所述实时温度大于或等于第四预设温度时,所述控制器还用于控制第一进风单元(11)的启动,并向第一换热通道(14)内通入冷媒;
其中,所述第四预设温度大于第三预设温度,但仍小于锂离子电池正常工作所允许的最高温度。
10.根据权利要求8或9所述的基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统的管理方法,其特征在于,所述控制器基于接收的所述实时温度作如下判定,还包括:
当所述实时温度小于或等于第一预设温度时,所述控制器即检测电池单体(23)的当前位置状态,如所述电池单体(23)处于换热位,则控制电池单体(23)保持当前位置状态,如所述电池单体(23)处于保温位,则控制所述驱动装置(3)驱动电池单体(23)切换至换热位;同时,所述控制器还用于控制第一进风单元(11)的启动,并向第一换热通道(14)内通入热媒;
其中,所述第一预设温度小于第二预设温度。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111655399.3A CN114256535B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法 |
US18/148,071 US11804625B2 (en) | 2021-12-31 | 2022-12-29 | Lithium-ion battery thermal management system and method based on phase change material and mutually embedded fins |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111655399.3A CN114256535B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114256535A true CN114256535A (zh) | 2022-03-29 |
CN114256535B CN114256535B (zh) | 2022-10-21 |
Family
ID=80798868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111655399.3A Active CN114256535B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11804625B2 (zh) |
CN (1) | CN114256535B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117154297A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 广州奥鹏能源科技有限公司 | 一种高防护储能电池模组及其使用方法 |
CN118507904A (zh) * | 2024-05-11 | 2024-08-16 | 南京工业大学 | 一种散热与保温一体化的电池热管理系统 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021129307A1 (de) | 2021-11-11 | 2023-05-11 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Batterieanordnung |
CN117175059A (zh) * | 2023-08-15 | 2023-12-05 | 中国矿业大学 | 一种电池热管理系统及热管理方法 |
CN117254152B (zh) * | 2023-08-15 | 2024-05-14 | 江苏果下科技有限公司 | 一种控温型新能源电池箱 |
CN116864864B (zh) * | 2023-08-23 | 2024-06-04 | 深圳市海芯电池有限公司 | 一种用于锂电池组的节能加热装置及加热方法 |
CN117239300B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-01-26 | 山东省环能设计院股份有限公司 | 一种快速散热的高效储能装置 |
CN117712553B (zh) * | 2023-12-15 | 2024-10-01 | 惠州市伟江实业有限公司 | 一种易散热锂电池 |
CN118174415B (zh) * | 2024-03-26 | 2024-09-03 | 江苏智泰新能源科技有限公司 | 一种储能充放电一体式锂离子电池组件 |
CN118522999B (zh) * | 2024-07-22 | 2024-11-19 | 长虹三杰新能源有限公司 | 一种具有均匀散热功能的锂电池 |
CN118889631A (zh) * | 2024-09-29 | 2024-11-01 | 中山澳特浦光电有限公司 | 一种储能充电设备 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018113450A1 (zh) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | 中国矿业大学 | 一种相变材料/空气耦合的阶级式电池热管理系统 |
CN110994073A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-10 | 武汉理工大学 | 混合式锂电池温度管理系统 |
CN112542631A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-23 | 佛山科学技术学院 | 一种电池热管理系统 |
CN113097594A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 宁波诺丁汉大学 | 基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理系统及方法 |
CN214589018U (zh) * | 2021-04-07 | 2021-11-02 | 华北电力大学 | 基于过冷相变材料的被动式电池热调节器、热管理系统和电池组 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9780421B2 (en) * | 2010-02-02 | 2017-10-03 | Dana Canada Corporation | Conformal heat exchanger for battery cell stack |
KR102020003B1 (ko) * | 2018-05-29 | 2019-09-10 | 한국기계연구원 | 배터리셀 온도제어 시스템 및 배터리팩 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111655399.3A patent/CN114256535B/zh active Active
-
2022
- 2022-12-29 US US18/148,071 patent/US11804625B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018113450A1 (zh) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | 中国矿业大学 | 一种相变材料/空气耦合的阶级式电池热管理系统 |
CN110994073A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-10 | 武汉理工大学 | 混合式锂电池温度管理系统 |
CN112542631A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-23 | 佛山科学技术学院 | 一种电池热管理系统 |
CN113097594A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 宁波诺丁汉大学 | 基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理系统及方法 |
CN214589018U (zh) * | 2021-04-07 | 2021-11-02 | 华北电力大学 | 基于过冷相变材料的被动式电池热调节器、热管理系统和电池组 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117154297A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 广州奥鹏能源科技有限公司 | 一种高防护储能电池模组及其使用方法 |
CN117154297B (zh) * | 2023-11-01 | 2024-01-12 | 广州奥鹏能源科技有限公司 | 一种高防护储能电池模组及其使用方法 |
CN118507904A (zh) * | 2024-05-11 | 2024-08-16 | 南京工业大学 | 一种散热与保温一体化的电池热管理系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11804625B2 (en) | 2023-10-31 |
CN114256535B (zh) | 2022-10-21 |
US20230216102A1 (en) | 2023-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114256535A (zh) | 基于相变材料和互嵌式肋片的锂离子电池热管理系统及方法 | |
Ma et al. | Experimental study on the performance of vehicle integrated thermal management system for pure electric vehicles | |
CN109860950B (zh) | 一种组合式电动汽车动力电池的热管理装置 | |
Ye et al. | Experimental study on heat dissipation for lithium-ion battery based on micro heat pipe array (MHPA) | |
CN109962317B (zh) | 一种电动汽车电池模组热管理和能量回收系统及方法 | |
CN205194809U (zh) | 电动汽车动力电池的热管理系统和电动汽车 | |
CN107863588A (zh) | 一种动力锂电池组的热管理耦合系统 | |
CN110707393A (zh) | 一种安全节能的锂电池包双模式热管理系统及方法 | |
CN207368172U (zh) | 一种应用相变材料的电池组热管理系统 | |
CN102403543A (zh) | 具有非稳态温度场自动控制功能的动力电池组热管理方法和装置 | |
CN113097594B (zh) | 基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理方法 | |
BR112015005686B1 (pt) | Veículo eletricamente movido | |
CN104167574A (zh) | 一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统 | |
CN205355121U (zh) | 一种动力电池组及其热管理系统 | |
CN108767361A (zh) | 一种户外电池热管理的系统及方法 | |
CN111864300B (zh) | 一种基于回路状态监测的复合式冷却结构及其控制方法 | |
CN211480101U (zh) | 一种基于微热管阵列的可移动储电箱 | |
CN102376997A (zh) | 具有温度调节装置的电池系统 | |
CN112510285A (zh) | 一种车用电池模组的散热方法及装置 | |
CN114696004A (zh) | 一种移动式储能电池热管理设备及热管理方法 | |
CN105720325A (zh) | 一种多选择的pack热管理装置 | |
CN210443645U (zh) | 纯电动汽车多系统耦合热管理系统 | |
CN221327868U (zh) | 一种智能航空锂电池组 | |
CN118144644A (zh) | 基于相变冷却与温差发电的动力电池冷热综合管理系统及工作方法 | |
CN209434354U (zh) | 电池温度控制系统、电池组箱体、冷却循环管路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |