CN115207513A - 一种电池温控系统、大容量电池及大容量电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池温控系统、大容量电池及大容量电池组，主要解决现有电池温控装置效率较低、成本较高以及只能散热的问题。该电池温控系统包括换热单元和至少一个热管；换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；热管的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱上，本发明将热管设置在电池极柱上，当电池温度过高时，热管将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱内的相变材料实现热交换，从而使得电池运行在最佳温度。

Description

一种电池温控系统、大容量电池及大容量电池组

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种电池温控系统、大容量电池及大容量电池组。

背景技术

锂离子电池的应用领域十分广泛，可以被应用于储能、动力电池等领域。近年来随着锂离子电池的进一步发展，锂离子电池的安全使用也受到关注。由于锂离子电池的原理和结构特性，在充放电过程中会产生较大的热量，而且热量会逐渐增加，若产生的热量无法有效释放，热量将会累积于单体电池中，造成电池温度不均匀，从而降低电池使用寿命，严重时电池的热平衡会被破坏，引发一连串的自加热副反应，进而引发电池的安全事故。

目前，主要采用对电池组本体进行散热的方式，散热方式主要为半导体装置、风扇和散热翅片等。例如，中国专利CN215816107U公开了一种基于半导体制冷片的锂电池温控装置，包括温控装置、半导体制冷片和箱盖，温控装置内侧固定连接有温感器，通过设置的半导体制冷片、温感器、散热板、支撑块、防护网、电机、转动块、连接杆、推块、散热风扇和第一弹簧进行温控，在使用时，通过温感器感应锂电池温度，从而决定半导体制冷片进行工作，使半导体制冷片将温控装置内的热量通过散热片导出，然后通过支撑块上的电机带动连接杆，使连接杆带动推块，从而使散热风扇在支撑块内滑动，然后使第一弹簧推回，从而使散热风扇来回移动，将换出的气体排出，从而控制温控装置内的温度，防止锂电池过热或过冷，使锂电池保持在恒定温度。

再例如，中国专利CN215496854U公开了一种新能源叉车电池温控装置，通过第一风机将外壳内的空气吸入除尘箱内经滤网进行除尘，然后通过干燥网进行干燥后输入第一网管和第二网管内进行散热，通过第一网管、第二网管和风扇的配合并通过散热翅板有效提高散热效果，最后降温后的干燥空气经第二风机输入外壳内对外壳内的蓄电池进行散热，在保持外壳内干燥的同时对其进行散热降温。

上述温控装置可以对电池进行一定的散热，但是，散热风扇、散热翅板和半导体片只能对电池进行散热，且冷却效率较低，同时，以上散热装置结构比较复杂，使得电池的散热成本较高。

发明内容

为解决现有电池温控装置冷却效率较低、成本较高以及只能散热的问题，本发明提供一种电池温控系统、大容量电池及大容量电池组。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种电池温控系统，包括换热单元和至少一个热管；所述换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；所述热管的一端与电池的极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内，用于与相变材料实现热交换。

进一步地，还包括与热管连接的温控单元，所述温控单元和换热单元实现对电池的主动温控和被动温控；所述热管与相变箱的相变材料实现热交换，使得极柱增温或降温，从而实现被动温控；所述极柱的温度大于相变材料的相变点温度后，所述温控单元开启，通过热管对极柱进行降温，或者，所述温控单元通过热管对电池极柱进行增温，且所述温控单元的加热温度低于相变材料的相变点温度，从而实现主动温控。

进一步地，所述温控单元为TEC半导体温度控制器或液体循环管道中的至少一种。

进一步地，所述热管插入相变箱内的一端设置有热管散热翅片，所述热管散热翅片设置在相变材料中，用于增加热管与相变材料的换热面积。

进一步地，所述相变箱的内壁上设置有内散热翅片，用于增加相变材料与相变箱的热交换面积。

进一步地，所述内散热翅片与热管散热翅片为相互嵌入式配合，用于增加热管、相变材料和相变箱的热交换面积。

进一步地，所述相变箱的外壁上设置有外散热翅片，所述外散热翅片用于将相变箱内的热量快速传递至外部。

进一步地，所述相变材料的相变点温度为30～52℃。

进一步地，所述相变材料为多元醇、脂肪酸、结晶水合盐、多元合金、烷烃类物质中的一种或多种。

进一步地，所述温控单元与相变箱设置在热管的同一端或设置在热管的两端。

进一步地，所述热管插入相变箱的部分设置有折弯部，所述折弯部设置在相变材料中。

同时，本发明还提供一种大容量电池，包括上述的电池温控系统；所述大容量电池的极柱上设置有插孔，所述热管插入插孔内。

此外，本发明还提供另一种大容量电池组，包括多个串联的大容量电池以及上述电池温控系统；所述大容量电池的上盖板、下盖板分别为正极柱和负极柱，多个大容量电池叠加设置，所述热管设置在相邻大容量电池的上盖板和下盖板之间。

进一步地，所述大容量电池的上盖板、下盖板上设置有凹槽，相邻大容量电池叠加设置，使得两个凹槽形成安装腔体，所述热管设置在安装腔体内。

和现有技术相比，本发明技术方案具有如下优点：

本发明电池温控系统包括换热单元和至少一个热管；换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；热管的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱上，本发明将热管设置在电池极柱上，当电池温度过高时，热管将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱内的相变材料实现热交换，从而使得电池运行在最佳温度，本发明系统通过热管与相变材料即可增温或降温，该种方式热传导效率较高，且结构简单，成本较低。

本发明电池温控系统包括换热单元、温控单元和至少一个热管；换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；热管的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱上，本发明将热管设置在电池极柱上，温控单元与热管连接，该换热单元和温控单元能够对电池进行主动温控和被动温控。被动温控时，热管与相变箱内的相变材料实现热交换，使得极柱增温或降温；主动温控时，相变箱内的相变材料完全相变后，此时温控单元开启，通过热管对极柱进行降温；或者，温控单元通过热管对电池极柱进行增温，此时要求温控单元的加热温度低于相变材料的相变温度，使得电池运行在最佳温度。该种方式使得温控成本较小，热传导效率较高，有效节约能源。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中电池温控系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例1中电池温控系统的结构示意图二；

图3为本发明实施例2中电池温控系统的结构示意图；

图4为本发明实施例3中相变箱和热管设置散热翅片的结构示意图；

图5为本发明实施例3中相变箱的结构示意图；

图6为本发明实施例6中大容量电池组的结构示意图一；

图7为本发明实施例6中大容量电池组的结构示意图二。

附图标记：1-相变箱，2-热管，3-极柱，4-温控单元，5-热管散热翅片，6-内散热翅片，7-外散热翅片，8-折弯部，9-大容量电池，10-上盖板，11-下盖板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种电池温控系统，该电池温控系统包括换热单元和至少一个热管；换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；热管的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱上，本发明将热管设置在电池极柱上，当电池温度过高时，热管将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱内的相变材料实现热交换，从而使得电池运行在最佳温度。

本发明还提供另一种电池温控系统，包括换热单元、温控单元和至少一个热管；换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；热管的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内。上述温控单元与热管连接，实现对电池的主动温控或被动温控。电池的温度主要集中于极柱上，本发明将热管设置在电池极柱上，热管与相变箱的相变材料实现热交换，使得极柱增温或降温，实现被动温控；相变箱内的相变材料完全相变后，即极柱的温度大于相变材料的相变点温度后，开始主动温控，此时温控单元开启，通过热管对极柱进行降温；或者，电池温度过低时，温控单元通过热管对电池极柱进行增温，使得电池运行在最佳温度，此时要求温控单元的加热温度低于相变材料的相变温度，避免温控单元的热量传递至相变材料内，上述温控单元可为多种形式的结构，只要能够提供制冷和制热功能即可，例如，该温控单元可为TEC半导体温度控制器或液体循环管道中的至少一种。该温控单元可根据需求，与相变箱设置在热管的同一端或设置在热管的两端。

本发明热管插入相变箱的部分可以为直线结构，即热管不进行弯折，直接插入相变材料内，此时，热管的传热效果最好，若该热管为导电体，可将热管与相变箱绝缘设置，例如，设置绝缘胶或绝缘涂层。当然，也可根据需求，设置折弯部，折弯部设置在相变材料中，此种设置可以减小相变箱的安装空间，具体可根据实际需求设置。此外，还可在热管插入相变箱内的一端设置有热管散热翅片，热管散热翅片置于相变材料中，用于增加热管与相变材料的换热面积，使得热管与相变材料的热交换效率有一定提高。同时，还可在相变箱的内壁上设置有内散热翅片，内散热翅片部分或全部设置在相变材料中，该内散热翅片与热管散热翅片为相互嵌入式配合，增加了热管、相变材料和相变箱的热交换面积，该设置使得热管与相变材料的热交换效率大幅提升。此外，还可在相变箱的外壁上设置有外散热翅片，外散热翅片用于将相变箱内的热量快速传递至外部，使得散热效果进一步增加。

本发明相变箱内的相变材料的相变点温度为30～52℃，更优选的，该温度为35～42℃，具体的，相变材料具体可为多元醇(十四醇、新戊二醇、季戊四醇等)，脂肪酸(月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸等及其混合物等)、烷烃类物质(石蜡等)、结晶水合盐(含结晶水的碱及碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐、硫代硫酸盐等)、多元合金(如锡合金，铝合金等)中的一种或多种。该相变材料在相变过程中吸收或释放热量，将电池产生的热量与外部进行热量交换，弥补了显热储存不能长期保存热量的缺点，而且没有化学反应的发生，不会对生态环境造成危害。

本发明还提供一种大容量电池，包括上述的电池温控系统，大容量电池的极柱上设置有插孔，热管插入插孔内；或者，大容量电池的极柱侧壁上设置有安装凹槽，热管设置在安装凹槽内。该温控系统对大容量电池的温度进行控制，使得其运行在最佳温度内。

本发明还提供一种大容量电池组，包括多个串联的大容量电池以及上述电池温控系统；大容量电池的上盖板、下盖板分别为正极柱和负极柱，多个大容量电池叠加设置，热管设置在相邻大容量电池的上盖板和下盖板之间。具体的，该大容量电池的上盖板和下盖板上设置有至少一个凹槽，相邻大容量电池叠加设置，使得两个凹槽形成安装腔体，热管设置在安装腔体内。该电池温控系统对大容量电池的温度进行控制，使得其运行在最佳温度内。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的电池温控系统包括换热单元和至少一个热管2；换热单元包括相变箱1以及设置在相变箱1内的相变材料；热管2的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱1的相变材料内，用于与相变材料实现热交换。如图2所示，本实施例热管2插入相变箱1的部分可以为直线结构，即热管2不进行弯折，直接穿过相变箱1的侧板插入相变材料内，此时，热管2的传热效果最好，若该热管2为导电体，可将热管与相变箱1的侧板绝缘设置，例如，设置绝缘胶或绝缘涂层等。如图1所示，该热管2也可设置有折弯部8，折弯部8设置在相变材料中，此种设置可以减小相变箱的安装空间。电池的温度主要集中于极柱上，本发明将热管2设置在电池极柱上，当电池温度过高时，热管2将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱1内的相变材料实现热交换，该相变材料在相变过程中吸收或释放热量，将电池产生的热量与外部进行热量交换，从而使得电池运行在最佳温度。

实施例2

如图3所示，本实施例提供的电池温控系统包括换热单元、温控单元4和至少一个热管2；换热单元包括相变箱1以及设置在相变箱1内的相变材料；热管2的一端与电池极柱3接触，另一端插入相变箱1的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱3上，本发明将热管2设置在电池极柱3上，温控单元4与热管2连接，该温控单元4能够对电池进行主动温控或被动温控。被动温控时，热管2将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱1内的相变材料实现热交换。相变材料在相变过程中吸收或释放热量，将电池产生的热量与外部进行热量交换，从而使得电池运行在最佳温度。当相变箱1内的相变材料完全相变后，进行主动温控，此时温控单元4开启，通过热管2对极柱3进行降温；或者，温度过低时，温控单元4通过热管2对电池极柱3进行增温，此时温控单元4的加热温度低于相变材料的相变温度，使得电池运行在最佳温度。

上述温控单元4可为多种形式的结构，例如，可为TEC半导体温度控制器或液体循环管道。TEC半导体温度控制器直接与热管连接，若热管为导电体，此时要求热管与TEC半导体温度控制器之间设置绝缘层。液体循环管道可为冷水机与铝管的组合装置，冷水机将铝管内的介质进行增温或降温，随后将铝管与热管进行热交换，若热管为导电体，此时要求二者之间设置绝缘且导热的装置，例如导热陶瓷板等。

实施例3

如图3所示，本实施例提供的电池温控系统包括换热单元、温控单元4和至少一个热管2；换热单元包括相变箱1以及设置在相变箱1内的相变材料；热管2的一端与电池极柱3接触，另一端插入相变箱1的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱3上，本发明将热管2设置在电池极柱3上，温控单元4与热管2连接，该温控单元4能够对电池进行主动温控或被动温控。被动温控时，热管2将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱1内的相变材料实现热交换。相变材料在相变过程中吸收或释放热量，将电池产生的热量与外部进行热量交换，从而使得电池运行在最佳温度。当相变箱1内的相变材料完全相变后，进行主动温控，此时温控单元4开启，通过热管2对极柱3进行降温；或者，温度过低时，温控单元4通过热管2对电池极柱3进行增温，此时温控单元4的加热温度低于相变材料的相变温度，使得电池运行在最佳温度。该温控单元4可为多种形式的结构，例如，可为TEC半导体温度控制器或液体循环管道中的至少一种。

为增加热传导效率，还可在热管2插入相变箱1内的一端设置有热管散热翅片，热管散热翅片置于相变材料中，用于增加热管与相变材料的换热面积，使得热管与相变材料热交换效率有一定提高。同时，还可在相变箱的内壁上设置有内散热翅片，内散热翅片部分或全部设置在箱变材料中，该内散热翅片与热管散热翅片为相互嵌入式配合，进一步增加了热管与相变材料的热交换面积，该设置使得热管与相变材料的热交换效率大幅提升，温控效果较高。

实施例4

如图3所示，本实施例提供的电池温控系统包括换热单元、温控单元4和至少一个热管2；换热单元包括相变箱1以及设置在相变箱1内的相变材料；热管2的一端与电池极柱3接触，另一端插入相变箱1的相变材料内。电池的温度主要集中于极柱3上，本发明将热管2设置在电池极柱3上，温控单元4与热管2连接，该温控单元4能够对电池进行主动温控或被动温控。被动温控时，热管2将极柱的热量及时导出，该热量与相变箱1内的相变材料实现热交换，从而使得电池运行在最佳温度。当相变箱1内的相变材料完全相变后，进行主动温控，此时温控单元4开启，通过热管2对极柱3进行降温；或者，温度过低时，温控单元4通过热管2对电池极柱3进行增温，此时温控单元4的加热温度低于相变材料的相变温度，使得电池运行在最佳温度。该温控单元4可为TEC半导体温度控制器或液体循环管道中的至少一种。

如图4和图5所示，本实施例中，为增加热传导效率，还可在热管2插入相变箱1内的一端设置有热管散热翅片5，热管散热翅片5置于相变材料中，用于增加热管2与相变材料的换热面积，使得热管2与相变材料热交换效率有一定提高。同时，还可在相变箱1的内壁上设置有内散热翅片6，内散热翅片6部分或全部设置在箱变材料中，该内散热翅片6与热管散热翅片5为相互嵌入式配合，增加了热管2与相变材料的热交换面积，该设置使得热管2与相变材料的热交换效率大幅提升。此外，还可在相变箱1的外壁上设置有外散热翅片7，外散热翅片7用于将相变箱1内的热量快速传递至外部，使得散热效果进一步增加。

实施例5

本实施例的大容量电池包括实施例1至实施例4任一的电池温控系统；大容量电池9的极柱上设置有插孔，热管2插入插孔内。或者，大容量电池9的极柱3侧壁上设置有安装凹槽，热管2设置在安装凹槽内。该温控系统对大容量电池9的温度进行控制，使得其运行在最佳温度内。

本实施例的电池温控系统包括温控单元4、设置在极柱3表面或极柱3内部的热管2以及相变材料，其中相变材料装置于相变箱1中，热管2插入相变箱1，热管2与热管散热翅片相连，热管散热翅片置于相变材料中，便于与相变材料进行快速热交换。相变箱1的同端或另一端设置有温控单元4，温控单元4与热管2相连。温控单元4可以在电池温度过低时加温，加热的温度低于相变材料的相变点。当电池温度过高时，电池的热量可以通过热管2导入相变材料。由于相变材料有非常高的相变潜热，所以能完全吸收电池产生的热量。当相变材料完全融化时，温控单元4制冷功能启动，可以进一步对电池进行冷却，从而使电池运行在最佳范围内。由于换热单元的加热温度低于相变材料的相变点，故相变材料不会产生相变，基本不吸收加热单元的热量，其中换热单元可为TEC半导体温度控制器，液体管道或其它加热、制冷设备。

实施例6

如图6和图7所示，本实施例提供的大容量电池组包括多个串联的大容量电池9以及上述电池温控系统；大容量电池9的上盖板10、下盖板11分别为正极柱和负极柱，多个大容量电池9叠加设置，热管2设置在上盖板10和下盖板11之间。具体的，该大容量电池9的上盖板10、下盖板11上设置有至少一个凹槽，相邻大容量电池9叠加设置，使得两个凹槽形成安装腔体，热管2设置在安装腔体内。该温控系统对大容量电池9的温度进行控制，使得其运行在最佳温度内。该温控单元4可根据需求，与相变箱1设置在热管2的同一端或设置在热管2的两端。

本实施例提供的电池温控系统包括设置在相邻大容量电池9的上盖板10、下盖板11之间的热管2以及相变材料，其中相变材料装置于相变箱1中，热管2插入相变箱1，热管2与热管散热翅片相连，热管散热翅片置于相变材料中，便于与相变材料进行快速热交换。相变箱1的同端或另一端设置有温控单元4，温控单元4与热管2相连。温控单元4可以在电池温度过低时加温，加热的温度低于相变材料的相变点。当电池温度过高时，电池的热量可以通过热管2导入相变材料。由于相变材料有非常高的相变潜热，所以能完全吸收电池产生的热量。当相变材料完全融化时，温控单元4制冷功能启动，可以进一步对电池进行冷却，从而使电池运行在最佳范围内。由于换热单元的加热温度低于相变材料的相变点，故相变材料不会产生相变，基本不吸收加热单元的热量，其中换热单元可为TEC半导体温度控制器，液体管道或其它加热、制冷设备。

Claims (14)

1.一种电池温控系统，其特征在于，包括换热单元和至少一个热管；

所述换热单元包括相变箱以及设置在相变箱内的相变材料；

所述热管的一端与电池极柱接触，另一端插入相变箱的相变材料内，用于与相变材料实现热交换。

2.根据权利要求1所述的电池温控系统，其特征在于，还包括与热管连接的温控单元，所述温控单元和换热单元实现对电池的主动温控和被动温控；

所述热管与相变箱的相变材料实现热交换，使得极柱增温或降温，从而实现被动温控；

所述极柱的温度大于相变材料的相变点温度后，所述温控单元开启，通过热管对极柱进行降温，或者，所述温控单元通过热管对电池极柱进行增温，且所述温控单元的加热温度低于相变材料的相变点温度，从而实现主动温控。

3.根据权利要求2所述的电池温控系统，其特征在于，所述温控单元为TEC半导体温度控制器或液体循环管道中的一种。

4.根据权利要求1或2或3所述的电池温控系统，其特征在于，所述热管插入相变箱内的一端设置有热管散热翅片，所述热管散热翅片设置在相变材料内，用于增加热管与相变材料的换热面积。

5.根据权利要求4所述的电池温控系统，其特征在于，所述相变箱的内壁上设置有内散热翅片，用于增加相变材料与相变箱的热交换面积。

6.根据权利要求5所述的电池温控系统，其特征在于，所述内散热翅片与热管散热翅片为相互嵌入式配合，用于增加热管、相变材料和相变箱的热交换面积。

7.根据权利要求1或2或3所述的电池温控系统，其特征在于，所述相变箱的外壁上设置有外散热翅片，所述外散热翅片用于将相变箱内的热量快速传递至外部。

8.根据权利要求1所述的电池温控系统，其特征在于，所述相变材料的相变点温度为30～52℃。

9.根据权利要求8所述的电池温控系统，其特征在于，所述相变材料为多元醇、脂肪酸、结晶水合盐、多元合金、烷烃类物质中的一种或多种。

10.根据权利要求2或3所述的电池温控系统，其特征在于，所述温控单元与相变箱设置在热管的同一端或设置在热管的两端。

11.根据权利要求1或2或3所述的电池温控系统，其特征在于，所述热管插入相变箱的部分设置有折弯部，所述折弯部设置在相变材料中。

12.一种大容量电池，其特征在于，包括权利要求1至11任一所述的电池温控系统；所述大容量电池的极柱上设置有插孔，所述热管插入插孔内。

13.一种大容量电池组，其特征在于，包括多个串联的大容量电池以及权利要求1至11任一所述的电池温控系统；

所述大容量电池的上盖板、下盖板分别为正极柱和负极柱，多个大容量电池叠加设置，所述热管设置在相邻大容量电池的上盖板和下盖板之间。

14.根据权利要求13所述的大容量电池组，其特征在于，所述大容量电池的上盖板、下盖板上设置有凹槽，相邻大容量电池叠加设置，使得两个凹槽形成安装腔体，所述热管设置在安装腔体内。

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