CN216354434U - 锂电池热管理单元及锂电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池热管理单元，用于实现锂电池的散热，包括：散热部和热管，散热部用于吸收锂电池产生的热量，所述散热部由相变材料制得；热管具有相连通的蒸发端和冷凝端，所述热管的蒸发端插入所述散热部内。在该锂电池热管理单元，散热部由相变材料制得，其与电池直接接触并吸收电池产生的热量，而热管的蒸发端插入到散热部并吸收散热部储存的热量，热管的蒸发端吸收散热部的热量并通过冷凝端将热量导出。对锂电池具有良好的散热效果，可对锂电池进行热管理，具有良好的温度控制、较强的热稳定性，在汽车上提高锂电池的性能。本实用新型还公开一种锂电池热管理系统。

Description

锂电池热管理单元及锂电池热管理系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池温度控制技术领域，更具体地涉及一种锂电池热管理单元及锂电池热管理系统。

背景技术

锂离子电池具有体积小，容量及功率大的优点，逐渐成为电动汽车的主要储能及供能元器件。需要注意的是，锂离子动力电池理想的工作温度范围是15～35℃，这样才能保持其安全性和循环稳定性，同时，电池模块之间的最大温差应该在5℃以下才可以避免温差对锂电池产生不良影响。然而，在锂电池内部电化学反应过程中，会发生放热现象和温度变化。如果锂电池在充放电过程中产生的热量无法及时向外界释放，电池的温度会因为热量积累而急剧升高，从而对电池的性能、寿命和安全产生不利影响，因而成为制约锂电池发展的重要障碍之一。锂离子电池性能下降的特征是容量和功率损失，前者是因为电池内部的活性物质转化为非活性相，后者是因为阻抗的增加。更为严重的是，如果热量继续堆积并突破电池的最高安全温度，电池将进入自加热过程。此时若不能对电池进行有效的散热，将会形成热失控事故，导致电池的自燃和爆炸等事故，严重影响车辆和乘客的安全。此外，电池组各单体电池间温度不均衡也是降低电池的循环寿命甚至导致热失控的主要原因之一。随着人们对电动汽车续航里程要求的不断提高，就需要能量密度更大的电池和更多的电池单体，而快速加速、长放电周期或快速充电等情况均会使电池产生大量的热量，这对电池散热提出了更高的要求。因此，经济有效的锂电池热管理系统(BTMS)就显得非常重要，是解决制约锂电池热量累积和温度不均匀的关键途径。

目前，传统的强制空气冷却、直接/间接液体冷却的BTMS在汽车应用领域得到了广泛的研究。由于自然对流风冷一般不能满足电池冷却的要求，因此需借助于风机通过强制空气对流进行冷却。而强制对流气体冷却系统往往包含复杂的管道、风扇和阀体等，需要额外的能量来驱动。另外，有的汽车使用预调舱内空气用于加热/冷却电动汽车，如本田Insight和Prius。但是仅仅使用风扇进行空气冷却会消耗大量的电池储存能量，这些缺点会限制空气冷却系统应用到具有更大容量和更长续航里程的电动汽车电池组。与空气冷却相比，液体冷却能够更好地控制电池温度，且电池组的温度分布更均匀。但对驱动冷却液循环的电动泵要求高，能量消耗大，对电池包的密封性要求较高，且增加了泵、冷却液管道等部件，结构更复杂，重量更大。新型的相变材料(PCM)热管理系统是利用相变材料的蓄热过程实现对锂电池的散热，没有额外消耗功率，属于被动冷却。利用相变材料进行电池温度控制具有结构简单、无能量消耗、电池间温度均匀等优点，具有广泛的应用潜力，因此受到研究开发人员的关注。综合上述电池热管理技术可以发现，单一的传统冷却手段难以满足锂离子动力电池的散热要求，综合运用两种或多种热管理技术的复合型热管理系统成为了解决锂离子电池热安全性问题的主流。目前研究的热管理系统主要从散热能力出发，较少考虑热管理系统对电池系统甚至整车环境的影响，导致现有的热管理系统存在结构复杂、质量和体积过大等缺陷，不仅不利于电池箱体设计及其在整车内的布置，而且复杂沉重的系统给电池增加了额外的功耗，也不适用于未来汽车轻量化的发展趋势。再者，外界的气候环境、驾驶环境以及空调系统的使用等同样影响BTMS的控制精度以及在车辆使用过程中的寿命评估。目前很多研究都是基于单纯的电池热管理部分，较少考虑热管理系统与驾驶舱热管理系统的结合，导致一些电池热管理系统的研究成果很难应用到实际的电动车系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种锂电池热管理单元及锂电池热管理系统，对锂电池具有良好的散热效果，可对锂电池进行热管理，具有良好的温度控制、较强的热稳定性，在汽车上提高锂电池的性能。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种锂电池热管理单元，用于实现锂电池的散热，包括：

散热部，用于吸收锂电池产生的热量，所述散热部由相变材料制得；

热管，具有相连通的蒸发端和冷凝端，所述热管的蒸发端插入所述散热部内。

与现有技术相比，本申请的锂电池热管理单元，包括散热部和热管，散热部由相变材料制得，其与电池直接接触并吸收电池产生的热量，而热管的蒸发端插入到散热部并吸收散热部储存的热量，热管的蒸发端吸收散热部的热量并通过冷凝端将热量导出。对锂电池具有良好的散热效果，可对锂电池进行热管理，具有良好的温度控制、较强的热稳定性，在汽车上提高锂电池的性能。

较佳地，所述热管的冷凝端设置翅片管。

较佳地，所述热管为平板热管，平板热管不仅具有圆热管高效的传热能力和均温性等优点，还具有大面积的吸热面和散热面。冷凝段增加翅片管接触面积，加强与空气的换热效果，使得对流换热效果得到进一步提升。

相应地，本发明还提供一种锂电池热管理系统，包括内部系统，所述内部系统包括若干并排设置的锂电池热管理单元，两相邻所述锂电池热管理单元之间设置锂电池。

较佳地，所述内部系统还包括风扇，给所述锂电池热管理单元提供风进行散热。

较佳地，所述内部系统还包括含腔体的第一保护壳，若干所述锂电池热管理单元排列设置在所述第一保护壳内。

较佳地，所述内部系统还包括含腔体的第二保护壳，所述第一保护壳位于所述第二保护壳内，所述第一保护壳与所述第二保护壳之间为流道。

较佳地，还包括外部系统，所述外部系统包括第一制冷回路和第二制冷回路、腔室，所述第一制冷回路给所述腔室制冷，所述第二制冷回路给所述锂电池热管理单元制冷。

较佳地，所述外部系统包括压缩机、冷凝器、节流阀、第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器和所述第二蒸发器并联设置在所述节流阀和所述压缩机之间，所述第一蒸发器位于所述腔室内，所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀、所述第一蒸发器形成所述第一制冷回路，所述第二蒸发器位于所述第二保护壳内，所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀、所述第二蒸发器形成所述第二制冷回路。

较佳地，所述腔室为汽车的客舱。

附图说明

图1为本实用新型锂电池热管理单元的结构示意图。

图2为本实用新型锂电池热管理单元含翅片管的结构示意图。

图3为本实用新型锂电池热管理系统的结构示意图。

图4为本实用新型锂电池热管理系统另一实施例的结构示意图。

符号说明：

锂电池热管理系统200，锂电池热管理单元100，散热部10，热管20，蒸发端21，冷凝端23，翅片管30，内部系统40，风扇41，第一保护壳43，第二保护壳45，流道47，外部系统50，压缩机51、冷凝器52，节流阀53，第一蒸发器54，第二蒸发器55，腔室56，锂电池60。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参考图1，本实用新型公开一种锂电池热管理单元100，用于实现锂电池60的散热，包括散热部10和热管20，散热部10用于吸收锂电池60产生的热量，散热部10由相变材料制得，热管20具有相连通的蒸发端21和冷凝端23，热管20的蒸发端21插入散热部10内。散热部10与锂电池60直接接触并吸收锂电池60产生的热量，而热管20的蒸发端21插入到散热部10并吸收散热部10储存的热量(图中箭头代表导热方向)，热管20的蒸发端21吸收散热部10的热量并通过冷凝端23将热量导出。对锂电池60具有良好的散热效果，可对锂电池60进行热管20理，具有良好的温度控制、较强的热稳定性，在汽车上提高锂电池60的性能。

在上述技术方案中，请参考图2，热管20的冷凝端23设置翅片管30，翅片管30能将热管20的冷凝端23热量快速导出。

在上述技术方案中，热管20为平板热管，平板热管不仅具有圆热管高效的传热能力和均温性等优点，还具有大面积的吸热面和散热面，其冷凝端23增加与翅片管30接触面积，加强与空气的换热效果，使得对流换热效果得到进一步提升。

请参考图3-图4，锂电池热管理系统200包括内部系统40，内部系统40包括若干并排设置的锂电池热管理单元100，两相邻锂电池热管理单元100之间设置锂电池60。一实施例中，锂电池热管理单元100的热量可通过风进行散热，在内部系统40中设置风扇41，风扇41给锂电池热管理单元100提供风进行散热。另一实施例中，可以通过低温空气进行冷却，比如通过汽车空调系统的蒸发器实现(见下文详细阐述)，但不限于此。具体说明如下：

请参考图4，内部系统40还包括含腔体的第一保护壳43和第二保护壳45，若干锂电池热管理单元100排列设置在第一保护壳43内。第一保护壳43位于第二保护壳45内，第一保护壳43与第二保护壳45之间为流道47。风扇41可设置在第一保护壳43上进行散热，还可设置在流道47之间，也可以设置在第二保护壳45上。

请参考图4，锂电池热管理系统200还包括外部系统50，外部系统50包括第一制冷回路和第二制冷回路、腔室56，第一制冷回路给腔室56制冷，第二制冷回路给锂电池热管理单元100制冷。通过第一制冷回路给腔室56制冷，实现腔室56的制冷需求；通过第二制冷回路给锂电池热管理单元100制冷，以实现锂电池60热量的快速导出。具体地，外部系统50包括压缩机51、冷凝器52、节流阀53、第一蒸发器54和第二蒸发器55，第一蒸发器54和第二蒸发器55并联设置在节流阀53和压缩机51之间，第一蒸发器54位于腔室56内，压缩机51、冷凝器52、节流阀53、第一蒸发器54形成第一制冷回路，第二蒸发器55位于第二保护壳45内，压缩机51、冷凝器52、节流阀53、第二蒸发器55形成第二制冷回路。优选地，腔室56为汽车的客舱。也就是说，利用汽车空调系统既可以实现热管20热量的导出，还可以实现汽车客舱对制冷的需求，避免另外设置液体冷却管路和系统，使得结构大大简化。在温度较低的北方寒冷环境中，还可以利用热管20的双向导热特性，即蒸发端21和冷凝端23可以根据实际需要切换传热方向，利用汽车空调系统提供的热源起到加热电池包的作用。

下面结合图1-图4详细阐述本实用新型的工作原理：

在电池工作的过程中，锂电池60向散热部10传递热量，到达散热部10相变温度后，散热部10的温度基本保持不变，锂电池60的温度上升也会变缓，而后趋向于稳定，此时热管20不启动工作。若锂电池60还持续放热，则在散热部10全部完成相变之后，其温度会继续上升，到达热管20的启动工作温度以后，通过冷凝端23将热量传递出去(图中箭头代表导热方向)，冷凝端23的热量通过空气换热带走。更具体地，请参考图4，当环境温度在0℃～35℃时，热管20冷却可以通过风扇41提供的流动环境空气来实现。环境温度超过35℃时，在制冷运行模式下，离开压缩机51的制冷剂经过冷凝器52，制冷剂经节流阀53后分流为两股。其中一股制冷剂流进入第一蒸发器54以冷却腔室56空间。另一股制冷剂流向第二蒸发器55，通过第二蒸发器55的冷空气用来冷却热管20，使得电池的最高温度维持在正常工作温度范围之内。因此，该锂电池热管理系统200在电池最高温度、电池单体温度一致性和电池理想工作温度范围等几个方面进行有效控制，使得整个电池模块的温差非常小，让锂电池60发挥高效的性能。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池热管理单元，用于实现锂电池的散热，其特征在于，包括：

散热部，用于吸收锂电池产生的热量，所述散热部由相变材料制得；

热管，具有相连通的蒸发端和冷凝端，所述热管的蒸发端插入所述散热部内。

2.如权利要求1所述的锂电池热管理单元，其特征在于，所述热管的冷凝端设置翅片管。

3.如权利要求1所述的锂电池热管理单元，其特征在于，所述热管为平板热管。

4.一种锂电池热管理系统，其特征在于，包括内部系统，所述内部系统包括若干并排设置的如权利要求1或3任一项所述的锂电池热管理单元，两相邻所述锂电池热管理单元之间设置锂电池。

5.如权利要求4所述的锂电池热管理系统，其特征在于，所述内部系统还包括风扇，给所述锂电池热管理单元提供风进行散热。

6.如权利要求4所述的锂电池热管理系统，其特征在于，所述内部系统还包括含腔体的第一保护壳，若干所述锂电池热管理单元排列设置在所述第一保护壳内。

7.如权利要求6所述的锂电池热管理系统，其特征在于，所述内部系统还包括含腔体的第二保护壳，所述第一保护壳位于所述第二保护壳内，所述第一保护壳与所述第二保护壳之间为流道。

8.如权利要求7所述的锂电池热管理系统，其特征在于，还包括外部系统，所述外部系统包括第一制冷回路和第二制冷回路、腔室，所述第一制冷回路给所述腔室制冷，所述第二制冷回路给所述锂电池热管理单元制冷。

9.如权利要求8所述的锂电池热管理系统，其特征在于，所述外部系统包括压缩机、冷凝器、节流阀、第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器和所述第二蒸发器并联设置在所述节流阀和所述压缩机之间，所述第一蒸发器位于所述腔室内，所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀、所述第一蒸发器形成所述第一制冷回路，所述第二蒸发器位于所述第二保护壳内，所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀、所述第二蒸发器形成所述第二制冷回路。

10.如权利要求9所述的锂电池热管理系统，其特征在于，所述腔室为汽车的客舱。

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