CN220189776U - 两级相变材料与液体耦合的电池温控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，该电池温控装置包括相间叠放的方形电池与两级相变材料板、液冷板以及环绕在电池组周围与电池组交叉放置的肋片；两级相变材料板分为两层，其中分别填充金属相变材料与有机相变材料。本实用新型能够解决现有广泛使用的有机相变材料热导率低，热量积聚不易散出，导致锂离子电池组局部温度过高、电池组温差过大的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池热管理技术领域，具体涉及一种两级相变材料与液体耦合的电池温控装置。
背景技术
锂离子电池广泛应用于电动汽车以及混合动力汽车中，为电动汽车及混合动力汽车提供能量来源。虽然锂离子电池在能量密度和功率密度方面与铅酸电池等其他电池有着显著优势，但其安全性与其他类型的电池相比处于劣势。锂离子电池对运行条件有着较高要求，在高温条件下，锂离子电池有很大的热失控风险；若电池在运行过程中温度不均，同样会影响电池的使用寿命。为了保证电池的运行安全，延长电池的寿命，必须设计合理高效的电池温控装置，提高整车热性能。
在电池温度管理应用领域，空气冷却、液体冷却、热管以及相变材料等技术被广泛使用，空气冷却又可分为自然冷却和强制冷却。以强制风冷、液冷为代表的主动冷却技术与以热管、相变材料为代表的被动冷却技术相结合的混合冷却技术也是目前科研人员关心的热点。在电池热管理中，石蜡因其熔点适当、成本低廉的特性而广受欢迎，但石蜡热导率很低，不利于热量在整个电池热管理系统中的传导，导致电池局部温度过大，因此需要考虑能够满足温度均匀性的电池温控装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是要克服现有技术存在的问题，提出了一种两级相变材料与液体耦合的电池温控装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，该电池温控装置包括相间叠放的方形电池与两级相变材料板、液冷板以及环绕在电池组周围与电池组交叉放置的肋片；两级相变材料板分为两层，其中分别填充金属相变材料与有机相变材料。
进一步地，两级相变材料板为两层中空的金属腔体，两种相变材料分别填充在不同层的腔体中。
进一步地，两级相变材料板安装在两块方形电池之间，最大面与方形电池接触。
进一步地，每个相变材料板与电池的接触面上均涂有绝缘导热层。
进一步地，所述的液冷板安装在方形电池与两级相变材料板两侧。
进一步地，液冷板中具有冷却液流道，并与水泵相连，为液冷板提供冷源。
进一步地，液冷板出口与入口位于液冷板两侧，呈“Z”字型分布。
进一步地，肋片采用铝、铜铝合金或不锈钢材料制成，肋片截面形状为三角形、长方形、梯形或工字形。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型的相变材料采用两级分布，两级相变材料腔体中填充的两种相变材料可在不同的温度范围内融化，因此可以增大电池热管理系统的温控范围。每块电池均与相变材料接触，因此电池之间的温度差异有所减小。且液体冷却与相变材料相结合，可以缓解因电池运行时间过长，相变材料全部融化完全而导致的被动冷却系统的失效，延长系统的控温时间。环绕在相变材料与电池组周围的肋片，可以降低电池组中心温度，使温度分布均匀，以及更快带走聚集在相变材料腔体内部的热量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型公开的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置立体结构示意图；
图2为本实用新型公开的液冷板的内部结构示意图；
附图标识：
1、锂离子电池组；2、金属相变材料；3、有机相变材料；4、肋片；5、液冷板；6、液冷板流道出口；7、液冷板的流道入口；8、液冷板扰流件。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例包括方形的锂离子电池组1、两级相变材料板、两级相变材料板两侧的液冷板5以及环绕在电池组周围与电池组交叉放置的肋片4，两级相变材料板安装在两块方形的电池之间，最大面与电池接触，每个相变材料板与电池的接触面上均涂有绝缘导热层。两级相变材料板分为两层，两级相变材料板分为第一层的金属相变材料2与第二层的有机相变材料3，锂离子电池组1、第一层的金属相变材料2与第二层的有机相变材料3堆叠放置。其中，第一层相变材料由充满Ga的金属腔体组成，第二层相变材料由充满石蜡的金属腔体组成。且填充Ga的相变材料层比填充石蜡的相变材料层薄。Ga的熔点为302.93K，石蜡的熔点为302.15K。相变材料经加热至完全融化后分别注入金属腔体中并进行严格的密封。
锂离子电池组开始工作时，当工作温度低于相变材料的熔点时，被动冷却系统没有被触发，此时使用液流对锂离子电池组进行控温。液体流速不宜过高，本实例设置液体流速为0.0002kg/s，流体介质为水。当工作温度逐渐升高至相变材料熔点时，相变材料开始融化，此时大部分热量以潜热的方式积聚在相变材料中，温度上升趋势变缓。本实施例中石蜡熔化温度更低，最先融化，一段时间后，镓开始融化。由于镓的导热系数比石蜡的导热系数大得多，因此即使镓的体积小于石蜡，但仍能起到促进散热的效果。
当锂离子电池组温度较低时，储存于相变材料中的热量可传递给电池组，使电池组温度上升以提高电池温度至适合运行的温度条件下。
作为一些优选实施方式，本实施例中，液冷板的形状如附图2所示，液冷板的进水侧与出水侧应位于两侧，呈“Z”字形，以提高液体与锂离子电池组的接触面积。液冷板的流道入口7位于液冷板上方，液冷板的流道出口6位于下方，液冷板中的液体也可通过重力做功，液冷板中具有液冷板扰流件8，其流道可为方形，增加液体流动的扰动，以强化传热。液冷板中具有冷却液流道，并与水泵相连，为液冷板提供冷源。
作为一些优选实施方式，本实施例中，相变材料板腔体和液流板的材质为铁或其他导热效果更好的金属材料，以提高锂离子电池、相变材料、液流装置的换热效率。
与此同时，肋片4采用铝、铜铝合金或不锈钢材料制成，肋片截面形状为三角形、长方形、梯形或工字形，可增加电池组与外界的接触面积，也可起到增强换热的效果。本实施例以三条肋片为例，肋片数量应结合散热效率和增加额外重量等多方面考虑，为方便拆卸电池，肋片与电池使用螺栓固定。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：该电池温控装置包括相间叠放的方形电池与两级相变材料板、液冷板以及环绕在电池组周围与电池组交叉放置的肋片；两级相变材料板分为两层，其中分别填充金属相变材料与有机相变材料。
2.根据权利要求1所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：两级相变材料板为两层中空的金属腔体，两种相变材料分别填充在不同层的腔体中。
3.根据权利要求1所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：两级相变材料板安装在两块方形电池之间，最大面与方形电池接触。
4.根据权利要求3所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：每个相变材料板与电池的接触面上均涂有绝缘导热层。
5.根据权利要求1所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：所述的液冷板安装在方形电池与两级相变材料板两侧。
6.根据权利要求5所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：液冷板中具有冷却液流道，并与水泵相连，为液冷板提供冷源。
7.根据权利要求5所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：液冷板出口与入口位于液冷板两侧，呈“Z”字型分布。
8.根据权利要求1所述的两级相变材料与液体耦合的电池温控装置，其特征在于：肋片采用铝、铜铝合金或不锈钢材料制成，肋片截面形状为三角形、长方形、梯形或工字形。
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