一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括動(dòng)力電池箱和熱管理控制系統(tǒng)。若干電池單體相鄰排列形成電池組置于電池箱殼體內(nèi)，在相鄰電池間隙和電池組寬度方向上的最外側(cè)電池表面夾設(shè)有復(fù)合相變材料板；所述復(fù)合相變材料板與熱管結(jié)合組成復(fù)合相變材料熱管耦合組件并加設(shè)在電池組兩側(cè)；熱管在電池模塊外殼上的通孔伸出，伸出端連接有加熱裝置和散熱風(fēng)扇。可編程自動(dòng)調(diào)溫器通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)囟葌鞲衅鱾鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行處理決定是否啟用風(fēng)扇和加熱裝置。本發(fā)明具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)固、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；并且可以對(duì)電池組進(jìn)行直接、統(tǒng)一、均勻降溫和加熱，使電池工作在合適的溫度范圍，完善了電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，尤其是一種有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境是人類可持續(xù)發(fā)展的主題，隨著全世界石油資源逐步枯竭和汽車尾氣對(duì)環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，電動(dòng)車(EV)或混合電動(dòng)車(HEV)以及相應(yīng)動(dòng)力電源的研究、開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用得到迅速發(fā)展。動(dòng)力電池組作為電動(dòng)車的心臟更是研究的重點(diǎn)。但是動(dòng)力電池在工作時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及電池內(nèi)阻都會(huì)產(chǎn)生大量的熱，若熱量不能夠及時(shí)散失而在電池內(nèi)部積聚，將會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高，直接影響電池充放電性能及使用壽命，同時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)漏液、放氣、冒煙等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)電池發(fā)生劇烈燃燒且發(fā)生爆炸。此外，在低溫下，嚴(yán)重影響電池的充電性能，并極大地縮短電池的壽命，如果電池的壽命過(guò)短需要更換，就會(huì)大大增加用車的成本，從而使電動(dòng)汽車使用成本低的優(yōu)勢(shì)喪失殆盡。因此為動(dòng)力電池配備有效的熱管理系統(tǒng)很有必要。
[0003]目前，電池組的冷卻方式按傳熱介質(zhì)一般有空氣冷卻、液體冷卻以及采用相變材料冷卻的三種方式。市場(chǎng)上多采用最為簡(jiǎn)單的空氣冷卻方式，然而當(dāng)電池在惡劣的環(huán)境下工作時(shí)，僅采用空氣冷卻的方式很難使電池在最佳溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)不能保證電池間的溫度一致性。采用液體冷卻由于要考慮絕緣、泄漏等問(wèn)題，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。此夕卜，到目前為止，從電池材料本身改善電池的低溫性能沒(méi)有取得明顯的成果，同時(shí)，采用輔助手段提高電池低溫性能成為了重要的研究方向，包括交流電加熱法、帕爾貼加熱法、加熱套加熱法等。
[0004]相變材料是一種能夠通過(guò)發(fā)生相變來(lái)吸收或釋放出大量熱量的材料，但是材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，會(huì)形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)。因此選擇合適相變溫度的相變材料并應(yīng)用在電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域具有廣闊的前景。熱管作為一種傳熱元件，充分利用了熱傳導(dǎo)原理與制冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源夕卜，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。同時(shí)熱管技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于宇航、軍工等行業(yè)。所以將相變材料的高蓄熱性和熱管的高散熱性進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)構(gòu)結(jié)合加工成耦合組件應(yīng)用到電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中是解決這一問(wèn)題的良好途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行有效的熱管理使其工作在合適的溫度范圍，并針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)固、散熱冷卻效率高、安全性高并具有輔助加熱功能。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，所述動(dòng)力電池箱包括電池模塊外殼，置于電池模塊外殼內(nèi)的若干電池單體相鄰排列形成電池組，在相鄰兩個(gè)單體電池間隙和電池組寬度方向上的最外側(cè)電池表面夾設(shè)有復(fù)合相變材料板；所述復(fù)合相變材料板與熱管結(jié)合，組成復(fù)合相變材料熱管耦合組件并加設(shè)在電池組兩側(cè)；所述復(fù)合相變材料熱管耦合組件的熱管在電池模塊外殼上的通孔伸出，伸出端連接有加熱裝置和散熱風(fēng)扇。
[0007]所述熱管理控制系統(tǒng)包括溫度傳感器，所述溫度傳感器的溫度探頭安裝在單體電池上并與可編程自動(dòng)調(diào)溫器相連，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組的運(yùn)行溫度。所述散熱風(fēng)扇通過(guò)風(fēng)扇控制器與可編程自動(dòng)調(diào)溫器相連，所述風(fēng)扇控制器用于控制風(fēng)扇工作；所述加熱裝置通過(guò)電加熱控制器與可編程自動(dòng)調(diào)溫器相連，所述加熱控制器用于控制加熱裝置工作。
[0008]優(yōu)先的，所述復(fù)合相變材料板為膨脹石墨/相變材料或膨脹石墨/聚乙烯/相變材料復(fù)合而成。
[0009]優(yōu)先的，所述熱管來(lái)回彎曲的與相變材料板結(jié)合，并在電池模塊殼體兩端伸出，上述熱管為脈動(dòng)熱管。
[0010]優(yōu)先的，所述單體電池和復(fù)合相變材料板的接觸面、熱管和復(fù)合相變材料板的接觸面均涂覆導(dǎo)熱粘合劑、雙面高導(dǎo)熱石墨膜或直接進(jìn)行機(jī)械壓緊結(jié)合。
[0011]優(yōu)先的，所述加熱裝置(5)為電加熱棒、電加熱膜、電加熱絲或連接整車加熱系統(tǒng)。
[0012]優(yōu)先的，對(duì)電池箱體進(jìn)行散熱時(shí)，復(fù)合相變材料熱管耦合組件復(fù)合相變材料板內(nèi)的熱管段為蒸發(fā)端，伸出復(fù)合相變材料外側(cè)的為冷凝端。
[0013]優(yōu)先的，對(duì)電池箱體進(jìn)行加熱時(shí)，復(fù)合相變材料熱管耦合組件復(fù)合相變材料板內(nèi)的熱管段為冷凝端，伸出復(fù)合相變材料外側(cè)的為蒸發(fā)端。
[0014]優(yōu)先的，所述可編程自動(dòng)調(diào)溫器配置有芯片，通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)囟葌鞲衅鱾鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行處理決定是否啟用風(fēng)扇控制器和電加熱控制器。
[0015]本發(fā)明的有益效果是。
[0016]1.相變材料將電池組的熱量吸收并分散，當(dāng)溫度達(dá)到相變溫度區(qū)間時(shí)，繼續(xù)吸熱而自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，會(huì)形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，從而使電池工作在最佳工作溫度范圍內(nèi)。將熱管與復(fù)合相變材料耦合，可以高效排出復(fù)合相變材料中的熱量，進(jìn)而達(dá)到進(jìn)一步的控溫效果。
[0017]2.復(fù)合相變材料板相對(duì)純相變材料具有較高導(dǎo)熱性和機(jī)械加工性，而且在相變完成后沒(méi)有液體相變材料溢出或流動(dòng)現(xiàn)象，為電池組的安全運(yùn)行提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。
[0018]3.可編程自動(dòng)調(diào)溫器通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)囟葌鞲衅鱾鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行處理決定是否啟用風(fēng)扇控制器和電加熱控制器。結(jié)合被動(dòng)熱控和主動(dòng)熱控的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)散熱和加熱的雙重功能。
[0019]4.整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)固、效率高，對(duì)電池進(jìn)行直接、統(tǒng)一、均勻降溫和加熱，使電池工作在合適的溫度范圍，保證了動(dòng)力電池組的整體性能和壽命，完善了電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明動(dòng)力電池箱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是復(fù)合相變材料熱管耦合組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明熱管理控制系統(tǒng)工作原理圖。
[0023]圖4是一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作邏輯示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]【具體實(shí)施方式】:本實(shí)施方式的具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括動(dòng)力電池箱和熱管理控制系統(tǒng)；所述動(dòng)力電池箱包括電池模塊外殼1，電池單體2，復(fù)合相變材料板3，熱管4，加熱裝置5，復(fù)合相變材料熱管耦合組件6，散熱風(fēng)扇7。首先將置于電池模塊殼體內(nèi)的若干電池單體2相鄰排列形成電池組，在相鄰兩個(gè)單體電池間隙和在電池組寬度方向上的最外側(cè)電池表面夾設(shè)有復(fù)合相變材料板3 ;在電池組兩側(cè)設(shè)有復(fù)合相變材料熱管耦合組件6，所述復(fù)合相變材料熱管耦合組件6的熱管在電池模塊外殼上的通孔伸出，伸出端連接有加熱裝置5和散熱風(fēng)扇7。
[0026]所述熱管理控制系統(tǒng)包括風(fēng)扇控制器8，加熱控制器9，溫度傳感器10和可編程自動(dòng)調(diào)溫器11。所述溫度傳感器10的溫度探頭安裝在電池單體2上并與可編程自動(dòng)調(diào)溫器11相連，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組的運(yùn)行溫度。所述散熱風(fēng)扇7通過(guò)風(fēng)扇控制器8與可編程自動(dòng)調(diào)溫器11相連，所述風(fēng)扇控制器8用于控制風(fēng)扇工作；所述加熱裝置5通過(guò)電加熱控制器9與可編程自動(dòng)調(diào)溫器11相連，所述電加熱控制器9用于控制加熱裝置工作。
[0027]進(jìn)一步:所述復(fù)合相變材料板3為石蠟/膨脹石墨或石蠟/膨脹石墨/聚乙烯通過(guò)模具直接壓制成所需尺寸，或?qū)λ鶋褐频膹?fù)合相變材料板進(jìn)行機(jī)械加工成所需尺寸。
[0028]如圖2所示，所述復(fù)合相變材料熱管耦合組件6制備方法如下:根據(jù)脈動(dòng)熱管尺寸和彎曲形狀對(duì)兩塊復(fù)合相變材料板3進(jìn)行對(duì)稱開(kāi)槽，然后把熱管置于開(kāi)好的槽道內(nèi)，最后將兩塊復(fù)合相變材料板3進(jìn)行結(jié)合成復(fù)合相變材料熱管耦合組件6，整個(gè)組件緊密結(jié)合，以減小接觸熱阻。所述兩塊復(fù)合相變材料板3的接觸面以及熱管和復(fù)合相變材料板的接觸面涂覆導(dǎo)熱粘合劑、雙面高導(dǎo)熱石墨膜或直接進(jìn)行機(jī)械壓緊結(jié)合。
[0029]進(jìn)一步:所述加熱裝置(5)為電加熱棒、電加熱膜、電加熱絲或連接整車加熱系統(tǒng)。加熱部件與熱管緊密結(jié)合，熱量通過(guò)熱管傳至相變材料，從而為電池組加熱。
[0030]進(jìn)一步:所述可編程自動(dòng)調(diào)溫器11配置有芯片，通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)囟葌鞲衅鱾鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行處理決定是否啟用風(fēng)扇控制器8和電加熱控制器9。
[0031]結(jié)合圖1至圖4，本發(fā)明具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的工作過(guò)程如下。
[0032]I)正常工況下:電池箱內(nèi)電池工作發(fā)出大量熱量，熱量通過(guò)電池與復(fù)合相變材料板的接觸界面被相變材料以潛熱或顯熱的形式吸收。熱量的積聚導(dǎo)致相變材料溫度升高，當(dāng)熱管與復(fù)合相變材料板的接觸面的溫度達(dá)到熱管啟動(dòng)溫度時(shí)，將會(huì)激發(fā)熱管工作，從而快速的把相變材料內(nèi)的熱量迅速傳遞到外部環(huán)境，從而使電池的溫度維持在最佳的工作溫度范圍內(nèi)，此時(shí)可編程自動(dòng)調(diào)溫器通過(guò)溫度傳感器對(duì)電池電芯進(jìn)行監(jiān)控，電芯溫度在控制溫度范圍內(nèi)，風(fēng)扇控制器對(duì)此溫度范圍無(wú)響應(yīng)，即風(fēng)扇不工作。
[0033]2)散熱風(fēng)扇工作:當(dāng)運(yùn)行工況較為惡劣時(shí)，相變材料迅速積聚熱量而熱管向外散失熱量的能力不足時(shí)，電池溫度持續(xù)升高，當(dāng)電池溫度達(dá)到可編程自動(dòng)調(diào)溫器設(shè)定的最高溫度值七_(dá)，將會(huì)使風(fēng)扇控制器對(duì)此做出響應(yīng)，從而控制風(fēng)扇工作，強(qiáng)制空氣對(duì)流通過(guò)伸出電池箱殼體的熱管段(冷凝端)達(dá)到加強(qiáng)散熱的目的，可編程自動(dòng)調(diào)溫器通過(guò)溫度傳感器對(duì)電池電芯進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直至電池溫度降至設(shè)定風(fēng)扇停止工作溫度卩，風(fēng)扇停止工作。
[0034]3)加熱裝置工作:在冬天或寒冷地區(qū)，電池的溫度較低，不能滿足低溫啟動(dòng)或持續(xù)工作的要求，當(dāng)電池溫度達(dá)到可編程自動(dòng)調(diào)溫器設(shè)定的最低溫度值t_，將會(huì)使加熱控制器對(duì)此做出響應(yīng)，從而控制加熱裝置工作，加熱裝置在伸出電池箱殼體的熱管段(蒸發(fā)端)工作，熱量通過(guò)熱管進(jìn)入復(fù)合相變材料板，從而使整個(gè)電池箱體的溫度升高，可編程自動(dòng)調(diào)溫器通過(guò)溫度傳感器對(duì)電池電芯進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直至電池溫度升至設(shè)定加熱裝置停止工作溫度，加熱裝置停止工作。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不限定它的保護(hù)范圍，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可以對(duì)其局部進(jìn)行改進(jìn)，只要不超出本專利的精神實(shí)質(zhì)，也都視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:包括動(dòng)力電池箱和熱管理控制系統(tǒng)；所述動(dòng)力電池箱包括電池模塊外殼(1)，置于電池模塊外殼(I)內(nèi)的若干電池單體(2)相鄰排列形成電池組，在相鄰兩個(gè)單體電池間隙和電池組寬度方向上的最外側(cè)電池表面夾設(shè)有復(fù)合相變材料板(3);所述復(fù)合相變材料板(3)與熱管(4)結(jié)合，組成復(fù)合相變材料熱管耦合組件(6)并加設(shè)在電池組兩側(cè)；所述復(fù)合相變材料熱管耦合組件(6)的熱管在電池模塊外殼上的通孔伸出，伸出端連接有加熱裝置(5)和散熱風(fēng)扇(7);所述熱管理控制系統(tǒng)包括溫度傳感器(10)，所述溫度傳感器(10)的溫度探頭安裝在單體電池(2)上并與可編程自動(dòng)調(diào)溫器(11)相連，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組的運(yùn)行溫度；所述散熱風(fēng)扇(7)通過(guò)風(fēng)扇控制器(8)與可編程自動(dòng)調(diào)溫器(11)相連，所述風(fēng)扇控制器(8)用于控制風(fēng)扇工作；所述加熱裝置(5)通過(guò)電加熱控制器(9)與可編程自動(dòng)調(diào)溫器(11)相連，所述加熱控制器(9)用于控制加熱裝置(5)工作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:所述復(fù)合相變材料板(3)為膨脹石墨/相變材料或膨脹石墨/聚乙烯/相變材料復(fù)合而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:所述熱管(4)來(lái)回彎曲的與相變材料板結(jié)合，并在電池模塊殼體兩端伸出，上述熱管為脈動(dòng)熱管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:所述電池單體(2)和復(fù)合相變材料板(3)的接觸面、熱管(4)和復(fù)合相變材料板的接觸面均涂覆導(dǎo)熱粘合劑、雙面高導(dǎo)熱石墨膜或直接進(jìn)行機(jī)械壓緊結(jié)合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:所述加熱裝置(5)為電加熱棒、電加熱膜、電加熱絲或連接整車加熱系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:對(duì)電池箱體進(jìn)行散熱時(shí)，復(fù)合相變材料板熱管耦合組件(6)內(nèi)的熱管段為蒸發(fā)端，伸出復(fù)合相變材料外側(cè)的為冷凝端。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:對(duì)電池箱體進(jìn)行加熱時(shí)，復(fù)合相變材料板熱管耦合組件(6)內(nèi)的熱管段為冷凝端，伸出復(fù)合相變材料外側(cè)的為蒸發(fā)端。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高效散熱和加熱功能的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于:所述可編程自動(dòng)調(diào)溫器(11)配置有芯片，通過(guò)編寫(xiě)程序?qū)囟葌鞲衅鱾鱽?lái)的信號(hào)進(jìn)行處理決定是否啟用風(fēng)扇控制器(8)和加熱控制器(9)。
【文檔編號(hào)】H01M10/615GK106033827SQ201510116212
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日
【發(fā)明人】吳偉雄, 張國(guó)慶, 高冠勇, 王子緣, 司徒文甫, 邱駿光, 王宇
【申請(qǐng)人】廣東萬(wàn)錦科技股份有限公司