一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統的製作方法
2023-08-11 18:13:16 1
本實用新型涉及一種動力電池熱管理裝置，尤其涉及一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統。
背景技術：
隨著社會經濟和科技的快速發展，能源與環境問題已經成為人類的兩大難題。傳統的燃油汽車一次能源消耗量大、效率低以及汙染物排放量大已經對社會的能源和環境領域造成極大的威脅。電動汽車具有一次能源零消耗和汙染物零排放的優點而應運而生。但是電動汽車也有致命的缺點：在快速充放電過程中，電池的發熱量大。如果熱量不能及時排除，會使電池的溫度升高，電池溫度過高會使電池的效率降低、壽命縮短，甚至是導致電動汽車自燃等安全性問題。所以有必要使用合適的電池熱理系統對電池的溫度進行控制。
目前電池熱管理系統採用的主要冷卻方式有空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻和相變材料冷卻等。空氣冷卻與電池壁面之間熱交換係數較小，冷卻速度較慢，不能滿足電池散熱的需要；液體冷卻重量相對較大，存在漏液的風險，結構也相對複雜；熱管冷卻結構比較複雜，系統造價比較高，且極易損壞；相變材料冷卻採用的相變材料的導熱係數較低，發生相變時相變材料出現洩漏，在完全相變時，如果熱量無法及時排放，會導致無法吸收電池熱量。
因此，如何設計出合理的電池熱管理系統來提高電動汽車的使用效率、壽命和安全性已成為電動汽車能否廣泛使用的一個關鍵問題。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統，解決相變材料冷卻中相變材料導熱係數低，相變材料熔化時發生洩漏和熱量無法快速排出的問題。
本實用新型提供的一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統包括：單體電池202、相變複合板203、散熱器204和電池箱體205；
單體電池202、變複合板203和散熱器204構成散熱單元；
單體電池202左右依次對稱貼附一對相變複合板203和一對散熱器204；
N個散熱單元橫向排列，並收納在電池箱體205的空腔內，N為自然數；
相變複合板203包括支撐板體及其導熱填料。
可選的，
支撐板包括聚乙烯空間網格結構。
可選的，
導熱填料包括平均孔隙率在93％-95％之間的泡沫金屬。
可選的，
與電池單體接觸側的泡沫金屬的上三角區303或上扇形區302的局部孔隙率比剩餘區域的局部孔隙率大3％-5％。
可選的，
散熱器204包括金屬板401和翅片402；
金屬板401與翅片402通過釺焊方式連接；
翅片402材料包括泡沫金屬。
可選的，
翅片402包括分布於金屬板401端部長方形的第一翅片和分布於金屬板401中部四邊形的第二斜翅片；
四邊形斜翅片的銳角為45°，縱向間距為橫向間距的3-4倍。
可選的，
該泡沫金屬的加工工藝包括燒結形成或者由兩局部孔隙率不同的泡沫金屬拼接形成。
可選的，
電池箱體205內部底面設有第一槽道502，第一槽道502的大小與金屬板401的厚度相匹配；電池箱體205側面設有方形孔501，該方形孔501大小與翅片402厚度匹配。
可選的，
該系統還包括箱體蓋板201；
箱體蓋板201與電池箱體205密封連接；
箱體蓋板201設置有與單體電池202的電極大小相匹配的通孔601；
電池箱體205底面設置有第二槽道602，第二槽道602的大小與金屬板401的厚度相匹配。
可選的，
該系統還包括電路模塊206；
電路模塊206用於根據預製溫度模式控制相應的空氣冷卻方式、空氣的流量和流速。
從以上技術方案可以看出，本實用新型實施例具有以下優點：
現有電動汽車電池散熱所採用的有機相變材料的導熱係數較小，而金屬銅或鋁的導熱係數較高，本實用新型通過複合相變板203吸收單體電池工作時產生的熱量，並把熱量快速傳遞到散熱器204，再通過散熱器204把熱量散發出去，使單體電池202工作溫度維持在合理的範圍，提高單體電池的工作效率、安全性和壽命。其中，導熱填料可為泡沫銅或泡沫鋁中的其中一種，平均孔隙率在93％-95％之間，採用所述泡沫金屬作為所述複合相變板203的導熱填料，能大大提高有機相變材料的導熱係數，採用低密度聚乙烯作為所述複合相變板的支撐材料，通過聚合物支撐材料形成的空間網絡結構，可防止相變材料的滲出而引起的洩漏問題。
附圖說明
圖1為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例結構示意圖；
圖2為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例爆炸圖；
圖3為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例中一種變相覆核板結構圖；
圖4為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例中另一種變相覆核板結構圖；
圖5為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例中散熱板器的結構圖；
圖6為圖5的正視圖；
圖7為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例中電池箱體的結構圖；
圖8為圖7的主視圖；
圖9為本實用新型中一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例中箱體蓋板的結構圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統，解決相變材料冷卻中相變材料導熱係數低，相變材料熔化時發生洩漏和熱量無法快速排出的問題。
相變材料在其相變溫度附近發生相變，釋放或吸收大量熱量，相變材料的這一特徵可被用於儲存能量或控制環境溫度目的，在許多領域具有應用價值。相變材料具有應用領域非常廣泛的特點，在建築節能、現代農業溫室、太陽能利用、生物醫藥製品及食品的冷藏和運輸、物理醫療(熱療)、電子設備散熱、運動員降溫(保暖)服飾、特殊控溫服裝、航天科技、軍事紅外偽裝、電力調峰應用、工業餘熱儲存利用等諸多領域均具有明顯的應用價值。
下面請參閱圖1至圖9並結合具體實施例，本實用新型提供的一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例包括：
單體電池202、相變複合板203、散熱器204和電池箱體205；
單體電池202、變複合板203和散熱器204構成散熱單元；
單體電池202左右依次對稱貼附一對相變複合板203和一對散熱器204；
N個散熱單元橫向排列，並收納在電池箱體205的空腔內，N為自然數；
相變複合板203包括支撐板體及其導熱填料。
本實施例中，通過複合相變板203吸收單體電池工作時產生的熱量，並把熱量快速傳遞到散熱器204，再通過散熱器204把熱量散發出去，使單體電池202工作溫度維持在合理的範圍，提高單體電池的工作效率、安全性和壽命。其中，導熱填料可為泡沫銅或泡沫鋁中的其中一種，平均孔隙率在93％-95％之間，採用所述泡沫金屬作為所述複合相變板203的導熱填料，能大大提高有機相變材料的導熱係數，使相變材料在無相變儲能區(全固態和全液態)的冷熱端溫差減小，有效吸收電池產生的熱量並快速散發出去。
需要說明的是，該泡沫金屬的平均孔隙率維持不變，與電池單體接觸側的泡沫金屬的上三角區303或上扇形區302的局部孔隙率比剩餘區域的局部孔隙率大3％-5％。更有利於發揮相變材料相變過程中上三角區或上扇形區自然對流換熱為主和剩餘區域純導熱為主的優勢，有利於電池熱量的高效吸收。
需要說明的是，本實施例採用低密度聚乙烯作為複合相變板203的支撐材料，通過聚合物支撐材料形成的空間網絡結構，可防止相變材料的滲出而引起的洩漏問題。
上述泡沫金屬的加工工藝包括燒結形成或者由兩局部孔隙率不同的泡沫金屬拼接形成。
下面對本實用新型中的一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例進行進一步的說明：
散熱器204包括金屬板401和翅片402；
金屬板401與翅片402通過釺焊方式連接；
翅片402材料包括泡沫金屬。
需要說明的是，翅片402包括分布於金屬板401端部長方形的第一翅片和分布於金屬板401中部四邊形的第二斜翅片；四邊形斜翅片的銳角為45°，縱向間距為橫向間距的3-4倍。形成了以縱向為主，傾斜為輔的空氣流道，空氣流入傾斜通道時，由於寬度減小，流速增大，流出傾斜通道時就會破壞縱向通道上延長度一直增厚的邊界層，邊界層的破壞重組有利於傳熱熱阻的進一步減小，增強換熱能力，提高熱管理系統的效率。從而降低空氣與換熱壁面之間的對流傳熱熱阻，增強散熱能力。
本實用新型中的一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例進行進一步包括：
該系統還包括箱體蓋板201；
箱體蓋板201與電池箱體205密封連接；
箱體蓋板201設置有與單體電池202的電極大小相匹配的通孔601；
電池箱體205底面設置有第二槽道602，第二槽道602的大小與金屬板401的厚度相匹配。從而通過該設計使得系統結構設置簡單、緊湊，空間利用率高。
本實用新型中的一種基於相變材料和空氣耦合冷卻的電池熱管理系統實施例進行進一步包括：電路模塊206，電路模塊206用於根據預製溫度模式控制相應的空氣冷卻方式、空氣的流量和流速。從而使電池熱管理系統內熱量得到合理地排放，維持電池正常工作。
以上所述，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。