車用動力電池系統溫控系統的製作方法

2023-05-31 22:38:06 1

本發明涉及車用動力電池系統領域，尤其涉及鋰電池系統溫度控制領域。

背景技術：

鋰離子動力電池因其優異的功率輸出特性和壽命長等優點，目前在電動汽車電池系統中得到良好應用。其中18650鋰離子動力電池是目前應用最廣泛的卷繞型電池類型之一，它不僅應用於移動電源、筆記本電源等領域，也可應用在新能源汽車上，如美國的特斯拉公司選用了日本松下的三元18650動力電池作為其純電動跑車的驅動電源。但車輛上空間有限，18650動力電池在工作中產生的大量熱量受空間影響而累積，或低溫時加熱不便，造成各處溫度不均勻從而影響電池單體的一致性，以及低溫和高溫使用都將降低電池充放電循環壽命，影響電池的功率和能量發揮，嚴重時還將導致熱失控，影響系統安全性與可靠性。為了使18650動力電池系統發揮最佳的性能和壽命，需要優化設計18650電芯的電池包的熱管理系統。

目前存在以下諸多問題：

1、由於單體電池內阻大，使用過程中發熱量較大，而且電池系統成組難度高，熱管理系統設計複雜；

2、系統電芯個數較多，安全保護系統設計難度大，失效機率呈幾何級數增加，熱管理設計安全風險高；

3、單一使用自然或強制風冷：只能高溫降溫，不能在低溫時加熱，也不能對電池包有效密封，且長時間會使電池包內堆積灰塵，如果灰塵進入動力電池包內堵塞電池內部散熱風道會造成電池散熱效率降低，使電芯之間溫差加大，會造成電池系統高溫環境下無法正常工作；一旦灰塵吸入水分後，有造成內部絕緣降低，帶來故障或安全等問題；

4、製冷劑冷卻系統：製冷劑冷卻系統的冷卻介質是空調系統的製冷劑。空調系統的製冷劑經過冷凝器後形成兩個分支，一路進入車輛的蒸發器用於乘員艙的冷氣供應，一路經過膨脹後形成低溫低壓液體，用於集成在動力電池內部的製冷劑板進行熱交換，把動力電池內部的熱量帶出，最後從兩個分支出來的製冷劑又匯合進入壓縮機，開始新一輪的循環。由於該種方案管路較長，製冷劑量大，成本也較高。

5、系統水冷方案：水冷系統無論是從技術研究、設計開發、製造、成本方面上考慮，均高於前兩者，尤其是考慮到電池使用的安全性，對水冷系統的密封性提出了很高的要求，造成工藝複雜，成本升高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是實現一種不需要外部提供冷卻介質和能源，能夠有效解決鋰電池溫度問題的系統。

為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為：車用動力電池系統溫控系統,所述動力電池由電芯構成，所述電芯固定在由相互連通的導熱微管所構成的換熱體內，所述導熱微管內填充有導熱介質。

所述電芯外壁外設有導熱護套。

所述導熱護套由導熱矽膠製成，所述導熱護套外壁設有多個沿其周向設置的圓形凸稜，相鄰所述凸稜之間的間隙用於夾持固定所述導熱微管，

所述導熱微管內填充有用於形成毛細現象的柔性多孔納米碳纖維。

所述換熱體由導熱微管和填充在導熱微管間隙內的導熱填充膠構成。

所述換熱體位於導熱護套的中部位置，所述換熱體包裹導熱護套的高度佔導熱護套總長度的40％-70％。

所述導熱介質為氯化鈣、乙醇、乙二醇、二甲基亞碸、硼砂、鉬酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、矽酸鈉、苯並三唑、苯甲酸鈉、2-巰基苯並噻唑鈉、甲苯基三唑鈉、聚乙二醇、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉、亞甲基藍中的一種或兩種以上與水的混合液。

所述導熱介質的配方為：佔總質量63.7％的乙二醇、2％的硼砂、3.41％的乙二胺四乙酸二鈉的水混合物。

用於生產所述車用動力電池系統溫控系統的生產方法：

步驟1、按照電芯部件放置導熱護套；

步驟2、將製作好的導熱微管固定在導熱護套外；

步驟3、在導熱微管外灌導熱膠製成換熱體；

步驟4、在導熱護套內安裝電芯。

所述步驟2中製作好的導熱微管內填充有導熱介質，所述導熱微管內的內壓力為-0.06Mpa至-0.03Mpa。

本發明的優點在於不需要外部提供冷卻介質和能源，電池包密封性提高，杜絕灰塵進入動力電池包內，堵塞散熱風道，影響電池散熱效率；此外系統製作方便，結構簡單，成本降低，採用新型的微熱管正向散熱技術，冷卻效率高，減少水在不同溫度下體積變化帶來的密封安全隱患，有效減小包內電芯單體之間的溫差，提高動力電池包的安全性能和使用壽命。

附圖說明

下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容及圖中的標記作簡要說明：

圖1為系統換熱原理圖；

圖2、3為車用動力電池系統溫控系統結構示意圖；

上述圖中的標記均為：1、電芯；2、導熱微管；3、導熱護套。

具體實施方式

當電動車高速運行時，電芯1大電流放電，因內阻高(30mΩ～40mΩ)產熱量大，導致整個電池包內溫度逐漸升高。這時電池繼續放電，會產生約15℃-25℃的溫升，電池包內局部溫度會達到50℃-65℃的風險狀態。(當然各種電池的溫升值不等，但情況相似。)在此之前就必須對電池散熱冷卻，否則會因整包溫度報警而不能繼續使用，基於此問題，本發明車用動力電池系統溫控系統將動力電池的電芯1固定在換熱體內，換熱體由相互連通的導熱微管2所構成，導熱微管2內填充有導熱介質。導熱微管2連通的最低要求是同層導熱微管2相互連通。

導熱介質受溫度和毛細現象驅動從溫度較高的一端(電芯1結構中部部位)，傳導到溫度較低的一端(散熱片區域)，導熱介質再回流到高溫區，周而往復的將高溫區的熱量帶到冷凝區散掉。反之，當電芯1需要加熱時，對散熱片區域進行熱源輸入，即可實現電芯1的加熱啊，如圖1所示，從而實現整個系統中液體流動和系統的加熱與冷卻。

為了提高熱交換效果，導熱微管2內填充柔性多孔納米碳纖維，形成有效的溶劑凝結核，形成毛細現象，能夠更加有利於提高導熱介質換熱效率。

為方便固定，電芯1外壁外設有導熱護套3，以有效提高電芯1與導熱微管2的接觸，擠出空氣從而提高表面的導熱能力和效率，導熱護套3由導熱矽膠製成，導熱護套3外壁設有多個沿其周向設置的圓形凸稜，相鄰凸稜之間的間隙用於夾持固定導熱微管2，即導熱微管2鑲嵌到導熱護套3的凸稜槽內，同時為進一步保證系統整體結構穩定，換熱體由導熱微管2和填充在導熱微管2間隙內的導熱填充膠構成，導熱體的外部灌膠密封處理方式(結構)，能夠保障導熱微管2的密封性，起到導熱、固定電芯1的作用。

換熱體位於導熱護套3的中部位置，換熱體包裹導熱護套3的高度佔導熱護套3總長度的40％-70％，這樣既能有效的保證換熱效果，也能降低系統製作成本。

導熱微管2內初始有一定的負壓(-0.03Mpa～-0.06Mpa)，以降低液體相變溫度，提高吸熱能力；所用導熱介質為：純的氯化鈣(CaCl2)、乙醇(C2H5OH，俗名酒精)、乙二醇(C2H4(OH)2，俗名甜醇)、二甲基亞碸、硼砂、鉬酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、矽酸鈉、苯並三唑、苯甲酸鈉、2-巰基苯並噻唑鈉、甲苯基三唑鈉、聚乙二醇(600)、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉、亞甲基藍中的一種或兩種以上與H2O(電導率在0.1us/cm(電阻值在10兆歐姆)以上)的混合液。

優選導熱微管2內壓力為-0.05Mpa，電芯1的發熱量根據Q＝cpmΔT(式中:Q為發熱量；cp為比容；m為質量；ΔT為溫升。)計算出電芯1在標準需求下的最大發熱量，調整冷卻液配方(質量比)為：乙二醇63.7％、硼砂2％、乙二胺四乙酸二鈉3.41％與H2O(電導率在0.1us/cm(電阻值在10兆歐姆)以上)的導熱介質在36.5℃時，導熱介質開始逐步氣化吸熱，熱量通過導熱護套3導到導熱微管2，同時導熱微管2內液體沿著填充柔性多孔納米碳纖維形成的毛細管從高溫處向低溫度處流動，將熱量帶走，冷凝的導熱介質又回流到溫度高處形成循環，這樣電池溫度不會急劇升高，再結合外部風扇將熱量帶走，使整個電池系統最高維持在45℃的電池可工作狀態。

上述車用動力電池系統溫控系統的生產方法：

步驟1、按照電芯1部件放置導熱護套3；

步驟2、將製作好的導熱微管2固定在導熱護套3外；

步驟3、在導熱微管2外灌膠製成換熱體；

步驟4、在導熱護套3內安裝電芯1。

這樣的生產方式，不僅能夠提高車用動力電池系統溫控系統的製作效率，也能保證產品的質量，並方便後期檢修維護。

上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。