一种利用水凝胶增强电池模组散热的方法与流程

本发明涉及的是新能源汽车动力电池技术应用领域，更具体地说是一种利用水凝胶增加电池模组散热的方法。

背景技术：

新能源汽车所采用的锂离子电池系统能量高、寿命长，然而，在充放电过程中，电池系统会因电池电化学产热、内阻产热、极耳焦耳产热等原因引起系统温度升高。锂离子电池的正常工作温度约为0~50^oc，当温度高于50^oc后电池内部电解液或sei膜等易遭到不可逆的破坏，若温度持续升高则可引起热失控导致电池失效甚至爆炸。因此，管控电池温度，使其工作在合理的温度区间，是一项对于新能源汽车安全来说重中之重的任务。

目前通常采用的热管理中降温的措施有风冷和水冷，其中，风冷比较容易加剧电池模组温度不均匀；另外，水冷需要配备水泵，循环管道，制冷机等设备，增加了电池系统的成本和重量。

水凝胶是一种含水量高，且具备一定的形状和机械性能的高分子聚合物的统称，水凝胶的比热容和热导率与水皆相当，约为4.2-5.2kj/(kg*k），本方案拟在利用水凝胶的基础上，增强电池模组散热能力。

技术实现要素：

本发明公开的是利用水凝胶增加电池模组散热的方法，其主要目的在于克服现有技术存在的上述不足和缺点，提供一种客车锂电池模组的散热方法，它不仅可以有效地提高电池模组的散热能力，提高电池模组的安全性，而且整个方案无需使用风扇、水泵、制冷设备等附加设备，系统结构更加简单实用，无耗电，更加环保节能。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用水凝胶增强电池模组散热的方法，包括若干组电池模组、电池箱体和由有机高分子聚合物与交联剂交联形成的水凝胶体，所述电池模组由若干个电池单体组成，该电池单体之间留设有空隙，该电池单体与电池模组之间留设有空隙，所述水凝胶体配合填装在该空隙中，且该水凝胶体的高度不超过所述电池单体除去极耳以外高度的90%；所述电池模组呈矩形结构，该电池模组的四个外侧壁及上顶面的外侧壁上分别贴设有所述水凝胶体，该电池模组按一定的空隙间距均匀地排列于所述电池箱体内组成电池系统，所述电池箱体的侧壁上开设有进风口和出风口；该电池单体产生的热量传导于所述水凝胶体内，通过进风口进入的空气与水凝胶体界面的热交换带走水凝胶体中的热量，促使更多的热量从电池单体中散发，降低电池单体温度。

更进一步，所述电池模组内部及外侧面贴设的水凝胶体上还插设有若干的铝丝或铝箔。

更进一步，所述水凝胶体为温度敏感水凝胶体，当温度高于一定值时该水凝胶体会自动释放水份，通过水份蒸发吸热加速热量散发。

更进一步，所述水凝胶体含水量高于70%。

更进一步，所述电池单体之间以及电池单体与电池模组之间的空隙大小由热仿真经计算优化，参数变化间隔小于5mm，参数个数不少于5个，根据热仿真计算结果，绘制空隙大小与模组平均温度关系图，并计算空隙大小所对应电池模组体积时电池模组的体积比能量，绘制空隙大小与体积比能量关系图，根据绘图结果兼顾两项指标确定最佳空隙大小，使综合结果达到最优并综合考虑电池模组体积因素而得到。

更进一步，所述水凝胶体厚度经由热仿真计算，参数变化间隔小于3mm，参数个数不少于5个，根据热仿真计算结果，绘制厚度与电池模组平均温度关系图，并计算水凝胶体厚度所对应电池模组重量时电池模组的质量比能量，绘制厚度与质量比能量关系图，根据绘图结果兼顾两项指标确定最佳厚度，使综合结果达到最优；综合电池模组重量，兼顾两项指标使综合结果达到最优，以最优结果为参考来设置水凝胶体厚度。

更进一步，所述电池箱体中排放贴有水凝胶体的电池模组之后，电池模组之间所保留的空隙为1-200mm，具体值经由热仿真与流体仿真优化得到，该空隙大小作为参数其变化间隔小于5mm，参数个数不少于5个，根据流体力学影响下的热仿真计算结果，绘制空隙大小与电池系统的平均温度关系图，并计算空隙大小所对应电池箱体体积时电池系统的体积比能量，绘制空隙大小与体积比能量关系图，根据绘图结果兼顾两项指标确定最佳空隙大小，使综合结果达到最优。

更进一步，所述进风口吹入的风为自然风或者车载空调风中的任意一种。

通过上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过增加设置水凝胶体，利用水凝胶体的高比热容可以临时储存较多的热量，然后将该热量与空气对流交换以及蒸发吸热作用，将热量被带走，实现散热的目的，相比于无水凝胶片的电池模组，本方案的系统结构更有利于热量交换，从而可以达到高效散热的目的；同时，本方案的系统结构更加简单，无需设置风扇、水泵、制冷机、铝管等附加物，增加车重不明显，也不增加整车系统耗电，更加环保。

附图说明

图1是本发明电池模组的结构示意图。

图2是本发明电池箱体的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明来进一步地说明本发明的具体实施方式。

实施例一

如图1及图2所示，一种利用水凝胶增强电池模组散热的方法，包括一电池模组、电池箱体1和由有机高分子聚合物与交联剂交联形成的水凝胶体2，所述水凝胶体2含水量高于70%，所述水凝胶体2为温度敏感水凝胶体，当温度高于一定值时该水凝胶体会自动释放水份，通过蒸发吸热加速热量散发。所述电池模组由10个电池单体3组成，该电池单体3之间留设有空隙，该电池单体3与电池模组之间留设有空隙，所述水凝胶2体配合填装在该空隙中，且该水凝胶体2的高度不超过所述电池单体3除去极耳以外高度的90%；所述电池模组呈矩形结构，该电池模组的四个外侧壁及上顶面的外侧壁上分别贴设有所述水凝胶体2；所述电池箱体1的侧壁上开设有进风口11和出风口12，所述电池模组按一定的间距均匀布设在所述电池箱体1内，使贴设有水凝胶体2的电池单体3之间保留有一定的空隙；该电池单体3产生的热量传导于所述水凝胶体2内，通过进风口11进入的空气与水凝胶体2界面的热交换带走水凝胶体2中的热量，促使更多的热量从电池单体3中散发，降低电池单体3温度。

所述水凝胶片的厚度均为5mm,为了进一步提高水凝胶片的热导率，所述电池模组内部及外侧面贴设的水凝胶体2上还插设有若干的铝丝或铝箔。所述电池模组按15mm的间距在电池箱体1内排放，贴完水凝胶体2之后的电池模组之间的空隙为5mm,电池模组外侧面贴有5mm厚的水凝胶体2。所述电池单体3之间以及电池单体3与电池模组之间的空隙大小由热仿真经计算优化，参数变化间隔小于5mm，参数个数不少于5个，根据热仿真计算结果，绘制空隙大小与模组平均温度关系图，并计算空隙大小所对应电池模组体积时电池模组的体积比能量，绘制空隙大小与体积比能量关系图，根据绘图结果兼顾两项指标确定最佳空隙大小，使综合结果达到最优并综合考虑电池箱体体积因素而得到。所述电池箱体1中排放贴有水凝胶体2的电池模组之后所保留的空隙可以为1-200mm，具体值经由热仿真与流体仿真优化得到，该空隙大小作为参数其变化间隔小于5mm，参数个数不少于5个，根据流体力学影响下的热仿真计算结果，绘制空隙大小与电池单体系统平均温度关系图，并计算空隙大小所对应电池箱体体积时电池系统的体积比能量，绘制空隙大小与体积比能量关系图，根据绘图结果兼顾两项指标确定最佳空隙大小，使综合结果达到最优。

电池箱体1采用的风引自空调风，空调风与水凝胶体2界面进行热交换可带走水凝胶中的热量，促使更多的热量从电池单体3中散发，以降低电池单体3温度。并且小流速的空调风即可使水凝胶长期稳定在空调风的温度，可节约空调耗能。仿真实验表明，在相同的风速、相同的发热条件下，将发热体表面覆盖水凝胶体与铝片两种情况相比较，水凝胶体更利于散热，尤其在小风速下水凝胶体的优势更明显。

实施例二

本实施例与实施例一的区别点在于：本实施例电池箱体1采用的风引自自然风，当水凝胶温度低于某温度值时，空气与水凝胶体2界面进行热交换从而带走水凝胶中的热量，促使更多的热量从电池单体3中散发，以降低电池单体3温度；当水凝胶体2温度高于某温度值时，该温敏型水凝胶体2会自动释放水份，水份在通风口所引入风的影响下被加速蒸发，蒸发相变吸热，可带走电池模组中的大量热量，从而达到高效散热的目的。其它特征与实施例一相同，在此就不再复述。

本发明通过增加设置水凝胶体，利用水凝胶体的高比热容可以临时储存较多的热量，然后将该热量与空气对流交换以及蒸发吸热，热量被带走，实现散热的目的，相比于无水凝胶片的电池模组，本方案的系统结构更有利于热量交换，从而可以达到高效散热的目的；同时，本方案的系统结构更加简单，无需设置风扇、水泵、制冷机、铝管等附加物，增加车重不明显，也不增加整车系统耗电，更加环保。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不仅局限于此，凡是利用此构思对本发明进行非实质性地改进，均应该属于侵犯本发明保护范围的行为。