一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统

1.本发明涉及动力电池温度控制技术领域，尤其涉及一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统。


背景技术：

2.电动汽车因具有噪声小，污染低，结构简单，使用维修方便和能量转换效率高等优点，已逐渐成为未来汽车的发展方向。而作为电动汽车心脏的动力电池是汽车的动力源泉，也是影响着电动汽车发展的关键因素。
3.近年来，随着电动汽车的快速发展，人们对电动汽车续航里程、快充特性和动力需求不断提升，与此同时，对高能量密度和功率密度的动力电池需求也在快速增长。然而高能量密度和功率密度的锂离子电池的热安全性然是锂离子电池和电动汽车发展所面临的主要问题，更高的能量密度和功率密度意味着其在工作工程中会产生更多的热量，从而导致锂离子电池内部温度发生剧烈变化。研究表明，动力电池充、放电容量、循环寿命和热安全性在很大程度上取决于温度。一旦电池材料在异常温度范围内，锂离子电池的性能和稳定性都会迅速下降。过低的温度会导致锂离子电池内阻和极化内阻增加、功率和能量损失会变大、并且电池的放电容量也会变小；过高的温度则会加剧电池的退化率，从而降低工作性能和循环寿命。因此，温度对电池装置的性能影响很大，控制稳定且合适的温度在提高电池的性能方面上起着决定性的作用。
4.目前，动力电池装置主要采用空气强制对流传热的方式进行散热冷却，即迫使空气在单个电池外壳流动将其热量带走，由于空气的导热系数低、热容小等缺点，导致传执系数小，散热冷却效率低，而且空气在电池装置内的流动不均匀将影响电池装置的温度均匀性。而利用相变材料在固—液相变过程中具有温度稳定及较高储执密度的优点。能有效地改善动力电池热物性能，但传统的利用相变材料冷却动力电池的方法，往往因为相变材料的控温效果会随着放电时间的增长而变低，从而导致相变材料的用量和电池组的重量问题形成一个矛盾，而本发明采用活塞压固相状态的相变材料使得其形成一个循环为动力电池散热，更好的解决了相变材料控温时间的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统，所述动力电池包含n个电池单体，所述电池单体呈长方体，n为大于等于2的自然数，所述动力电池散热系统包括n-1个散热片、平板热管、以及循环换热模块；所述n个电池单体和n-1个散热片依次交替层叠，形成电池模块，其中，n个电池模块的电极朝向相同、位于电池模块的同一个侧壁上；
所述平板热管固定在所述电池模块的上端面，和n个电池单体、n-1个散热片均接触；所述循环换热模块设置在所述平板热管上，包含外壳、内壳、固相相变材料、压板和压杆；所述外壳、内壳均为两端开口的空心柱体，均竖直设置，且下端均和所述平板热管的上端面密闭固连；所述外壳套在内壳外，外壳的高度大于内壳，外壳、平板热管、内壳之间形成第一腔体，内壳、平板热管之间形成第二腔体；所述内壳在其底部设有若干用于联通第一腔体和第二腔体的通孔；所述固相相变材料设置在所述第二腔体内；所述压杆的下端和所述压板的上端面垂直固连，压杆的上端接外界压力系统，用于通过压板将所述固相相变材料压在所述平板热管上端面、确保固相相变材料始终和所述平板热管上端面接触。
7.作为本发明一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统进一步的优化方案，所述散热片采用铝合金制成。
8.作为本发明一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统进一步的优化方案，所述平板热管接外界循环冷却系统，以加强对电池模块的散热。
9.作为本发明一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统进一步的优化方案，所述外壳、内壳采用铝、铝合金或不锈钢中的任意一种制成。
10.作为本发明一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统进一步的优化方案，所述固相相变材料采用有机物和无机物的复合而成，其相变稳定为40-50℃，其中，所述有机物为饱和脂肪酸或直链烷泾，所述无机物为膨胀石墨。
11.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1. 本发明的复合相变材料具有较高的导热系数，较强的储热能力，使得该电池散热装置储热、散热速率高；2. 由于本发明提出了相变材料固相-液相-固相循环利用，使得该装置的相变材料近热源端能始终保持固态，电池的控温时间长且问的均匀性更好；3. 采用散热片用于电池单体之间的导热换热，换热系数高，传热速率更快；4. 采用平板热管用于电池组的散热，散热效果更好，散热速率更快；5. 本发明的动力电池散热装置的相变材料循环换热可以拆装，使得整个装置模块化，利于维修，成本低。
附图说明
12.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的剖面示意图。
13.图中，1-压杆，2-压板，3-内壳，4-外壳，5-平板热管，6-电池单体，7-散热片，8-固相相变材料。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
15.如图1、图2所示， 本发明公开了一种基于相变材料循环换热的动力电池散热系统，所述动力电池包含n个电池单体，所述电池单体呈长方体，n为大于等于2的自然数，所述动力电池散热系统包括n-1个散热片、平板热管、以及循环换热模块；所述n个电池单体和n-1个散热片依次交替层叠，形成电池模块，其中，n个电池模块的电极朝向相同、位于电池模块的同一个侧壁上；所述平板热管固定在所述电池模块的上端面，和n个电池单体、n-1个散热片均接触；所述循环换热模块设置在所述平板热管上，包含外壳、内壳、固相相变材料、压板和压杆；所述外壳、内壳均为两端开口的空心柱体，均竖直设置，且下端均和所述平板热管的上端面密闭固连；所述外壳套在内壳外，外壳的高度大于内壳，外壳、平板热管、内壳之间形成第一腔体，内壳、平板热管之间形成第二腔体；所述内壳在其底部设有若干用于联通第一腔体和第二腔体的通孔；所述固相相变材料设置在所述第二腔体内；所述压杆的下端和所述压板的上端面垂直固连，压杆的上端接外界压力系统，用于通过压板将所述固相相变材料压在所述平板热管上端面、确保固相相变材料始终和所述平板热管上端面接触。
16.所述散热片采用铝合金制成。所述外壳、内壳采用铝、铝合金或不锈钢中的任意一种制成。
17.所述平板热管接外界循环冷却系统，以加强对电池模块的散热。
18.所述固相相变材料采用有机物和无机物的复合而成，其相变稳定为40-50℃，其中，所述有机物为饱和脂肪酸或直链烷泾，所述无机物为膨胀石墨。
19.初次工作时，电池模块的热量通过散热片和电池单体传递至平板热管，与平板热管上端面接触的固态相变材料底部受热后开始融化，转化成液相后通过内壳底部的通孔由第二腔体流向第一腔体，在固态相变材料融化的同时外界压力系统作用下使得整个工作过程固态相变材料始终与平板热管上端接触。在初次工作的末端即放电结束时，相变材料液相部分已经填满第一腔体并从第一腔体上端部分流回第二腔体。此时缓慢收回压杆和压板，使得其上附带的液相部分由于重力作用落入第二腔体。第一、第二腔体内的液相态相变材料由于温度的降低会逐渐冷却凝固，最终全部转化成固相，且此时固相上端面的高度会低于第一次工作时固态相变材料的上端面高度；充电完成后，进入第二次工作循环，此时电池模块继续传热至固态相变材料底部，且第一第二腔体内的固态相变材料底部同时融化，转换成液相；此时外界压力系统再次向第二腔体内的固态相变材料施加压力，使得第二腔体内的液相向第一腔体流动并挤压第一腔体下端的液相，第一腔体内的液相随着压力不断增加会推动着第一腔体内由于上个循环残留的固态相变材料向上输送，并在顶部落入第二腔体随后被留来的液相覆盖，最后在第二次工作的末端进入到第一工作末端的循环，以此往复，完成相变材料循环换热模块。
20.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
21.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。