[发明专利]一种基于包芯结构复合相变储热层的动力电池冷却系统

说明书

技术领域

本发明属于动力电池配件相关领域，更具体地，涉及一种基于包芯结构复合相变储热层的动力电池冷却系统。

背景技术

随着传统化石能源的紧缺，混合动力汽车以及纯电动汽车由于其节能及环保性越来越受到青睐，而动力电池是电动汽车的核心部件之一，为动力汽车提供动力能源，其工作状态直接影响到电动汽车的运行情况。其中影响动力电池工作性能的一个重要的因素是动力电池的温度。目前广泛应用于电动汽车上的动力电池主要分为蓄电池和燃料电池，在动力电池工作时，电池在高倍率放电情况下会产生大量的热量从而导致电池本身及周围环境温度迅速上升。高温环境将会降低电池工作效率，影响电池动力输出甚至烧毁电池，带来行车隐患。

目前传统的动力电池模块的散热主要以风冷和液冷为主。风冷方式主要是通过在电池模块周边布置通风管道或增设风扇利用空气与电池模块壁面的强化自然对流带走热量，这种冷却方式结构简单，造价低廉且易于实现。但是风冷的冷却效果差并且会产生比较大噪声，影响乘车体验；液冷方式相比风冷方式冷却效果较好，通过冷却液不断冲刷电池模块壁面快速将电池产生的热量带走。但是液冷系统结构复杂，对冷却液泵性能要求高，整个冷却系统可靠性差。

考虑到风冷及液冷在动力电池冷却上表现的局限性，现有技术中已经提出了一些基于相变材料的动力电池冷却方式。当电池工作时，相变材料吸收电池模块产生的热量，并维持电池模块的温度在相对稳定的安全温度 范围之内；此外，基于相变材料的动力电池冷却系统还有助于维持动力电池模组温度均匀，减少电池模组内部局部过热现象的发生，从而为动力电池的动力输出提供保障。

然而，进一步的研究表明，目前基于相变材料的动力电池冷却方式主要是通过在动力电池单体模块之间预留腔体，然后将相变材料灌封在腔体内，并通过在电池单体模块壁面以及与电池组外封装壳体之间的缝隙间涂覆导热绝缘胶来防止相变材料相变后发生泄露。由于有机类相变材料以及无机盐类相变材料的导热系数通常比较低，并且相变材料在固态和液态时其密度通常是不一样的，在受热融化时通常会发生譬如5％-20％的体积膨胀，因此目前的基于相变材料的动力电池冷却技术主要存在以下的缺陷或不足：第一，相变材料的潜热是有限的，当相变材料受到动力电池模组加热并完全融化后，相变材料不能再继续吸收大量热量，动力电池将不能再继续工作，否则电池模块温度将会迅速升高直至烧毁电池；此时动力电池必须停止工作，待电池冷却模组内的相变材料受到环境冷却凝固成固态后电池才可以继续工作；第二、由于相变材料的导热系数很低，并且相变材料四周有电池模块的包裹，相变材料从液态冷却到固态将会耗费很长一段时间，导致难于满足动力电池实际的长时间连续工作使用需求；第三、目前的基于相变材料的动力电池的冷却技术中的冷却系统的密封问题难以解决，为了防止相变材料变成液态后发生泄漏，动力电池冷却系统通常都要进行严格的密封处理，但由于相变材料在发生固态-液态相变时会发生体积膨胀，而密封的环境会导致体积膨胀造成的压力施加于动力电池模块上，这将对电池的安全使用及电池寿命造成隐患。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于包芯结构复合相变储热层的动力电池冷却系统，其中通过动力电池自身的应用特点，对其冷却系统的整体构造和设置方式进行改进，尤其是对配置其中的 储热模块的内部结构、关键组分构成及工作机理等方面进行设计，相应能够获得便于操控、可循环充放热使用的储热模块，并相对于现有技术显著提高对动力电池的冷却性能，有效解决难密封和相变材料易导致的膨胀压力问题，确保动力电池的可持续工作性能，因而尤其适用于混合动力汽车和纯电动汽车之类的电池冷却应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于包芯结构复合相变储热层的动力电池冷却系统，该动力电池冷却系统包括系统壳体、电池单体模块、储热模块、上盖板和锁紧螺杆，其特征在于：

所述电池单体模块和储热模块的数量均为多个，它们以彼此层状交错分布的形式设置在所述系统壳体构成的空间内，然后通过所述上盖板和锁紧螺杆予以封闭，其中各个电池单体模块之间经由电极导线将正负电极串联起来并共同构成电池模组，各个储热模块的侧面则安装有提环，并通过该提环来分别执行各储热模块相对于其两侧电池单体模块的嵌入及替换；此外，所述系统壳体的顶部侧壁要高于所述电池单体模块和储热模块的上表面，并且所述上盖板的底面设置有多个向下凸出的固定法兰，由此沿着与所述电池单体模块和储热模块的设置方向相垂直的方向对其执行定位；