[发明专利]一种磷酸铁锂电池组的相变液冷组合冷却装置

说明书

一种磷酸铁锂电池组的相变液冷组合冷却装置，包括第一冷却管(3)和第二冷却管(5)，所述第一冷却管(3)外周面沿轴向且中心对称地设有至少4个电池收纳部(4)；所述第二冷却管(5)沿轴线中心对称地设有收纳扣合部(6)，所述第二冷却管(5)内周面和第一冷却管(3)外周面相对合地形成至少4个电池收纳孔(8)；电池子组(1)设置在电池收纳孔(8)中；还包括固液相变冷却单元(200)，所述固液相变冷却单元包括内冷却孔部(30)和外冷却孔部(50)，所述内冷却孔部(30)和外冷却孔部(50)中均填装有框架状泡沫铜和固液可相变工作介质。所述磷酸铁锂电池组的相变液冷组合冷却装置，极大提高了电池组的冷却散热能力。

技术领域

本发明涉及磷酸铁锂电池的技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池组的相变液冷组合冷却装置。

背景技术

磷酸铁锂电池由于具有比能量高、无污染、无记忆效应等优点成为新能源汽车动力系统的最佳候选。但锂离子电池对温度非常敏感，在合适的温度范围内电池组才能高效率放电并保持良好的性能。高温时易出现老化速度快、热阻增加快、循环次数少、使用寿命短等问题。要将电池组工作温度控制在理想的范围内，必须采用一定的散热措施。锂电池散热系统设计强调2个目标参数，一个是电池组的最高温度要低于50℃，另一个是电池组的温度均方差(SDT)最小，即单体电池间的温度均匀性最好。

目前锂电池热管理的研究方法主要包括空冷、液冷、相变冷却和热管冷却。

空冷，空冷是目前国产和日产电动汽车普遍采用的冷却方式。BLACK&DECKER(百得公司)的发明专利(US2004174138A1，2004.9.9)公开了一种风冷电池组结构，电机带动风扇将风吹入两排叠置的电池组36中间，并从每个单体电池周围吹出，散热路径对称化，每个单体电池得到了均匀散热。然而，当环境温度较高、电池长时间高倍率持续放电时，通过风扇冷却的方式就不能很好地满足散热需求。要提高空冷的散热效率，最直接的方式是提高空气流动速度和增大散热面积。但这与“需要在有限的空间内，风扇功耗尽量低的前提下合理地设计空气流场”的原则是相矛盾的。像上述发明专利公开的一样，设计合理的风道和流场，能缓解散热需求从而改善散热效果，但并不能从根本上满足电池组散热的需求。

液冷，目前，欧美系列如法国标致雪铁龙的Berlingo、德国大众的GLOF等纯电动车采用液冷方式。三洋电机株式会社于2011年3月10日公开的发明专利JP2011049137A公开了一种电池组的液冷冷却系统，多个电池单体竖直并排放置形成长方体电池组100，相邻电池单体11之间叠置冷却板21，冷却板21两侧设有竖管24、26，竖管24、26与上下横管41、42连通，一侧竖管为入液管，另一侧竖管为出液管，将电池单体之间的热量由上下横管41、42送出到换热装置处换热，冷却后回流。冷却板21中平行排列多根微管29A、29B，多跟微管两侧连通竖管24、26，共同将电池单体的热量带走。这已经是发挥到极致的液冷系统了。然而，液冷方式通过增多冷却剂通道数量或加大质量流量的方式来增强电池组的散热，对于大功率锂电池组，冷却效果并不理想，且会增大泵的功耗。这也是目前液体冷却较少应用于电池热管理系统中的重要原因。

相变冷却，利用相变材料(PCM)进行电池冷却的原理是当电池进行大电流放电时，相变材料吸收电池放出的热量发生相变，使电池温度迅速降低，且不增加耗能元件。目前还没有电动汽车采用该冷却方式，仍处于实验研究阶段。石蜡相变潜热高、熔化时蒸汽压力低、几乎没有过冷现象、稳定性较好、没有相分离和腐蚀性，价格较低，是良好的相变材料，但石蜡导热率低，容易导致热积累。一般以相变材料填充于多孔介质中来克服石蜡的低导热率。多孔介质如泡沫铝、泡沫铜、石墨矩阵，并在石蜡中加入高导热率物质，如铜粉、石墨等。相变散热具有结构紧凑，不增加耗能原件的优势，但是最大的缺陷是电池组必须携带足够量的相变材料用于吸收热量，一旦相变材料全部由固态变为液态，不能很快地重新变回固态再吸收热量，即只能单次循环。