[发明专利]一种可阻止热失控扩展的圆柱动力电池液冷热管理结构

说明书

本发明公开了一种可阻止热失控扩展的圆柱动力电池液冷热管理结构，在电池箱体内部两侧分别布置进水母管和出水母管，并呈行列式布置各电池模组，电池模组是由各电池组合体呈行列式排布；在电池组合体中，电芯分布在四角位置上，电芯间空隙填充导热材料形成导热星形块，导热星形块的中心设置竖直细管，同一行中电池组合体的竖直细管由水平细管相连成一路液体换热管；液体换热管在两端与进水母管和出水母管连通；将处在同一行中的导热星形块设置为不同高度，并设置隔热防冲击薄板将各电池组合体合围成四周侧壁封闭的单元体。本发明能够实现圆柱体动力电池的高效、均一降温和升温，且能有效阻止单一电芯热失控的扩展，显著提升电池组安全性能。

技术领域

本发明涉及电动汽车动力电池热管理技术领域，具体涉及纯电动汽车或混合动力汽车用动力电池液冷热管理系统。

背景技术

电动汽车的技术关键是动力电池，动力电池性能的优劣直接决定了电动汽车的整车性能、安全与使用寿命等。在动力电池各项性能参数中，温度是影响电池的安全、性能和寿命的关键参数，温度过低会导致整车性能下降，温度过高则可能会引发热失控安全事故。

一方面，为了控制和调节动力电池的温度水平，现有电动汽车电池组都设计有电池热管理系统。其目的是：在高温环境下，特别是在炎热的夏季，启动散热系统对动力电池进行冷却，释放动力电池在充放电过程中和高温环境下使用时产生的大量热，避免由于电池箱空间的热量累积而造成的电池包温度上升；在低温情况下，特别在寒冷的冬季，对电池进行加热升温，使之处于最佳的使用温度水平，避免因低温导致的动力电池工作性能差或无法正常启动等情况。

在对电池热管理系统的设计目标上，要求对电池组的加热或冷却系统进行优化设计，使得电池系统内的任意一个电芯的温度维持在一定范围内，一般要求是5℃以内，避免由于电芯的温度差异过大降低电芯性能的一致性，从而整体提升动力电池组的使用寿命。

从传热介质的角度，现有动力电池热管理系统分为：空气冷却式热管理(简称空冷)、液体冷却式热管理(简称液冷)，以及相变蓄热式热管理。从三类热管理形式上看，空冷装置简单、成本较低，是前期已产业化电动汽车采用的主要方式，但需要在动力电池腔体内设置空气管道与外部相通，存在涉水安全性差的问题；相变蓄热式热管理技术目前还处于实验室研究阶段，鉴于相变材料在单相时导热系数较低，离实际应用还有一定的距离；液冷是目前产业化市场上应用最广泛的技术，其传热效率较高，电池温度均匀化性能较好，但其对于液体密封要求较高、换热结构复杂、成本较高。随着动力电池安全使用的要求的提升，液体热管理正成为下一代研发的主要方式。

另一方面，锂离子电池为封闭结构，内部含有可燃性材料。在某些工况下，锂离子电池单体触发内部放热连锁反应引起电池自身的温度急剧升高，导致起火、爆炸等现象，称为热失控。当电池组中部分单体电池发生热失控，并引发相邻电池发生热失控的现象，称为电池组热失控扩展。单个电池热失控所释放的能量是有限的，但如果发生电池组热失控，整个电池组热失控所释放的能量将会造成极大的危害。例如，对于一个60kW·h的纯电动车的动力电池系统而言，所有单体由于热失控扩展所释放的能量相当于90kg TNT爆炸所释放出的能量。也就是说，热失控扩展一旦发生，所造成的危害是巨大的。导致单个电芯发生热失控的原因很多，很难予以阻止；所以，如何阻止热失控的扩展是电池热管理结构设计中的重要任务。

公开号为CN105977426A、申请号201610544342.9的发明专利申请公开了“一种带有液冷箱的电动汽车动力电池及其液冷箱”，其针对圆柱电池采用液冷热管理技术，将蛇形换热扁管与电芯直接接触进行换热，但是，当某一电芯发生热失控时，其高温热量沿着高导热性能的换热管道迅速传递给上下游的电芯，容易引起上下游电芯的连锁热失控效应，造成热失控扩展的严重安全事故。