[发明专利]一种基于液体金属的动力电池热管理模组

说明书

本发明涉及一种基于液体金属的动力电池热管理模组，包括箱体、固定在箱体内以最大侧面相邻设置的单体电池、沿单体电池对角设置的进液母管和出液母管，所述进液母管与出液母管之间连通设有分流支管，所述单体电池的一侧紧密设有绝热隔板，另一侧紧密设有柔性石墨膜；所述柔性石墨膜的周缘上缠绕包裹于分流支管上；本发明能够实现对于动力电池组内每一个单体电池的高速传热和高度温度均匀性要求，并能够避免或延缓热失控传播扩展事故的发生，且大幅度提升动力电池箱体的能量密度。

技术领域

本发明属于电动汽车的动力电池领域，尤其是基于液体金属的动力电池热管理模组领域。

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，过低则会导致整车性能下降，过高则可能会引发热安全事故；因此需要对动力电池进行热管理设计，其设计要求主要包括：

(1)快速换热要求，维持电池工作在合适温度范围。在高温环境下，特别是在炎热的夏季，动力电池在充放电过程中和高温环境下使用时会释放出大量的热，受空间影响产生热量累积，如果该热量不能及时被排出，热量将会使得电池包的温度上升，此时须启动散热系统对动力电池进行快速冷却；在低温情况下，特别在寒冷的冬季，动力电池工作性能很差，甚至无法正常运行，此时必须对电池进行快速加热升温，使之处于最佳的使用温度水平。

(2)保持电池组具有较高的温度均匀性。动力电池组的散热和加热结构不完善会引起电池包各个模块温度分布不均匀，使得每个电池单体的工作环境不一样，严重影响单体电池性能的一致性，影响整个动力电池组的使用寿命；因此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单体电池的温度维持在一定范围内，一般要求是5℃以内，而且该值越小越好。

(3)避免或延缓电池组发生热失控的扩展传播。在目前的技术条件下，单体电池的发生热失控是不可避免的，其概率在十万分之一左右。热管理的其中一个重要设计目的是，在某个单体电池发生热失控后，其不会波及周边所有电池，避免单个电池的热失控引起整个电池组的燃烧爆炸，退后一步，即使发生局部的扩散，也需延缓扩展传播的进程，要留给司乘人员足够的逃生时间。

(4)热管理结构的设计必须实现轻量化，以减少动力电池组的重量。

动力电池种类有很多，有根据正负极材料分类，有根据形状规格进行分类。从换热的角度来说，影响换热结构设计主要是单体动力电池的形状，根据形状，单体动力电池规格主要有圆柱体、长方体、薄片状等；其中，长方体电池的优点十分明显，其抗压能力高，不易变形，方便固定安装，在市场上的应用最为广泛；薄片状的软包电池是未来电池结构开发的热点。对于这两种结构来说，其热管理技术的热量传热面基本相似；针对这类结构电池，国内外很多学者都将研究重点放在液冷换热元件结构的设计上，再结合分析一些工质流动控制参数的影响，进行相应的优化，从而实现对电池的充分加热和及时散热。

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；从目前产业化市场上应用情况看，液冷是目前应用最广泛的技术，其传热效率较高，技术发展成熟，但也存在一些弊端：如其防漏水密封性要求高，液体的流道布局复杂，且大都由于电池箱体内的单体电池布局不规整，使得与单体电池直接换热的单个液冷换热元件的结构不统一，导致每个液冷换热元件内部流过的液体阻力损失不一致，容易导致液体流量与所需换热量不成比例关系，结构设计稍微不合理都容易造成换热效果不均匀，使得单体电池的温差超出5℃的目标；

如针对长方体动力电池，罗曼在《纯电动汽车用锂离子电池组液体冷却散热结构分析及优化》论文中，采用液体冷却式热管理技术方案，在该类型电池组的底部和上部设计布置了换热板，发现上下两侧均布置换热板的效果优于单独在其底部布置换热板；但是，在电池的中间高度层面位置受到的换热仍然滞后；