[发明专利]基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理方法

说明书

一种基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理方法，可根据不同锂离子电池工作温度，对其运行进行热管理：即锂离子电池在中温工作时，电池温度达到相变材料熔点，相变材料通过固液相变，将电池热量转化为自身潜热储存；当相变材料全液化后，该热管理系统驱动翅片使其与电池单体表面接触，通过翅片导热和周围冷媒对流，并辅以液体相变材料吸热来进行高温散热；当电池停止工作，电池温度开始下降并接近相变材料熔点时，该热管理系统收折回翅片，使其脱离电池单体表面，减缓了相变材料及电池内部热量的对外耗散，防止了电池组在低温环境下温降过快。该设计能有效地保证锂离子电池在不同工作温度下，获得较为理想的运行温度和表面温差。

技术领域

本发明涉及电池热管理技术领域，具体涉及一种基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理方法。

背景技术

当前，锂离子电池的工作温度及表面温度分布会对其性能和寿命造成很大的影响，进而直接关系到相关电动汽车的运行成本和稳定性。因此，此类电池的正常使用和安全操作对其工作温度具有很高的要求。具体而言，锂离子电池内部在充、放电过程中发生了复杂的电化学反应，使其内部迅速产生大量热量，推高了电池温度，从而导致电池性能下降。例如，在环境温度50℃下反复充电，一些锂基电池的循环寿命就会衰减一半以上。更有甚者，迅速的产热和温升还会引发锂离子电池的燃烧和爆炸。另一方面，随着电动汽车的发展和不断增加的使用要求，动力锂离子电池大倍率充、放电变得越来越普遍。因此，亟需提高动力电池组的散热效率，将电池在大倍率充、放电时产生的大量热量迅速散走。另外，锂离子电池对低温工作环境也反应敏感。当温度低于-30℃时，电池内部化学反应就会减缓且电解质电导率也会下降。这将导致电池容量降低，甚至出现电池整体故障。有鉴于此，锂离子电池热管理设计必须在高温条件下对池体进行及时冷却；同时当环境温度过低时，要对电池进行有效保温。始终将电池温度控制在合理的范围内，保证动力电池的充、放电性能。

目前，常规锂离子电池热管理方式可大致分为三种：空气热管理、液体热管理和相变材料热管理。其运行模式主要针对电池(组)的高温冷却。空气热管理主要是驱动空气在锂离子电池间流动，从而将电池热散发到周围环境中去。该方式成本低，安装和维护简单。目前应用最为广泛。液体热管理系统是针对空气换热系数低，无法有效消除电池组内的大温差而提出来的一种改进模式。其直接使用具有比空气更高换热系数的液体，以期实现更好的冷却效果。但如果液体工质导电且系统无法完全规避液体泄漏的话，液体热管理系统可能在使用中造成电池短路。而如果使用绝缘性能高的液体，其粘度往往较大，造成的大流阻会增加相关热管理系统的运行成本。相变材料热管理是近年来快速发展的一种新型热管理方式。其主要是靠固相相变材料的液化，通过吸收与之接触的电池热量来实现冷却池体的目的。值得一提的是吸收来的电池余热将以潜热的形式在相变材料中储存起来。在后续低温环境中，这部分热量将通过液体相变材料凝固的方式释放出来，从而维持池体温度，提升其低温运行性能。相变材料热管理系统与空气、液体热管理系统不同，其不需要设计额外的冷媒流道和外部循环回路，其系统更为紧凑、简单。

但已有相变材料液固相变潜热有限，导热系数较小，且系统存储相变材料数量有限。在高温、大电流充、放条件下，当所有相变材料液化后，其热管理系统冷却能力将大幅衰减，无法对电池进行有效地散热、控温。对此，现有一些设计添加了不少强化传热的辅助结构。如公开号为CN108199114B的中国发明专利，公开了“一种电池热管理系统及其控制方法、车辆空调系统”。其中电池热管理系统中的第一储热装置，其内部就包括电池包及填充的相变材料。为提高第一储热装置的传热效率，在其内部还设置了翅片和导热槽。但需要强调的是上述强化传热手段非常不利于低温条件下电池工作时所要求的保温保护。因此，如何基于相变材料特有的热物性，开发出一个高效、紧凑、轻便且兼顾锂离子电池高、中、低温工作热管理需求的系统是当前电动汽车锂离子电池热管理研发中的一个核心问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种基于可动翅片和相变材料的锂离子电池热管理方法，解决了现有锂电池热管理系统不能兼顾锂离子电池在高、中、低温工作时不同热需求的技术问题。