[发明专利]一种基于脉动热管与相变材料耦合的电池热管理系统

说明书

一种基于脉动热管与相变材料耦合的电池热管理系统，利用相变材料的高潜热提高储热能力，采用脉动热管提升相变材料热导率，提高动力电池的传热速率以及温度均匀性；采用电池容置槽和热管固定槽防止电池及脉动热管震荡和偏移，提高安全性；通过在换热槽与单体电池、脉动热管壁的接触面设导热界面材料层，提高传热效率；通过采用热管理控制系统，在大部分工况下将汽车运行过程中由车速形成的自然风引入系统内部，采用被动式冷却方式进行散热，传热效率高、节能性强；当电池温度处于高温工况时，通过热管理控制系统开启主动冷却设备进行散热，当电池温度处于低温工况时，启动PTC加热装置进行加热，提高电池的性能可靠性、延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种基于脉动热管与相变材料耦合的电池热管理系统，属于电池热管理技术领域。

背景技术

为实现我国碳中和的战略目标，国家大力发展电动汽车，促进交通零排放。电动汽车的性能和品质很大程度上依赖其配备的动力电池的性能，尤其是电池的可靠性和循环寿命。

动力电池自身温度的高低和内部温度均匀性对电池的可靠性和寿命影响极大，在日常充放电过程中需要让电池保持在一个合适的温度范围以防止热失控；另外，在车辆运行过程中，由于路面的振动和冲击、车辆启停或加速和脉动热管运行过程中的震荡，都可能造成单体电池的偏移，严重时会导致电池的碰撞从而引发安全事故。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于脉动热管与相变材料耦合的电池热管理系统，该系统能够提高动力电池的传热速率以及温度的均匀性，提高动力电池的性能、延长其使用寿命；能够防止动力电池及脉动热管的震荡和偏移，提高安全性，系统结构简单、节能，降低成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于脉动热管与相变材料耦合的电池热管理系统，包括与热源直接接触的热端模块、与外界冷源接触的冷端模块以及用于连接热端模块和冷端模块的脉动热管；

所述热端模块包括换热槽、多个单体电池和PTC加热装置，PTC加热装置设置于换热槽的底部，换热槽内开设有多个用于安装单体电池的电池容置槽和用于安装脉动热管的热管固定槽，电池容置槽和热管固定槽成排相间布置；换热槽内壁、电池容置槽内壁和热管固定槽内壁均设有导热界面材料层；

单体电池安装于电池容置槽内，脉动热管的蒸发段插装于热管固定槽内；

换热槽还设有相变材料填充区域，所述填充区域为除电池容置槽和热管固定槽之外的其他区域；

所述冷端模块包括多个翅片、热管理控制系统、被动冷却设备、主动冷却设备和感温热电偶，多个翅片之间形成多条冷源通道，多个单体电池均与感温热电偶连接，感温热电偶、被动冷却设备、主动冷却设备和PTC加热装置均与热管理控制系统连接；

脉动热管的冷凝段位于多条冷源通道形成的冷却区域。

进一步地，所述的脉动热管包括多段U形毛细管、连通毛细管两端的横管，横管的上端开设注液口；U形毛细管和横管内注有工质，工质为去离子水、醇类工质、酮类工质、微纳胶囊相变材料乳液、纳米流体或磁流体，工质充液率为32％～44％。

进一步地，所述的感温热电偶用于实时采集单体电池和外界环境的温度数据，并将采集到的温度数据信号传送至热管理控制系统，所述管理控制系统对接收到的单体电池和外界环境的温度数据信号进行处理和分析，并将生成的指令发送至被动冷却设备、主动冷却设备或PTC加热装置。

进一步地，所述的热管固定槽的底部与PTC加热装置贯通，脉动热管的蒸发段下端穿过热管固定槽插装于PTC加热装置内。

进一步地，所述的被动冷却设备为车辆运行过程中的自然风通道；主动冷却设备为强制风冷或制冷空调系统。

进一步地，所述的填充区域内填充的材料为二十烷有机相变材料、膨胀石墨材料与石蜡复合而成的相变材料或微胶囊相变材料。