[发明专利]一种耦合式电池热管理系统及其优化设计方法

说明书

本发明公开了一种耦合式电池热管理系统及其优化设计方法，所述系统包括若干电池、并行流道液冷板、相变材料、阻燃材料；电池顶部或底部与液冷板紧密贴合，沿着液冷板内并行流道方向和垂直方向逐个排布，相邻电池之间填充相变材料、阻燃材料或者二者的混合物，且阻燃材料密度远低于相变材料密度。本发明的优化设计方法在给定系统体积下，根据电池的温度分布调整相变材料与阻燃材料的厚度分布，从而改善电池组的温度均匀性，实现系统轻量化。本发明的系统具有结构简单、运行可靠等优点，优化设计方法具有实施简单、过程迅速、效果良好、适用范围广泛等优点。

技术领域

本发明涉及动力电池热管理领域，具体涉及一种耦合式电池热管理系统及其优化设计方法。

背景技术

全球经济高速发展伴随能源危机和环境污染问题日益突出，国家提出大力推进绿色环保的低碳交通方式，新能源电动汽车得以蓬勃发展。动力电池作为电动汽车三大组件之一，是电动汽车的驱动核心。电动汽车动力性能和续航里程的提升，意味着对电池比容量、高倍率充放电要求的提高，电池充放电过程是一个产热过程，若产生的热量无法及时散出，将引起电池温度上升，导致热失控。因此需要对动力电池进行热管理，保证动力电池在合适的温度范围内工作，维持电动汽车高性能并安全稳定运行。在众多热管理方式中，基于相变材料和液冷板的耦合冷却方式，可以综合液冷换热系数高与相变材料无能量消耗的优点，实现系统冷却性能的提高和能耗的降低，是一种非常有应用前景的复合热管理方式。

以往研究主要通过调整相变材料耦合液冷电池热管理系统的结构参数来提高系统的热管理能力。Molaeimanesh等(Molaeimanesh G R，Nasiry S M，Dahmardeh M.Impactof configuration on the performance of a hybrid thermal management systemincluding phase change material and water-cooling channels for Li-ionbatteries[J].Applied Thermal Engineering，2020，181.)在保证系统体积不变的情况下，改变相变材料与多个液冷板的布局方式对电池模块进行冷却，降低了电池组的最高温度并改善了其温度均匀性；Chen等(Chen X，Zhou F，Yang W，et al.A hybrid thermalmanagement system with liquid cooling and composite phase change materialscontaining various expanded graphite contents for cylindrical lithium-ionbatteries[J].Applied Thermal Engineering，2022，200.)沿冷却液流动方向调整相变材料中膨胀石墨(EG)的含量，最终得到了较优的EG含量分段布局，降低了电池的温差。已有研究主要通过经验调整和枚举的方式对相变材料耦合液冷板热管理系统的参数进行设计，带入的经验性阻碍了系统性能的进一步提高。此外，设计时通常仅考虑电池的热特性的提高，很少关注系统重量的减少。电动汽车的普及和动力电池能量密度的提高，对电池热管理系统的冷却性能和重量提出了更高的要求，因此需要设计一种适用范围广泛、冷却性能良好、简单轻便的相变材料耦合液冷电池热管理系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种耦合式电池热管理系统及其优化设计方法。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种耦合式电池热管理系统，包括若干电池、液冷板、填充材料；每个电池顶部或底部与所述液冷板紧密贴合，若干电池沿着液冷板内并行流道方向和垂直方向逐个排布，相邻电池之间设有所述填充材料。

进一步地，所述液冷板为并行流道的液冷板，包括进口段、进口歧管、若干并行流道、出口段、出口歧管；所述液冷板进口段与进口歧管相连接，出口段与出口歧管相连接；所述进口歧管与出口歧管通过并行流道相连接。