[发明专利]一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及纯电动汽车和混合动力汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统。

背景技术

随着当前能源危机和环境保护问题的日益严峻，传统汽车亟需寻找合适的替代者。电动汽车(BEV)凭借其能源利用效率高、对环境友好无污染等特点，是公认的未来汽车工业的主要发展方向之一。动力电池作为电动汽车的必备动力单元，是电动汽车的核心技术之一。

电动汽车在行驶过程中，车载动力电池不断进行充放电，伴随有大量热量的产生。如果产生的热量不能及时、有效地散出，电池将处于过热状态。电池单体和电池模块的综合性能与温度的相关性大。一方面，高温会加速电解液、电极和隔板的老化速率，使电池的电化学性能下降，循环寿命缩短，严重时甚至引发起火、爆炸。另一方面，电池模块内部温度分布不均匀会使得各电池单体性能的差异性变大，电池模块内部出现“坏点”，整个电池组提前失效，甚至导致危险状况的出现。因此，从提高动力电池的安全性、循环寿命和经济型方面考虑，必须设计可靠的冷却系统，以保证电池组的温度始终处于最佳工作温度范围(对于锂离子电池而言，一般认为其最佳工作温度范围为20℃～45℃)之内，且电池组内不同电池单体间的温差控制在一定的阈值范围内。

现有的车用电池组冷却方式主要有空气冷却和液体冷却两种。其中，空气冷却结构简单，质量相对较小，容易维护，有害气体产生时能有效通风。但因为空气与电池壁面间的换热系数低，冷却速度慢，尤其在特殊工况(高放电倍率、高工作温度、高环境温度)下和对于大型电池模块，其冷却效果不够理想。液体冷却的冷却效果较好，但有发生漏液的危险。且空气冷却和液体冷却方式中，风机、换热器、水泵以及其它附件的存在不可避免的增加了整车质量，同时亦降低了动力电池的有效输出功率。

相变材料冷却作为潜热储能方式凭借其储能密度大、储能过程为等温变化、过程易控制、能量利用效率高等优点已经在节能建筑、工业余热废热回收以及电力昼夜调配等领域得到应用。对于提高电动汽车的动力性而言，我们总是希望动力电池中储存的能量尽可能多的为电动汽车供能，而传统的主动式空气冷却和液体冷却方式中耗能部件的存在会不可避免的消耗电池的一部分能量，因此被动式相变材料冷却凭借其在节能方面所具有的优势在电池热管理领域具备一定的实际应用价值。

专利申请CN102714336A公开了一种通过传热流体与相变材料的组合对电化学电池进行热管理的系统，该系统中流体介质在仓室中与圆柱形电池直接接触，能够实现有效的加热和冷却功能；而相变材料作为辅助热管理手段，密封在传热介质流道(仓室)与装置之间的热能储存材料仓室中。该专利将液体冷却与相变材料冷却结合，具有一定的创新型，但仍未有效克服液体冷却所带来的流道结构复杂、漏液以及存在额外功耗等缺点。

因此本发明的目的在于提出一种区别于传统空气冷却和液体冷却的新型车用电池热管理系统，能够有效克服传统电池热管理方式所带来的质量和体积较大、漏液、电池温度均匀性差等缺点，同时实现对电池温度的及时、有效控制，且电动汽车在短距离内行驶无需对电池热管理系统输入额外能量，提高车载动力电池的有效输出功率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可有效散热、体积小、不漏液和无需额外功耗的电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电动汽车用动力电池的被动式相变材料冷却系统，其特征在于，该系统包括：

一个或多个电池模块，每个电池模块包括若干个电池单体，电池单体通过金属连接片焊接连接；以及

用于容纳一个或多个电池模块的电池箱；以及

通过所含相变材料的可逆固液相变进行能量存储和释放的复合相变材料；以及

将热量从电池模块内部传递到外围复合相变材料以及使电池单体侧面温度维持一致的高导热石墨片；以及

用于紧固箱体，以保证箱体内部各组件空间位置的稳定性以及电池单体被有效压紧的若干螺纹紧固件。

所述的电池单体为方形电池，包括锂离子二次电池或锂聚合物二次电池。电池单体的数量由电动汽车所需的电池组总容量确定。

所述的电池单体通过设置在电池箱箱体上的螺纹紧固件在厚度方向上被有效压紧，防止电池在充放电过程中发生鼓胀。

所述的电池箱由不易燃且具有一定机械强度的材料制成，优选PET材料。