[发明专利]用于热管理和防止爆炸传播的多功能耐高温结构

说明书

一种用于热管理和结构围护的系统，包括封壳(120)、设置在封壳(120)内的热源(100)以及包围热源(100)外表面的至少一部分的芯(105)。

技术领域

本发明涉及相变冷却系统，更具体地涉及使用芯的相变系统。

背景技术

锂离子电池阵列的使用寿命低于预期，受到可靠性问题的影响，并且由于在某些充电和放电操作过程中积聚的过多热量而可能会发生灾难性故障。这些担忧可以通过提供过剩的电池容量以降低阵列中任何特定的一个电池的充电/放电速率来解决。阵列也可以被主动地冷却以降低单电池外壳温度。例如，空气或不导电的液体可以在阵列周围循环，以将多余的热量从阵列带走。或者，可以在阵列周围设置相变材料以吸收多余的热量。通常需要多重安全特征来提供防故障系统。

仍然需要为电池和其它热源提供改进的热管理和物理安全特征。

发明内容

一种用于热管理和结构围护的系统可以包括封壳、设置在封壳内的热源以及包围热源的外表面的至少一部分的芯。该系统还可以包括设置在封壳内并与所述芯连通的工作流体。封壳可以基本上是气密的。芯可以包括选自由陶瓷、纤维素、玻璃、石墨或聚合物纤维组成的群组的材料，并且可以包括选自由非机织/织物、机织/织物、针织纤维或编织纤维组成的群组的织物。芯可以是多尺度芯，并且可以具有多个芯层，每个相邻层具有不同的孔径分布。在一个实施例中，系统还可以包括位于封壳的第一内壁上的第一多尺度芯，并且可以包括设置在封壳的外壁上的加热毯，该外壁位于第一内壁的相对侧。在封壳的与第一内壁相对的第二内壁上也可以包括第二多尺度芯。热源可以是蓄能装置，该蓄能装置是设置在封壳内的多个第一蓄能装置中的一个。多个第一蓄能装置可以以单块结构层叠在第一多尺度芯结构上，并且多个第一蓄能装置中的每一个可以具有基本上由多个机织/织物陶瓷芯中的相应一个包围的外表面。该系统还可以包括沿着多个机织/织物陶瓷芯延伸的第二多尺度芯，第二多尺度芯与多个机织/织物陶瓷芯液体连通。第二多尺度芯可以沿着多个机织/织物陶瓷多尺度芯中的每一个的半径R延伸，以增加第二多尺度芯与多个机织/织物陶瓷多尺度芯中的每一个之间的液体接触表面积。在另一些实施例中，系统可以包括以单块构型层叠在第一多尺度芯结构上的多个第二热源，多个第二热源各自具有基本上由多个机织/织物陶瓷多尺度芯中的相应一个包围的外表面。在第一和多个第二层叠的热源之间可以设置有内部框架结构。

另一种用于热管理和结构围护的系统具有封壳、设置在封壳内的电池、包围电池外表面的至少一部分的机织/织物陶瓷护套、以及与机织/织物陶瓷护套液体连通的工作流体。该系统还可以具有位于封壳的第一壁的内侧的第一多尺度芯结构以及设置在第一壁的外侧的加热器，该加热器设置成与第一多尺度芯结构互补地相对。电池可以是设置在封壳内的多个第一电池中的一个。多个第一电池可以以单块构型层叠，并且在一个实施例中，这样的电池也可层叠在内部基芯上。该系统还可以包括以单块构型层叠在内部基芯上的多个第二电池，多个第二电池各自具有由多个机织/织物陶瓷护套中的相应一个包围的外表面。在第一和多个第二层叠的电池之间可以设置有内部框架结构。

一种传热的方法包括在基本上包围封壳中的电池的外表面的多尺度芯中接收热能，以及多尺度芯与位于外壳的第一壁的内侧的第一多尺度芯结构之间传递热能。该方法还可以包括响应于接收到热能而在多尺度芯中产生蒸气，并且在第一多尺度芯结构中产生冷凝物。在一个实施例中，热从电池传递到多尺度芯。在一些实施例中，该方法还可以包括提供结构加强以防多尺度芯的电池的径向膨胀。在被称为“反向操作”的方法的一个实施例中，该方法可以包括响应于接收到热能而在位于封壳的第一壁的内侧的第一多尺度芯结构中产生蒸气，以及在基本上包围电池外表面的多尺度芯中产生冷凝物以使得热可以从多尺度芯传递到电池。

附图说明

附图中的构件不一定按比例，而是着重于图示本发明的原理。在所有不同的视图中，相似的附图标记表示相应的部分。

图1是位于一封壳中的蒸发冷凝传热系统的分解透视图，该封壳容纳有多个包裹在各个芯中的热源；