[发明专利]一种汽车动力电池双向调温及热失控防扩散装置

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及汽车动力电池的温度调控及热失控防扩散技术。

背景技术

汽车动力电池如锂离子电池能量密度高，体积小，循环寿命较长，在电动乘用车、商务车上应用潜力和市场很大。然而锂离子电池在充放电操作过程中因电化学产热与焦耳产热导致自身温度升高，影响动力性能与循环寿命，过高的温度甚至引起热失控，导致自燃、爆炸等事故，常规的锂离子电池负极保护膜分解温度为80～120摄氏度，内部热失控温度在150～175摄氏度。因此电池在正常工作时，其外壳温度需要控制在50摄氏度以内，以避免热量积聚引发容量衰减、热失控，提高热安全性。随着电池材料和工艺的进步，以磷酸铁锂为正极材料的电池工作温度虽然可以提升到60摄氏度或更高，但随着温度进一步上升，电池容量衰减明显，并且在高温下仍然会发生热失控和着火现象。当某一电池发生热失控温度偏高时，虽然采用隔热材料和大的电池间隔可以避免热失控直接扩散到其他电池，但随着热失控电池热量在短时间内积聚加速，导致电池材料喷射，仍有可能引燃周围电池导致灾害。另一方面，在我国某些北方城市的冬天，在低温下，电池容量大幅度下降，甚至会导致无法启动的现象发生。因此动力锂离子电池温控技术的研究和实施尤为迫切。

目前，动力电池包的热管理系统往往只具备散热的单一功能，采取导热件进行被动冷却，或者采用电池通道的强迫空气冷却。被动冷却以及强迫风冷散热系统体积小，成本低，但是散热效果非常有限，并且电池温度均匀性很差，严重影响电池寿命。需要开发具有更好性能的换热装置，以提高电池换热性能。

专利201210399617.6公开了一种电池模块，包括：多个方形电池单体；以及限定了大致蜿蜒形状的波纹翅片，所述波纹翅片带有交替的直线段和顶部段，使得所述多组电池单体中的至少一个设置在所述波纹翅片的限定在相邻直线段之间的区域中。该专利属于被动冷却，虽然具有一定的散热效果，但动力电池向翅片传热没有专门的紧固机制，导致接触缝隙和接触热阻较大，中心向外传热具有较大温差，散热能力不足，不适合于动力型电池。

专利US8263250B2公开了一种用于电池包热管理的液体冷却歧管结构，液冷金属管经折弯后贴合电池排列。双层热界面膜添加在冷管与电池之间，用于电绝缘金属冷管和电池的碰撞并减少热阻。然而，由于冷管和电池之间没有固定装配，不可避免导致较大空气间隙，另外，实际运行当中频繁碰撞也会引起冷管和电池之间额外的空气间隙，而空气是热的不良导体，从而造成较大的界面接触热阻，不利于热传递，导致电池温升较高，温差较大。

专利201210531497.0公开了一种电池液体冷却装置，包括36个电池单体1、上盖结构与下盖结构，上盖结构包括上层壳体8、冷却液出口5、上冷却液流道12以及上连接通道7，下盖结构包括下层壳体9、冷却液入口4、下冷却液流道13以及下连接通道10组成；上下结构中间布置25个类菱形流动通道并上下串联连接，形成流体通路。然而由于该发明申请所有流体通道完全串联连接，具有很大流阻，需要消耗更多泵功，另外，上下盖需要额外布置螺钉、垫片密封电池空腔，不容易密封，流体上盖安放在电池电极上部，与电极汇流片互相干涉，不容易实现装配、正常运行。

专利201310581581.8公开了一种锂离子动力电池液体冷却结构，包括主体框架、出水端盖2、入水端盖3、垫片5、电池单体4、监测装置16、汇流板8、汇流片9以及螺栓10；所述入水端盖3和出水端盖2通过过盈配合与主体框架1连接在一起，形成4x6个圆柱形空腔13和5x7个冷却液流动通道14、15；所述垫片5分别布置在出水端盖2、入水端盖3和主体框架1之间，所述电池单体4安装在圆柱形空腔13之内，所述冷却液流动通道截面分别设计成四边为圆弧形的类菱形结构和斜边为圆弧形的类三角形结构，围绕电池单体间隔分布，冷却液由入口流入入口端盖之后，分别通过水平冷却液流动通道流入出口端盖，从出口流出，和专利201210531497.0全串联连接相比，可以降低流动通道的阻力。然而，该结构没有体现进、出口汇流槽，入口与出口端盖与电池空腔垫片如何密封问题没有解决。流体入口端盖安放在电池电极上部，与电极汇流片互相干涉，带电操作容易发生短路、爆燃事故，不利于实施与正常运行。

发明内容