[发明专利]一种动力锂电池组的热管理耦合系统

说明书

技术领域

本发明涉及新能源动力锂电池热管理技术领域，尤其涉及利用制冷组件、加热组件、保温组件以及BMS电池管理系统对锂电池组进行温度管理控制的热管理耦合系统。

背景技术

在环境污染问题日渐突出的大环境下，节能与环保已成为当今社会的共识。电动汽车由于在节能与减排方面具有显著优势，已受到国内外的重视。电动汽车的发展，关键是看动力电池，而大部分电池的电化学性能和循环寿命受温度的影响显著，温度过高或过低均不利于电池性能的发挥。温度过高时，电池容易出现发热、燃烧以及爆炸等安全问题；温度过低时，电池出现无法放电或放电容量较少等问题。因此，合理的电池热管理系统，对于延长动力电池循环寿命，进而推动电动汽车的发展，具有重要的意义。到目前为止，电池热管理主要形成以下几种技术：

（1）以改变电芯单体结构（电极材料、电解液材料等）的耐高温性能以及低温活性，来提高电芯单体的热稳定性。然而，电极材料、电解液材料热稳定性的提升，都是以减少电池容量为前提的，这对于电动汽车续航里程来说是致命的。所以，通过改进电池材料来加速电池组散热和控制的方式有一定的局限性。

（2）以空气为介质的电池热管理系统。目前，有相关学者通过模拟仿真以及实验研究等方式分析了电池风冷散热特性，验证了空气强制冷却的可行性，但是随着空气冷却方式的广泛应用，对于大规模的锂离子聚合物电池（如NCM、NCA等），由于其导热率低，热传导的延迟时间长，仅用空气冷却无法满足要求。

（3）以液体为介质的电池热管理系统。液体冷却，具有相对于空气更高的传热系数，更薄的液体边界层，更高的导热率，它既能实现对电池组温度的有效冷却，又能实现单体电池间温度的均匀分布。但该方法需要增加额外的循环及散热装置，结构复杂，系统的体积与重量过大，而且还有漏液风险。

（4）以相变材料为介质的电池热管理。利用相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程中，可以吸收和释放大量的相变潜热，来达到冷却和加热电池组的目的。它不需要在电池模块连接处插入其它的冷却元件，相变材料非常适用于非稳态和瞬态，没有连续的循环系统，具有良好的热缓冲作用。但总体来说，它还是属于一种被动的散热方法，只能在它的相变温度范围内起作用 ，单纯的相变材料冷却系统多采用在电池四周填充相变材料来实现，但是此结构很难实现对电池组的加热。

（5）热管、热电等其它基于制冷制热原理的热管理系统。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛细作用等流体原理，起到冰箱压缩机制冷的效果，该散热装置能够较好的解决电池组散热的问题，但也增加了系统的复杂程度，而且，由于热管单向传热的特性，所以这结构限制了电池组在低温环境下加热的问题；热电制冷，又称半导体制冷，主要是建立在帕尔贴效应基础上的一种电制冷方法。它的优点是体积小、无噪声、无振动、结构紧凑，无运动部件，操作维护方便，不需要制冷剂，制冷量和制冷速度可通过改变电流大小来调节。热电制冷目前受到制冷系数制约，应用范围比较窄，主要用在民用市场、医学设备、高功率电子器件冷却和工业温度控制以及汽车空调方面，因此，热电制冷技术在电池热管理上面的应用还有待开发。

中国专利《混合动力汽车中锂电池的热管理系统》（公告号 ：CN 203103466 U）提出，在混合动力汽车中利用相变材料配合风机给电池模组在高温环境下散热以及控温；在低温环境下，利用发动机余热给电池模组加热。该专利主要是应用在混合动力汽车中，在纯电动汽车中，它满足不了在低温环境下给电池模组加热的要求，还有该专利电池箱体的进风口和出风口的位置设计，与并行通风散热方式类似，但缺少入口倾角以及出口倾角的设计，故电池模组散热均匀性不敢保证。

中国专利《一种锂电池的热管理装置》（公告号：CN 205028977 U）是在电池内箱体内壁上从上至下设有多条平行间隔排列的环形相变材料层，相邻相变层之间形成风道，风道位于相变材料层之间，不与锂电池组直接接触，只能对相变材料进行冷却，而且该专利相变材料的安装位置和安装方式限制了它的维护和更换（有漏液发生时），还有单独利用一块储能电池置于上盖板内侧给电池箱内的低压电器供电，其中箱体上盖板外表面为太阳能板，若该专利所申请的电池箱体运用在电动汽车方面，则太阳能板起不了给储能电池充电的作用，若要给储能电池单独充电，就需要在箱体上另外安装充电口或者拆封电池箱给储能电池充电，这样不仅增加了系统复杂性，而且还增加了箱体的结构设计难度。

发明内容