[发明专利]一种基于聚丙烯酸钠水凝胶的锂电池被动散热处理装置

说明书

本发明涉及电动汽车锂电池组的热管理系统，具体为一种基于聚丙烯酸钠水凝胶的被动散热处理装置。其包括电池组的外部框架、磷酸铁锂电池组以及填充在框架和电池组中间的聚丙烯酸钠水凝胶，其特征在于，电池组的单片电池之间填充有聚丙烯酸钠水凝胶。通过试验，表明了聚丙烯酸钠水凝胶作为磷酸铁锂离电池组散热系统的优越性，包括降低电池组内的温升和减小电池组内的温度梯度、使电池组保持在安全的工作温度范围内以及可以延长电池组的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电动汽车锂电池组的热管理系统，具体为一种基于聚丙烯酸钠水凝胶的被动散热处理装置。

背景技术

磷酸铁锂电池组是电动汽车的核心部件之一，电池组正常且可靠的工作需要一个合适的温度范围。磷酸铁锂电池组的热管理系统在电动汽车的应用中，对于缓解电池在充放电过程中的快速温升，提高电池的稳定性和性能具有重要意义。热管理系统通常分为主动冷却系统和被动冷却系统两种。主动冷却系统一般依靠冷空气或液体的循环来散热，因此在系统的实施过程中，泵、风机或其他耗电设备是必不可少的，由于冷却风扇的功耗以及电动汽车的空间限制，主动冷却方法很难实现。被动式冷却系统通常是通过在相邻电池之间夹入高能量吸收材料来散热的。相变材料是目前研究最广泛的冷却材料，相变材料利用其高潜热储存能力来控制电池组的温度。例如，将相变材料加入到各种基体中，如铝基体和石墨基体中，以克服热传导不良的问题。然而，由于其在固液两相中的比热和导热系数较低，使得其在处理大功率放电产生的大散热和高温方面的效率大大降低；另一个缺点是其在液态下的流动性：液体可能从电池组流出并使设备绝缘，这使得热管理系统的密封成为必要。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提出了一种新型的基于聚丙烯酸钠的水凝胶的被动散热处理装置。水凝胶具有良好的生物相容性，在生物医学领域得到了广泛的应用，但基于水凝胶的热管理系统在散热领域的研究却很少。水凝胶是一种由水和三维网络组成的固态材料，当使用不同的原料形成网络时，水的质量浓度可以在70％到99％之间变化。当加入不同的添加剂和基质时，水凝胶的应力强度和形状会发生变化。

本发明是通过以下技术手段实现上述目的的。

一种基于聚丙烯酸钠的水凝胶的被动散热处理装置，包括电池组的外部框架、磷酸铁锂电池组以及填充在框架和电池组中间的聚丙烯酸钠水凝胶，其特征在于，电池组的单片电池之间填充有聚丙烯酸钠水凝胶。

所述被动散热装置中，电池组的外部框架采用304不锈钢外壳。

所述被动散热装置中，相邻两片磷酸铁锂电池的距离为二分之一电池的厚度。

所述被动散热装置中，其间的填充物为聚丙烯酸钠水凝胶，如图1中1-1所示。

进一步的，由304不锈钢构成的电池组的外部框架除图1所示Z轴的正方向外，皆为封闭状态。

进一步的，在散热装置中装入锂电池方形电池片，方形电池片相互之间的距离按照【0007】所述为二分之一电池片的厚度，然后在间隙中装入聚丙烯酸钠颗粒，

进一步的，用1L的烧杯沿装置的开口的一边注入去离子水，注入的去离子水的体积可由下式计算：离子水直接注入均匀分布的聚丙烯酸钠颗粒的电池模块中，得到实验用水凝胶TMS。由于聚丙烯酸钠的高吸湿性，固态水凝胶立即形成。

进一步的，将框架开口的那一面用304不锈钢外壳密封住。

进一步的，为了确保水凝胶电池组的安全，用直流数字电阻测量仪测量聚丙烯酸钠水凝胶的电阻率，数值大于10μm*cm，足以承受电池组内的电场。

进一步的，电池组的两个外侧均设置水凝胶，如图1中1-1所示。

进一步的，在4S1P 3Ah的磷酸铁锂电池组上进行了恒流放电实验，电池组在1C下充电，恒流充电阶段电压为4.2V，直至电流将至C/36，平衡时间为1h。