[发明专利]一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法，系统包括动力电池、搅拌装置、第一换热模块和第二换热模块；动力电池通过第一管路与搅拌装置连通，搅拌装置通过第二管路与第一换热模块连通；第一换热模块的三个换热管均部分置于用于盛装换热液的储液槽中；三个换热管与第二换热模块的第一导流管和第二导流管连通；第一导流管和第二导流管均用于为动力电池降温；相变亚微米胶囊乳液能在第一管路、第二管路、第一换热模块和第二换热模块内流通，并共同构成循环回路。本发明各管路连通方式可以自由组合，为动力电池的热管理提供最优的解决方案，在保证动力电池处于合理工作环境温度的前提下，减小辅助泵耗，提高经济性。

技术领域

本发明属于电池热管理系统领域，具体涉及一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法。

背景技术

目前，动力锂离子电池在纯电动汽车、混合电动汽车以及其他以电池为动力来源的领域应用越来越广泛。现有的很多动力电池主要是由许多小电池模块组成，每个电池模块又由众多电池单体串并联组成。由于动力电池的工作空间一般比较狭窄，电池持续放电或反复充电过程中热量不断产生和积聚将导致动力电池内部温度分布不均匀性加剧，动力电池的电容量退化，性能衰减甚至造成爆炸等事故。电池热管理是根据温度对电池性能的影响规律，通过合理的设计管控电池工作环境的温度，从而保持电池的性能并延长电池的使用寿命。因此，动力电池的热管理对于延长电池使用寿命、保持电池具备较高储电量以及节能环保具有重要意义。已知的电池热管理方法主要有空气冷却，液体冷却和相变材料冷却。空气冷却即利用空气的自然流动或者采取气泵等方式强制空气流动将电池产生的热量带走，防止电池过热对自身性能造成影响，避免事故发生。但是空气冷却受限于空气自身热容量较小和导热性能差的劣势，无法满足动力电池的散热要求。特别是电池处于持续放电工作、反复充放电的过程中，空气冷却性能差的劣势更加明显。

动力电池的液体冷却主要是指将水作为工质，液体水在管内循环流动过程中将电池产生的热量带走并散失掉。尽管液体散热相较于空气冷却具有更高的散热效率，但是液体冷却系统较复杂，成本较高，液体在循环过程中必须借助于循环泵，消耗额外的功率。特别的，现有的液体冷却系统中，管内工质反复高速流动容易发生工质泄露引起事故，安全性必须引起重视。另外，动力电池在持续放电和反复充放电过程中产生的热量较大，液体冷却性能难以满足此时的散热要求，若要通过强制增大冷却液流量和流速达到散热需求，必将导致功耗快速增加，影响热管理系统自身的使用寿命。

相变材料冷却即通过选取具有优良相变潜热的材料，在温度保持不变的前提下，通过材料相态的改变(如，固体石蜡吸热转变成液体石蜡)将动力电池产生的热量带走并散失掉。现有的无机相变材料虽然具有较高的相变潜热和热导率，但是过冷度较大且热稳定性较差，在反复使用过程中容易反生分解，导致性能迅速恶化。而有机相变材料则普遍存在导热系数小和流动性差的缺点，这不可避免的影响热管理的散热效率。

发明内容

本发明针对现有电池热管理系统或方法存在的不足，以石蜡为相变材料采用细乳液法合成粒径仅为几百纳米的相变亚微米胶囊乳液，并以此相变亚微米胶囊乳液为工质设计了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于相变亚微米胶囊乳液的电池热管理系统，其包括由若干电池单体组成的动力电池、搅拌装置、第一换热模块和第二换热模块；

所述动力电池通过设有乳液循环泵的第一管路与搅拌装置连通，搅拌装置通过第二管路与第一换热模块连通；所述第一换热模块包括分别与第二管路连通的第一换热管、第二换热管和第三换热管；第一换热管、第二换热管和第三换热管的管尾部分别对应设有第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀；第一换热管、第二换热管和第三换热管均部分置于用于盛装换热液的储液槽中，且三者与换热液的接触面积依次增加；所述储液槽上分别开设通过第三管路连通的换热液出口和换热液进口，第三管路上设有冷却循环泵和用于冷却换热液的散热器；所述第一换热管、第二换热管和第三换热管的尾部均与导流总管的首端连通；