[发明专利]用于动力电池的散热冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热技术，特别涉及一种用于动力电池的散热冷却装置。

背景技术

能源与环境已成为当前全球最为关注的问题，能源是经济的基础，而环境是制约经济发展的重要因素。如何解决经济发展与能源供给及环境污染之间的矛盾是关系一个国家、一个民族能否持续发展的关键。

随着汽车数量不断增加，众多燃油汽车排放所造成空气质量日益恶化和石油资源渐趋匮乏是2l世纪人类必须面对的难题。能源与环境的压力使传统内燃机汽车的发展面临前所未有的挑战，各国政府、汽车公司、科研机构纷纷投入人力物力开发内燃机汽车的替代能源和动力，这大大促进了电动汽车的发展。用电池作为动力源的电动汽车(Electric Vehicle简称EV)在使用中可以实现零污染，并可利用煤炭、水力等其它非石油资源，可以有效解决汽车排污和能源问题。

电池作为电动汽车中的主要储能元件，是电动汽车的关键部件，直接影响到电动汽车的性能。动力电池是电动汽车最重要、也是最容易出故障的部分，动力电池运行性能的好坏直接影响电动汽车的运行效率，在一定程度上决定了电动汽车能否被社会所接受。

温度是影响动力电池性能的重要因素。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下，电池会以不同倍率放电，产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导致电池组温度不稳定。过高的温度会导致电池的容量、寿命和能量效率的降低，若电池积聚的热量无法及时散出，会导致热失控的产生，严重时电池有发生剧烈膨胀和爆炸的危险。

目前动力电池的热管理问题得到了专家和学者的广泛关注，针对这一问题提出一些解决方案，通常采用的为空冷散热通风方式，一般有串行和并行两种，日本丰田公司的混合动力电动汽车Prius、RAV-4以及本田公司的Insight电池包都采用了空冷的方式。空冷方案有着结构简单、重量相对较小、成本较低的优点，缺点在于空气与电池壁面之间换热系数低，冷却速度慢，电池单体间温度分布均匀性差，且在极端工况下，例如夏季高温，无法及时有效地将电池热量散发。这对动力电池的安全运行是非常不利的。

也有学者提出了非接触式液冷系统，可以显著降低电池组的温度，但液冷系统在持续运行中消耗电池组的能量，会导致电池组储能的降低，缩短电动汽车的行驶续航里程。

相变材料（PCM）冷却系统，是一种将相变储能材料与电池模块进行整合、利用相变潜热来实现电池热管理的被动式冷却系统。它可以有效吸收动力电池的热量，将电池组维持在合适的温度范围，且电池单体的温度均匀性良好，并具有不需要耗费电池能量的优点。但相变冷却方式只考虑到了相变材料的储热问题，材料全部发生相变后，若无法及时将其热量导出，相变材料将不能继续吸热，无法达到控制电池温度的目的。因而在实际的应用中，相变材料的放热问题也是至关重要的。

目前公开的相关专利主要有：

1)    贝洱两合公司的汉斯-乔治·赫尔曼，弗洛里安·莫尔多万等人发明的用于车辆蓄电池散热的装置，专利号：CN102057532A。此发明内容为通过在电池下部铺设液体流道，使用液体工质将电池热量导出。该系统虽然具有较好的散热效果，但无法有效保证电池组温度的均匀性，散热系统一经启动，需要不断消耗电池组的能量，具有能耗大，冷却方式不灵活等缺点。

2)    华南理工大学的张正国、方晓明、高学农、方玉堂、徐涛、王学泽发明的一种用于锂电池散热的复合相变材料及装置，专利号，CN102181270。此发明利用复合相变材料导出电池热量，并且设置空气通道，通过空气冷却来解决相变材料储热的散发过程。但是该系统对不同环境下的适用性有限，单纯依靠空气将热量导出无法解决动力电池在高温环境下大功率运行时的散热问题。例如在炎热的夏季，环境温度与电池温度及相变材料温度十分接近，该系统无法起到降低电池温度的作用。

3)    广东工业大学的张江云、王长宏、张国庆、饶中浩、袁韩生、张磊发明了一种具有强化散热功能的管壳式电动汽车电池装置，专利号：CN102074770A。此发明设计了一个壳体装置，将电池单体和换热器壳体整合，在换热器壳体内加装相变材料或者铺设液体冷却工质的流道。该系统能实现动力电池在恶劣的热环境下电池模块整体有效降温，也能满足电池单体间温度分布的均匀性。但该管壳式散热装置结构复杂，实际工程应用无法按要求进行简易的模块化拓展。且该系统的散热管道和相变材料的填充设计方式使得系统体积过于庞大，难以与车辆内有限空间进行整合。

发明内容