一种电池包冷却系统

技术领域

本发明涉及动力电池热管理技术领域，特别是涉及一种电池包冷却系统。

背景技术

随着全球对能源和环境发展的日益关注，绿色清洁可再生能源得到了大力发展。其中，以电动汽车为代表的新能源交通工具成为了各国实现节能减排的新兴产业。而锂离子电池凭借高能量密度、高循环次数以及低自放电率等优势成为了新能源汽车领域的重要支柱，也将高速迈向市场。

随着锂离子电池不断涌向市场，它所带来的安全问题也不容忽视。受限于锂离子电池的材料特性，一般情况下以20℃～40℃的工作温度及5℃以下的单体电芯温差作为最佳工况条件，但是很多研究证实，锂离子电池在充放电过程因大量产热会提升自身温度。因此，为了更安全高效的对锂离子电池进行热管理，必须对传统冷却方式的优劣进行综合评估，寻求最优的冷却策略，从而实现安全、经济、高效的电池热管理目标。

与传统的冷却方式相比，相变材料具有独特的优势，在相变的过程中可以吸收和释放大量潜热，但导热速率较慢，并不能够满足目前电池包冷却系统的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电池包冷却系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电池包冷却系统，包括：电池模组、蛇形液冷管道和相变材料；

所述电池模组包括多个单体电池和镍带；所述单体电池的排布方式为错列排布；各个所述单体电池通过所述镍带进行焊接，以形成内部为串并联的所述电池模组；

所述蛇形液冷管道包括冷却介质、蛇形流道和分别设置在所述蛇形流道两端的进水口和出水口，所述冷却介质由进水口流入所述蛇形流道，并由所述出水口流出所述蛇形流道；

所述相变材料的内部为带有缺口的多个蜂窝状结构；每个所述蜂窝状结构均设置有一个所述单体电池；所述蛇形流道通过所述缺口内嵌于所述相变材料内，所述蛇形流道均匀的缠绕在各个所述单体电池周围。

优选地，所述相变材料由石蜡和石墨复合制成。

优选地，所述相变材料的高度不低于所述单体电池的高度。

优选地，所述蛇形流道由铝制材料制成；所述铝制材料的厚度为2mm。

优选地，所述蛇形流道的的宽度为4mm；所述蛇形流道的高度为70mm。

优选地，所述冷却介质包括水、乙二醇水溶液、油类和纳米流体。

优选地，处于所述蛇形流道的外围的所述单体电池与所述蛇形流道的接触角为60°；处于所述蛇形流道的内围的所述单体电池与所述蛇形流道的接触角为120°或180°。

优选地，所述镍带的厚度为1mm。

优选地，当所述单体电池进行并联时，所述镍带的宽度为2.5mm。

优选地，当所述单体电池进行串联时，所述镍带的宽度为5mm。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种电池包冷却系统，包括：电池模组、蛇形液冷管道和相变材料；所述电池模组包括多个单体电池和镍带；所述单体电池的排布方式为错列排布；各个所述单体电池通过所述镍带进行焊接，以形成内部为串并联的所述电池模组；所述蛇形液冷却管道包括冷却介质、蛇形流道和分别设置在所述蛇形流道两端的进水口和出水口，所述冷却介质由进水口流入所述蛇形流道，并由所述出水口流出所述蛇形流道；所述相变材料的内部为带有缺口的多个蜂窝状结构；每个所述蜂窝状结构均设置有一个所述单体电池；所述蛇形流道通过所述缺口内嵌于所述相变材料内，所述蛇形流道均匀的缠绕在各个所述单体电池周围。本发明将其石蜡石墨复合的相变材料应用于动力电池热管理系统中。该结构不仅可以充分利用相变材料的高潜热吸收热量，还能将聚集的热量通过蛇形流道内循环流动的介质及时散出。而当电池组处于低温工作时，该系统还能起到很好的保温作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的实施例中的带冷却系统的电池组示意图；

图2为本发明提供的实施例中的带冷却系统电池组俯视图；

图3为本发明提供的实施例中的带冷却系统电池组左视图；

图4为本发明提供的实施例中的带冷却系统电池组正视图；

图5为本发明提供的实施例中的冷却系统示意图；

图6为本发明提供的实施例中的蛇形流道示意图；

图7为本发明提供的实施例中的相变材料示意图；

图8为本发明提供的实施例中的冷却系统俯视图；

图9为本发明提供的实施例中的蛇形通道俯视图；

图10为本发明提供的实施例中的相变材料俯视图；

图11为本发明提供的实施例中的传统冷却方式在充电过程中电池组最高温度温度变化示意图；

图12为本发明提供的实施例中的传统冷却方式在充电过程中电池组内温差变化示意图；

图13为本发明提供的实施例中的蛇形流道与相变材料耦合冷却充电过程中电池组最高温度变化示意图；

图14为本发明提供的实施例中的蛇形流道与相变材料耦合冷却充电过程中电池组内最低温度变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电池包冷却系统，不仅可以充分利用相变材料的高潜热吸收热量，还能将聚集的热量通过蛇形流道内循环流动的介质及时散出。而当电池组处于低温工作时，该系统还能起到很好的保温作用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图1至图10，如图1至图10所示，本发明提供了一种电池包冷却系统，包括：电池模组、蛇形液冷管道和相变材料；

所述电池模组包括多个单体电池和镍带；所述单体电池的排布方式为错列排布；各个所述单体电池通过所述镍带进行焊接，以形成内部为串并联的所述电池模组；

所述蛇形液冷管道包括冷却介质、蛇形流道和分别设置在所述蛇形流道两端的进水口和出水口，所述冷却介质由进水口流入所述蛇形流道，并由所述出水口流出所述蛇形流道；

所述相变材料的内部为带有缺口的多个蜂窝状结构；每个所述蜂窝状结构均设置有一个所述单体电池；所述蛇形流道通过所述缺口内嵌于所述相变材料内，所述蛇形流道均匀的缠绕在各个所述单体电池周围。

优选地，所述相变材料由石蜡和石墨复合制成。

具体的，本实施例采用型号为21700的圆柱型锂离子电池，电池的数量为5并13串的小型电池组，单个电池的额定容量为4Ah。所述的复合式热管理系统包括电池模组，蛇形液冷管道、石蜡石墨复合制成的相变材料。

优选地，所述镍带的厚度为1mm；当所述单体电池进行并联时，所述镍带的宽度为2.5mm；当所述单体电池进行串联时，所述镍带的宽度为5mm。

具体的，模拟构建5并13串错列排布电池组，所述串并联均采用厚度为1mm的镍带进行焊接，串联时宽度5mm，并联时宽度为2.5mm。选用高导热石蜡石墨复合相变材料，相变温度为48℃。并将电池镶嵌在相变材料的模具中，并与单体电池的高度平齐。所述相变材料整体结构为方形，内部为带有缺口的蜂窝状，以便单体电池和蛇形流道能够嵌入其中，其内部厚度均为4mm，边角和外围不同位置根据电池组的错列结构厚度有差异。在实际安装时也可根据电池包的实际尺寸，做灵活调整。

优选地，所述相变材料的高度不低于所述单体电池的高度。

优选地，所述蛇形流道由铝制材料制成；所述铝制材料的厚度为2mm；所述蛇形流道的的宽度为4mm；所述蛇形流道的高度为70mm。

优选地，所述冷却介质包括水、乙二醇水溶液、油类和纳米流体。

优选地，处于所述蛇形流道的外围的所述单体电池与所述蛇形流道的接触角为60°；处于所述蛇形流道的内围的所述单体电池与所述蛇形流道的接触角为120°或180°。

具体的，将如图6和图9所示的蛇形通道通入相变材料模具中，均匀的缠绕在电池周围，外围与蛇形液冷管道接触角为60°，内围与蛇形液冷管道接触角为120°。并从左端进水口进水，右端出水口出水。所述蛇形流道采用导热性较好的铝制材料，厚度2mm，冷却介质为水，也可用乙二醇水溶液、油类、纳米流体等高导热性材料替代，提高换热效果。其中蛇形通道宽度为4mm，高度为70mm。

进一步地，将蛇形流道液冷与相变材料冷却结合，利用COMSOL-Multiphisics5.6多物理场仿真，模拟电池组以1C、2C、3C充电时的温升情况，其中蛇形通道水流速度为0.05m/s,(实际可根据倍率的大小和电池包的产热情况增大或减小)入口水的温度为25℃。仿真结果如图13和图14所示(其中峰值为34.48的为3C，峰值为27.04的为1C)，倍率越大，电池内部电化学反应越剧烈，温升也越大，当相变材料达到相变温度48时开始吸热，在这个过程中蛇形流道不断循环散热，自动调节电池包内温度。

对比传统的冷却方式，基于蛇形液冷管道和复合相变材料耦合的电池包冷却系统能以更快的速度降低电池包内温升，提高电池组内均匀性。根据模拟结果可知，随着充电倍率的增大，电池组内的最高温度和最大温差也随着增大，热量聚集在电池组内难以散失，会加大电池组发生热失控的风险，但相比于增加蛇形流道前的最高温度(即图11和图12所示的传统冷却方式，其中最下方曲线为1C，最上方曲线为3C)，蛇形流道与相变材料耦合冷却电池组的最高温度均在最佳工作范围之内，能有效降低电池组在充电过程中的温升，并且在恒压充电阶段温度下降速度明显加快，随着充电倍率的增大，温度下降的幅度越大，在低倍率1C充电下电池组内温差明显低于5K。

本发明的有益效果如下：

本发明不仅可以充分利用相变材料的高潜热吸收热量，还能将聚集的热量通过蛇形流道内循环流动的介质及时散出。而当电池组处于低温工作时，该系统还能起到很好的保温作用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。