一種基于包芯結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲(chǔ)熱層的動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動(dòng)力電池配件相關(guān)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于包芯結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲(chǔ)熱層的動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)化石能源的緊缺，混合動(dòng)力汽車(chē)以及純電動(dòng)汽車(chē)由于其節(jié)能及環(huán)保性越來(lái)越受到青睞，而動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的核心部件之一，為動(dòng)力汽車(chē)提供動(dòng)力能源，其工作狀態(tài)直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行情況。其中影響動(dòng)力電池工作性能的一個(gè)重要的因素是動(dòng)力電池的溫度。目前廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)上的動(dòng)力電池主要分為蓄電池和燃料電池，在動(dòng)力電池工作時(shí)，電池在高倍率放電情況下會(huì)產(chǎn)生大量的熱量從而導(dǎo)致電池本身及周?chē)h(huán)境溫度迅速上升。高溫環(huán)境將會(huì)降低電池工作效率，影響電池動(dòng)力輸出甚至燒毀電池，帶來(lái)行車(chē)隱患。
[0003]目前傳統(tǒng)的動(dòng)力電池模塊的散熱主要以風(fēng)冷和液冷為主。風(fēng)冷方式主要是通過(guò)在電池模塊周邊布置通風(fēng)管道或增設(shè)風(fēng)扇利用空氣與電池模塊壁面的強(qiáng)化自然對(duì)流帶走熱量，這種冷卻方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉且易于實(shí)現(xiàn)。但是風(fēng)冷的冷卻效果差并且會(huì)產(chǎn)生比較大噪聲，影響乘車(chē)體驗(yàn)；液冷方式相比風(fēng)冷方式冷卻效果較好，通過(guò)冷卻液不斷沖刷電池模塊壁面快速將電池產(chǎn)生的熱量帶走。但是液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)冷卻液泵性能要求高，整個(gè)冷卻系統(tǒng)可靠性差。
[0004]考慮到風(fēng)冷及液冷在動(dòng)力電池冷卻上表現(xiàn)的局限性，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了一些基于相變材料的動(dòng)力電池冷卻方式。當(dāng)電池工作時(shí)，相變材料吸收電池模塊產(chǎn)生的熱量，并維持電池模塊的溫度在相對(duì)穩(wěn)定的安全溫度范圍之內(nèi)；此外，基于相變材料的動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)還有助于維持動(dòng)力電池模組溫度均勻，減少電池模組內(nèi)部局部過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生，從而為動(dòng)力電池的動(dòng)力輸出提供保障。
[0005]然而，進(jìn)一步的研究表明，目前基于相變材料的動(dòng)力電池冷卻方式主要是通過(guò)在動(dòng)力電池單體模塊之間預(yù)留腔體，然后將相變材料灌封在腔體內(nèi)，并通過(guò)在電池單體模塊壁面以及與電池組外封裝殼體之間的縫隙間涂覆導(dǎo)熱絕緣膠來(lái)防止相變材料相變后發(fā)生泄露。由于有機(jī)類(lèi)相變材料以及無(wú)機(jī)鹽類(lèi)相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)通常比較低，并且相變材料在固態(tài)和液態(tài)時(shí)其密度通常是不一樣的，在受熱融化時(shí)通常會(huì)發(fā)生譬如5% -20%的體積膨脹，因此目前的基于相變材料的動(dòng)力電池冷卻技術(shù)主要存在以下的缺陷或不足:第一，相變材料的潛熱是有限的，當(dāng)相變材料受到動(dòng)力電池模組加熱并完全融化后，相變材料不能再繼續(xù)吸收大量熱量，動(dòng)力電池將不能再繼續(xù)工作，否則電池模塊溫度將會(huì)迅速升高直至燒毀電池；此時(shí)動(dòng)力電池必須停止工作，待電池冷卻模組內(nèi)的相變材料受到環(huán)境冷卻凝固成固態(tài)后電池才可以繼續(xù)工作；第二、由于相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)很低，并且相變材料四周有電池模塊的包裹，相變材料從液態(tài)冷卻到固態(tài)將會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)一段時(shí)間，導(dǎo)致難于滿(mǎn)足動(dòng)力電池實(shí)際的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作使用需求；第三、目前的基于相變材料的動(dòng)力電池的冷卻技術(shù)中的冷卻系統(tǒng)的密封問(wèn)題難以解決，為了防止相變材料變成液態(tài)后發(fā)生泄漏，動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)通常都要進(jìn)行嚴(yán)格的密封處理，但由于相變材料在發(fā)生固態(tài)-液態(tài)相變時(shí)會(huì)發(fā)生體積膨脹，而密封的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致體積膨脹造成的壓力施加于動(dòng)力電池模塊上，這將對(duì)電池的安全使用及電池壽命造成隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于包芯結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲(chǔ)熱層的動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)，其中通過(guò)動(dòng)力電池自身的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)其冷卻系統(tǒng)的整體構(gòu)造和設(shè)置方式進(jìn)行改進(jìn)，尤其是對(duì)配置其中的儲(chǔ)熱模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵組分構(gòu)成及工作機(jī)理等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)能夠獲得便于操控、可循環(huán)充放熱使用的儲(chǔ)熱模塊，并相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)顯著提高對(duì)動(dòng)力電池的冷卻性能，有效解決難密封和相變材料易導(dǎo)致的膨脹壓力問(wèn)題，確保動(dòng)力電池的可持續(xù)工作性能，因而尤其適用于混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)之類(lèi)的電池冷卻應(yīng)用場(chǎng)合。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于包芯結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲(chǔ)熱層的動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)，該動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)包括系統(tǒng)殼體、電池單體模塊、儲(chǔ)熱模塊、上蓋板和鎖緊螺桿，其特征在于:
[0008]所述電池單體模塊和儲(chǔ)熱模塊的數(shù)量均為多個(gè)，它們以彼此層狀交錯(cuò)分布的形式設(shè)置在所述系統(tǒng)殼體構(gòu)成的空間內(nèi)，然后通過(guò)所述上蓋板和鎖緊螺桿予以封閉，其中各個(gè)電池單體模塊之間經(jīng)由電極導(dǎo)線將正負(fù)電極串聯(lián)起來(lái)并共同構(gòu)成電池模組，各個(gè)儲(chǔ)熱模塊的側(cè)面則安裝有提環(huán)，并通過(guò)該提環(huán)來(lái)分別執(zhí)行各儲(chǔ)熱模塊相對(duì)于其兩側(cè)電池單體模塊的嵌入及替換；此外，所述系統(tǒng)殼體的頂部側(cè)壁要高于所述電池單體模塊和儲(chǔ)熱模塊的上表面，并且所述上蓋板的底面設(shè)置有多個(gè)向下凸出的固定法蘭，由此沿著與所述電池單體模塊和儲(chǔ)熱模塊的設(shè)置方向相垂直的方向?qū)ζ鋱?zhí)行定位；
[0009]對(duì)于起到電池冷卻作用的各個(gè)所述儲(chǔ)熱模塊而言，其整體呈包芯結(jié)構(gòu)，并包括處于各模塊外層且由高分子材料制成的密封外殼、以及真空灌裝在該密封外殼內(nèi)腔且由導(dǎo)熱材料和石蠟類(lèi)相變材料共同混合而成的復(fù)合相變材料，其中所述高分子材料選自在高溫脫模制造過(guò)程下發(fā)生固化的高分子材料，它的固化溫度被設(shè)定為高于所述復(fù)合相變材料的相變溫度，并且在由其制成的密封外殼內(nèi)腔內(nèi)為所述復(fù)合相變材料預(yù)留有一定的真空間隙。
[0010]通過(guò)以上構(gòu)思，當(dāng)動(dòng)力電池工作時(shí)，各個(gè)交錯(cuò)分布在各電池單體模塊之間的儲(chǔ)熱模塊能夠以均勻、穩(wěn)定地方式吸收電池所產(chǎn)生的熱量，并通過(guò)上述設(shè)計(jì)的復(fù)合相變材料來(lái)發(fā)生固液相變，由此維持恒定的相變問(wèn)題為動(dòng)力電池提供穩(wěn)定的工作溫度，而當(dāng)相變材料相變完全后不能繼續(xù)吸收大量熱量時(shí)，通過(guò)以上構(gòu)造設(shè)計(jì)可以方便地將特定區(qū)域需要更換的儲(chǔ)熱模塊取出，并插入另外的未發(fā)生固液相變的儲(chǔ)熱模塊，繼續(xù)為動(dòng)力電池提供最佳的工作溫度保障，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作；另一方面，本發(fā)明中針對(duì)各個(gè)儲(chǔ)熱模塊的結(jié)構(gòu)、組分和工作機(jī)理進(jìn)行了特別的設(shè)計(jì)，由于處于模塊外層的高分子材料層的固化溫度高于復(fù)合相變材料的相變溫度，在高溫模具制造儲(chǔ)熱模塊的過(guò)程中，相變材料在高分子材料固化的同時(shí)發(fā)生固態(tài)-液態(tài)相變，并且在高分子材料完全固化之前即完成相變過(guò)程并達(dá)到最大體積直至高分子材料實(shí)現(xiàn)完全固化；然后，在將模具放入室溫環(huán)境執(zhí)行冷卻時(shí)，復(fù)合相變材料受冷發(fā)生液態(tài)-固態(tài)相變并導(dǎo)致體積收縮，此時(shí)高分子材料的外殼已經(jīng)固化完成并具有極高強(qiáng)度，所以復(fù)合相變材料體積會(huì)發(fā)生收縮并在高分子材料所包裹的腔體內(nèi)形成一定的真空間隙，而且其殼體外觀不會(huì)發(fā)生改變；以此方式，當(dāng)儲(chǔ)熱模塊在動(dòng)力電池模組中吸收熱量，相變材料發(fā)生固態(tài)-液態(tài)相變時(shí)，即便液態(tài)相變材料發(fā)生體積膨脹，也會(huì)自動(dòng)填充到高分子材料包裹的腔體內(nèi)的真空間隙內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生施加于動(dòng)力電池模塊上的的膨脹壓力，并且由于高分子材料的包裹作用，進(jìn)一步避免了復(fù)合相變材料液化后的泄露問(wèn)題。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述高分子材料譬如為環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)材料，并且其導(dǎo)熱系數(shù)被設(shè)定為0.2ff/m.K?1.2ff/m.K之間。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱材料優(yōu)選為泡沫金屬、膨脹石墨或者納米金屬顆粒；所述石蠟類(lèi)相變材料的相變溫度優(yōu)選為35°C?60°C。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于所述儲(chǔ)熱模塊而言，其中設(shè)置在動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)左右最兩端的兩個(gè)儲(chǔ)熱模塊與設(shè)置在其他位置的儲(chǔ)熱模塊相比，前者的厚度被設(shè)定為后者厚度的1/2左右。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述系統(tǒng)殼體優(yōu)選由鋁合金脫模制備而成，所述提環(huán)優(yōu)選由橡膠材質(zhì)制成。
[0015]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅對(duì)整個(gè)冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造及其精確定位和儲(chǔ)熱模塊可替換方面進(jìn)行了改進(jìn)，而且巧妙利用了高分子材料的固化定型、導(dǎo)熱性能優(yōu)