CN111883878B - 一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷*** - Google Patents
一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于动力电池的技术领域，提供了一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***。利用氟化液在电池表面的汽化来带走电池在工作过程中所产生的热量，汽化的氟化液在箱体上盖板表面以及储气室内部凝结，凝结所放出的热量被冷却盘管中的冷却工质吸收，使得电池最高温度以及不同电池单体之间的温差得到了有效控制。相比于传统的两相浸没式电池液冷装置具有以下优点：利用储气室内部活塞的位置移动来缓冲箱体内的脉冲压力，使得箱体无需承受脉冲的压力载荷，提高了***的稳定性；氟化液蒸汽的冷凝速率会随着电池产热速率的变化而变化，因此可以控制电池箱体内的温度和压力基本稳定。
Description
技术领域
本发明属于动力电池的技术领域，具体属于一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***
背景技术
新能源汽车在环境保护和能源利用方面极具优势，作为新能源汽车心脏的动力电池更是得到了众多企业的关注。锂电池由于具有能量密度高循环寿命长等优点被广泛应用于电动汽车。温度是影响锂电池储电和安全的主要因素，在温度过高下工作导致电池性能快速衰退，甚至引发热失控。因此设计一种高效的电池热管理***是提升电动汽车整体性能的必要条件。
目前电池热管理的方式主要有：风冷式、液冷式、相变材料冷却、制冷剂直冷以及目前受众多学者关注的两相浸没式电池液冷。例如谭思聪等人在“基于氟化液的密封浸没式电池包及其冷却***”专利中(专利号：201822187949.3)提出将整个电池模组浸没在氟化液中，氟化液直接与电池表面接触，取热能力强，且无接触热阻。整个散热过程充分利用了氟化液的相变，散热效率高、能耗低。
两相浸没式液冷虽然具有诸多优点，但其要求电池箱体是密闭的。由于电池在工作过程中箱体内部存在脉冲压力，因此电池箱体会因长时间承受脉冲应力载荷而缩短使用寿命。鉴于上述两相浸没式液冷所存在的问题，本发明提出了一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，利用储气室内部活塞的位置移动来缓冲箱体内的脉冲压力，使得箱体无需承受交变的压力载荷，提高了***的稳定性。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供了一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***。利用储气室内部活塞的位置移动来缓冲箱体内的脉冲压力，使得箱体无需承受交变的压力载荷，提高了***的稳定性。
本发明的技术方案：
一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，其特征在于，该相互连通且带有压力缓冲装置的两相浸没式电池液冷***包括：电池组模块、恒压模块以及冷却模块；
其中，电池组模块包括：电池1、箱体2、氟化液3、液相连通管4、气相连通管5、箱体上盖板6；其中电池1位于箱体2底部；液相连通管4连接于箱体2两侧的下方位置，气相连通管5连接于箱体2两侧的上方位置，两者分别用于平衡不同电池模组内氟化液3液位以及氟化液蒸汽压；当电池处于工作状态时，电池开始产生热量。在散热的初始阶段，氟化液未达到沸点，氟化液利用显热来吸收电池在工作过程中所产生的热量。随着电池工作的继续进行，当氟化液达到沸点时，氟化液开始沸腾，利用潜热来吸收电池所放出的热量。沸腾产生的氟化液蒸汽在箱体上盖板6表面凝结，凝结所放出的热量随即冷却盘管7内的冷却工质带走。
恒压模块包括：储气室8、活塞9以及弹簧10；储气室通过液相连通管4和气相连通管5与箱体连接。活塞9位于储气室内，通过弹簧10与储气室连接。冷却模块包括：冷却盘管7、压缩机11、冷凝器12以及节流阀13供制冷剂循环；冷却盘管7、压缩机11、冷凝器12以及节流阀13依次通过管路连接成环。所述的储气室8通过液相连通管4和气相连通管5与箱体连接，且与箱体之间构成的空间是密闭的。
所述储气室8的上端设有冷却管路且该冷却管路与冷却模块相连。
所述储气室8下边缘的高度应高于或等于箱体内氟化液液位的高度。
所述的活塞9可以在储气室8内左右移动，在电池未工作的初始状态下，活塞9位于储气室8的最左端。
所述弹簧10的劲度系数较小，可以灵敏的缓冲箱体内的脉冲压力。
本发明的有益效果：
1)利用储气室内部活塞的位置移动来缓冲箱体内的脉冲压力，使得箱体无需承受交变的压力载荷，提高了***的稳定性；
2)氟化液蒸汽的冷凝速率会随着电池产热速率的变化而变化，因此可以控制电池箱体内的温度和压力基本稳定。
附图说明
图1为一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***示意图。
图中：1电池；2箱体；3氟化液；4液相连通管；5气相连通管；6箱体上盖板；7冷却盘管；8储气室；9活塞；10弹簧；11压缩机；12冷凝器；13节流阀。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权力要求的限制。
本发明公开了一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，该相互连通且带有压力缓冲装置的两相浸没式电池液冷***包括：电池组模块、恒压模块以及冷却模块；
其中，电池组模块包括：电池1、箱体2、氟化液3、液相连通管4、气相连通管5、箱体上盖板6；其中电池1位于箱体2底部；液相连通管4连接于箱体2两侧的下方位置，气相连通管5连接于箱体2两侧的上方位置，两者分别用于平衡不同电池模组内氟化液3液位以及氟化液蒸汽压；当电池处于工作状态时，电池开始产生热量。在散热的初始阶段，氟化液未达到沸点，氟化液利用显热来吸收电池在工作过程中所产生的热量。随着电池工作的继续进行，当氟化液达到沸点时，氟化液开始沸腾，利用潜热来吸收电池所放出的热量。沸腾产生的氟化液蒸汽在箱体上盖板6表面凝结，凝结所放出的热量随即冷却盘管7内的冷却工质带走。
恒压模块包括：储气室8、活塞9以及弹簧10；储气室通过液相连通管4和气相连通管5与箱体连接。活塞9位于储气室内，通过弹簧10与储气室连接。冷却模块包括：冷却盘管7、压缩机11、冷凝器12以及节流阀13供制冷剂循环；冷却盘管7、压缩机11、冷凝器12以及节流阀13依次通过管路连接成环。所述的储气室8通过液相连通管4和气相连通管5与箱体连接，且与箱体之间构成的空间是密闭的。
如图1所示，为一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***示意图，在本示例中以1组6块的方形电池组为例，对整个***进行说明。所述的电池1置于箱体2的底部，部分或全部的浸没在氟化液3中，在本示例中，电池绝大部分浸没在氟化液3中。
所述的氟化液3为绝缘阻燃液体且在1大气压下沸点为0～50℃的氟化液，在本示例中使用的是3M公式生产的HFE-7000氟化液，其沸点为34℃，具有良好的介电特性以及优良的阻燃性。
所述的储气室8的上端设有冷却管路且该冷却管路与冷却模块相连，可以及时的将储气室内部氟化液蒸汽冷凝所放出的热量传递给外界。储气室8下边缘的高度应高于或等于箱体内氟化液液位的高度，在本示例中，储气室8下边缘的高度与箱体内氟化液的液位高度相持平，保证了凝结的氟化液3能顺利回流到箱体内。本示例中所采用弹簧8的劲度系数较小，因此可以灵敏的缓冲箱体内的脉冲压力。在电池未工作的初始状态下，活塞9位于储气室8的最左端，当电池处于工作状态时，活塞9可以根据箱体内部蒸汽压力的大小而移动相应的距离。
本示例中展示了3个电池模组，图中可以看出液相连通管4把各电池模组串联起来，氟化液可在其内部流通，利用连通器原理使得各电池箱体内氟化液的液位高度保持一致。在本示例中，液相连通管4采用的是PVC透明钢丝软管，通过强力金属卡箍与箱体连接而实现密封。气相连通管5把各电池箱体串联起来，氟化液蒸汽可在其内部流通，使得各电池箱体内氟化液蒸汽压力保持一致，进而使得每个箱体内氟化液的沸点保持一致。在本示例中，气相连通管5采用的是PVC透明钢丝软管，通过强力金属卡箍与箱体连接而实现密封。
如图1所示，所述电池组模块包括：电池1、箱体2、氟化液3、液相连通管4、气相连通管5、箱体上盖板6；当电池处于工作状态时，电池开始产生热量。在散热的初始阶段，氟化液未达到沸点，氟化液利用显热来吸收电池在工作过程中所产生的热量。随着电池工作的继续进行，当氟化液达到沸点时，氟化液开始沸腾，利用潜热来吸收电池所放出的热量。沸腾产生的氟化液蒸汽在箱体上盖板6表面凝结，凝结所放出的热量随即冷却盘管7内的冷却工质带走。
如图1所示，恒压模块包括：储气室8、活塞9以及弹簧10；当电池处于高倍率放电状态时，电池组的产热功率也会随之增加。此时，电池箱体内部氟化液蒸汽温度逐渐升高，蒸汽压力也会随之增加，蒸汽会推动活塞向右移动，部分氟化液蒸汽会进入到储气室8。由于储气室8上部与冷却模块相连接，进入储气室8的氟化液蒸汽会在储气室8内部冷凝，冷凝的氟化液3通过液相连通管4回流到电池箱内完成氟化液的循环。车辆在行驶过程中，电池的放电倍率并不是一成不变的，因此氟化液蒸汽的压力也是随时间而变化的，氟化液蒸汽压力越高，活塞向右移动的幅度越大，使得氟化液蒸汽接触到的冷凝面积越大。冷凝面积增加会加快氟化液蒸汽的冷凝速率从而降低氟化液蒸汽压力，最终使得电池组的产热量与冷却模块的散热量达到相互平衡的状态。
如图1所示，所述冷却模块包括：冷却盘管7、压缩机11、冷凝器12以及节流阀13。冷却模块内循环的工质为冷媒，在本示例中所采用的冷媒为R134a。其中冷媒在冷却盘管7内吸收氟化液蒸汽在箱体上盖板表面以及储气室内部凝结所放出的热量而汽化，汽化的冷媒经过压缩机11压缩后在冷凝器12内液化，将热量传递给了外界环境。液化的冷媒经过节流阀13后又回到了冷却盘管7内，完成冷媒的循环。
综上所述，本发明公开了一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，利用储气室内部活塞的位置移动来缓冲箱体内的脉冲压力，使得箱体无需承受交变的压力载荷，提高了***的稳定性，与此同时，氟化液蒸汽的冷凝速率会随着电池产热速率的变化而变化，使得电池组的产热量与冷却模块的散热量达到相互平衡的状态，即使得电池组的温度和压力保持基本稳定。
以上所述的具体示例，对本公开的技术方案以及有益效果进行了详尽的阐述，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体示例而已，并不限制本发明。图中各元件的尺寸和形状不反应真实大小和比例，而仅表示本示例的内容。凡是在本公开的原则和精神上，所做的任何修改、改进以及等同替换等，均在本公开的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，其特征在于，该多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***包括电池组模块、恒压模块以及冷却模块；
电池组模块包括电池(1)、箱体(2)、氟化液(3)、液相连通管(4)、气相连通管(5)和箱体上盖板(6)；其中电池(1)位于箱体(2)底部；液相连通管(4)连接于箱体(2)两侧的下方位置，气相连通管(5)连接于箱体(2)两侧的上方，液相连通管(4)和气相连通管(5)分别用于平衡不同电池模组内氟化液(3)液位以及氟化液蒸汽压；当电池(1)处于工作状态时，电池(1)开始产生热量；在散热的初始阶段，氟化液(3)未达到沸点，氟化液(3)利用显热来吸收电池(1)在工作过程中所产生的热量；随着电池(1)工作的继续进行，当氟化液(3)达到沸点时，氟化液(3)开始沸腾，利用潜热来吸收电池(1)所放出的热量；沸腾产生的氟化液蒸汽在箱体上盖板(6)表面凝结，凝结所放出的热量随即冷却盘管(7)内的冷却工质带走；
恒压模块包括储气室(8)、活塞(9)以及弹簧(10)；储气室(8)分别通过液相连通管(4)和气相连通管(5)与箱体(2)连接，且与箱体(2)之间构成的空间是密闭的；活塞(9)位于储气室(8)内，通过弹簧(10)与储气室(8)连接；活塞(9)在储气室(8)内左右移动，在电池(1)未工作的初始状态下，活塞(9)位于储气室(8)的最左端；
冷却模块包括冷却盘管(7)、压缩机(11)、冷凝器(12)以及节流阀(13)供制冷剂循环；冷却盘管(7)、压缩机(11)、冷凝器(12)以及节流阀(13)依次通过管路连接成环。
2.根据权利要求1所述的多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，其特征在于，所述储气室(8)的上端设有冷却管路且该冷却管路与冷却模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的多模组共用一个恒压装置的两相浸没式电池液冷***，其特征在于，所述储气室(8)下边缘的高度高于或等于箱体(2)内氟化液液位的高度。
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2020
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