CN115986256A

CN115986256A - 一种电动汽车18650电池包的强化传热***

Info

Publication number: CN115986256A
Application number: CN202211441713.2A
Authority: CN
Inventors: 王道勇; 黄金东; 吴旭文; 赖奕骏; 傅连开; 杜峰; 邵建华; 郭付来; 李章宏; 赵汝准; 邓炯锋; 陈健林; 郑博鸿
Original assignee: Guangdong Mechanical and Electrical College
Current assignee: Guangdong Mechanical and Electrical College
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2023-04-18

Abstract

本发明公开了一种电动汽车18650电池包的强化传热***,包括液冷组件，为框架结构，内部设置至少一个电池组槽，所述电池组槽内容置相变材料层，所述相变材料层的侧边与所述液冷组件贴合；所述相变材料层设有若干电池槽，所述各电池槽内均设有石墨烯膜；所述各电池槽内的石墨烯膜呈圆筒状，用于完全包裹单体电池整个侧面。石墨烯膜的高导热性能对18650电池进行强化传热，相变材料吸收石墨烯膜的热量，加快石墨烯膜对18650电池的散热效率，液冷组件进一步将相变材料的热量带出，提升了石墨烯膜和相变材料的传热特性，在减小动力电池包中单体电池温度的同时，保证各单体电池温度的一致性。

Description

一种电动汽车18650电池包的强化传热***

技术领域

本发明涉及动力电池散热***,尤其涉及一种电动汽车18650电池包的强化传热***。

背景技术

电动汽车的安全问题，特别是动力电池的安全问题越来越受到人们的关注。电动汽车动力电池存在一定的不一致性，即每个电池放电时的特性都会有差异。因此，各单体电池在放电工作时的温度上升特性也会不一致。当单体电池间的温度差异过大时，会影响电池的性能，降低电池的寿命。当电池温度上升较快，同时，单体电池间的温度差异较大，会引发电池起火，以及热失控和热蔓延等问题。同时，因为电池工作过程中产生大量热量，热量的积累容易损害电池的使用寿命，提高用户使用成本。

为了能使电池更高效、更均匀的散热，目前提出了很多解决方案，目前现有动力电池的冷却技术有空气冷却、液体冷却和相变材料冷却等。由于空气对流换热系数较低，且单一使用风冷普遍存在进风口侧电池温度低，出风口侧的电池温度高的缺点，不能均匀为电池降温，所以采取液体代替空气成为强化传热的手段之一。单一液冷模式虽然降温效果相对风冷较好，但是若电池大功率放电时，电池瞬间产生的热量也难以保证快速散去。

相变材料凭借其相变过程中可以吸收电池组在充放电过程中产生的热量，并保持电池组之间的温度均匀性，是替代传统电池热管理技术的最有前途的方法之一，但现有单一相变材料的导热性能较差，且在高温环境中二次储热能力有限，对电池的散热效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供电动汽车18650电池包的强化传热***。

本发明通过以下技术方案来实现发明目的：电动汽车18650电池包的强化传热***,包括液冷组件，为框架结构，内部设置至少一个电池组槽，电池组槽内容置相变材料层，相变材料层的侧边与液冷组件贴合；所述相变材料层设有若干电池槽，所述各电池槽内均设有石墨烯膜；所述各电池槽内的石墨烯膜呈圆筒状，用于完全包裹单体电池整个侧面。

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，石墨烯具有很好的韧性，且可以弯曲，同时具有非常好的热传导性能，是为止导热系数最高的碳材料。石墨烯膜是利用将大片石墨烯交错垒叠起来，制作成宏观石墨烯膜，可实现高导热率；然后给石墨烯膜加入微褶皱结构，使材料在拉伸弯折时有足够的拉伸空间，就可确保高柔性。本发明在电池槽内壁设石墨烯膜，在制备工艺中则可石墨烯膜包裹电池后放入电池槽内，通过石墨烯膜的高导热性能对18650电池进行强化传热。

18650单体电池存在一定的不一致性，即每个电池放电时的特性都会有差异。因此，各单体电池在放电工作时的温度上升特性也会不一致。当单体电池间的温度差异过大时，会影响电池的性能，降低电池的寿命。当电池温度上升较快，同时，单体电池间的温度差异较大，会引发电池起火，以及热失控和热蔓延等问题。因此如何降低动力单池的温度的同时，保证各单体电池之间温度差异不大，是目前急需解决的问题。因此，在本发明中做以下改进：同一个电池组槽内的相邻的两个石墨烯膜的外侧面相连接，在保证石墨烯膜传热的同时，保证了电体电池间温度的一致性，降低了动力电池热失控和热蔓延的风险。

相变材料则因为潜热和储热特性，吸收石墨烯膜的热量，加快石墨烯膜对18650电池的散热效率。相变材料采用泡沫金属铜与石蜡的复合相变材料或者膨胀石墨与石蜡的复合相变材料。

由于电池在放电工作时的温度上升特性的不一致，而且通常电池的中部散热量大，导致电池中间区域范围温度高，两端区域范围温度偏低，为保持电池温度的均匀，本发明中相变材料层为三层结构，中间层的相变材料的导热系数高于上下层的相变材料，中间层导热系数高，以便更好的吸收18650电池中间区域的高热量，利于降低动力电池的温度，上下层的相变材料导热系数偏低，保证了单体电池个体温度的均匀性。而且分层结构设计，在降低动力电池温度的同时，还降低了相变材料的成本。

优选地，中间层的相变材料和上下层的相变材料之间的导热系数相差30％。作为本发明的优选实施例，中间层的相变材料采用的是导热系数大的泡沫金属铜与石蜡的复合相变材料，上下层的相变材料采用膨胀石墨与石蜡的复合相变材料。

液冷组件包括若干液冷板和若干热管，所述若干液冷板构成框架结构，且具有至少一个电池组槽，所述液冷板均为中空结构，所有液冷板之间贯通，构成密闭的冷却液的循环空间，内部布有乙二醇；所述若干热管竖直设置且固定在所述的液冷板的上下两端，并构成整体式结构；所述热管内布有乙二醇。液冷组件进一步将相变材料的热量带出，提升了石墨烯膜和相变材料的传热特性。液冷组件内的乙二醇将在内部循环流动，将电池包中各个单体电池工作过程中产生的大部分热量带到空气中，进一步提高了单体电池温度一致性，同时对相变材料也起到了散热作用。热管内有一定浓度的乙二醇，利用乙二醇的吸热性以及导热性，进一步将电池组表面的热量带走，并与液冷板相互配合，提高整个散热***的散热效率。

同时，液冷组件为一个整体式的结构，将电池包牢牢固定，增加了电池包整体的刚度和强度，有利于电池包抵抗电动汽车地面振动的能力，增加了电动汽车底盘的稳定性。液冷框

作为本发明的一个实施例，液冷组件，由四块液冷板构成框结构，其内部由至少一块液冷板分隔成至少两个电池组槽

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.本发明利用石墨烯膜包裹单体电池，通过石墨烯膜的高导热性能对18650电池进行强化传热。

2.本发明在石墨烯膜外侧设置相变材料层，利用相变材料的潜热和储热特性，吸收石墨烯膜的热量，加快石墨烯膜对18650电池的散热效率。

3.液冷组件的液冷板构成的框架结构的内部封闭空间内布有一定体积的乙二醇，乙二醇将在空间内循环流动，将电池组工作过程中产生的大部分热量带走，提高电池组工作效率。热管内有一定浓度的乙二醇，利用乙二醇的吸热性以及导热性，与液冷板相互配合，提高整个散热***的散热效率。

4.液冷组件为一个整体式的结构，将电池包牢牢固定，增加了电池包整体的刚度和强度，有利于电池包抵抗电动汽车地面振动的能力，增加了电动汽车底盘的稳定性。

附图说明

图1为本发明电动汽车18650电池包的强化传热***的立体图；

图2为本发明电动汽车18650电池包的强化传热***的俯视图；

图3为本发明电动汽车18650电池包的电池组的立体图；

图4为本发明电动汽车18650电池包的强化传热***的相变材料层及电池组的结构示意图；

图5为本发明电动汽车18650电池包的强化传热***的液冷组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。应当说明的是，下文所描述的实施例仅为本发明实施例之一，而并非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下对本发明的技术方案所作出的任何变形和改进，均属于本发明保护的范围。

如图1-5所示的电动汽车18650电池包的强化传热***,包括液冷组件，为框架结构。具体地,液冷组件包括若干液冷板5和若干热管6。四块液冷板5构成一个框结构，内部由三块液冷板5分隔成四个电池组槽。所有液冷板5均为中空结构，且内部空腔连通构成密闭的液体循环空间，内部布有乙二醇。若干热管6竖直并沿液冷外板5排布且固定在液冷板5上下两端面上。如图1和图5所示，液冷板5和若干热管6为一个整体式的结构，将电池包牢牢固定，增加了电池包整体的刚度和强度，有利于电池包抵抗电动汽车地面振动的能力，增加了电动汽车底盘的稳定性。

四个电池组槽内分别容置一个电池组，各电池组包括相变材料层。各相变材料层的侧壁均与外液冷板5侧壁贴合；相变材料层设有若干电池槽7，各电池槽7内壁均设有石墨烯膜2。各电池槽内的石墨烯膜呈圆筒状，用于完全包裹单体电池1整个侧面，即单体电池1放置在电池槽7内，整个侧面并被石墨烯膜2包裹。在制备工艺中则可石墨烯膜2包裹电池后放入电池槽内，通过石墨烯膜的高导热性能对18650电池进行强化传热。如图1-2所示，同一个电池组槽内的相变材料层内相邻的两个电池槽7的石墨烯膜2是相互连接的，在保证石墨烯膜2传热的同时，保证了单体电池1间温度的一致性，降低了动力电池热失控和热蔓延的风险。

相变材料则因为潜热和储热特性，吸收石墨烯膜2的热量，加快石墨烯膜2对18650电池的散热效率。相变材料可以采用泡沫金属铜与石蜡的复合相变材料或者膨胀石墨与石蜡的复合相变材料。为能提高电池散热均匀性，保证电池温度的一致，如图4所示，相变材料层为三层结构，中间层3的相变材料的导热系数高于上下层的相变材料。中间层3的相变材料和上下层的相变材料之间的导热系数相差30％。其中，中间层3的相变材料采用的是导热系数大的泡沫金属铜与石蜡的复合相变材料，上下层4的相变材料采用膨胀石墨与石蜡的复合相变材料。中间层3导热系数高以便更好的吸收18650电池中间区域的高热量，利于降低动力电池的温度，上下层4的相变材料导热系数偏低，保证了单体电池1个体温度的均匀性。而且分层结构设计，在降低动力电池温度的同时，还降低了相变材料的成本。

Claims

1.一种电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，包括液冷组件，为框架结构，内部设置至少一个电池组槽，所述电池组槽内容置相变材料层，所述相变材料层的侧边与所述液冷组件贴合；所述相变材料层设有若干电池槽，所述各电池槽内均设有石墨烯膜；所述各电池槽内的石墨烯膜呈圆筒状，用于完全包裹单体电池整个侧面。

2.根据权利要求1所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所述同一个电池组槽内的相邻的两个石墨烯膜的外侧面相连接。

3.根据权利要求1所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所示相变材料采用泡沫金属铜与石蜡的复合相变材料或者膨胀石墨与石蜡的复合相变材料。

4.根据权利要求1所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所述相变材料层为三层结构，其中，中间层的相变材料的导热系数高于上下层的相变材料。

5.根据权利要求4所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所述中间层的相变材料和上下层的相变材料之间的导热系数相差30％。

6.根据权利要求5所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所述中间层的相变材料采用的是导热系数大的泡沫金属铜与石蜡的复合相变材料，所述上下层的相变材料采用膨胀石墨与石蜡的复合相变材料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所述液冷组件包括若干液冷板和若干热管，所述若干液冷板构成框架结构，且具有至少一个电池组槽，所述液冷板均为中空结构，所有液冷板之间贯通，构成密闭的冷却液的循环空间，内部布有乙二醇；所述若干热管竖直设置且固定在所述的液冷板的上下两端，并构成整体式结构；所述热管内布有乙二醇。

8.根据权利要求7所述的电动汽车18650电池包的强化传热***,其特征是，所述液冷组件，由四块液冷板构成框结构，其内部由至少一块液冷板分隔成至少两个电池组槽。