CN212230580U - 一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于动力电池的技术领域，提出了一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置。通过在翅片内部填充相变材料，使得电动汽车在短途行驶时，仅仅依靠翅片内部的相变材料就可以吸收动力电池所放出的热量，无需打开冷却***，节省了电动汽车短程行驶时的冷却能耗。当电动汽车处于长途行驶时，可以先利用翅片内部的相变材料来吸收动力电池产热，当该相变材料全部融化时再打开冷却***对电池以及相变材料进行降温，整个过程实现了冷却能耗最小化，大大提高了电动汽车在长途行驶过程中的续航里程。
Description
技术领域
本实用新型属于动力电池的技术领域，具体涉及一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置
背景技术
我国是目前汽车使用数量最多的国家，汽车所带来的污染问题给我国带来了十分严峻的考验，因此加大力度研发新能源汽车成为了汽车行业可持续发展所亟待解决的问题。动力电池是汽车的心脏，方方面面影响着电动汽车的性能，为了让动力电池工作稳定，需要对电池的温度进行合理的控制，因此，电池热管理***对于动力电池而言是至关重要的。
在目前的动力电池热管理中，主要有四种散热方式，分别为风冷式、液冷式、相变材料冷却以及制冷剂直冷。利用相变材料冷却由于结构简单、能耗低等优点，收到了众多学者的关注。但是由于相变材料导热系数低以及电池箱体能容纳相变材料的质量有限，因此单一的依靠相变材料冷却无法在大倍率放电或者长时间放电条件下及时的将热量吸收。
鉴于上述单一利用相变材料对电池进行冷却存在着种种的弊端，本实用新型提出了一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，利用在翅片内部填充相变材料，使得电动汽车在短途行驶时，仅仅依靠翅片内部的相变材料就可以吸收动力电池所放出的热量，无需打开冷却***，节省了电动汽车短程行驶时的冷却能耗。当电动汽车处于长途行驶时，可以先利用翅片内部的相变材料来吸收动力电池产热，当该相变材料全部融化时再打开冷却***对电池以及相变材料降温，整个过程实现了冷却能耗最小化，大大提高了电动汽车在长途行驶过程中的续航里程。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于提供了一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，利用在翅片内部填充相变材料，使得电动汽车在短途行驶时，仅仅依靠翅片内部的相变材料就可以吸收动力电池所放出的热量，无需打开冷却***，节省了电动汽车短程行驶时的冷却能耗。
本实用新型的技术方案：
一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，包括电池1、箱体2、箱体上盖板3、冷却盘管4、翅片5、氟化液6和相变材料7；
其中箱体上盖板3盖装在电池1上方，电池1位于箱体2底部；冷却盘管4 设置于箱体上盖板3内部，且与外部冷却***相连；翅片5为中空结构，该中空结构中填充相变材料7，翅片5安装在箱体上盖板3内表面，箱体2、箱体上盖板3以及翅片5通过螺丝进行连接，利用压紧垫片的形式进行密封；电池1 全部或部分浸没于氟化液6中；当电池1开始工作时，温度逐渐升高，电池1 所产生的热量被填充的氟化液6带走，当氟化液6没有达到沸点时氟化液6利用显热吸收电池模组所产生的热量；当电池模组表面温度升高到氟化液6沸点以上时，氟化液6开始沸腾，沸腾产生的氟化液6蒸汽在翅片5表面凝结，凝结所放出的热量被翅片内部的相变材料7吸收；随着电池1工作的继续进行，电池1的产热不断增加，翅片5内部的相变材料不断吸收热量而逐渐融化，当该相变材料全部融化时，开启冷却***，利用冷却盘管4内部的冷却工质带走氟化液6蒸汽冷凝所放出的热量以及对相变材料进行降温。
所述的电池1为方形电池、圆柱形电池或软包电池。
所述的相变材料7的熔点在20℃～60℃之间。
所述的氟化液6在1大气压下的沸点在20℃～50℃之间。
所述的翅片5为中空结构。
所述的箱体上盖板3下方有规则的凸台结构，用于增加箱体上盖板3与翅片5和相变材料7的接触面积。
所述的箱体上盖板3与翅片5之间构成的空间是密闭的，该密闭空间用于填充相变材料7。
本实用新型的有益成果：
1)电动汽车在短途行驶时，仅仅依靠翅片内部的相变材料就可以吸收动力电池所放出的热量，无需打开冷却***，节省了电动汽车短程行驶时的冷却能耗。
2)当电动汽车处于长途行驶时，可以先利用翅片内部的相变材料来吸收动力电池产热，当该相变材料全部融化时再打开冷却***对电池以及相变材料降温，整个过程实现了冷却能耗最小化，大大提高了电动汽车在长途行驶过程中的续航里程。
附图说明
图1为一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置主视图。
图2为一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置的***示意图。
图3(a)为箱体上盖板与翅片装配体的结构示意图。
图3(b)为箱体上盖板的结构示意图。
图3(c)为翅片的结构示意图。
图3(d)为箱体上盖板与翅片装配体沿图3(a)所示A-A面剖开后的结构示意图。
图中：1电池；2箱体；3箱体上盖板；4冷却盘管；5翅片；6氟化液；7相变材料。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
本实用新型公开了一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，包括：电池1、箱体2、箱体上盖板3、冷却盘管4、翅片5、氟化液6、相变材料7；其中电池1位于箱体2底部；冷却盘管4设置于箱体上盖板3内部，且与外部冷却***相连；翅片5为中空结构，该中空结构用于填充相变材料7，箱体2、箱体上盖板3以及翅片5通过螺丝进行连接，利用压紧垫片的形式进行密封；电池1全部或部分浸没于氟化液6中；当电池开始工作时，温度逐渐升高，电池所产生的热量被填充的氟化液带走，当氟化液没有达到沸点时氟化液利用显热吸收电池模组所产生的热量；当电池模组表面温度升高到氟化液沸点以上时，氟化液开始沸腾，沸腾产生的氟化液蒸汽在翅片5表面凝结，凝结所放出的热量被翅片内部的相变材料7吸收。随着电池工作的继续进行，电池的产热不断增加，翅片内部的相变材料不断吸收热量而逐渐融化，当该相变材料全部融化时，开启冷却***，利用冷却盘管4内部的冷却工质带走氟化液蒸汽冷凝所放出的热量以及对相变材料进行降温。
如图1所示为一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置主视图，在本示例中以1组6个的电池模组为例，对该相变材料辅助散热的两相浸没式电池液冷装置进行说明。所述的电池1可以为圆柱形电池、方形电池或软包电池，在本示例中采用的是方形电池。箱体2、箱体上盖板3以及翅片5通过螺丝进行连接，利用压紧垫片的形式进行密封。其中箱体2设有充液管(附图未示出)，用于对箱体2与箱体上盖板3构成的密闭空间抽真空以及灌注氟化液。
所述的氟化液6在1大气压下沸点为20℃～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。电池应全部或部分浸没在氟化液中，在本示例中，电池绝大部分浸没在氟化液中。
如图2所示一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置的***示意图，可以看出，该相变材料辅助散热的两相浸没式电池液冷装置主要由三部分组合而成，分别为箱体上盖板、翅片以及箱体。其中翅片与箱体构成的空间以及箱体上盖板与翅片构成的空间均是密闭的。
如图3(a)所示为箱体上盖板与翅片装配体的结构示意图，该装配体由两部分组成，分别为如图3(b)所示的箱体上盖板以及如图3(c)所示的翅片。从图 3(b)中可以看出箱体上盖板3下方有规则的凸台结构。此外，其内部设置有冷却盘管，用于吸收氟化液蒸汽冷凝所放出的热量以及对相变材料进行降温，在本示例中，该冷却盘管内部流通的冷却工质为R134a。
如图3(d)所示为箱体上盖板与翅片装配体沿图3(a)所示A-A面剖开后的结构示意图，可以看出，翅片与箱体上盖板之间构成的空间是密闭的，用于存放相变材料7。所述的相变材料7的熔点在20℃～60℃之间，在本示例中，所选用的相变材料为十八烷，其熔点为28.2℃。从剖视图可以看出该箱体上盖板下方规则的凸台结构与翅片相接触，因此增加了箱体上盖板3与翅片5和相变材料7之间的接触面积。
当电动汽车在短途行驶时，电池的温度随着工作的进行而不断升高，电池所产生的热量被填充的氟化液带走。在散热的初始阶段，氟化液利用自身的显热来吸收电池所产生的热量。随着电池工作的继续进行，电池所产生的热量不断增加，当电池表面温度升高到氟化液沸点时，氟化液开始沸腾，沸腾产生的氟化液蒸汽在翅片5表面凝结，凝结所放出的热量被翅片内部的相变材料7吸收。在短途行驶过程中，部分相变材料因吸收了氟化液蒸汽冷凝时所放出的热量而融化，在车辆停止运行时，融化的相变材料7逐渐凝固至初始状态，整个过程无需打开主动冷却***。
当电动汽车长途行驶时，电池的温度随着工作的进行而不断升高，电池所产生的热量被填充的氟化液带走。在散热的初始阶段，氟化液利用自身的显热来吸收电池所产生的热量。随着电池工作的继续进行，电池所产生的热量不断增加，当电池表面温度升高到氟化液沸点时，氟化液开始沸腾，沸腾产生的氟化液蒸汽在翅片5表面凝结，凝结所放出的热量被翅片内部的相变材料7吸收。长途行驶状态下，随着电池工作的继续进行，电池的产热不断增加，翅片内部的相变材料不断吸收热量而逐渐融化。当该相变材料全部融化时，开启冷却***，利用冷却盘管4内部流通的冷却工质带走氟化液蒸汽冷凝所放出的热量以及对相变材料进行降温，使得电动汽车在长途行驶状态下仍能对电池进行有效的热管理。
综上所述，本实用新型公开了一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置。利用在翅片内部填充相变材料，使得电动汽车在短途行驶时，仅仅依靠翅片内部的相变材料就可以吸收动力电池所放出的热量，无需打开冷却***，节省了电动汽车短程行驶时的冷却能耗。
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，并不限制本实用新型。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 (7)
1.一种利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，该利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置包括电池(1)、箱体(2)、箱体上盖板(3)、冷却盘管(4)、翅片(5)、氟化液(6)和相变材料(7)；
其中箱体上盖板(3)盖装在电池(1)上方，电池(1)位于箱体(2)底部；冷却盘管(4)设置于箱体上盖板(3)内部，且与外部冷却***相连；翅片(5)为中空结构，该中空结构中填充相变材料(7)，翅片(5)安装在箱体上盖板(3)内表面，箱体(2)、箱体上盖板(3)以及翅片(5)通过螺丝进行连接，利用压紧垫片的形式进行密封；电池(1)全部或部分浸没于氟化液(6)中；当电池(1)开始工作时，温度逐渐升高，电池(1)所产生的热量被填充的氟化液(6)带走，当氟化液(6)没有达到沸点时氟化液(6)利用显热吸收电池模组所产生的热量；当电池模组表面温度升高到氟化液(6)沸点以上时，氟化液(6)开始沸腾，沸腾产生的氟化液(6)蒸汽在翅片(5)表面凝结，凝结所放出的热量被翅片内部的相变材料(7)吸收；随着电池(1)工作的继续进行，电池(1)的产热不断增加，翅片(5)内部的相变材料不断吸收热量而逐渐融化，当该相变材料全部融化时，开启冷却***，利用冷却盘管(4)内部的冷却工质带走氟化液(6)蒸汽冷凝所放出的热量以及对相变材料进行降温。
2.根据权利要求1所述的利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，所述的电池(1)为方形电池、圆柱形电池或软包电池。
3.根据权利要求1或2所述的利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，所述的相变材料(7)的熔点在20℃～60℃之间。
4.根据权利要求1或2所述的利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，所述的氟化液(6)在1大气压下的沸点在20℃～50℃之间。
5.根据权利要求4所述的利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，所述的翅片(5)为中空结构。
6.根据权利要求1、2或5所述的利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，所述的箱体上盖板(3)下方有规则的凸台结构，用于增加箱体上盖板(3)与翅片(5)和相变材料(7)的接触面积。
7.根据权利要求6所述的利用相变材料储能的两相浸没式电池液冷装置，其特征在于，所述的箱体上盖板(3)与翅片(5)之间构成的空间是密闭的，该密闭空间用于填充相变材料(7)。
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