CN214153004U - 一种应用阻隔防爆技术的电池热管理*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***，该***由若干用于热管理的单体模块阵列而成；所述单体模块包括电池、以及由内而外依次包裹电池的四层个功能层；四层所述功能层由内而外依次为吸热层、防爆层、冷却层、绝热层；所述单体模块的横截面采用正六边形结构设计；每个单体模块纵向设置横向排列，且每个单体模块的其中一个侧面与相邻当体模块的侧面贴合并固定。本实用新型采用微通道耦合相变材料热管理方式，提高传统电池热管理***的散热效率即热均匀性，进而提高电池组的安全性。本实用新型还采用阻隔防爆技术，有效防止出现因某节电池的热失控问题而引发电池组整体的起火***事故，进而提高电池组的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车电池热管理技术领域，尤其涉及一种液冷式主动冷耦合相变材料的混合热管理方式的电池热管理***。
背景技术
目前，随着以电动汽车和混合动力汽车为代表的新能源汽车不断发展，逐步走进了人们的生活，但在其推广的同时，有关电动汽车动力电池的安全事故却是屡见不鲜，电池的安全问题是影响大多数消费者选购的主要因素，而电池的安全事故主要是由热失控导致的，造成热失控的原因包括机械滥用即碰撞，电化学滥用即过充放电，以及热滥用，其中热滥用是引起热失控的直接原因，热滥用通常是由于电池组内没有良好的散热条件，导致电池工作时产生的热量积聚在电池组内，使得电池温升至正常工作范围外，对电池的寿命及使用性能都造成了十分不良的影响，在情况严重时则会引起电池起火***，故对电动汽车电池组设计一种高效的热管理方式对提高其安全性以及电动汽车的推广具有重要意义。
而电池组不仅需要热管理方式有着高效的散热效果，同时还对自身的热均匀性有着相当的要求，热均匀性指电池组内各部分即各节电池之间的温度分布情况，由于电池的放电速率会因处于不同温度受影响,而当电池组的热均匀性低时，各节电池的放电速率不相同将导致电池组的电不平衡,同样会严重影响电池组的性能和安全性，除此之外，还有可能出现电池组内某单节电池的热失控连锁引发组内其它电池进而发生整体起火***事故，故在进行电池热管理设计时也需重要考虑电池组的热均匀性。
而就上述提到的某单节电池发生热失控进而连锁引发其它电池发生整体***事故的问题，不仅需要考虑到热均匀性的影响，还需考虑到若电池组内某节电池自身存在质量问题时，也会引发该问题。
到目前为止，前人们已经对电池热管理***的的各种方式进行了深入的研究，根据冷却介质的不同，基本上可以分为空冷、液冷、相变材料冷却等。每种冷却方法各有优缺点。风冷主要是通过空气强制对流实现，由于成本低、结构简单，风冷早已广泛应用于电池热管理***中，然而，空气冷却效果一直受到空气导热系数低的限制，常出现冷却效果不显著，***温度分布不均匀等问题。液冷主要通过与电池接触的液冷板或液冷管道进行热传导来实现对电池的散热，相比于空气冷却，液冷的散热效率更高，但大多数的设计过于复杂,电池组的热均匀性也需要改善。相变材料冷却，是通过相变材料在熔化过程中的潜热，将电池温度控制在合理的范围内，但当电池热管理***仅采用相变材料冷却时，仍然存在着相变材料热积累的问题需要考虑。
通过上述可知，每种基本冷却方式都有其局限性，单一的冷却方式也越来越无法满足电池热管理的需求。因此，混合式电池热管理***被提出，包括空冷耦合液冷、空冷耦合相变材料冷却和液冷耦合相变材料冷却。由于液冷散热效率高，相变材料冷却热均匀性好，液冷耦合相变材料冷却是许多学者研究的理想混合冷却方式。虽然目前液冷耦合相变材料冷却热管理***在电池组散热方面取得了一定的改善，但仍存在电池组结构复杂、热均匀性低等问题。
而目前，阻隔防爆材料隔阻防爆技术主要应用于石油罐等易燃易爆类储存容器中，采用金属多孔隔阻防爆材料或非金泡沫多孔隔阻防爆材料等填充于容器内，以防止容器内危险物品***对环境与人员造成危害，在一定程度上也取得了可观的成效，而在电池阻隔防爆设计中也可参考该方法，采用阻隔防爆材料填充在各阵列的热管理模块中，实现单体间的阻隔防爆。
因此，现有技术需要进一步改进和完善。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***，该***由若干用于热管理的单体模块阵列而成。所述单体模块包括电池、以及由内而外依次包裹电池的四层个功能层。四层所述功能层由内而外依次为吸热层、防爆层、冷却层、绝热层。所述单体模块的横截面采用正六边形结构设计。每个单体模块纵向设置横向排列，且每个单体模块的其中一个侧面与相邻当体模块的侧面贴合并固定。
作为本实用新型的优选方案，所述吸热层的外轮廓采用正六边形结构设计，内轮廓采用圆形结构设计，其内侧面与电池外侧面贴合固定。
作为本实用新型的优选方案，所述吸热层由相变材料制成。
进一步的，所述吸热层内还填充用于阻燃的微胶囊。所述微胶囊内填充有阻燃剂。所述微胶囊的熔点为60度。
作为本实用新型的优选方案，所述防爆层的内侧面与吸热层贴合固定，外侧面与绝热层贴合固定。所述防爆层采用石墨泡沫材料制成。
进一步的，所述冷却层由若干液冷工质微通道组成，所述液冷工质微通道嵌入在防爆层与绝热层之间，纵向平行设置。
作为本实用新型的优选方案，所述绝热层覆盖在单体模块的最外侧，其内侧面分别与防爆层和冷却层贴合固定，其外侧面分别与相邻的单体模块贴合固定。
作为本实用新型的优选方案，所述单体模块的每个侧面设置三根相互间开、相互平行的液冷工质微通道。
与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：
(1)本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***采用微通道液冷耦合相变材料热管理结构，可以有效提高热管理***的散热效率。
(2)本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***采用阵列式独立热管理方式，可以有效提高电池组的热均匀性。
(3)本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***采用阻隔防爆材料将各节热管理模块阻隔，可以有效的防止因某节电池意外出现热失控问题而连锁影响其它电池的安全。
(4)本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***采用单体模块化的管理，可以灵活装配和替换电池单体，降低维修成本。
附图说明
图1是本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***的俯视图。
图2是本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***的立体图。
图3是本实用新型所提供的应用阻隔防爆技术的电池热管理***的工作流程图。
上述附图中的标号说明：
1-电池，2-吸热层/相变材料，3-防爆层/阻隔防爆材料，4-冷却层/液冷工质微通道，5-绝热层。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
如图1至图3所示，本实施例公开了一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***，该***由若干用于热管理的单体模块阵列而成。所述单体模块包括电池1、以及由内而外依次包裹电池1的四层个功能层。四层所述功能层由内而外依次为吸热层2、防爆层3、冷却层4、绝热层5。所述单体模块的横截面采用正六边形结构设计。每个单体模块纵向设置横向排列，且每个单体模块的其中一个侧面与相邻当体模块的侧面贴合并固定。
作为本实用新型的优选方案，所述吸热层2的外轮廓采用正六边形结构设计，内轮廓采用圆形结构设计，其内侧面与电池1外侧面贴合固定。
作为本实用新型的优选方案，所述吸热层2由相变材料制成。
进一步的，所述吸热层2内还填充用于阻燃的微胶囊。所述微胶囊内填充有阻燃剂。所述微胶囊的熔点为60度。
作为本实用新型的优选方案，所述防爆层3的内侧面与吸热层2贴合固定，外侧面与绝热层5贴合固定。所述防爆层3采用石墨泡沫材料制成。
进一步的，所述冷却层4由若干液冷工质微通道组成，所述液冷工质微通道嵌入在防爆层3与绝热层5之间，纵向平行设置。
作为本实用新型的优选方案，所述绝热层5覆盖在单体模块的最外侧，其内侧面分别与防爆层3和冷却层4贴合固定，其外侧面分别与相邻的单体模块贴合固定。
作为本实用新型的优选方案，所述单体模块的每个侧面设置三根相互间开、相互平行的液冷工质微通道。
实施例2：
如图1所示，本实施例公开了一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***的单体模块，包括电池1，相变材料2，阻隔防爆材料3，液冷工质微通道4，绝热层5；
电池1由相变材料2包裹，电池1产生的热量由相变材料2吸收，由于相变材料2的潜热量大的特点，可将电池1温度控制在一定范围内，而相变材料2吸收的热量将传递至阻隔防爆材料3，而阻隔防爆材料3与液冷工质微通道4接触，通过液冷工质与微通道壁面对流换热，将阻隔防爆材料3传递至微通道4的热量带出模块，最终实现液冷耦合相变材料冷却。
相变材料2中填充阻燃剂微胶囊，即将阻燃剂填充于微胶囊内，微胶囊遇高温融化，熔点在左右，需大于相变材料相变温度，当相变材料融化后达该温度时，意味着该节电池可能已处于热失控状况，通过微胶囊融化后的阻燃剂可以对电池起到一定的阻燃作用。
所述阻隔防爆材料3采用石墨泡沫，其具有密度低，导热系数大，吸收冲击和减震能力强的优点，在石油储罐的阻隔防爆安全设计中应用取得了良好的效果，故本设计借鉴于石油储罐，于相变材料外覆盖一层石墨泡沫，起到阻隔防爆的作用。
所述绝热层5为微通道4外覆盖一层绝热材料，起到令电池组内各电池产生的热量独立化的作用，即不传导到其它电池模块中。
所述一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***，由上述单体模块阵列而成，见附图2。
所述一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***，工作过程见附图3展示。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，该***由若干用于热管理的单体模块阵列而成；所述单体模块包括电池、以及由内而外依次包裹电池的四层个功能层；四层所述功能层由内而外依次为吸热层、防爆层、冷却层、绝热层；所述单体模块的横截面采用正六边形结构设计；每个单体模块纵向设置横向排列，且每个单体模块的其中一个侧面与相邻当体模块的侧面贴合并固定。
2.根据权利要求1所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述吸热层的外轮廓采用正六边形结构设计，内轮廓采用圆形结构设计，其内侧面与电池外侧面贴合固定。
3.根据权利要求1所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述吸热层由相变材料制成。
4.根据权利要求1所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述吸热层内还填充用于阻燃的微胶囊；所述微胶囊内填充有阻燃剂；所述微胶囊的熔点为60度。
5.根据权利要求1所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述防爆层的内侧面与吸热层贴合固定，外侧面与绝热层贴合固定；所述防爆层采用石墨泡沫材料制成。
6.根据权利要求1所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述冷却层由若干液冷工质微通道组成，所述液冷工质微通道嵌入在防爆层与绝热层之间，纵向平行设置。
7.根据权利要求1所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述绝热层覆盖在单体模块的最外侧，其内侧面分别与防爆层和冷却层贴合固定，其外侧面分别与相邻的单体模块贴合固定。
8.根据权利要求6所述的应用阻隔防爆技术的电池热管理***，其特征在于，所述单体模块的每个侧面设置三根相互间开、相互平行的液冷工质微通道。
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Cited By (2)
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| WO2023169087A1 (zh) * | 2022-03-10 | 2023-09-14 | 山东大学 | 基于集总模型的动力电池热管理及热蔓延抑制方法 |
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2020
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