CN218101332U - 一种基于固固相变材料的电池热管理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于固固相变材料的电池热管理装置，属于电池热管理技术领域，包括燃料电池堆，燃料电池堆包括若干个单体燃料电池，燃料电池堆外套设有外箱体，外箱体内填充有固固相变材料，固固相变材料内设置有与外部冷却液源连通的冷却管；采用固固相变材料不存在过冷和相分离现象，可直接加工成型，避免了固液相变时的泄露和腐蚀；在电池受到撞击时有更稳定，减少壳体变形出现缝隙液体容易泄露的风险；冷却管直接设置在外箱体内部，与固固相变材料充分接触，有效的排出固固相变材料吸收的热量，结构简单且散热效率提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池热管理技术领域，特别涉及一种基于固固相变材料的电池热管理装置。
背景技术
随着氢燃料电池的发展，氢燃料电池的运用愈加广泛，在燃料电池车领域，其零排放、无噪声、充能时间短、启动快、续航长等优势，使其发展前景广阔。质子交换膜燃料电池对运行温度要求较高，最佳温度区间在80℃左右。运行温度过低，将降低燃料电池的性能；运行温度过高，会导致膜脱水从而影响电池寿命，甚至引起燃烧。目前燃料电池散热主要为空气对流散热和水冷散热，但其均有散热效果不均的缺点，这将使燃料电池温度不均而导致局部发电效率不同，影响燃料电池效率和寿命。
现有技术中公开号为CN110854463A的发明专利用于车辆的电池冷却装置，公开了包括：多个单电池盖，设置在所述多个单电池的至少一些单电池之间，并且包括通过与所述单电池盖相邻的所述单电池的发热来加热的相变材料；和冷却板，设置成经由所述单电池盖与所述相变材料交换热量，其中用于冷却所述相变材料的冷却水流过所述冷却板。多个单电池之间设置单电池盖，单电池盖内设置相变材料，在单电池盖下方设置冷却板；由于相变材料可以通过单电池的发热来加热，同时通过冷却水来冷却，因此在单电池的冷却期间可以连续重复相变材料的相变(固体→液体)；当单电池被相变材料冷却时，相变材料可能由于相变而连续产生潜热，从而有效地冷却单电池；该装置冷却板位于底部与相变材料的换热效率低；采用固液相变材料相变过程中体积变化大，且易泄露；特别在电池受到撞击时，极易出现液态相变材料泄露的问题；
氢燃料电池车的安全性一直是人们关注的重点，对于具有较大碰撞风险的汽车来说，燃料电池一旦受到猛烈撞击或在撞击中被穿透。燃料电池将容易迅速燃烧并传递热量至周围，进而引发***；
现有技术中公开号为CN212257625U的实用新型专利一种填充相变胶囊的两相浸没式电池液冷箱，电池部分或全部浸没于氟化液中；相变胶囊填充于电池与电池以及电池与箱体之间的间隙，以此来节省氟化液的用量；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以及相变胶囊带走，在散热的初始阶段，氟化液以及相变胶囊内的相变材料利用显热来吸收电池所产生的热量，随着电池释放热量的不断增加，当电池表面温度升高到氟化液沸点以及相变胶囊内相变材料的熔点时，氟化液开始沸腾，与此同时，相变胶囊内的相变材料开始融化；沸腾产生的氟化液蒸汽在翅片表面凝结，凝结的热量随即被位于箱体上盖板内部冷却盘管内的冷却工质带走；该装置虽然采用相变胶囊在电池受到撞击时具有一定的减震效果，但是该申请的散热装置也位于电池的外部，散热效率低效果不好，而且相变胶囊中的相变材料采用的是固液相变材料，例如专利实施例中的十八烷，也存在上述容易泄露的问题；
综上，现有技术中电池的散热及热管理装置，采用传统的固液相变材料在相变过程中体积变化大，且易泄露，长期相变容易变性；而且与散热冷却装置的结合不够充分，散热效率低。
实用新型内容
本实用新型为克服以上技术问题，提供一种基于固固相变材料的电池热管理装置，本实用新型的技术方案如下：一种基于固固相变材料的电池热管理装置，包括燃料电池堆，所述燃料电池堆包括若干个单体燃料电池，所述燃料电池堆外套设有外箱体，所述外箱体内填充有固固相变材料，所述固固相变材料内设置有与外部冷却液源连通的冷却管。
上述方案中，固固相变材料是通过物质晶体结构的转换来吸收和释放热量，体积变化小，可以很好的用于储热散热，能够与冷却管中的冷却液交换热量，实现燃料电池堆产生热量的排出，实现对燃料电池堆的热管理。
尤其是当燃料电池堆受到撞击造成失火时，若起火较小，固固相变材料可以快速吸收热量，结合外箱体的封闭环境，基本能够实现自熄，减少损失；若起火较大，固固相变材料均为固态，能够覆盖燃料电池堆，起到阻止空气进入的作用，使得难以燃烧，并隔绝热量防止热量传递至周围引发其他燃烧或***，能够起到保护作用。
优选地，所述冷却管环绕单体燃料电池布置，增大接触面积，提高换热效率。
优选地，所述冷却管包括伸出外箱体的冷却液进口管和冷却液出口管，所述冷却液进口管和冷却液出口管分别位于外箱体的两端，所述冷却液进口管外接冷却液源。
优选地，所述单体燃料电池之间间隔设置，所述冷却管位于单体燃料电池之间的间隔位置，能够作用于两侧的单体燃料电池产生热量交换。
优选地，所述单体燃料电池之间间隔30mm，所述冷却管中心与单体燃料电池的间距为15mm。
优选地，所述冷却管呈蛇形设置，此种布置方式能够布置的管道足够多，路径足够长，使得冷却液更好地吸收热量。
优选地，所述冷却管包括若干个直管和弯管，所述直管与单体燃料电池平行，所述弯管用于连接各个直管。
优选地，所述固固相变材料为阻燃相变材料，现有技术中的带有阻燃性能的固固相变材料即可。
优选地，所述外箱体采用阻燃金属板，阻燃防爆。
优选地，所述单体燃料电池之间串联连接，所述燃料电池堆通过单体燃料电池端部的金属帽连接外电路。
优选地，所述固固相变材料的相变温度处于电池最佳工作温度范围内；所述固固相变材料的相变温度为75℃。
优选地，所述固体相变材料由石蜡、高密度聚乙烯、SEBS、聚磷酸铵、膨胀石墨、季戊四醇和蒙脱土的混合工质构成；聚磷酸铵、膨胀石墨、季戊四醇的结合能够在高温下形成多孔碳层，能够阻燃。
与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
本实用新型提供了一种基于固固相变材料的电池热管理装置，采用固固相变材料不存在过冷和相分离现象，可直接加工成型，避免了固液相变时的泄露和腐蚀；在电池受到撞击时有更稳定，减少壳体变形出现缝隙液体容易泄露的风险；冷却管直接设置在外箱体内部，与固固相变材料充分接触，有效的排出固固相变材料吸收的热量，结构简单且散热效率提高；外接冷却液源即可实现换热，不需要除冷却管之外的散热装置与电池堆结合，使得成本降低，冷却源即使出现故障也能即使更换，直接与冷却液进口管对接即可；由于冷却液不需要与燃料电池直接接触，因此对于冷却液的要求较低，实用度高节约成本。
附图说明
图1为本实用新型立体结构示意图；
图2为本实用新型正视剖面示意图；
图3为本实用新型俯视剖面示意图；
图4为本实用新型冷却管与单体燃料电池布置位置示意图；
图5为图4的正视图；
其中：1、燃料电池堆；2、外箱体；3、固固相变材料；4、冷却管；5、冷却液进口管；6、冷却液出口管；101、单体燃料电池；102、金属帽；401、直管；402、弯管。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；也不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
实施例1:
参考图1-5所示，一种基于固固相变材料的电池热管理装置，包括燃料电池堆1，燃料电池堆1包括若干个单体燃料电池101，燃料电池堆1外套设有外箱体2，外箱体2内填充有固固相变材料3，固固相变材料3内设置有与外部冷却液源连通的冷却管4。
固固相变材料3是通过物质晶体结构的转换来吸收和释放热量，体积变化小，可以很好的用于储热散热，尤其是当燃料电池堆1受到撞击造成失火时，若起火较小，固固相变材料3可以快速吸收热量，结合外箱体2的封闭环境，基本能够实现自熄，减少损失；若起火较大，固固相变材料3均为固态，能够覆盖燃料电池堆1，起到阻止空气进入的作用，使得难以燃烧，并隔绝热量防止热量传递至周围引发其他燃烧或***，能够起到保护作用。
在具体实施过程中，燃料电池堆1的单体燃料电池101在运行反应时产生过余热量，固固相变材料3填充在外箱体2内，填充在单体燃料电池101之间、单体燃料电池101和外箱体2之间；与单体燃料电池101互相接触吸收热量，在通过内部设置的冷却管4与其内部流通的冷却液交换热量，从而实现过余热量的排出，由于冷却管4与固固相变材料3结合的密切充分，散热效率高；由于冷却液不需要与燃料电池堆直接接触，因此对于冷却液的要求较低，例如燃料电池堆直接与冷却液接触时，一般需要用去离子水，而且去离子水不能长期循环，需安装去离子装置等，对水质要求较高，否则容易造成短路等问题，使燃料电池报废；所以布置冷却管实用度高节约成本。
更进一步地实施例中，冷却管4环绕单体燃料电池101布置，单体燃料电池101有多个时，冷却管4环绕各个单体燃料电池101设置，则可以更充分的带走固固相变材料3吸收的热量，使得散热效率提高。
实施例2:
在实施例1的基础上，参考图1-5所示，冷却管4包括伸出外箱体2的冷却液进口管5和冷却液出口管6，冷却液进口管5和冷却液出口管6分别位于外箱体2的两端，冷却液进口管5外接冷却液源。
在具体实施过程中，燃料电池堆1的单体燃料电池101在运行反应时产生过余热量，固固相变材料3填充在外箱体2内，与单体燃料电池101互相接触吸收热量，冷却液进口管5外接冷却液源，通过其进入外箱体2内部的冷却管4流动，当流量需求高时，可以加一个水泵；固固相变材料3通过内部设置的冷却管4与其内部流通的冷却液交换热量，冷却液出口管6位于另一端，实现冷却液在冷却管内的流通时间长，交换热量时间充分，从而高效实现过余热量的排出，冷却液由冷却液出口管6排出。
更进一步地实施例中，单体燃料电池101之间间隔设置，冷却管4位于单体燃料电池101之间的间隔位置，单体燃料电池101之间间隔设置，之间留有一定间距，由于固固相变材料3填充在外箱体2内，使得固固相变材料3与单体燃料电池101之间的接触面积增大，进一步将冷却管4穿过间隔位置，实现单体燃料电池101热量快速传导至固固相变材料3，固固相变材料3快速与冷却管4内的冷却液交换热量；使得热量交换路径距离减少，来提高换热效率，更好地吸收过余热量，维持燃料电池堆1的正常运转。
更进一步地实施例中，所述单体燃料电池101之间间隔30mm，所述冷却管(4)中心与单体燃料电池101的间距为15mm。
实施例3:
在实施例2的基础上，参考图1-5所示，冷却管4呈蛇形设置，冷却管4呈蛇形设置在固固相变材料3内，能够更充分的与固固相变材料3接触，有利于热量的传导，而且提升了管程，让冷却液流经时间更长，提高散热量。
更进一步地实施例中，冷却管4包括若干个直管401和弯管402，直管401与单体燃料电池101平行，弯管402用于连接各个直管401；
在具体实施过程中，燃料电池堆1的单体燃料电池101在运行反应时产生过余热量，固固相变材料3填充在外箱体2内，与单体燃料电池101互相接触吸收热量，冷却液进口管5外接冷却液源，通过其进入外箱体2内部的冷却管4流动，首先进入直管401，直管401与单体燃料电池101平行保证与固固相变材料3和单体燃料电池101之间的均匀性，通过在单体燃料电池101之间高度方向上，均匀设置若干个直管401，有效的利用了空间来增加接触面积，直管401之间采用弯管402连接，方便在单体燃料电池101之间调整方向，实现整个冷却管4的连通，固固相变材料3通过内部设置的冷却管4与其内部流通的冷却液交换热量，冷却液出口管6位于另一端，实现冷却液在冷却管内的流通时间长，交换热量时间充分，从而高效实现过余热量的排出，冷却液由冷却液出口管6排出。
更进一步地实施例中，固固相变材料3为阻燃相变材料，可以防止失火时起到一定的阻燃作用，减少损失。
更进一步地实施例中，外箱体2采用阻燃金属板，防止失火时蔓延至外部环境。
更进一步地实施例中，单体燃料电池101之间串联连接，燃料电池堆1通过单体燃料电池101端部的金属帽102连接外电路，燃料电池堆1通过金属帽102与外电路连接，单体燃料电池101的其余部分均在外箱体1内，减少与外界的直接接触，有利于热管理的稳定。
实施例4:
在前述实施例的基础上，固固相变材料作为一个个单体填充在单体燃料电池101之间，单体燃料电池101之间和外箱体2之间，多个单体固固相变材料根据空隙的尺寸进行生产，保证与单体燃料电池101的充分接触，冷却管4安装在单个的固固相变材料单体内，位于不同固固相变材料单体内的冷却管段之间密封连接，可以采用胶体连接等密封；当冷却管4出现杂质堆积、堵塞等情况，可以将外箱体2去除，将堵塞部位的冷却管段所处的固固相变材料单体拆解，然后进行疏通或者更换；处理完成再重新安装并外封外箱体2。
本装置可以去除外箱体2，直接将固固相变材料3和冷却管4一体成型，内部开设放置单体燃料电池101的空腔，直接采用固固相变材料3作为外部接触的结构，能够节约一定成本。
实施例5:
在前述实施例的基础上，参考图1-5所示，燃料电池堆1的尺寸为480*390*360mm，单体燃料电池101的尺寸为450*150*80mm；单体燃料电池101共六个，呈2×3排列，相邻单体燃料电池101之间的间距为30mm，单体燃料电池101底部距离外箱体2的间距为20mm；固固相变材料3的厚度为30mm，填充在单体燃料电池101之间、单体燃料电池101和外箱体2之间，冷却管规格为20*2mm；可以根据具体燃料电池所需要的散热量，决定冷却管4的尺寸和固固相变材料的厚度。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于固固相变材料的电池热管理装置，包括燃料电池堆(1)，所述燃料电池堆(1)包括若干个单体燃料电池(101)，其特征在于：所述燃料电池堆(1)外套设有外箱体(2)，所述外箱体(2)内填充有固固相变材料(3)，所述固固相变材料(3)内设置有与外部冷却液源连通的冷却管(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述冷却管(4)环绕单体燃料电池(101)布置。
3.根据权利要求2所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述冷却管(4)包括伸出外箱体(2)的冷却液进口管(5)和冷却液出口管(6)，所述冷却液进口管(5)和冷却液出口管(6)分别位于外箱体(2)的两端，所述冷却液进口管(5)外接冷却液源。
4.根据权利要求3所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述单体燃料电池(101)之间间隔设置，所述冷却管(4)位于单体燃料电池(101)之间的间隔位置。
5.根据权利要求4所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述单体燃料电池(101)之间间隔30mm，所述冷却管(4)中心与单体燃料电池(101)的间距为15mm。
6.根据权利要求5所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述冷却管(4)呈蛇形设置。
7.根据权利要求6所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述冷却管(4)包括若干个直管(401)和弯管(402)，所述直管(401)与单体燃料电池(101)平行，所述弯管(402)用于连接各个直管(401)。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述固固相变材料(3)为阻燃相变材料。
9.根据权利要求8所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述外箱体(2)采用阻燃金属板。
10.根据权利要求9所述的一种基于固固相变材料的电池热管理装置，其特征在于：所述单体燃料电池(101)之间串联连接，所述燃料电池堆(1)通过单体燃料电池(101)端部的金属帽(102)连接外电路。
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|---|---|---|---|
| CN202222114434.7U CN218101332U (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 一种基于固固相变材料的电池热管理装置 |
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| CN202222114434.7U CN218101332U (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 一种基于固固相变材料的电池热管理装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117594821A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-02-23 | 广东佛燃科技有限公司 | 一种基于脉动热管的固体氧化物燃料电池热管理模块 |
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2022
- 2022-08-09 CN CN202222114434.7U patent/CN218101332U/zh not_active Expired - Fee Related
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