專利名稱：用于汽車蓄電池的具有微囊封裝的相變材料的液體冷卻劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及電池組的熱管理，尤其涉及聯(lián)合使用微囊封裝的相變材料和液體熱交換介質(zhì)來調(diào)節(jié)汽車電池組的溫度。
背景技術(shù)：
鋰離子電池正用于汽車應(yīng)用，在混合電動車(HEV)中以補(bǔ)充傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)(ICE)的方式使用，或者在插電式電動車(PEV)中以替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)(ICE)的方式使用。在兩種變體之一中，HEV和PEV都屬于車輛中被稱作電動車(EV)的大類。鋰離子電池的高體積熱生成率和通常無源結(jié)構(gòu)提供了作為汽車、卡車、公交車、摩托車和相關(guān)汽車或車輛平臺的推進(jìn)系統(tǒng)所必需的耐久性和功能性。
溫度是影響電池性能和壽命的最重要的因素之一。極端情況(例如，這些極端情況在寒冷或炎熱的環(huán)境下長期不工作的過程中遇到，或者因在熱天長時間工作以及隨之生成的熱而導(dǎo)致)可能對電池正確運(yùn)行的能力有負(fù)面影響，在嚴(yán)重的情況下能徹底地?fù)p壞電池。在一個特殊的情景中，停放在熱天下的車輛的起動操作可能將電池暴露于超過它的安全極限的溫度上升中，但缺少能立即有效移除由該起動操作產(chǎn)生的過量熱的某種裝置。長期暴露于高溫的副作用例如包括提早老化和加速容量衰減，這兩種副作用都是不合需要的。傳統(tǒng)散熱方法，例如強(qiáng)制空氣和液體冷卻，可以證明在避免這些副作用方面是有效的，但是它們增加了車輛系統(tǒng)總體的重量、復(fù)雜性和寄生動力需求。

發(fā)明內(nèi)容
基于相變材料(PCM)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)具有限制電池溫度極限的潛能，因而能對提高溫度一致性以及減少加熱和冷卻需求起作用。這有助于延長熱敏部件的壽命，熱敏部件例如形成電池模塊和電池組的構(gòu)造塊的帶電荷的電池單元。PCM能吸收和釋放在等溫(即，恒定溫度)相變過程中，例如從固態(tài)到液態(tài)或者從液態(tài)到固態(tài)，大量的潛熱(在某些情況下高達(dá)顯熱的五十倍)。因此，使用PCM可有助于減少或者消除強(qiáng)制空氣冷卻系統(tǒng)或強(qiáng)制液體冷卻系統(tǒng)中對有源式冷卻部件例如風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)或者泵的需求。這有利之處在于PCM可提供將電池單元溫度維持在期望的溫度范圍內(nèi)同時不需要從電池或者另一個能量源抽取功率的能力?；赑CM的電池?zé)峁芾矸椒ǖ氖纠稍谂c本申請同天提交且為本發(fā)明受讓
人所有的共同待決的美國專利申請_號中找到，其發(fā)明名稱為為奮#變##
的蓄電池，因此引入其全文作為參考。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于汽車電池組的熱管理系統(tǒng)使用微囊封裝形式的基于PCM的熱管理系統(tǒng)。這種形式，被稱作微PCM，由非常小的雙組分粒子或膠囊構(gòu)成，這些雙組份粒子或膠囊包括定制為適合在汽車電池組通常遇到的溫度范圍內(nèi)潛熱變化的芯材料，連同由聚合物或相關(guān)材料制成的外殼或外膠囊，以致芯和殼一起限定大致球形的泡沫狀材料。微PCM膠囊的直徑范圍從小于I微米到幾百微米，在該范圍內(nèi)物質(zhì)的所有三態(tài)(固體、液體和氣體)都能用于形成可裝入微膠囊的芯。與非微膠囊封裝的PCM相比，優(yōu)勢包括增強(qiáng)了對芯材料的保護(hù)，易于并入其他材料，以及降低了熔化過程中泄露的可能性。微PCM還可按照不同的質(zhì)量百分比混合，采用這種方法來調(diào)整它們的熱響應(yīng)，例如，調(diào)節(jié)相變潛熱和相變溫度。另外的優(yōu)勢包括低材料成本，其中微囊法可包括在大約50%到90%之間的活性材料。在一個特定形式中，熱管理系統(tǒng)包括流體管道，流體管道被如此構(gòu)造以致至少一部分流體管道布置成與電池組的發(fā)熱部分熱交流。通常，發(fā)熱部分由多個電池單元構(gòu)成。流體管道(其可以是較大的閉環(huán)流體介質(zhì)流動路徑的一部分)被構(gòu)造為運(yùn)送包含至少一種微PCM的流體介質(zhì)，微PCM作為流體介質(zhì)中的懸浮物。通過使懸浮或以其他方式出現(xiàn)在流體介質(zhì)中的微PCM經(jīng)過電池組的發(fā)熱部分附近，微PCM的芯材料中的固有高潛熱可用于吸收(在電池單元經(jīng)歷相對高的溫度的情況下)或者釋放(在電池單元經(jīng)歷冰凍或其他低溫的情況下)潛熱，采用這種方式來平衡或調(diào)節(jié)電池單元的溫度。在另一個可選形式中，微PCM由外殼和裝在殼內(nèi)的高潛熱材料內(nèi)芯構(gòu)成。在一個形式中，芯由二十燒(eicosane)制成,而殼由聚合物基材料制成。二十燒是石臘基燒烴混合物，其具有高的熔化潛熱(例如，大約240 kj/kg)。此外，二十烷的熔點(diǎn)(37°C)使得它對 于電動車和相關(guān)汽車應(yīng)用來說是理想的，在汽車應(yīng)用中通常電池單元預(yù)期發(fā)生40°C的最大溫度變化范圍。這種石蠟基PCM是優(yōu)秀的電絕緣體，其電阻率在IO13到IO17歐姆 米之間。這樣的高電阻率促進(jìn)安全可靠的電氣操作。此外,這種微PCM已經(jīng)在各種的電池充放電循環(huán)下顯示了其耐用性，同時特別著重于避免因不同的電池工作溫度下的壓力偏差而導(dǎo)致的微膠囊損壞。盡管可以使用其他材料，例如非石蠟有機(jī)PCM脂肪酸，但是必須謹(jǐn)慎以確保熔化或相關(guān)相變發(fā)生在與HEV或PEV電池組工作溫度相稱的溫度范圍內(nèi)。在該微PCM的更特殊的實(shí)施例中，每個粒子的直徑可在大約I微米到大約100微米之間。在另一個特殊形式中，出現(xiàn)了不止一種微PCM。例如，可包括第一微PCM，其被構(gòu)造為在第一(例如，較低的)溫度下展示相變，同時可包括第二微PCM，其被構(gòu)造為在第二 (例如，較高的)溫度下展示相變。在一個形式中，第一溫度與水的凍結(jié)溫度(即，大約0°C)或更低的溫度一致，而第二溫度處于電池單元或其它溫度敏感部件的上限。在鋰離子電池單元的情況下，這種上限溫度可為大約40°C或者更高。熱管理系統(tǒng)被如此構(gòu)造以致運(yùn)送用于熱交換的流體的管道被構(gòu)造為大致閉環(huán)的無源設(shè)備。在另一個選擇中，包括微PCM的冷卻板布置成與電池組的發(fā)熱部分熱交流。以這種方式，板充當(dāng)補(bǔ)充的熱交換介質(zhì)。在更特殊的形式中，冷卻板具有形成于其表面中的一個或多個凹槽；這些凹槽被裝入微PCM。這種冷卻板可以(在可選結(jié)構(gòu)中)起到排成一列的熱交換設(shè)備的作用，以致如果基于液體的冷卻不工作(或者完全沒有基于液體的冷卻)，可處理電池組內(nèi)的電池單元的至少一部分熱管理。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，公開了一種汽車電池組組件。該組件包括構(gòu)造為向車輛平臺提供原動力的電池組和構(gòu)造為向電池組提供加熱和冷卻中的至少一個的熱管理系統(tǒng)。更具體的，熱管理系統(tǒng)與電池組進(jìn)行熱交流，其中一個特殊的熱交互作用涉及熱管理系統(tǒng)去除來自電池組內(nèi)的發(fā)熱源(例如，一個或多個電池單元)的熱。在這種結(jié)構(gòu)中，熱管理系統(tǒng)包括布置成與電池組的發(fā)熱部分進(jìn)行熱交流的流體管道，以及包含至少一種微PCM的流體介質(zhì)。可選地，材料的外殼由聚合物材料制成。如上已討論的，形成內(nèi)芯的高潛熱材料被裝入外殼內(nèi)；優(yōu)選地，該材料具有在低于大約0°c工作的熔化潛熱和大約40°C的汽化潛熱。實(shí)現(xiàn)潛熱的吸收或釋放也可通過組合兩種或多種PCM來實(shí)現(xiàn)，它們或者位于共用的外殼內(nèi)，或者每種PCM作為它自己獨(dú)特的微PCM結(jié)構(gòu)的一部分；無論在哪種情況下，整體材料被認(rèn)為展示類似復(fù)合的熱性質(zhì)。這種復(fù)合材料可將它們的性質(zhì)調(diào)整到使這些材料中的一種在不同于構(gòu)成該復(fù)合物的其它材料的溫度下經(jīng)歷相變。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，控制電池組內(nèi)溫度的方法包括提供具有至少一種微PCM的流體介質(zhì)和將該流體介質(zhì)布置成與電池組內(nèi)的熱敏部件進(jìn)行熱交換交流。這樣，包含在熱敏部件和微PCM中的一個內(nèi)的至少一部分熱在它們之間傳遞?？蛇x地，熱敏部件是電池單元。在另一個選擇中，可包括冷卻板，以提供額外的熱交換能力。正如上文討論的流體，冷卻板可結(jié)合至一種或多種微PCM，以致包括在冷卻板和熱敏部件中的一個內(nèi)的至少一部分熱可傳遞到它們中的另一個。在一個特殊形式中，一種或多種微PCM可循環(huán)通過大致閉環(huán)的熱管理系統(tǒng)。在更特殊的形式中，系統(tǒng)可以是無源的，因?yàn)椴恍枰糜谑箶y帶微PCM的液體循環(huán)的泵和有關(guān)裝置。正如前述實(shí)施例，微PCM可由多種不同的微PCM構(gòu)成，例如前述復(fù)合物形式。例如，這些多種材料可用于將在它們和熱敏 部件之間的熱交換調(diào)整適合于一個或多個特殊的溫度范圍。如上所述，與電池單元緊密接觸的微PCM可起到熱緩沖的作用，這接著可導(dǎo)致減少功率衰退、降低容量衰減、改善電池壽命和耐用性、降低保修成本、改善車輛可行駛里程和預(yù)防熱失控。本發(fā)明提供以下技術(shù)方案
方案I. 一種用于汽車電池組的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)包括
流體管道，其被如此構(gòu)造以致至少一部分流體管道布置成與所述電池組的發(fā)熱部分熱交流；和
其中包含至少一種微囊封裝的相變材料的流體介質(zhì)，所述流體介質(zhì)可放置在所述流體管道內(nèi)，以致在所述熱交流過程中，在所述電池組的所述發(fā)熱部分和所述至少一種微囊封裝的相變材料之間發(fā)生熱交換。方案2.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括外殼和裝在所述殼內(nèi)的高潛熱材料制成的內(nèi)芯。方案3.根據(jù)方案2所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述芯包括二十烷。方案4.根據(jù)方案3所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述殼包括聚合物基材料。方案5.根據(jù)方案2所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料的尺寸從直徑約I微米到直徑約100微米。方案6.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料形成為所述流體介質(zhì)中的懸浮物。方案7.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括多種微囊封裝的相變材料，其中一種材料構(gòu)造為在第一溫度下展示相變，另一種材料構(gòu)造為在高于所述第一溫度的第二溫度下展示相變。方案8.根據(jù)方案7所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述第一溫度為大約0°C或者更低，所述第二溫度為大約40°C或者更高。方案9.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述流體管道被構(gòu)造為大致閉環(huán)的無源設(shè)備。方案10.根據(jù)方案I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括冷卻板，所述冷卻板布置成與所述電池組的所述發(fā)熱部分進(jìn)行熱交流，所述冷卻板配置有用作補(bǔ)充熱交換介質(zhì)的微囊封裝的相變材料。方案11.根據(jù)方案10所述的熱管理系統(tǒng)，其中與所述冷卻板一起配置的所述微囊封裝的相變材料布置在形成于所述冷卻板表面中的至少一個凹槽內(nèi)。方案12. —種汽車電池組組件，包括
電池組，其構(gòu)造為向車輛平臺提供原動力；和
熱管理系統(tǒng)，其與所述電池組內(nèi)的發(fā)熱源進(jìn)行熱交流，所述熱管理系統(tǒng)包括
流體管道，其被如此構(gòu)造以致至少一部分流體管道布置成與所述電池組的發(fā)熱部分進(jìn)行熱交流；和
流體介質(zhì)，其中包含至少一種微囊封裝的相變材料，所述流體介質(zhì)可放置在所述流體管道內(nèi)，以致在所述熱交流過程中，在所述電池組的所述發(fā)熱部分和所述至少一種微囊封裝的相變材料之間發(fā)生熱交換。方案13.根據(jù)方案12所述的汽車電池組組件，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料的外殼包括聚合物材料，形成裝在所述外殼內(nèi)的內(nèi)芯的高潛熱材料包括具有在低于大約O°C工作的熔化潛熱和大約40°C的汽化潛熱的材料。方案14.根據(jù)方案13所述的汽車電池組組件，其中所述高潛熱材料包括多種高潛熱材料。方案15.根據(jù)方案12所述的汽車電池組組件，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括多種微囊封裝的相變材料，每一種微囊封裝的相變材料由形成內(nèi)芯的高潛熱材料構(gòu)成，所述內(nèi)芯裝在各自的外殼內(nèi)，進(jìn)一步地，其中所述多種微囊封裝的相變材料的每一種內(nèi)的所述高潛熱材料被構(gòu)造為在不同于所述多個微囊封裝的相變材料中的另一種的溫度下經(jīng)歷相變。方案16. —種控制電池組中溫度的方法，所述方法包括
提供具有包含在其中的至少一種微囊封裝的相變材料的流體介質(zhì)；和將所述流體介質(zhì)布置成與所述電池組內(nèi)的熱敏部件熱交換連通，以致包含在所述熱敏部件和所述至少一種微囊封裝的相變材料中的一個內(nèi)的至少一部分熱傳遞到所述至少一種微囊封裝的相變材料和所述熱敏部件中的另一個。方案17.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述至少一個熱敏部件包括電池單元。方案18.根據(jù)方案16所述的方法，還包括布置冷卻板使得至少一種微囊封裝的相變材料與所述冷卻板協(xié)作，以致包含在所述冷卻板和所述熱敏部件中的一個內(nèi)的至少一部分熱傳遞到所述熱敏部件和所述冷卻板中的另一個。方案19.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料循環(huán)通過大致閉環(huán)熱管理系統(tǒng)。方案20.根據(jù)方案19所述的方法，其中所述大致閉環(huán)熱管理系統(tǒng)構(gòu)造為無源流體輸送系統(tǒng)。方案21.根據(jù)方案16所述的方法，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括多種微囊封裝的相變材料，每一種微囊封裝的相變材料由形成內(nèi)芯的高潛熱材料構(gòu)成，所述內(nèi)芯裝在各自的外殼內(nèi)，進(jìn)一步地，其中所述多個微囊封裝的相變材料的每一種內(nèi)的所述高潛熱材料被構(gòu)造為在不同于所述多個微囊封裝的相變材料中的另一種的溫度下經(jīng)歷相變。


圖I顯示電池組形式的車輛推進(jìn)系統(tǒng)；
圖2是電池模塊的一部分的一個實(shí)施例的分解圖，該電池模塊構(gòu)成圖I中的電池組，其中該模塊包括用于與模塊內(nèi)電池單元的液體介質(zhì)熱交換的各部件；
圖3是差示掃描量熱法(DSC)圖表，其顯示使用二十烷作為高潛熱材料的散裝實(shí)驗(yàn)室級微PCM的相變屬性；
圖4是顯示使用二十烷作為高潛熱材料的微PCM在環(huán)境室內(nèi)的熱測試的圖表；
圖5顯示可選冷卻板，板內(nèi)形成有凹槽，該凹槽可接納濕濾餅形式的微PCM ；
圖6顯示懸浮在流體介質(zhì)中的微PCM如何做到通過冷卻板的管道；以及 圖7顯示了示意性的閉路流體介質(zhì)的流動路徑以及它與電池組的交互作用。
具體實(shí)施例方式首先參考圖1，使用多個電池組10 (也被稱作電池模塊)的車輛推進(jìn)系統(tǒng)I以局部分解視圖顯示。取決于期望的動力輸出，可組合多個電池組10以限定電池段100 ;這些電池對齊排列以便被共用托盤200支撐，托盤200還能起到支撐冷卻劑軟管300的作用，冷卻劑軟管300可用于期望補(bǔ)充冷卻的結(jié)構(gòu)中。隔板400限定主支撐結(jié)構(gòu)，能為冷卻劑軟管300提供接口功能，以及在需要維護(hù)電池時容納電池?cái)嘟硬考?。除為電池?00提供支撐之外，托盤200和隔板400還可支撐其它模塊，例如電壓、電流和溫度測量模塊500。單獨(dú)電池單元35 (將在下文詳細(xì)討論)相對于電池組10的布置如圖所示，電池單元35被電壓和溫度子模塊600覆蓋。在一個典型示例中，電池組10可包括多達(dá)大約兩百個單電池單元35。其它的特征，例如手動維護(hù)斷接部件700、絕緣件800和蓋900使車輛推進(jìn)系統(tǒng)I完整。除上述電池?cái)嘟訂卧?，其它電力電子部件也可用于電池?00，這些部件包括電池管理系統(tǒng)或相關(guān)控制器。在液體冷卻的電池組(例如此處公開的)中，這些部件并不被冷卻，盡管它們布置得離多個電池組10非常近。因此，這些發(fā)熱部件可加熱附近的組10，因而導(dǎo)致單元35的非均勻退化和伴隨的單元35之間的不平衡。因?yàn)檫@些電力電子部件中的大部分位于電池組10的頂部和端部，所以放置在位于這些部件和電池組10的單元35之間的冷卻板30 (將在下文詳細(xì)討論)上的本發(fā)明的微PCM可用作散熱器，以吸收生成的熱并隨后通過基于空氣或基于液體的方式對流地耗散所述熱。接著參考圖2，電池組10的一部分的一個實(shí)施例以分解圖的形式顯示。端框架15和重復(fù)框架20形成電池組10結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。端框架15可具有圍繞冷卻板30的邊緣部25，冷卻板30可包括肋以增加穩(wěn)定性。圖中有電池單元35、冷卻片40和泡沫隔離板45，其中后兩個特征分別在與本申請同天提交且為本發(fā)明的受讓人所有的、共同待決的、發(fā)明名稱為用于提高熱交換性質(zhì)的具有微囊封裝的相變材料的蓄電池?zé)峤缑娴拿绹鴮＠暾?br> _號和前述發(fā)明名稱為具有相變材料的蓄電池的申請中詳細(xì)討論，以此前者通
過參考全文并入本文。端框架15和重復(fù)框架20通常由輕質(zhì)、非導(dǎo)電材料制成，例如塑料(例如，聚丙烯，尼龍6-6)和其它低成本材料。如果需要，框架15和20可以是為了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而被纖維增強(qiáng)的。絕緣板50放置在電池單元35和冷卻板30之間以保護(hù)電池單元35。在優(yōu)選形式中，絕緣板50由塑料或相關(guān)材料制成，并附在冷卻板30上。一個或多個熱敏電阻(未顯示)位于絕緣板50和冷卻板30之間，以監(jiān)控電池單元35的溫度。在電池模塊10中可能有很多熱敏電阻，例如，每個絕緣板50/冷卻板30/電池單元35界面都分別有一個熱敏電阻。另外的部件，例如電池組板、電壓內(nèi)連接板等(它們都未顯示)，被使用于幫助形成裝配的電池組10。接著參考圖6和7，在一個優(yōu)選形式中，微PCM可懸浮在液體冷卻劑中，液體冷卻劑通常循環(huán)通過閉路流體介質(zhì)流動路徑1000，更特殊的，循環(huán)通過構(gòu)成電池組10 —部分的一個或多個冷卻片40。在這種結(jié)構(gòu)中，使懸浮液(可包括乙二醇/水混合物，例如，按照50-50比例)從入口 40A通過冷卻流動路徑40C朝著出口 40B流動，流動路徑40C可采用多個大致平行的獨(dú)立路徑或通道的形式，特別如圖6所示。在一個形式中，多個冷卻片40可布置在電池組10的堆疊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。如上所述，冷卻板30圍繞電池組10的周邊布置(例如如圖2所示布置在電池組10相對端部的一個或多個上)對提供補(bǔ)充傳熱以便避免不均勻熱情況而言是特別有用的方法。特別參考圖7，顯示了閉路流體介質(zhì)流動路徑1000與車輛推進(jìn)系統(tǒng)I熱交互，該車輛推進(jìn)系統(tǒng)I又由多個電池組10組成。在一個形式中，流動路徑1000起到冷卻回路的作用(例如，在需要對電池組10中的電池單元35或相關(guān)裝置進(jìn)行補(bǔ)充冷卻的 情況下)，然而在另一個形式中，流動路徑1000可起到加熱回路的作用(例如，在電池組或模塊10中的電池單元35或相關(guān)裝置已長時間暴露在凍結(jié)溫度的情況下)。流動路徑1000可包括管道或相關(guān)管路1100以輸送流體介質(zhì)，并使用可選的泵1200和閥(未顯示)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到在流動路徑1000的純無源設(shè)計(jì)中泵1200不會出現(xiàn)；無源和有源的兩種形式都被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外的組件，例如散熱器、冷凝器和相關(guān)熱交換裝置(它們都未顯示)也可用作流動路徑1000的一部分。接著參考圖5，顯示了具有代表性的冷卻板30的一部分。如上所示，諸如冷卻板30(以及泡沫隔離板45)的設(shè)備可用于向循環(huán)通過冷卻片40和流動路徑1000的注入微PCM的液體提供補(bǔ)充的熱傳遞。這種補(bǔ)充的熱傳遞在電池組10內(nèi)的區(qū)域需要不同程度熱傳遞的情況下特別有價值。因此，冷卻板30可認(rèn)為是更堅(jiān)固版本的泡沫隔離板45。以大體類似于泡沫隔離板45的方式，將微PCM結(jié)合到冷卻板30的一個優(yōu)勢源于它臨近發(fā)熱電池單元35。冷卻板30的構(gòu)造是這樣的形成在冷卻板30內(nèi)的獨(dú)立凹槽30A用于允許板30起到熱復(fù)合材料的作用，其中(如果需要)不同的凹槽30A可具有放置在其內(nèi)的不同定制的微PCM。在一個形式中，使相變熱屬性(例如無論從固態(tài)到液態(tài)，還是從液態(tài)到固態(tài))發(fā)生在兩個不同的溫度。這樣，期望暴露于與它的鄰接部分不同的熱環(huán)境的區(qū)域可包括具有調(diào)整到特殊的溫度范圍的潛熱屬性的微PCM。在一個形式中，使一種微PCM (例如，它可放置在一個或多個凹槽30A中)在低溫度極限(例如，大約-10°C )發(fā)生相變，使另一種微PCM在高溫度極限(例如，大約45°C)發(fā)生相變。這些數(shù)值僅作為示例列出；本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到微PCM的潛熱材料的溫度可調(diào)整以適合電池組10的具體需求，所有這些溫度范圍都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種雙溫度激活有助于在溫度大幅變化的情況下長時間維持電池單元35的溫度。在經(jīng)歷較大的熱變化范圍(例如，較高的溫度)的情況下，冷卻板30和由流動路徑1000體現(xiàn)的補(bǔ)充冷卻回路使得性能增強(qiáng)成為可能，這種增強(qiáng)的性能可為保護(hù)電池組10內(nèi)部的電池單元35或其他溫度敏感部件提供額外的措施。
接著參考圖3，DSC測試的結(jié)果用于確定散裝實(shí)驗(yàn)室級微PCM 二十烷的相變屬性。該測試中使用的掃描速率是每分鐘5°C，溫度范圍控制在從-50°C到80°C。峰值指示加熱(上部)和冷卻(下部)時的相變。上部曲線的峰值顯示從固態(tài)到液態(tài)的相變轉(zhuǎn)換行為，同時峰值以下的區(qū)域是從固態(tài)轉(zhuǎn)換到液態(tài)的潛熱(即，熔化潛熱)；在本示例中，得到潛熱為185.6J/kg。該曲線還指示液體在32. 28°C開始出現(xiàn)，二十烷在36. 35°C完全變成液體。同樣地，下部的峰值共同顯示從液態(tài)到固態(tài)的相變轉(zhuǎn)換行為，其中左側(cè)峰值顯示與二十烷有關(guān)的從液態(tài)到液態(tài)的相變轉(zhuǎn)換，同時右側(cè)峰值顯示從液態(tài)到固態(tài)的相變轉(zhuǎn)換。在這些峰值以下的區(qū)域是從固態(tài)轉(zhuǎn)換到液態(tài)的潛熱；在本示例中，得到潛熱為190. 7J/kg。該曲線還指示固態(tài)二十烷在35. 07°C開始出現(xiàn)，在31. 67°C完全變成固體。接著參考圖4，顯示了本發(fā)明人進(jìn)行的微PCM 二十烷熱測試的結(jié)果。尤其，本測試在溫度設(shè)置為從23°C到48°C的環(huán)境室測試中進(jìn)行。下方的曲線(其對應(yīng)于微PCM溫度)顯示加熱過程中控制12. Ig的二十烷樣品維持在大約37°C約I小時。
應(yīng)注意本文諸如“優(yōu)選地”、“通常地”和“典型地”之類的術(shù)語并不用于限制所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，或者暗示某些特征對所要求保護(hù)的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能來說是關(guān)鍵的、必要的或者甚至重要的。相反，這些術(shù)語僅僅用于突出替代的或者額外的特征，這些特征在本發(fā)明的某個特定實(shí)施例中可能被使用，也可能不被使用。類似的，諸如“大致”的術(shù)語用于表現(xiàn)固有的不確定程度，這種固有的不確定程度歸因于任何定量比較、數(shù)值、測量或者其它表示法。它還用于表現(xiàn)數(shù)量表示法不同于所闡明的參照物的程度，這種程度不會導(dǎo)致所討論的主題的基本功能發(fā)生變化。出于描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)注意本文的術(shù)語“設(shè)備”用于代表部件和獨(dú)立部件的組合，而與這些部件是否與其它部件結(jié)合無關(guān)。例如，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可包括電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件或者燃料電池、根據(jù)本發(fā)明車輛包括電化學(xué)轉(zhuǎn)換組件。此外，術(shù)語“汽車”、“汽車的”、“車輛的”等的變型意味著被解釋為具有通用的含義，除非上下文指示了其它含義。因此，提及汽車時應(yīng)理解為覆蓋轎車、卡車、公交車、摩托車和其它類似的交通模式，除非在上下文中有更明確的敘述。通過參考本發(fā)明的具體實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，顯而易見的是，在不脫離由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下修改和變化都是可能的。更具體地說，盡管本發(fā)明的一些方面在本文被確認(rèn)為優(yōu)選的或有特殊的優(yōu)勢，但是可以預(yù)計(jì)本發(fā)明不必局限于本發(fā)明的這些優(yōu)選方面。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車電池組的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)包括 流體管道，其被如此構(gòu)造以致至少一部分流體管道布置成與所述電池組的發(fā)熱部分熱交流；和 其中包含至少一種微囊封裝的相變材料的流體介質(zhì)，所述流體介質(zhì)可放置在所述流體管道內(nèi)，以致在所述熱交流過程中，在所述電池組的所述發(fā)熱部分和所述至少一種微囊封裝的相變材料之間發(fā)生熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括外殼和裝在所述殼內(nèi)的高潛熱材料制成的內(nèi)芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述芯包括二十烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料的尺寸從直徑約I微米到直徑約100微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管理系統(tǒng)，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括多種微囊封裝的相變材料，其中一種材料構(gòu)造為在第一溫度下展示相變，另一種材料構(gòu)造為在高于所述第一溫度的第二溫度下展示相變。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管理系統(tǒng)，還包括冷卻板，所述冷卻板布置成與所述電池組的所述發(fā)熱部分進(jìn)行熱交流，所述冷卻板配置有用作補(bǔ)充熱交換介質(zhì)的微囊封裝的相變材料。
7.一種汽車電池組組件，包括 電池組，其構(gòu)造為向車輛平臺提供原動力；和 熱管理系統(tǒng)，其與所述電池組內(nèi)的發(fā)熱源進(jìn)行熱交流，所述熱管理系統(tǒng)包括 流體管道，其被如此構(gòu)造以致至少一部分流體管道布置成與所述電池組的發(fā)熱部分進(jìn)行熱交流；和 流體介質(zhì)，其中包含至少一種微囊封裝的相變材料，所述流體介質(zhì)可放置在所述流體管道內(nèi)，以致在所述熱交流過程中，在所述電池組的所述發(fā)熱部分和所述至少一種微囊封裝的相變材料之間發(fā)生熱交換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽車電池組組件，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料的外殼包括聚合物材料，形成裝在所述外殼內(nèi)的內(nèi)芯的高潛熱材料包括具有在低于大約(TC工作的熔化潛熱和大約40 V的汽化潛熱的材料。
9.一種控制電池組中溫度的方法，所述方法包括 提供具有包含在其中的至少一種微囊封裝的相變材料的流體介質(zhì)；和 將所述流體介質(zhì)布置成與所述電池組內(nèi)的熱敏部件熱交換連通，以致包含在所述熱敏部件和所述至少一種微囊封裝的相變材料中的一個內(nèi)的至少一部分熱傳遞到所述至少一種微囊封裝的相變材料和所述熱敏部件中的另一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述至少一種微囊封裝的相變材料包括多種微囊封裝的相變材料,每一種微囊封裝的相變材料由形成內(nèi)芯的高潛熱材料構(gòu)成,所述內(nèi)芯裝在各自的外殼內(nèi)，進(jìn)一步地，其中所述多個微囊封裝的相變材料的每一種內(nèi)的所述高潛熱材料被構(gòu)造為在不同于所述多個微囊封裝的相變材料中的另一種的溫度下經(jīng)歷相變。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于汽車蓄電池的具有微囊封裝的相變材料的液體冷卻劑。公開了與冷卻流體結(jié)合使用的微囊封裝的相變材料，作為汽車電池組組件的熱管理系統(tǒng)的一部分。微囊封裝的相變材料構(gòu)造為在較低(較冷)的溫度和較高(升高)的溫度下具有增強(qiáng)的潛熱傳遞性質(zhì)，以致使用這種汽車電池組組件的車輛更能抵抗冰凍和過熱盛行的環(huán)境。
文檔編號C09K5/06GK102856609SQ201210220379
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者X.J.王 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司