本發(fā)明屬于鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)熱管理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國家對(duì)新能源電動(dòng)車的大力支持和推廣，出現(xiàn)越來越多以鋰離子動(dòng)力電池為能源的純電動(dòng)車和混合電動(dòng)車，但是電池?zé)峁芾砑夹g(shù)的不成熟導(dǎo)致了很多鋰離子電池?zé)崾Э厥鹿?。這些事故給行業(yè)帶來很多困擾，但是在大氣污染日漸嚴(yán)重的背景下，電動(dòng)汽車取代燃油汽車是大勢(shì)所趨。如何更好的采取措施保障電動(dòng)汽車和生命財(cái)產(chǎn)的安全，將電池?zé)崾Э乜刂圃诰植繀^(qū)域，阻斷大面積熱失控發(fā)生的可能性，并留給乘客足夠的逃生時(shí)間顯得勢(shì)在必行。

目前，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是電池管理系統(tǒng)中公認(rèn)的難點(diǎn)問題之一，不僅涉及到使用過程的安全性，還涉及使用過程的一致性等問題。國內(nèi)外大多數(shù)廠家都是采用空氣作為介質(zhì)進(jìn)行電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于空氣比熱容小，與電池對(duì)流換熱系數(shù)小，散熱、加熱速度很慢，存在溫度不一致等問題，且耗散大量的電池儲(chǔ)能。隨后，有專利提出了采用液體介質(zhì)的電池組熱管理裝置，通過液體的循環(huán)，從而對(duì)電池組進(jìn)行加熱或散熱，使電池工作在最佳的溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的熱管理。

專利文獻(xiàn)CN103038919A公開了一種電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)，其包括臨接電池模塊第一側(cè)面設(shè)置的第一熱板以及鄰接與電池模塊第一側(cè)面相對(duì)的電池模塊第二側(cè)面設(shè)置的第二熱板。第一熱板包括從第一熱板表面伸出的從電池模塊第一側(cè)面延伸至電池模塊第二側(cè)面的一系列散熱片。第二熱板包括從第二熱板表面伸出的從電池模塊第二側(cè)面延伸至電池模塊第一側(cè)面的一系列散熱片。但是專利文獻(xiàn)CN103038919A公開的電池系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)存在如下問題：

(1)其通過設(shè)在第一熱板、第二熱板中的一系列散熱片對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行散熱，由于散熱板均設(shè)置在電池單體之間，僅能通過熱傳遞的方式對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行散熱，因此其散熱效率比較低；

(2)該發(fā)明的系統(tǒng)，由于所有的散熱片均設(shè)置在電池單體之間，其對(duì)電池單體的散熱效果是均勻的，不能針對(duì)某一熱失控的電池單體進(jìn)行局部降溫，不能抑制電池系統(tǒng)熱失控的進(jìn)一步蔓延，安全性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)，其目的在于通過熱管冷卻和熱隔離層結(jié)合的方式綜合考慮了電池?zé)峁芾硪约半姵責(zé)峁芾硎Э睾蟮膽?yīng)急措施，比普通的單純熱管理系統(tǒng)更具安全性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)，包括電池單體，其特征在于，各電池單體設(shè)置在絕熱層下方，絕熱層上方為冷卻層；

每兩個(gè)電池單體組成一個(gè)電池對(duì)單元，每個(gè)電池對(duì)單元的兩個(gè)電池單體之間均勻設(shè)有熱管，熱管一端穿過絕熱層延伸至冷卻層，另一端延伸至所述電池單體的底部，用于傳導(dǎo)電池充放電過程中產(chǎn)生的熱量；

每個(gè)電池對(duì)單元的兩側(cè)設(shè)有熱隔離層，用于對(duì)熱失控的電池單體進(jìn)行熱隔離。

進(jìn)一步地，所述的熱管設(shè)置在每個(gè)電池對(duì)單元的兩個(gè)電池單體之間的部分為蒸發(fā)段，熱管設(shè)置在絕熱層的部分為絕熱段，熱管設(shè)置在冷卻層的部分為冷凝段，所述冷凝段的橫截面大于蒸發(fā)段，從蒸發(fā)段的一端到冷凝段的一端橫截面逐漸增大。

優(yōu)選地，所述熱管為一個(gè)或兩個(gè)或多個(gè)。

進(jìn)一步地，所述電池對(duì)單元的兩個(gè)電池單體相對(duì)的側(cè)面均通過銅片與熱管接觸，用于將所述電池單體的熱量傳遞給所述熱管。

進(jìn)一步地，所述電池對(duì)單元中的電池單體靠近熱隔離層的一側(cè)設(shè)置有溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)所述電池對(duì)單元的溫度。

進(jìn)一步地，所述電池對(duì)單元的一端設(shè)置有電控噴嘴，用于噴灑消防液體。

優(yōu)選地，所述電控噴嘴為一個(gè)或兩個(gè)或多個(gè)。

進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括消防冷卻液罐，其與所述電控噴嘴連接，用于儲(chǔ)存所述消防液體。

進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括控制單元，其與所述電控噴嘴和溫度傳感器連接，用于在所述溫度傳感器監(jiān)測(cè)的溫度超過預(yù)設(shè)溫度時(shí)，觸發(fā)警報(bào)并控制所述電控噴嘴噴灑所述消防液體。

優(yōu)選地，所述的電池單體與銅片之間設(shè)置有導(dǎo)熱脂。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)通過熱管冷卻和熱隔離層結(jié)合的方式綜合考慮了電池?zé)峁芾硪约半姵責(zé)峁芾硎Э睾蟮膽?yīng)急措施，比普通的單純熱管理系統(tǒng)更具安全性。

(2)通過熱管對(duì)電池模組進(jìn)行冷卻，有效提高了電池散熱效果，相比于液冷和相變冷卻和液冷有效減輕設(shè)備重量。

(3)熱失控發(fā)生時(shí)，熱管具有將熱量迅速傳遞出去的能力，結(jié)合控制單元觸發(fā)電控噴嘴噴射的冷卻噴霧可以有效冷卻發(fā)生熱失控電池單元中心位置，有效推遲熱失控引發(fā)的化學(xué)負(fù)反應(yīng)發(fā)生，創(chuàng)造逃生時(shí)間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、電池單體；2、銅片；3、熱管；4、溫度傳感器；5、控制單元；6、消防冷卻液罐；7、電控噴嘴；8、冷凝段；9、絕熱段；10、蒸發(fā)段；11、熱隔離層；12、冷卻層；13、絕熱層；14、電池對(duì)單元；15、冷卻介質(zhì)，

R1和R11分別為電池對(duì)單元14兩側(cè)熱隔離層的熱阻；

R2和R10分別為電池對(duì)單元14中的兩個(gè)電池單體的熱阻；

R3和R9分別為電池對(duì)單元14中的電池單體與銅片之間的接觸電阻；

R5和R7分別為電池對(duì)單元14中的銅片與熱管之間的接觸熱阻；

R4和R8分別為電池對(duì)單元14中的兩個(gè)銅片的熱阻；

R6為熱管的熱阻；

Q為代表電池單體的自發(fā)熱量。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1和圖2所示，一種結(jié)合熱管冷卻和熱防護(hù)的熱管理系統(tǒng)，包括電池模組，電池模組包括若干個(gè)電池單體1，每兩個(gè)電池單體組成一個(gè)電池對(duì)單元14，每個(gè)電池對(duì)單元14的兩側(cè)設(shè)置有熱隔離層11，每個(gè)電池對(duì)單元14的兩個(gè)電池單體1之間均勻設(shè)置有多個(gè)熱管3，每個(gè)電池對(duì)單元14的兩個(gè)電池單體1相對(duì)的側(cè)面均通過銅片2與熱管3接觸，各個(gè)電池單體1設(shè)置在絕熱層13下，絕熱層13上方為冷卻層12，熱管3一端穿過絕熱層13延伸至冷卻層12，電池對(duì)單元14中的電池單體1靠近熱隔離層11的一側(cè)設(shè)置有溫度傳感器4，各個(gè)電池對(duì)單元14的側(cè)部設(shè)置有電控噴嘴7，各個(gè)電控噴嘴7分別與消防冷卻液罐6連接，各個(gè)電控噴嘴7和各個(gè)溫度傳感器4均與控制單元5連接。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，電池單體1與銅片2之間設(shè)置有導(dǎo)熱脂，銅片2與熱管3之間設(shè)置有導(dǎo)熱脂。

熱管3設(shè)置在每個(gè)電池對(duì)單元14的兩個(gè)電池單體1之間的部分為蒸發(fā)段10，熱管3設(shè)置在絕熱層13的部分為絕熱段9，熱管3設(shè)置在冷卻層12的部分為冷凝段8，冷凝段8的橫截面大于蒸發(fā)段10，絕熱段9與蒸發(fā)段10連接的一端到與冷凝段8連接的一端橫截面逐漸增大。

其中電池單體1在正常充放電時(shí)，放熱量較小，熱量由設(shè)在電池單體1側(cè)部的蒸發(fā)段10通過絕熱段9傳遞到冷卻層12的冷卻介質(zhì)15中，起到正常工況冷卻的作用。高倍率充放電原理類似于正常充放電，由于熱管3的導(dǎo)熱性能數(shù)量級(jí)達(dá)到107，能夠有效散出高倍率充放電產(chǎn)熱。

當(dāng)某一電池單體1發(fā)生熱失控時(shí)，首先蒸發(fā)段10迅速向外散熱，由于熱失控產(chǎn)熱量呈指數(shù)增長，由于電池對(duì)單元14兩側(cè)的熱隔離層11的作用，熱量在電池對(duì)單元14和熱管3之間迅速聚集，當(dāng)控制單元5通過溫度傳感器4檢測(cè)到溫度超過預(yù)定值時(shí)，則觸發(fā)預(yù)警，控制單元5控制熱失控的電池單體1所在的電池對(duì)單元14側(cè)部的電控噴嘴7噴灑消防液體，可以起到熱失控促發(fā)后針對(duì)性冷卻，提高了消防冷卻液的利用效率，減少實(shí)車運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)備的冷卻液重量，減輕整個(gè)熱管理集合消防系統(tǒng)重量，緩解散熱不良狀況，同時(shí)給車主有利時(shí)間逃生采取進(jìn)一步人工消防方案。

圖2的下部顯示代表熱流方向的一維熱阻網(wǎng)絡(luò)圖，表明電池單體1產(chǎn)生的熱量聚集在電池對(duì)單元14兩側(cè)的熱隔離層11之間。電池單體1產(chǎn)生的熱量通過熱管散熱的熱傳遞路徑。一維熱阻網(wǎng)絡(luò)圖由RC電路表示，其中電阻代表熱阻，電容代表比熱容，電源Q代表電池單體1的自發(fā)熱量。電池單體1、銅片2、熱管3分別由一組RC單元表示，考慮到熱管3介質(zhì)比熱容較小，熱管3的熱容單元主要表示冷卻介質(zhì)15比熱容。電池單體1與銅片2之間以及銅片2與熱管3之間的接觸熱阻由單一熱阻表示，熱量最后是通過熱管3上端的冷凝段8的對(duì)流換熱熱阻傳遞到熱管3外的冷卻空氣中的。

圖2的一維網(wǎng)絡(luò)熱阻圖表明電池單體1產(chǎn)生熱量至少要經(jīng)過5個(gè)熱阻傳遞到冷卻介質(zhì)15，研究工作的重點(diǎn)是部分相對(duì)重要的熱阻和熱容。舉例來講，穩(wěn)態(tài)工況下，電池單體1連續(xù)產(chǎn)熱，通過減少熱源到冷卻層12中冷卻介質(zhì)15的熱阻并且提高冷卻介質(zhì)15比熱容才能提高散熱性能，降低電池單體1的溫度。若某電池單體1發(fā)生熱失控，產(chǎn)熱量驟增，散熱量遠(yuǎn)小于產(chǎn)熱量，熱量如果向周圍電池單體1傳遞，則必然會(huì)引發(fā)周邊電池單體1大規(guī)模熱失控，形成安全隱患，因此有必要在電池單體1之間增加熱隔離層11，使熱流被阻隔在隔離層11之間，同時(shí)確保熱源與冷卻介質(zhì)15之間的熱阻足夠小，因?yàn)樽罱K電池單體1熱失控產(chǎn)生的熱量都要傳遞到冷卻介質(zhì)15中。以上兩種工況表明同時(shí)需要考慮電池組冷卻與熱防護(hù)才能滿足電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的安全運(yùn)行。

本發(fā)明通過熱管冷卻和熱隔離層結(jié)合的方式綜合考慮了電池?zé)峁芾硪约半姵責(zé)峁芾硎Э睾蟮膽?yīng)急措施，比普通的單純熱管理系統(tǒng)更具安全性。通過熱管對(duì)電池模組進(jìn)行冷卻，有效提高了電池散熱效果，相比于液冷和相變冷卻和液冷有效減輕設(shè)備重量。熱失控發(fā)生時(shí)，熱管具有將熱量迅速傳遞出去的能力，結(jié)合控制單元觸發(fā)電控噴嘴噴射的冷卻噴霧可以有效冷卻發(fā)生熱失控電池單元中心位置，有效推遲熱失控引發(fā)的化學(xué)負(fù)反應(yīng)發(fā)生，創(chuàng)造逃生時(shí)間。適用于純電動(dòng)車(BEV)、混合電動(dòng)車(HEV)以及插電式混合電動(dòng)車(PHEV)等熱管理系統(tǒng)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。