1.本實用新型涉及鋰電池溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種鋰電池熱管理單元及鋰電池熱管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.鋰離子電池具有體積小，容量及功率大的優(yōu)點，逐漸成為電動汽車的主要儲能及供能元器件。需要注意的是，鋰離子動力電池理想的工作溫度范圍是15～35℃，這樣才能保持其安全性和循環(huán)穩(wěn)定性，同時，電池模塊之間的最大溫差應(yīng)該在5℃以下才可以避免溫差對鋰電池產(chǎn)生不良影響。然而，在鋰電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)過程中，會發(fā)生放熱現(xiàn)象和溫度變化。如果鋰電池在充放電過程中產(chǎn)生的熱量無法及時向外界釋放，電池的溫度會因為熱量積累而急劇升高，從而對電池的性能、壽命和安全產(chǎn)生不利影響，因而成為制約鋰電池發(fā)展的重要障礙之一。鋰離子電池性能下降的特征是容量和功率損失，前者是因為電池內(nèi)部的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非活性相，后者是因為阻抗的增加。更為嚴重的是，如果熱量繼續(xù)堆積并突破電池的最高安全溫度，電池將進入自加熱過程。此時若不能對電池進行有效的散熱，將會形成熱失控事故，導(dǎo)致電池的自燃和爆炸等事故，嚴重影響車輛和乘客的安全。此外，電池組各單體電池間溫度不均衡也是降低電池的循環(huán)壽命甚至導(dǎo)致熱失控的主要原因之一。隨著人們對電動汽車續(xù)航里程要求的不斷提高，就需要能量密度更大的電池和更多的電池單體，而快速加速、長放電周期或快速充電等情況均會使電池產(chǎn)生大量的熱量，這對電池散熱提出了更高的要求。因此，經(jīng)濟有效的鋰電池熱管理系統(tǒng)(btms)就顯得非常重要，是解決制約鋰電池熱量累積和溫度不均勻的關(guān)鍵途徑。

3.目前，傳統(tǒng)的強制空氣冷卻、直接/間接液體冷卻的btms在汽車應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的研究。由于自然對流風冷一般不能滿足電池冷卻的要求，因此需借助于風機通過強制空氣對流進行冷卻。而強制對流氣體冷卻系統(tǒng)往往包含復(fù)雜的管道、風扇和閥體等，需要額外的能量來驅(qū)動。另外，有的汽車使用預(yù)調(diào)艙內(nèi)空氣用于加熱/冷卻電動汽車，如本田insight和prius。但是僅僅使用風扇進行空氣冷卻會消耗大量的電池儲存能量，這些缺點會限制空氣冷卻系統(tǒng)應(yīng)用到具有更大容量和更長續(xù)航里程的電動汽車電池組。與空氣冷卻相比，液體冷卻能夠更好地控制電池溫度，且電池組的溫度分布更均勻。但對驅(qū)動冷卻液循環(huán)的電動泵要求高，能量消耗大，對電池包的密封性要求較高，且增加了泵、冷卻液管道等部件，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，重量更大。新型的相變材料(pcm)熱管理系統(tǒng)是利用相變材料的蓄熱過程實現(xiàn)對鋰電池的散熱，沒有額外消耗功率，屬于被動冷卻。利用相變材料進行電池溫度控制具有結(jié)構(gòu)簡單、無能量消耗、電池間溫度均勻等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用潛力，因此受到研究開發(fā)人員的關(guān)注。綜合上述電池熱管理技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，單一的傳統(tǒng)冷卻手段難以滿足鋰離子動力電池的散熱要求，綜合運用兩種或多種熱管理技術(shù)的復(fù)合型熱管理系統(tǒng)成為了解決鋰離子電池熱安全性問題的主流。目前研究的熱管理系統(tǒng)主要從散熱能力出發(fā)，較少考慮熱管理系統(tǒng)對電池系統(tǒng)甚至整車環(huán)境的影響，導(dǎo)致現(xiàn)有的熱管理系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量和體積過大等缺陷，不僅不利于電池箱體設(shè)計及其在整車內(nèi)的布置，而且復(fù)雜沉重的系

統(tǒng)給電池增加了額外的功耗，也不適用于未來汽車輕量化的發(fā)展趨勢。再者，外界的氣候環(huán)境、駕駛環(huán)境以及空調(diào)系統(tǒng)的使用等同樣影響btms的控制精度以及在車輛使用過程中的壽命評估。目前很多研究都是基于單純的電池熱管理部分，較少考慮熱管理系統(tǒng)與駕駛艙熱管理系統(tǒng)的結(jié)合，導(dǎo)致一些電池熱管理系統(tǒng)的研究成果很難應(yīng)用到實際的電動車系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.本實用新型的目的是提供一種鋰電池熱管理單元及鋰電池熱管理系統(tǒng)，對鋰電池具有良好的散熱效果，可對鋰電池進行熱管理，具有良好的溫度控制、較強的熱穩(wěn)定性，在汽車上提高鋰電池的性能。

5.為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型公開了一種鋰電池熱管理單元，用于實現(xiàn)鋰電池的散熱，包括：

6.散熱部，用于吸收鋰電池產(chǎn)生的熱量，所述散熱部由相變材料制得；

7.熱管，具有相連通的蒸發(fā)端和冷凝端，所述熱管的蒸發(fā)端插入所述散熱部內(nèi)。

8.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的鋰電池熱管理單元，包括散熱部和熱管，散熱部由相變材料制得，其與電池直接接觸并吸收電池產(chǎn)生的熱量，而熱管的蒸發(fā)端插入到散熱部并吸收散熱部儲存的熱量，熱管的蒸發(fā)端吸收散熱部的熱量并通過冷凝端將熱量導(dǎo)出。對鋰電池具有良好的散熱效果，可對鋰電池進行熱管理，具有良好的溫度控制、較強的熱穩(wěn)定性，在汽車上提高鋰電池的性能。

9.較佳地，所述熱管的冷凝端設(shè)置翅片管。

10.較佳地，所述熱管為平板熱管，平板熱管不僅具有圓熱管高效的傳熱能力和均溫性等優(yōu)點，還具有大面積的吸熱面和散熱面。冷凝段增加翅片管接觸面積，加強與空氣的換熱效果，使得對流換熱效果得到進一步提升。

11.相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種鋰電池熱管理系統(tǒng)，包括內(nèi)部系統(tǒng)，所述內(nèi)部系統(tǒng)包括若干并排設(shè)置的鋰電池熱管理單元，兩相鄰所述鋰電池熱管理單元之間設(shè)置鋰電池。

12.較佳地，所述內(nèi)部系統(tǒng)還包括風扇，給所述鋰電池熱管理單元提供風進行散熱。

13.較佳地，所述內(nèi)部系統(tǒng)還包括含腔體的第一保護殼，若干所述鋰電池熱管理單元排列設(shè)置在所述第一保護殼內(nèi)。

14.較佳地，所述內(nèi)部系統(tǒng)還包括含腔體的第二保護殼，所述第一保護殼位于所述第二保護殼內(nèi)，所述第一保護殼與所述第二保護殼之間為流道。

15.較佳地，還包括外部系統(tǒng)，所述外部系統(tǒng)包括第一制冷回路和第二制冷回路、腔室，所述第一制冷回路給所述腔室制冷，所述第二制冷回路給所述鋰電池熱管理單元制冷。

16.較佳地，所述外部系統(tǒng)包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器，所述第一蒸發(fā)器和所述第二蒸發(fā)器并聯(lián)設(shè)置在所述節(jié)流閥和所述壓縮機之間，所述第一蒸發(fā)器位于所述腔室內(nèi)，所述壓縮機、所述冷凝器、所述節(jié)流閥、所述第一蒸發(fā)器形成所述第一制冷回路，所述第二蒸發(fā)器位于所述第二保護殼內(nèi)，所述壓縮機、所述冷凝器、所述節(jié)流閥、所述第二蒸發(fā)器形成所述第二制冷回路。

17.較佳地，所述腔室為汽車的客艙。

附圖說明

18.圖1為本實用新型鋰電池熱管理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

19.圖2為本實用新型鋰電池熱管理單元含翅片管的結(jié)構(gòu)示意圖。

20.圖3為本實用新型鋰電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

21.圖4為本實用新型鋰電池熱管理系統(tǒng)另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

22.符號說明：

23.鋰電池熱管理系統(tǒng)200，鋰電池熱管理單元100，散熱部10，熱管20，蒸發(fā)端21，冷凝端23，翅片管30，內(nèi)部系統(tǒng)40，風扇41，第一保護殼43，第二保護殼45，流道47，外部系統(tǒng)50，壓縮機51、冷凝器52，節(jié)流閥53，第一蒸發(fā)器54，第二蒸發(fā)器55，腔室56，鋰電池60。

具體實施方式

24.為詳細說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。

25.請參考圖1，本實用新型公開一種鋰電池熱管理單元100，用于實現(xiàn)鋰電池60的散熱，包括散熱部10和熱管20，散熱部10用于吸收鋰電池60產(chǎn)生的熱量，散熱部10由相變材料制得，熱管20具有相連通的蒸發(fā)端21和冷凝端23，熱管20的蒸發(fā)端21插入散熱部10內(nèi)。散熱部10與鋰電池60直接接觸并吸收鋰電池60產(chǎn)生的熱量，而熱管20的蒸發(fā)端21插入到散熱部10并吸收散熱部10儲存的熱量(圖中箭頭代表導(dǎo)熱方向)，熱管20的蒸發(fā)端21吸收散熱部10的熱量并通過冷凝端23將熱量導(dǎo)出。對鋰電池60具有良好的散熱效果，可對鋰電池60進行熱管20理，具有良好的溫度控制、較強的熱穩(wěn)定性，在汽車上提高鋰電池60的性能。

26.在上述技術(shù)方案中，請參考圖2，熱管20的冷凝端23設(shè)置翅片管30，翅片管30能將熱管20的冷凝端23熱量快速導(dǎo)出。

27.在上述技術(shù)方案中，熱管20為平板熱管，平板熱管不僅具有圓熱管高效的傳熱能力和均溫性等優(yōu)點，還具有大面積的吸熱面和散熱面，其冷凝端23增加與翅片管30接觸面積，加強與空氣的換熱效果，使得對流換熱效果得到進一步提升。

28.請參考圖3-圖4，鋰電池熱管理系統(tǒng)200包括內(nèi)部系統(tǒng)40，內(nèi)部系統(tǒng)40包括若干并排設(shè)置的鋰電池熱管理單元100，兩相鄰鋰電池熱管理單元100之間設(shè)置鋰電池60。一實施例中，鋰電池熱管理單元100的熱量可通過風進行散熱，在內(nèi)部系統(tǒng)40中設(shè)置風扇41，風扇41給鋰電池熱管理單元100提供風進行散熱。另一實施例中，可以通過低溫空氣進行冷卻，比如通過汽車空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器實現(xiàn)(見下文詳細闡述)，但不限于此。具體說明如下：

29.請參考圖4，內(nèi)部系統(tǒng)40還包括含腔體的第一保護殼43和第二保護殼45，若干鋰電池熱管理單元100排列設(shè)置在第一保護殼43內(nèi)。第一保護殼43位于第二保護殼45內(nèi)，第一保護殼43與第二保護殼45之間為流道47。風扇41可設(shè)置在第一保護殼43上進行散熱，還可設(shè)置在流道47之間，也可以設(shè)置在第二保護殼45上。

30.請參考圖4，鋰電池熱管理系統(tǒng)200還包括外部系統(tǒng)50，外部系統(tǒng)50包括第一制冷回路和第二制冷回路、腔室56，第一制冷回路給腔室56制冷，第二制冷回路給鋰電池熱管理單元100制冷。通過第一制冷回路給腔室56制冷，實現(xiàn)腔室56的制冷需求；通過第二制冷回路給鋰電池熱管理單元100制冷，以實現(xiàn)鋰電池60熱量的快速導(dǎo)出。具體地，外部系統(tǒng)50包括壓縮機51、冷凝器52、節(jié)流閥53、第一蒸發(fā)器54和第二蒸發(fā)器55，第一蒸發(fā)器54和第二蒸

發(fā)器55并聯(lián)設(shè)置在節(jié)流閥53和壓縮機51之間，第一蒸發(fā)器54位于腔室56內(nèi)，壓縮機51、冷凝器52、節(jié)流閥53、第一蒸發(fā)器54形成第一制冷回路，第二蒸發(fā)器55位于第二保護殼45內(nèi)，壓縮機51、冷凝器52、節(jié)流閥53、第二蒸發(fā)器55形成第二制冷回路。優(yōu)選地，腔室56為汽車的客艙。也就是說，利用汽車空調(diào)系統(tǒng)既可以實現(xiàn)熱管20熱量的導(dǎo)出，還可以實現(xiàn)汽車客艙對制冷的需求，避免另外設(shè)置液體冷卻管路和系統(tǒng)，使得結(jié)構(gòu)大大簡化。在溫度較低的北方寒冷環(huán)境中，還可以利用熱管20的雙向?qū)崽匦?，即蒸發(fā)端21和冷凝端23可以根據(jù)實際需要切換傳熱方向，利用汽車空調(diào)系統(tǒng)提供的熱源起到加熱電池包的作用。

31.下面結(jié)合圖1-圖4詳細闡述本實用新型的工作原理：

32.在電池工作的過程中，鋰電池60向散熱部10傳遞熱量，到達散熱部10相變溫度后，散熱部10的溫度基本保持不變，鋰電池60的溫度上升也會變緩，而后趨向于穩(wěn)定，此時熱管20不啟動工作。若鋰電池60還持續(xù)放熱，則在散熱部10全部完成相變之后，其溫度會繼續(xù)上升，到達熱管20的啟動工作溫度以后，通過冷凝端23將熱量傳遞出去(圖中箭頭代表導(dǎo)熱方向)，冷凝端23的熱量通過空氣換熱帶走。更具體地，請參考圖4，當環(huán)境溫度在0℃～35℃時，熱管20冷卻可以通過風扇41提供的流動環(huán)境空氣來實現(xiàn)。環(huán)境溫度超過35℃時，在制冷運行模式下，離開壓縮機51的制冷劑經(jīng)過冷凝器52，制冷劑經(jīng)節(jié)流閥53后分流為兩股。其中一股制冷劑流進入第一蒸發(fā)器54以冷卻腔室56空間。另一股制冷劑流向第二蒸發(fā)器55，通過第二蒸發(fā)器55的冷空氣用來冷卻熱管20，使得電池的最高溫度維持在正常工作溫度范圍之內(nèi)。因此，該鋰電池熱管理系統(tǒng)200在電池最高溫度、電池單體溫度一致性和電池理想工作溫度范圍等幾個方面進行有效控制，使得整個電池模塊的溫差非常小，讓鋰電池60發(fā)揮高效的性能。

33.以上所揭露的僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的范圍。技術(shù)特征：

1.一種鋰電池熱管理單元，用于實現(xiàn)鋰電池的散熱，其特征在于，包括：散熱部，用于吸收鋰電池產(chǎn)生的熱量，所述散熱部由相變材料制得；熱管，具有相連通的蒸發(fā)端和冷凝端，所述熱管的蒸發(fā)端插入所述散熱部內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的鋰電池熱管理單元，其特征在于，所述熱管的冷凝端設(shè)置翅片管。3.如權(quán)利要求1所述的鋰電池熱管理單元，其特征在于，所述熱管為平板熱管。4.一種鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，包括內(nèi)部系統(tǒng)，所述內(nèi)部系統(tǒng)包括若干并排設(shè)置的如權(quán)利要求1或3任一項所述的鋰電池熱管理單元，兩相鄰所述鋰電池熱管理單元之間設(shè)置鋰電池。5.如權(quán)利要求4所述的鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部系統(tǒng)還包括風扇，給所述鋰電池熱管理單元提供風進行散熱。6.如權(quán)利要求4所述的鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部系統(tǒng)還包括含腔體的第一保護殼，若干所述鋰電池熱管理單元排列設(shè)置在所述第一保護殼內(nèi)。7.如權(quán)利要求6所述的鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部系統(tǒng)還包括含腔體的第二保護殼，所述第一保護殼位于所述第二保護殼內(nèi)，所述第一保護殼與所述第二保護殼之間為流道。8.如權(quán)利要求7所述的鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，還包括外部系統(tǒng)，所述外部系統(tǒng)包括第一制冷回路和第二制冷回路、腔室，所述第一制冷回路給所述腔室制冷，所述第二制冷回路給所述鋰電池熱管理單元制冷。9.如權(quán)利要求8所述的鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述外部系統(tǒng)包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器，所述第一蒸發(fā)器和所述第二蒸發(fā)器并聯(lián)設(shè)置在所述節(jié)流閥和所述壓縮機之間，所述第一蒸發(fā)器位于所述腔室內(nèi)，所述壓縮機、所述冷凝器、所述節(jié)流閥、所述第一蒸發(fā)器形成所述第一制冷回路，所述第二蒸發(fā)器位于所述第二保護殼內(nèi)，所述壓縮機、所述冷凝器、所述節(jié)流閥、所述第二蒸發(fā)器形成所述第二制冷回路。10.如權(quán)利要求9所述的鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述腔室為汽車的客艙。

技術(shù)總結(jié)

本實用新型公開了一種鋰電池熱管理單元，用于實現(xiàn)鋰電池的散熱，包括：散熱部和熱管，散熱部用于吸收鋰電池產(chǎn)生的熱量，所述散熱部由相變材料制得；熱管具有相連通的蒸發(fā)端和冷凝端，所述熱管的蒸發(fā)端插入所述散熱部內(nèi)。在該鋰電池熱管理單元，散熱部由相變材料制得，其與電池直接接觸并吸收電池產(chǎn)生的熱量，而熱管的蒸發(fā)端插入到散熱部并吸收散熱部儲存的熱量，熱管的蒸發(fā)端吸收散熱部的熱量并通過冷凝端將熱量導(dǎo)出。對鋰電池具有良好的散熱效果，可對鋰電池進行熱管理，具有良好的溫度控制、較強的熱穩(wěn)定性，在汽車上提高鋰電池的性能。本實用新型還公開一種鋰電池熱管理系統(tǒng)。本實用新型還公開一種鋰電池熱管理系統(tǒng)。本實用新型還公開一種鋰電池熱管理系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：楊小平 張志豪 蔡卓弟 尤春輝 何偉標 劉梓帆

受保護的技術(shù)使用者：東莞理工學(xué)院

技術(shù)研發(fā)日：2021.11.29

技術(shù)公布日：2022/4/21