一种动力电池相变材料控温箱及控温方法发明专利

专利名称：一种动力电池相变材料控温箱及控温方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410693122.7

专利申请（专利权）人：四川信息职业技术学院
权利人地址：四川省广元市利州区学府路265号

专利发明（设计）人：王镜儒,李杨,罗林,潘发兴,许信冬,赖若彤,万成,陈鑫彪,蒋腾达,戴朝政

专利摘要：本发明公开了一种动力电池相变材料控温箱及控温方法。本控温箱包括箱体，所述箱体通过第一隔板被分为上方的第一腔室和下方的第二腔室，所述第一腔室内设有多个竖向设置的电池，每两个所述电池之间具有间隙，所述间隙内设置有固态相变材料以及用于搅拌固态相变材料的冷却搅拌装置，所述冷却搅拌装置的轴线沿竖直方向设置；所述第一隔板上设有透液孔，所述透液孔上设有液体渗透膜；所述第二腔室的底部设有拱形板，所述拱形板的下方设有冷却装置，所述拱形板的两侧设有单向阀，所述单向阀的下游设有通往第一腔室的输送装置。够使冷却材料与动力电池之间进行直接接触，冷却材料不断更新并重复利用，提升冷却效率，降低电池控温箱的整体成本。

主权利要求：
1.一种动力电池相变材料控温箱，其特征在于：包括箱体(1)，所述箱体(1)通过第一隔板(13)被分为上方的第一腔室(11)和下方的第二腔室(12)，所述第一腔室(11)内设有多个竖向设置的电池(2)，每两个所述电池(2)之间具有间隙(14)，所述间隙(14)内设置有固态相变材料以及用于搅拌固态相变材料的冷却搅拌装置(3)，所述冷却搅拌装置(3)的轴线沿竖直方向设置；所述第一隔板(13)上设有透液孔，所述透液孔上设有液体渗透膜(131)；所述第二腔室(12)的底部设有拱形板(15)，所述拱形板(15)的下方设有冷却装置(4)，所述拱形板(15)的两侧设有单向阀(5)，所述单向阀(5)的下游设有通往第一腔室(11)的输送装置(6)。
2.如权利要求1所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：所述输送装置(6)包括固体传送泵(61)，所述固体传送泵(61)的下游设有传输管道(62)，所述传输管道(62)包括多个出口(63)，多个出口(63)与间隙(14)位置分别对应。
3.如权利要求1所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：所述第一隔板(13)上还设有多个升降口(132)，所述升降口(132)设于间隙(14)的对应下方，所述升降口(132)内设有可升降的分隔板(7)，所述分隔板(7)的下方设有升降装置(8)。
4.如权利要求1所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：所述冷却装置(4)为冷却盘管，所述冷却盘管贴合于拱形板(15)的下端面。
5.如权利要求3所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：所述冷却搅拌装置(3)包括电机(31)，所述电机(31)连接有热管(32)，所述热管(32)上设置有若干翅片(33)。
6.如权利要求1所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：所述第一腔室(11)的上方还设有第二隔板(16)，所述第一腔室(11)的侧面设有通风口(17)和风扇(18)，所述通风口(17)和风扇(18)设于第二隔板(16)的上方；所述冷却搅拌装置(3)的上端部穿过第二隔板(16)，所述固态相变材料设于第二隔板(16)的下方。
7.如权利要求6所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：所述通风口(17)上设有通风网(19)。
8.一种动力电池相变材料的控温方法，应用权利要求5所述的动力电池相变材料控温箱，其特征在于：包括冷却搅拌步骤A：A1、第一腔室(11)内与电池(2)接触的相变材料吸收热量，同时热管(32)和翅片(33)吸收相变材料热量；
A2、温度传感器检测到相变材料吸收的热量达到相变温度后，驱动电机(31)工作；
A3、电机(31)带动热管(32)及热管(32)上的翅片(33)绕轴线进行正反转；
A4、翅片(33)与相变材料进行接触，推动相变材料绕热管(32)轴线进行转动，使未发生相变的相变材料移动至电池(2)表面。
9.如权利要求8所述的动力电池相变材料的控温方法，其特征在于：还包括回冷步骤B：B1、第一腔室(11)内与电池(2)接触的固态相变材料吸收热量后成为液态；
B2、液态相变材料通过液体渗透膜(131)进入第二腔室(12)；
B3、液态相变材料通过拱形板(15)向两侧流动，并与冷却装置(4)交换热量成为固态；
B4、第二腔室(12)内的固态相变材料通过单向阀(5)及输送装置(6)输送回第一腔室(11)。
10.如权利要求8所述的动力电池相变材料的控温方法，其特征在于：还包括分割步骤C：C1、温度传感器和压力传感器检测到固体相变材料发生相变后，升降装置(8)工作；
C2、升降装置(8)将分隔板(7)组向上推进，使已发生相变的材料与未发生相变的材料分隔开。 说明书 : 一种动力电池相变材料控温箱及控温方法技术领域[0001] 本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其是一种动力电池相变材料控温箱及控温方法。背景技术[0002] 新能源汽车目前在市场的占比越来越高，未来有望成为主要的交通工具。对于新能源汽车来说，动力电池的寿命和安全是目前研究的重要方向，因此动力电池热管理技术成为了关注的热点。[0003] 当前，动力电池的冷却方式主要有空调循环冷却式、水冷式和风冷式几种，在动力电池冷却系统运行过程中，存在以下问题：在高温环境下，现有的风冷系统可能无法满足电池热管理的需求，导致电池性能下降，影响续航和安全；水冷系统本身体积较大，需要在动力电池间隙内布置大量的水冷带，结构复杂，并且由于是间接接触，换热冷却效率一般，而直接接触的话则会因为冷却水的动荡对电池造成冲击；空调循环冷却式涉及多个制冷剂循环回路和热交换器，系统相对复杂，一旦出现故障，可能影响整个冷却系统的效率；高效率的冷却系统往往成本较高，这可能会增加新能源汽车的整体成本，影响其市场竞争力。发明内容[0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种动力电池相变材料控温箱及控温方法，能够使冷却材料与动力电池之间进行直接接触，并且能够使与电池接触的冷却材料不断更新并重复利用，提升冷却效率，降低电池控温箱的整体成本。[0005] 本发明采用的技术方案如下：一种动力电池相变材料控温箱，包括箱体，所述箱体通过第一隔板被分为上方的第一腔室和下方的第二腔室，所述第一腔室内设有多个竖向设置的电池，每两个所述电池之间具有间隙，所述间隙内设置有固态相变材料以及用于搅拌固态相变材料的冷却搅拌装置，所述冷却搅拌装置的轴线沿竖直方向设置；所述第一隔板上设有透液孔，所述透液孔上设有液体渗透膜；所述第二腔室的底部设有拱形板，所述拱形板的下方设有冷却装置，所述拱形板的两侧设有单向阀，所述单向阀的下游设有通往第一腔室的输送装置。[0006] 可供选择的，所述输送装置包括固体传送泵，所述固体传送泵的下游设有传输管道，所述传输管道包括多个出口，多个出口与间隙位置分别对应。[0007] 可供选择的，所述第一隔板上还设有多个升降口，所述升降口设于间隙的对应下方，所述升降口内设有可升降的分隔板，所述分隔板的下方设有升降装置。[0008] 可供选择的，所述冷却装置为冷却盘管，所述冷却盘管贴合于拱形板的下端面。[0009] 可供选择的，所述冷却搅拌装置包括电机，所述电机连接有热管，所述热管上设置有若干翅片。[0010] 可供选择的，所述第一腔室的上方还设有第二隔板，所述第一腔室的侧面设有通风口和风扇，所述通风口和风扇设于第二隔板的上方；所述冷却搅拌装置的上端部穿过第二隔板，所述固态相变材料设于第二隔板的下方。[0011] 可供选择的，所述通风口上设有通风网。[0012] 一种动力电池相变材料的控温方法，包括冷却搅拌步骤A：[0013] A1、第一腔室内与电池接触的相变材料吸收热量，同时热管和翅片吸收相变材料热量；[0014] A2、温度传感器检测到相变材料吸收的热量达到相变温度后，驱动电机工作；[0015] A3、电机带动热管及热管上的翅片绕轴线进行正反转；[0016] A4、翅片与相变材料进行接触，推动相变材料绕热管轴线进行转动，使未发生相变的相变材料移动至电池表面。[0017] 可供选择的，还包括回冷步骤B：[0018] B1、第一腔室内与电池接触的固态相变材料吸收热量后成为液态；[0019] B2、液态相变材料通过液体渗透膜进入第二腔室；[0020] B3、液态相变材料通过拱形板向两侧流动，并与冷却装置交换热量成为固态；[0021] B4、第二腔室内的固态相变材料通过单向阀及输送装置输送回第一腔室。[0022] 可供选择的，还包括分割步骤C：[0023] C1、温度传感器和压力传感器检测到固体相变材料发生相变后，驱动电动液压推进装置工作；[0024] C2、驱动电动液压推进装置将分隔板组向上推进，使已发生相变的材料与未发生相变的材料分隔开。[0025] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0026] 1、本发明所提供的一种动力电池相变材料控温箱及控温方法，既能满足固‑固相变材料，又能适用于固‑液相变材料控温的箱体内部结构，同时利用新能源汽车空调制冷系统及其他技术手段，将动力电池热量提取并耗散到户外环境中，进而对动力电池在不同充放电条件下都能够有效控温，达到改善动力电池的充放电性能，增加新能源汽车续驶里程的效果。[0027] 2、本发明所提供的一种动力电池相变材料控温箱及控温方法，采用相变材料进行冷却，能够存储大量的热量而温度变化很小，从而提高了能量的存储效率，并且能够确保电池在恒定的温度下运行，提高其性能和可靠性。[0028] 3、本发明所提供的一种动力电池相变材料控温箱及控温方法，通过箱体内部结构循环使用相变材料，减少了能源消耗，具有很高的循环稳定性，可以重复使用多次而不会损耗其相变性能，并且使电池表面的相变材料不断更新，提升了冷却效率。附图说明[0029] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：[0030] 图1是一种动力电池相变材料控温箱的内部结构主视图。[0031] 图2是一种动力电池相变材料控温箱的内部结构侧视图。[0032] 图3是图1的A‑A截面图。[0033] 图4是图1的B‑B截面图。[0034] 图5是图4的C处放大图。[0035] 图中标记：1‑箱体，11‑第一腔室，12‑第二腔室，13‑第一隔板，131‑液体渗透膜，132‑升降口，14‑间隙，15‑拱形板，16‑第二隔板，17‑通风口，18‑风扇，19‑通风网，2‑电池，3‑冷却搅拌装置，31‑电机，32‑热管，33‑翅片，4‑冷却装置，5‑单向阀，6‑输送装置，61‑固体传送泵，62‑传输管道，63‑出口，7‑分隔板，8‑升降装置，9‑光电传感器。具体实施方式[0036] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。[0037] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。[0038] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。[0039] 一种动力电池2相变材料控温箱，如图1‑5所示，包括箱体1，所述箱体1通过第一隔板13被分为上方的第一腔室11和下方的第二腔室12，所述第一腔室11内设有多个竖向设置的电池2，每两个所述电池2之间具有间隙14，所述间隙14内设置有固态相变材料以及用于搅拌固态相变材料的冷却搅拌装置3，所述冷却搅拌装置3的轴线沿竖直方向设置；所述第一隔板13上设有透液孔，所述透液孔上设有液体渗透膜131；所述第二腔室12的底部设有拱形板15，所述拱形板15的下方设有冷却装置4，所述拱形板15的两侧设有单向阀5，所述单向阀5的下游设有通往第一腔室11的输送装置6。[0040] 具体的，相变材料在相变过程中（如从固态到固态，或从液态到固态）吸收或释放的热量称为相变热或潜热。这种热量用于打破或形成材料分子间的吸引力，而不是用于提高或降低材料的温度。这种能量储存机制使得相变材料在相变时能够吸收或释放大量的热量，而温度变化很小。因此，在相变过程中，材料的温度保持相对恒定，进而能够确保电池2在恒定的温度下运行，提高其性能和可靠性。此外，本方案采用固态相变材料与电池2进行接触，能够在车辆的加速起步以及减速刹车过程中，动荡较小。并且由于相变材料的高能量密度，它们在储存相同数量的热能时通常需要较少的材料，重量较轻。因此，通过减少动荡以及重量，能够有效降低由于冲击对动力电池2以及车辆稳定性造成的影响。当动力电池2在充放电过程中，电池2表面的温度逐渐上升，与动力电池2表面相接触的相变材料吸收热量，当相变材料中的温度传感器检测到固体相变材料吸收的热量达到相变温度后，则将温度信号转化为电信号，驱动冷却搅拌装置3工作，开始降温。[0041] 其中，第一腔室11用于放置电池2以及固态相变材料，作为主要冷却室，固态相变材料直接与电池2表面进行接触，相变材料热传导系数较空气更高，热量可以更快地从电池2转移到相变材料中，从而提高冷却效率。所述冷却搅拌装置3通过正反转转动促使吸热升温后的相变材料和未与动力电池2表面直接接触的相变材料的位置发生变动，实现电池2表面相变材料的更新，进而提升冷却效率。[0042] 特别的，针对固液相变材料，所述第一隔板13将第一腔室11和第二腔室12进行分隔，同时，第一隔板13上的透液孔以及液体渗透膜131使变为液态的相变材料从第一腔室11流向第二腔室12，对固态和液态的相变材料同样进行分隔。进一步的，由于与电池2表面进行接触的相变材料会首先发生相变，所述透液孔环绕设于电池2的外侧，进而使得液态的相变材料顺利流出。所述第二腔室12作为回冷室，将升温后的液态相变材料通过冷却装置4降温，作为具体的设置，拱形板15能够使液态相变材料向两侧移动，防止相变材料发生堆积现象，进一步的，所述拱形板15为粗糙不光滑表面，使熔融态相变材料在粗糙不光滑表面上流动时间进一步延长，尽可能多的与冷却装置4交换量，使液态相变材料冷却转变为固态；输送装置6将回冷后的相变材料重新输送回第一腔室11，实现相变材料的循环使用；两侧的单向阀5能够防止输送装置6内相变材料发生回流，并且能够使相变材料先进行累积，当固态相变材料的质量积聚到一定量后，在重力作用下迫使单向阀5门打开，流入单向阀5门和输送装置6入口形成的区域内，同时在该区域的上方设置有光电传感器9，将遮光信号转化为电信号，则启动输送装置6，将固体相变材料吸收并输送至第一腔室11。[0043] 作为另一具体的实施方式，所述输送装置6包括固体传送泵61，所述固体传送泵61的下游设有传输管道62，所述传输管道62包括多个出口63，多个出口63与间隙14位置分别对应。具体的，所述固体传送泵61包括多个，分分别设于拱形板15的两侧，并在左右位置上对应设置，设于同一行的两个固体传送泵61之间通过一传输管道62连接，所述传输管道62上设有多个朝下的出口63，多个所述出口63在左右方向均匀分布并与间隙14对应。因此，能够通过固体传送泵61将经过冷却降温后变为固态的相变材料再次输送回电池2处，始终保证有足够的固‑液相变材料，能及时补充因相变材料吸热导致的固态相变材料减少，即动力电池2箱体1内部区域的压力始终保持动态平衡。并且多个所述出口63与间隙14位置对应，能够确保回冷后的相变材料能够对减少的相变材料进行补充。[0044] 作为另一具体的实施方式，所述第一隔板13上还设有多个升降口132，所述升降口132设于间隙14的对应下方，所述升降口132内设有可升降的分隔板7，所述分隔板7的下方设有升降装置8。每个所述间隙14内设有两片竖直设置的分隔板7，两片分隔板7分别靠近间隙14的两侧，当固液相变材料发生相变之后，分隔板7上升，使贴近电池2的已发生相变的材料与中间部分未发生相变的材料分隔开来，使每块电池2的四周都被分隔板7包围，进而保证熔融态的相变材料能在重力作用下，径直流向液体渗透膜131。具体的，分隔板7的高度低于电池2高度，且相变材料的填充高度高于分隔板7，在分隔板7周围未与动力电池2表面相接触的相变材料，可在重力作用向四周滑落至空置区域。此外，分隔板7设于冷却搅拌装置3的两侧，为使未发生相变的相变材料均能被均匀分配并填充空置区域，可通过压力传感器感知压力变化，将压力信号转化为电信号，电池2管理系统BMS接收到电信号后，驱动冷却搅拌装置3工作，将未发生相变的材料均匀搅拌至空置区域；或者，保持冷却搅拌装置3持续搅拌，使分隔板7上部的相变材料向两侧移动落入分隔板7与电池2之间的间隙14中。进一步的，所述升降装置8为电动液压推进装置，所述电动液压推动装置包括多个，所述升降装置8的底部设于拱形板15上，进一步对熔融态的材料流动形成干扰，在粗糙不光滑表面上流动时间进一步延长。在本实施例中，由于动力电池2通常具有统一的充放性能，所述分隔板7为与间隙14对应的一体式的类栅格结构，能够在整体范围内同步进行分隔。在其他的实施方式中，所述分隔板7也可以设置为与间隙14所对应的多个，并且分别通过升降装置8进行控制。[0045] 作为另一具体的实施方式，所述冷却装置4为冷却盘管，所述冷却盘管贴合于拱形板15的下端面。冷却盘管能够安装于拱形板15的下方，并且与拱形板15的形状进行贴合，从而实现高效的冷却效果。并且冷却盘管系统相对稳定，维护需求较低，且不易受外界环境因素的影响。[0046] 作为另一具体的实施方式，所述冷却搅拌装置3包括电机31，所述电机31连接有热管32，所述热管32上设置有若干翅片33。热管32底端为蒸发端，内部封装有液态制冷剂，热管32上套装的翅片33目的是强化传热和扰动相变材料。翅片33和热管32与相变材料直接接触，将热量传递至液态制冷剂，蒸发沸腾形成气态制冷剂，气态制冷剂向上运动至热管32上部再被冷凝。此外，热管32通过电机31进行正反转，翅片33沿上下方向设置，在热管32转动时，翅片33与相变材料发生接触，带动间隙14两侧的与动力电池2表面直接接触的相变材料向中部移动，而原位于间隙14中部的未与动力电池2表面直接接触的相变材料向两侧移动。使吸热升温后的相变材料与动力电池2表面脱离接触，再通过热管32和翅片33将热量吸收传递至箱体1外部，而未与动力电池2表面相接触的相变材料则再此过程中，传送至动力电池2周围。其中，热管32的周向上间隔设置有翅片33，进而能够推动不同位置的相变材料进行移动。进一步的，所述冷却搅拌装置3包括多个，所述冷却搅拌装置3和传输管道62的出口63在间隙14中间隔设置。[0047] 作为另一具体的实施方式，所述第一腔室11的上方还设有第二隔板16，所述第一腔室11的侧面设有通风口17和风扇18，所述通风口17和风扇18设于第二隔板16的上方；所述冷却搅拌装置3的上端部穿过第二隔板16，所述固态相变材料设于第二隔板16的下方。通风口17和风扇18能够利用自然风对热管32的上部进行自然冷却降温。如果热管32吸收动力电池2热量过高，则温度传感器会使冷凝盘管在风扇18的作用下，将新能源汽车制冷空调系统的一部分用于对热管32冷凝段进行降温。通过第二隔板16则能够对固体相变材料进行分区。进一步的，所述传输管道62的出口63向下穿过第二隔板16。[0048] 作为另一具体的实施方式，所述通风口17上设有通风网19。能够防止灰尘及杂质的进入。[0049] 一种动力电池2相变材料的控温方法，可用于固固相变材料以及固液相变材料，包括冷却搅拌步骤A：[0050] A1、第一腔室11内与电池2接触的相变材料吸收热量，同时热管32和翅片33吸收相变材料热量；[0051] A2、温度传感器检测到相变材料吸收的热量达到相变温度后，驱动电机31工作；[0052] A3、电机31带动热管32及热管32上的翅片33绕轴线进行正反转；[0053] A4、翅片33与相变材料进行接触，推动相变材料绕热管32轴线进行转动，使未发生相变的相变材料移动至电池2表面。[0054] 作为另一具体的实施方式，针对固液相变材料，还包括回冷步骤B：[0055] B1、第一腔室11内与电池2接触的固态相变材料吸收热量后成为液态；[0056] B2、液态相变材料通过液体渗透膜131进入第二腔室12；[0057] B3、液态相变材料通过拱形板15向两侧流动，并与冷却装置4交换热量成为固态；[0058] B4、第二腔室12内的固态相变材料通过单向阀5及输送装置6输送回第一腔室11。[0059] 作为另一具体的实施方式，针对固液相变材料，还包括分割步骤C：[0060] C1、温度传感器和压力传感器检测到固体相变材料发生相变后，驱动电动液压推进装置工作；[0061] C2、驱动电动液压推进装置将分隔板7组向上推进，使已发生相变的材料与未发生相变的材料分隔开。[0062] 本方案中，冷却搅拌步骤A、回冷步骤B和分割步骤C之间无先后进行顺序，可同步进行。[0063] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

专利地区：四川

专利申请日期：2024-05-31

专利公开日期：2024-08-13

专利公告号：CN118281419B