一種利用水凝膠增強電池模組散熱的方法與流程

本發明涉及的是新能源汽車動力電池技術應用領域，更具體地說是一種利用水凝膠增加電池模組散熱的方法。

背景技術：

新能源汽車所采用的鋰離子電池系統能量高、壽命長，然而，在充放電過程中，電池系統會因電池電化學產熱、內阻產熱、極耳焦耳產熱等原因引起系統溫度升高。鋰離子電池的正常工作溫度約為0~50^oc，當溫度高于50^oc后電池內部電解液或sei膜等易遭到不可逆的破壞，若溫度持續升高則可引起熱失控導致電池失效甚至爆炸。因此，管控電池溫度，使其工作在合理的溫度區間，是一項對于新能源汽車安全來說重中之重的任務。

目前通常采用的熱管理中降溫的措施有風冷和水冷，其中，風冷比較容易加劇電池模組溫度不均勻；另外，水冷需要配備水泵，循環管道，制冷機等設備，增加了電池系統的成本和重量。

水凝膠是一種含水量高，且具備一定的形狀和機械性能的高分子聚合物的統稱，水凝膠的比熱容和熱導率與水皆相當，約為4.2-5.2kj/(kg*k），本方案擬在利用水凝膠的基礎上，增強電池模組散熱能力。

技術實現要素：

本發明公開的是利用水凝膠增加電池模組散熱的方法，其主要目的在于克服現有技術存在的上述不足和缺點，提供一種客車鋰電池模組的散熱方法，它不僅可以有效地提高電池模組的散熱能力，提高電池模組的安全性，而且整個方案無需使用風扇、水泵、制冷設備等附加設備，系統結構更加簡單實用，無耗電，更加環保節能。

本發明采用的技術方案如下：

一種利用水凝膠增強電池模組散熱的方法，包括若干組電池模組、電池箱體和由有機高分子聚合物與交聯劑交聯形成的水凝膠體，所述電池模組由若干個電池單體組成，該電池單體之間留設有空隙，該電池單體與電池模組之間留設有空隙，所述水凝膠體配合填裝在該空隙中，且該水凝膠體的高度不超過所述電池單體除去極耳以外高度的90%；所述電池模組呈矩形結構，該電池模組的四個外側壁及上頂面的外側壁上分別貼設有所述水凝膠體，該電池模組按一定的空隙間距均勻地排列于所述電池箱體內組成電池系統，所述電池箱體的側壁上開設有進風口和出風口；該電池單體產生的熱量傳導于所述水凝膠體內，通過進風口進入的空氣與水凝膠體界面的熱交換帶走水凝膠體中的熱量，促使更多的熱量從電池單體中散發，降低電池單體溫度。

更進一步，所述電池模組內部及外側面貼設的水凝膠體上還插設有若干的鋁絲或鋁箔。

更進一步，所述水凝膠體為溫度敏感水凝膠體，當溫度高于一定值時該水凝膠體會自動釋放水份，通過水份蒸發吸熱加速熱量散發。

更進一步，所述水凝膠體含水量高于70%。

更進一步，所述電池單體之間以及電池單體與電池模組之間的空隙大小由熱仿真經計算優化，參數變化間隔小于5mm，參數個數不少于5個，根據熱仿真計算結果，繪制空隙大小與模組平均溫度關系圖，并計算空隙大小所對應電池模組體積時電池模組的體積比能量，繪制空隙大小與體積比能量關系圖，根據繪圖結果兼顧兩項指標確定最佳空隙大小，使綜合結果達到最優并綜合考慮電池模組體積因素而得到。

更進一步，所述水凝膠體厚度經由熱仿真計算，參數變化間隔小于3mm，參數個數不少于5個，根據熱仿真計算結果，繪制厚度與電池模組平均溫度關系圖，并計算水凝膠體厚度所對應電池模組重量時電池模組的質量比能量，繪制厚度與質量比能量關系圖，根據繪圖結果兼顧兩項指標確定最佳厚度，使綜合結果達到最優；綜合電池模組重量，兼顧兩項指標使綜合結果達到最優，以最優結果為參考來設置水凝膠體厚度。

更進一步，所述電池箱體中排放貼有水凝膠體的電池模組之后，電池模組之間所保留的空隙為1-200mm，具體值經由熱仿真與流體仿真優化得到，該空隙大小作為參數其變化間隔小于5mm，參數個數不少于5個，根據流體力學影響下的熱仿真計算結果，繪制空隙大小與電池系統的平均溫度關系圖，并計算空隙大小所對應電池箱體體積時電池系統的體積比能量，繪制空隙大小與體積比能量關系圖，根據繪圖結果兼顧兩項指標確定最佳空隙大小，使綜合結果達到最優。

更進一步，所述進風口吹入的風為自然風或者車載空調風中的任意一種。

通過上述對本發明的描述可知，和現有技術相比，本發明的優點在于：

本發明通過增加設置水凝膠體，利用水凝膠體的高比熱容可以臨時儲存較多的熱量，然后將該熱量與空氣對流交換以及蒸發吸熱作用，將熱量被帶走，實現散熱的目的，相比于無水凝膠片的電池模組，本方案的系統結構更有利于熱量交換，從而可以達到高效散熱的目的；同時，本方案的系統結構更加簡單，無需設置風扇、水泵、制冷機、鋁管等附加物，增加車重不明顯，也不增加整車系統耗電，更加環保。

附圖說明

圖1是本發明電池模組的結構示意圖。

圖2是本發明電池箱體的結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖說明來進一步地說明本發明的具體實施方式。

實施例一

如圖1及圖2所示，一種利用水凝膠增強電池模組散熱的方法，包括一電池模組、電池箱體1和由有機高分子聚合物與交聯劑交聯形成的水凝膠體2，所述水凝膠體2含水量高于70%，所述水凝膠體2為溫度敏感水凝膠體，當溫度高于一定值時該水凝膠體會自動釋放水份，通過蒸發吸熱加速熱量散發。所述電池模組由10個電池單體3組成，該電池單體3之間留設有空隙，該電池單體3與電池模組之間留設有空隙，所述水凝膠2體配合填裝在該空隙中，且該水凝膠體2的高度不超過所述電池單體3除去極耳以外高度的90%；所述電池模組呈矩形結構，該電池模組的四個外側壁及上頂面的外側壁上分別貼設有所述水凝膠體2；所述電池箱體1的側壁上開設有進風口11和出風口12，所述電池模組按一定的間距均勻布設在所述電池箱體1內，使貼設有水凝膠體2的電池單體3之間保留有一定的空隙；該電池單體3產生的熱量傳導于所述水凝膠體2內，通過進風口11進入的空氣與水凝膠體2界面的熱交換帶走水凝膠體2中的熱量，促使更多的熱量從電池單體3中散發，降低電池單體3溫度。

所述水凝膠片的厚度均為5mm,為了進一步提高水凝膠片的熱導率，所述電池模組內部及外側面貼設的水凝膠體2上還插設有若干的鋁絲或鋁箔。所述電池模組按15mm的間距在電池箱體1內排放，貼完水凝膠體2之后的電池模組之間的空隙為5mm,電池模組外側面貼有5mm厚的水凝膠體2。所述電池單體3之間以及電池單體3與電池模組之間的空隙大小由熱仿真經計算優化，參數變化間隔小于5mm，參數個數不少于5個，根據熱仿真計算結果，繪制空隙大小與模組平均溫度關系圖，并計算空隙大小所對應電池模組體積時電池模組的體積比能量，繪制空隙大小與體積比能量關系圖，根據繪圖結果兼顧兩項指標確定最佳空隙大小，使綜合結果達到最優并綜合考慮電池箱體體積因素而得到。所述電池箱體1中排放貼有水凝膠體2的電池模組之后所保留的空隙可以為1-200mm，具體值經由熱仿真與流體仿真優化得到，該空隙大小作為參數其變化間隔小于5mm，參數個數不少于5個，根據流體力學影響下的熱仿真計算結果，繪制空隙大小與電池單體系統平均溫度關系圖，并計算空隙大小所對應電池箱體體積時電池系統的體積比能量，繪制空隙大小與體積比能量關系圖，根據繪圖結果兼顧兩項指標確定最佳空隙大小，使綜合結果達到最優。

電池箱體1采用的風引自空調風，空調風與水凝膠體2界面進行熱交換可帶走水凝膠中的熱量，促使更多的熱量從電池單體3中散發，以降低電池單體3溫度。并且小流速的空調風即可使水凝膠長期穩定在空調風的溫度，可節約空調耗能。仿真實驗表明，在相同的風速、相同的發熱條件下，將發熱體表面覆蓋水凝膠體與鋁片兩種情況相比較，水凝膠體更利于散熱，尤其在小風速下水凝膠體的優勢更明顯。

實施例二

本實施例與實施例一的區別點在于：本實施例電池箱體1采用的風引自自然風，當水凝膠溫度低于某溫度值時，空氣與水凝膠體2界面進行熱交換從而帶走水凝膠中的熱量，促使更多的熱量從電池單體3中散發，以降低電池單體3溫度；當水凝膠體2溫度高于某溫度值時，該溫敏型水凝膠體2會自動釋放水份，水份在通風口所引入風的影響下被加速蒸發，蒸發相變吸熱，可帶走電池模組中的大量熱量，從而達到高效散熱的目的。其它特征與實施例一相同，在此就不再復述。

本發明通過增加設置水凝膠體，利用水凝膠體的高比熱容可以臨時儲存較多的熱量，然后將該熱量與空氣對流交換以及蒸發吸熱，熱量被帶走，實現散熱的目的，相比于無水凝膠片的電池模組，本方案的系統結構更有利于熱量交換，從而可以達到高效散熱的目的；同時，本方案的系統結構更加簡單，無需設置風扇、水泵、制冷機、鋁管等附加物，增加車重不明顯，也不增加整車系統耗電，更加環保。

上述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的設計構思并不僅局限于此，凡是利用此構思對本發明進行非實質性地改進，均應該屬于侵犯本發明保護范圍的行為。