一種基于包芯結構復合相變儲熱層的動力電池冷卻系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于動力電池配件相關領域，更具體地，涉及一種基于包芯結構復合相變儲熱層的動力電池冷卻系統。
【背景技術】
[0002]隨著傳統化石能源的緊缺，混合動力汽車以及純電動汽車由于其節能及環保性越來越受到青睞，而動力電池是電動汽車的核心部件之一，為動力汽車提供動力能源，其工作狀態直接影響到電動汽車的運行情況。其中影響動力電池工作性能的一個重要的因素是動力電池的溫度。目前廣泛應用于電動汽車上的動力電池主要分為蓄電池和燃料電池，在動力電池工作時，電池在高倍率放電情況下會產生大量的熱量從而導致電池本身及周圍環境溫度迅速上升。高溫環境將會降低電池工作效率，影響電池動力輸出甚至燒毀電池，帶來行車隱患。
[0003]目前傳統的動力電池模塊的散熱主要以風冷和液冷為主。風冷方式主要是通過在電池模塊周邊布置通風管道或增設風扇利用空氣與電池模塊壁面的強化自然對流帶走熱量，這種冷卻方式結構簡單，造價低廉且易于實現。但是風冷的冷卻效果差并且會產生比較大噪聲，影響乘車體驗；液冷方式相比風冷方式冷卻效果較好，通過冷卻液不斷沖刷電池模塊壁面快速將電池產生的熱量帶走。但是液冷系統結構復雜，對冷卻液泵性能要求高，整個冷卻系統可靠性差。
[0004]考慮到風冷及液冷在動力電池冷卻上表現的局限性，現有技術中已經提出了一些基于相變材料的動力電池冷卻方式。當電池工作時，相變材料吸收電池模塊產生的熱量，并維持電池模塊的溫度在相對穩定的安全溫度范圍之內；此外，基于相變材料的動力電池冷卻系統還有助于維持動力電池模組溫度均勻，減少電池模組內部局部過熱現象的發生，從而為動力電池的動力輸出提供保障。
[0005]然而，進一步的研究表明，目前基于相變材料的動力電池冷卻方式主要是通過在動力電池單體模塊之間預留腔體，然后將相變材料灌封在腔體內，并通過在電池單體模塊壁面以及與電池組外封裝殼體之間的縫隙間涂覆導熱絕緣膠來防止相變材料相變后發生泄露。由于有機類相變材料以及無機鹽類相變材料的導熱系數通常比較低，并且相變材料在固態和液態時其密度通常是不一樣的，在受熱融化時通常會發生譬如5% -20%的體積膨脹，因此目前的基于相變材料的動力電池冷卻技術主要存在以下的缺陷或不足:第一，相變材料的潛熱是有限的，當相變材料受到動力電池模組加熱并完全融化后，相變材料不能再繼續吸收大量熱量，動力電池將不能再繼續工作，否則電池模塊溫度將會迅速升高直至燒毀電池；此時動力電池必須停止工作，待電池冷卻模組內的相變材料受到環境冷卻凝固成固態后電池才可以繼續工作；第二、由于相變材料的導熱系數很低，并且相變材料四周有電池模塊的包裹，相變材料從液態冷卻到固態將會耗費很長一段時間，導致難于滿足動力電池實際的長時間連續工作使用需求；第三、目前的基于相變材料的動力電池的冷卻技術中的冷卻系統的密封問題難以解決，為了防止相變材料變成液態后發生泄漏，動力電池冷卻系統通常都要進行嚴格的密封處理，但由于相變材料在發生固態-液態相變時會發生體積膨脹，而密封的環境會導致體積膨脹造成的壓力施加于動力電池模塊上，這將對電池的安全使用及電池壽命造成隱患。

【發明內容】

[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于包芯結構復合相變儲熱層的動力電池冷卻系統，其中通過動力電池自身的應用特點，對其冷卻系統的整體構造和設置方式進行改進，尤其是對配置其中的儲熱模塊的內部結構、關鍵組分構成及工作機理等方面進行設計，相應能夠獲得便于操控、可循環充放熱使用的儲熱模塊，并相對于現有技術顯著提高對動力電池的冷卻性能，有效解決難密封和相變材料易導致的膨脹壓力問題，確保動力電池的可持續工作性能，因而尤其適用于混合動力汽車和純電動汽車之類的電池冷卻應用場合。
[0007]為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于包芯結構復合相變儲熱層的動力電池冷卻系統，該動力電池冷卻系統包括系統殼體、電池單體模塊、儲熱模塊、上蓋板和鎖緊螺桿，其特征在于:
[0008]所述電池單體模塊和儲熱模塊的數量均為多個，它們以彼此層狀交錯分布的形式設置在所述系統殼體構成的空間內，然后通過所述上蓋板和鎖緊螺桿予以封閉，其中各個電池單體模塊之間經由電極導線將正負電極串聯起來并共同構成電池模組，各個儲熱模塊的側面則安裝有提環，并通過該提環來分別執行各儲熱模塊相對于其兩側電池單體模塊的嵌入及替換；此外，所述系統殼體的頂部側壁要高于所述電池單體模塊和儲熱模塊的上表面，并且所述上蓋板的底面設置有多個向下凸出的固定法蘭，由此沿著與所述電池單體模塊和儲熱模塊的設置方向相垂直的方向對其執行定位；
[0009]對于起到電池冷卻作用的各個所述儲熱模塊而言，其整體呈包芯結構，并包括處于各模塊外層且由高分子材料制成的密封外殼、以及真空灌裝在該密封外殼內腔且由導熱材料和石蠟類相變材料共同混合而成的復合相變材料，其中所述高分子材料選自在高溫脫模制造過程下發生固化的高分子材料，它的固化溫度被設定為高于所述復合相變材料的相變溫度，并且在由其制成的密封外殼內腔內為所述復合相變材料預留有一定的真空間隙。
[0010]通過以上構思，當動力電池工作時，各個交錯分布在各電池單體模塊之間的儲熱模塊能夠以均勻、穩定地方式吸收電池所產生的熱量，并通過上述設計的復合相變材料來發生固液相變，由此維持恒定的相變問題為動力電池提供穩定的工作溫度，而當相變材料相變完全后不能繼續吸收大量熱量時，通過以上構造設計可以方便地將特定區域需要更換的儲熱模塊取出，并插入另外的未發生固液相變的儲熱模塊，繼續為動力電池提供最佳的工作溫度保障，從而實現動力電池持續長時間工作；另一方面，本發明中針對各個儲熱模塊的結構、組分和工作機理進行了特別的設計，由于處于模塊外層的高分子材料層的固化溫度高于復合相變材料的相變溫度，在高溫模具制造儲熱模塊的過程中，相變材料在高分子材料固化的同時發生固態-液態相變，并且在高分子材料完全固化之前即完成相變過程并達到最大體積直至高分子材料實現完全固化；然后，在將模具放入室溫環境執行冷卻時，復合相變材料受冷發生液態-固態相變并導致體積收縮，此時高分子材料的外殼已經固化完成并具有極高強度，所以復合相變材料體積會發生收縮并在高分子材料所包裹的腔體內形成一定的真空間隙，而且其殼體外觀不會發生改變；以此方式，當儲熱模塊在動力電池模組中吸收熱量，相變材料發生固態-液態相變時，即便液態相變材料發生體積膨脹，也會自動填充到高分子材料包裹的腔體內的真空間隙內，不會產生施加于動力電池模塊上的的膨脹壓力，并且由于高分子材料的包裹作用，進一步避免了復合相變材料液化后的泄露問題。
[0011]作為進一步優選地，所述高分子材料譬如為環氧樹脂類材料，并且其導熱系數被設定為0.2ff/m.K?1.2ff/m.K之間。
[0012]作為進一步優選地，所述導熱材料優選為泡沫金屬、膨脹石墨或者納米金屬顆粒；所述石蠟類相變材料的相變溫度優選為35°C?60°C。
[0013]作為進一步優選地，對于所述儲熱模塊而言，其中設置在動力電池冷卻系統左右最兩端的兩個儲熱模塊與設置在其他位置的儲熱模塊相比，前者的厚度被設定為后者厚度的1/2左右。
[0014]作為進一步優選地，所述系統殼體優選由鋁合金脫模制備而成，所述提環優選由橡膠材質制成。
[0015]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，不僅對整個冷卻系統的內部構造及其精確定位和儲熱模塊可替換方面進行了改進，而且巧妙利用了高分子材料的固化定型、導熱性能優