一种浸没式液冷电池箱及其制备方法与流程

1.本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种浸没式液冷电池箱及其制备方法。


背景技术：

2.电池作为新能源电动汽车的核心部件之一，正向高能量密度、长寿命和高安全性的趋势发展。同时，也推动了电池热管理技术的进一步提升。近年来在电池热管理领域，浸没式液冷电池箱技术是研究的热点，这种技术相对传统的风冷更高效节能、pue(电源使用效率)值更低。目前，浸没式液冷电池箱技术采用的方式是冷却液从电池模组箱体的进液端流入，从电池模组箱体的另一端流出，与各发热部位进行热交换，这种方法各发热部位带走的热量是一致的。但是电池正常运行和热失控状态下的各部位温度、热量累积都是不同的，电池模组间各部位温差大，会缩短电池使用寿命；而传统浸没式液冷电池箱对电芯主要发热部位和次要发热部位并未进行区分，导致冷介质选取和供给不够精确；且在电芯失控时不能针对主要损坏部分进行冷却保护，抑制热蔓延的发生。如何提高液冷电池箱的散热效率、安全性和均温性成为了限制电池进一步发展的重要课题之一，因此有必要设计一种全新的浸没式液冷电池箱。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种浸没式高安全液冷电池箱及协同抑制其热蔓延的制备方法。
4.为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种浸没式液冷电池箱，具体技术方案如下：
5.一种浸没式液冷电池箱，包括：电池箱，电池箱内设置有惰性冷却液；电池模组，电池模组设置于电池箱内并浸没在惰性冷却液中；火探管，火探管设置于电池模组上，火探管为密闭设置并在其密闭空间内设置有低沸点冷却液。
6.可选的，电池模组包括数个堆叠的电芯，火探管的布置方式包括弯曲形火探管，弯曲形火探管设置于电池箱的底部并与电芯的外壳封边位置接触。
7.可选的，电池模组包括分别设置于两端的电极端面和设置于电极端面上的极耳，火探管的布置方式包括环绕形火探管，环绕形火探管分别设置于两端的电极端面并环绕极耳，环绕形火探管之间为连通或不连通。
8.可选的，火探管的布置方式包括盘形火探管，盘形火探管为多组并分别设置于电池箱的内壁面，盘形火探管之间为连通或不连通。
9.可选的，火探管的布置方式包括填充式火探管，填充式火探管设置于电芯的堆叠间隙之间和/或电芯的正负极上，填充式火探管在正负极上铺设至与极耳槽厚度一致。
10.可选的，惰性冷却液为全氟碳介质，低沸点冷却液为氢氟碳介质。
11.本发明的另一个方面提供了一种浸没式液冷电池箱的制备方法，具体技术方案如下：
12.一种浸没式液冷电池箱的制备方法，其特征在于，包括：将火探管中充入低沸点冷却液后密封为密闭空间；将充入低沸点冷却液后的火探管布置于电池模组上；将布置有火探管的电池模组浸没在装有惰性冷却液的电池箱中。
13.可选的，还包括：将火探管加工为与电池模组内电芯的外壳封边相对应的弯曲形，得到弯曲形火探管；将弯曲形火探管布置于电池模组内电芯的外壳封边处。
14.可选的，还包括：将火探管加工为与电池模组电极端面相对应并环绕电池模组内极耳的环形，得到环绕形火探管；将环绕形火探管分别布置于电池模组两端的电极端面并环绕电池模组的极耳；将火探管加工为与电池箱各面相对应大小的盘型，得到盘形火探管；将盘形火探管分别布置于电池箱各内壁面。
15.可选的，将整根火探管从两端开始分别加工为环绕形火探管和盘形火探管，以此实现将两种火探管连通。
16.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：通过在电池模组上布置充有低沸点冷却液火探管，不需要加入其他设备以及循环系统在封闭式浸没式液冷箱中实现两种传热方式，提高传热效率。同时，利用火探管的主动探温特性，实现提高抑制热蔓延的主动干预性和电池温度均一性。同时火碳管中为低密度冷却液，还可以降低冷剂使用量和维护成本等有益效果，能够适应更广泛的应用场景。
附图说明
17.图1是充有低沸点冷却液火探管的换热示意图。
18.图2是本发明剖面结构示意图。
19.图3是图2拿掉电池模组后的俯视结构示意图。
20.图4是本发明中弯曲形火探管与电芯之间的位置关系结构示意图。
21.图5是图2右视结构示意图。
22.其中，1-电池箱，2-电池模组，3-环绕形火探管，4-弯曲形火探管，5-极耳，6-电芯，7-电极端面，8-盘形火探管，9-填充式火探管。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
24.实施例一
25.如图1和2所示，一种浸没式液冷电池箱1，包括：电池箱1，电池箱1内设置有惰性冷却液；电池模组2，电池模组2设置于电池箱1内并浸没在惰性冷却液中；火探管，火探管设置于电池模组2上，火探管为密闭设置并在其密闭空间内设置有低沸点冷却液。通过在电池箱内的电池模组2上的主要发热部位布置充有低沸点冷却液火探管，除布置有火探管之外的次要发热位置充份与惰性冷却液接触的方式使得电池箱内的电池模组同时存在与充有低沸点冷却液火探管接触的主要发热部分(即电芯的堆叠间隙之间、电芯的正负极、电池模组的两极端面和电芯外壳的二封边位置等)和与惰性冷却液接触的次要发热部分(电池模组
的其他位置)；在电池正常运行时，通过火探管提高主要发热部位(即电芯的堆叠间隙之间和电芯的正负极等)的冷却效率，提高电池箱均温性的目的；除此之外，火探管布置在壁面和缝隙处既可以在电池箱移动过程中起缓冲作用，里面充有的低密度液冷剂可有效降低箱体重量。在热失控时，在其主要受损位置(电池模组的两极端面和电芯外壳的封边位置等)通过火探管提供主动探温性能，低沸点冷却液与惰性冷却液两种介质可协同抑制热蔓延，显著提高吸热、传热能力。利用火探管的主动探温特性，以此提高热蔓延的主动干预能力，在有火源或温度高于140℃的情况下火探管软化、破裂并释放冷却液，低沸点冷剂相变，快速带走热量，冷却电池，有效抑制热蔓延(局部潜热
→
显热
→
潜热)。同时，能够解决电池模组2与冷剂的兼容性问题，不需要加入其他设备以及循环系统实现在封闭式浸没式液冷箱中两种传热方式，提高传热效率。以此实现提高抑制热蔓延的主动干预性、减轻箱体重量、降低使用量和维护成本等有益效果，并且有效提高空间利用率以适应更多的应用场景。
26.可选实施例中，如图2、3和4所示，电池模组2包括数个堆叠的电芯6，火探管的布置方式包括弯曲形火探管4，弯曲形火探管4设置于电池箱1的底部并与电芯6的外壳封边位置接触。其优选布置高度为平铺一层弯曲形火探管，弯曲形火探管沿着多个电芯的至少一个封边延伸设置，并接触电芯封边，以此最大面积的接触电芯6的外壳封边位置。电芯6的外壳封边位置为热失控时主要受损位置，在其上布置一层充有低沸点冷却液的弯曲形火探管4，利用火探管的主动探温特性，以此提高热蔓延的主动干预能力，在有火源或温度高于140℃的情况下火探管软化、破裂并释放冷却液，低沸点冷剂相变，快速带走热量，冷却电池，有效抑制热蔓延(局部潜热
→
显热
→
潜热)。需要说明的是，在电芯6的外壳封边位置布置充有低沸点冷却液的弯曲形火探管4，其布置位置可以独立布置并使用，也可以结合其他位置一起布置。
27.可选实施例中，如图2和5所示，电池模组2包括分别设置于两端的电极端面7和设置于电极端面7上的极耳5，火探管的布置方式包括环绕形火探管3，环绕形火探管3分别设置于两端的电极端面7并环绕极耳5。其优选布置高度为平铺数层火探管，至高度与极耳槽厚度一致。其中，环绕形火探管3最优为与电极端面7接触或接近，环绕形火探管3与极耳5保持一定距离，以此实现在不影响接电的情况下最大限度的有利于换热。电极端面7为热失控时主要受损位置，在其上布置充有低沸点冷却液的环绕形火探管3，利用火探管的主动探温特性，以此提高热蔓延的主动干预能力，在有火源或温度高于140℃的情况下火探管软化、破裂并释放冷却液，低沸点冷剂相变，快速带走热量，冷却电池，有效抑制热蔓延(局部潜热
→
显热
→
潜热)。需要说明的是，电极端面7布置充有低沸点冷却液的环绕形火探管3，其布置位置可以独立布置并使用，也可以结合其他位置一起布置。
28.可选实施例中，如图2、3和5所示，火探管的布置方式包括盘形火探管8，盘形火探管8为多组并分别设置于电池箱1的内壁面。较优选择为盘形火探管8设置六组并分别设置于电池箱1的六个内壁面。其优选布置高度为平铺一层火探管。以此使得电池模组失控后，热蔓延至电池箱时能够被设置于电池箱1内壁面的盘形火探管8主动干预，有利于将热蔓延控制在电池箱1内，防止电池箱1被破坏而造成失火、爆炸等风险。需要说明的是，电池箱2的内壁面布置盘形火探管8，其布置位置可以独立布置并使用，也可以结合其他位置一起布置。
29.可选实施例中，如图1和2所示，火探管的布置方式包括填充式火探管9，填充式火
探管9设置于电芯6的堆叠间隙之间和/或电芯6的正负极上，填充式火探管9在正负极上铺设至与极耳槽厚度一致。电芯6的堆叠间隙之间以及电芯6正负极上的位置为电池正常运行时的主要发热部位，通过在其上布置充有低沸点冷却液火探管，除布置有火探管之外的次要发热位置充份与惰性冷却液接触的方式使得电池箱内的电池模组同时存在与充有低沸点冷却液火探管接触的主要发热部分和与惰性冷却液接触的次要发热部分。在电池正常运行时，通过火探管提高主要发热部位的冷却效率，实现提高电池箱均温性的目的。需要说明的是，在电芯6的堆叠间隙之间以及电芯6正负极上的位置布置充有低沸点冷却液的火探管，其布置位置可以独立布置并使用，也可以结合其他位置一起布置。
30.可选实施例中，惰性冷却液为全氟碳介质，低沸点冷却液为氢氟碳介质。
31.可选实施例中，还包括循环泵，循环泵用于驱动惰性冷却液在电池箱1内流动。
32.实施例二
33.如图1和2所示，一种浸没式液冷电池箱1的制备方法，包括：将火探管中充入低沸点冷却液后密封为密闭空间；将充入低沸点冷却液后的火探管布置于电池模组2上；将布置有火探管的电池模组2侵没在装有惰性冷却液的电池箱1中。
34.可选实施例中，如图2、3和4所示，还包括：将火探管加工为与电池模组2内电芯6的外壳封边相对应的弯曲形，得到弯曲形火探管4；将弯曲形火探管4布置于电池模组2内电芯6的外壳封边处。
35.可选实施例中，如图2和5所示，还包括：将火探管加工为与电池模组2电极端面7相对应并环绕电池模组2内极耳5的环形，得到环绕形火探管3；将环绕形火探管3分别布置于电池模组2两端的电极端面7并环绕电池模组2的极耳5。将火探管加工为与电池箱1各面相对应大小的盘型，得到盘形火探管8；将盘形火探管8分别布置于电池箱1各内壁面。
36.可选实施例中，将整根火探管从两端开始分别加工为环绕形火探管3和盘形火探管8，以此实现将两种火探管连通。
37.在实际使用时，根据电池模组2运行时温度较高的部位：电芯6空隙间、电芯6正负极上方布满外径8mm、内径6mm微型火探管。电池热失控时理论第一受损位置：电芯6的外壳封边位置(热失控时电芯6破封位置)上方、模组的正负极极耳5周围布满外径6mm、内径4mm火探管。在火探管中充入低沸点(35～50℃)、低密度(＜1.5g/cm3)的氟碳介质。这样即能解决在运行时，温度高的部位低沸点液冷介质潜热带走热量比直接使用高沸点的液冷介质显热传热更高效，也能解决在电池热失控时，电极端面7、以及电芯6的外壳封边处的火探管首先感受到温升，主动释放低沸点液冷剂通过局部潜热吸收大量热量。