一种兼容冷启动的动力电池热管理系统及其工作方法

本发明涉及一种兼容冷启动的动力电池热管理系统及其工作方法，其属于动力电池热管理装置。

背景技术：

1、随着电池技术的进步，以铅酸蓄电池、镍氢动力电池和锂离子电池等为代表的动力电池作为动力源的新能源汽车行业正快速发展。动力电池具有超长寿命、使用安全、可大电流2c快速充放电、耐高温、大容量、无记忆效应、体积小、重量轻等优点。以比能量密度高锂离子电池为例，锂离子电池工作温范围为-40~70℃。当锂离子电池处于低温环境下，电池容量会明显下降，同时还会加速枝晶生长，严重影响电池性能和寿命；在高温环境下，电池内部产生的热量可能导致电池内部化学反应的发生，降低电池容量和寿命，严重时可能发生热失控，危害车辆和人员安全。因此需要采用有效的热管理技术，控制电池温度，提高电池的充放电性能、循环寿命和安全性。

2、电池热管理主要包括电池在低温环境下的加热和在高温环境下的散热。常见的低温加热技术主要有自然发热和外部加热两种。高温散热技术主要包括风冷、液冷和相变材料冷却。外部加热能有效对低温环境下的电池进行加热，但是不能实现高温散热功能。而高温散热技术也同样无法实现在低温下对电池的加热。因此，亟需一种能在广温域使用的电池热管理装置。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种用于电池热管理的系统及工作方法，提供低温条件下的保温作用和高温条件下起到风冷散热的作用，从而实现对电池的热管理。

2、为了实现对电池的热管理，本发明采用的技术方案是：

3、一种兼容冷启动的动力电池热管理系统，采用的电池热管理系统包括多个电池组和多个翅片、壳体、风机、电池组安装底板、记忆合金连接件；

4、所述壳体包括两块壳体封板、两块壳体侧板和壳体顶板围城，壳体顶板下方固定安装翅片，壳体封板设置在壳体顶板与电池组安装底板之间，壳体侧板的底部为侧板底座；所述侧板底座与电池组安装底板之间设置记忆合金连接件；所述风机设置在壳体封板的电池组安装底板上；

5、所述电池组安装底板固定在底座上，电池组安装在电池组安装底板上，多个翅片与多个电池组平行交错布置，并与壳体内壁面构成流体换热道；

6、壳体在记忆合金连接件的作用下与电池组安装底板实现对电池组的包围和打开；具体过程如下：

7、a、在低温条件下，记忆合金连接件的长度为lcold，在记忆合金连接件的作用下，壳体位置靠下，壳体封板的下部边缘与电池组安装底板紧密接触，实现对电池组的包围密封；

8、当温度升高时，记忆合金连接件发生变形，导致连接件的长度变为lhot，记忆合金连接件通过拉动侧板底座，使得壳体升高，位移量ldisplace为lcold- lhot，壳体封板的下部边缘与电池组安装底板不再接触形成换热通道，实现对电池组的打开。

9、所述电池组为锂离子电池组、钠离子电池组中的一种，电池形状为圆柱形、方形以及软包电池中的一种。

10、所述风机类型为轴流式风机、叶片式风机、斜流式风机中的一种。

11、所述记忆合金连接件的材料为ni-ti合金，au-cd合金、ag-cd合金、cu-zn合金、cu-zn-al合金、cu-zn-sn合金、cu-zn-si合金、cu-sn合金、cu-zn-ga合金、in-ti合金、au-cu-zn合金、ni-al合金、fe-pt合金、ti-ni-pd合金、ti-nb合金、u-nb合金和fe-mn-si合金中的一种或几种。

12、一种兼容冷启动的动力电池热管理系统的工作方法：

13、当电池组处于低温条件下，即tamb＜t0时，其中t0平衡温度，此时记忆合金连接件为低温相状态，在它的作用下壳体包围着电池组；

14、当电池组处于高温条件下，即tamb＞t0时，此时记忆合金连接件为高温相状态，在它的作用下壳体脱离电池组安装底板，内部翅片与电池组之间形成对流换热通道，风机启动，风机从换热通道入口将空气吹入壳体内，空气通过翅片与电池组之间的对流换热通道带走热量，对电池组进行风冷散热。壳体主体由隔热材料形成，多个翅片在壳体内部平行并列排布，并于电池形成流体通道，所述的流体通道入口为风机所在位置，流体通道出口为电池后部。当在低温环境下，在记忆合金连接件的作用下，壳体包围在电池组四周，对电池起到隔热保温作用。当温度逐渐升高达到记忆合金的相变温度，在记忆合金连接件的作用下，壳体发生移动，风机开启进行强制对流换热，电池组内部由翅片导流形成蛇形换热通道，稳定电池组内部温度。

15、进一步，所述的电池为圆柱形、方形以及软包电池中的一种，各种型号的电池均适用。

16、进一步，所述的壳体为高隔热材料或在内表面喷涂高隔热涂层，翅片材料为高导热材料，能提高壳体的保温效果和翅片的导热能力。

17、与现有技术比较，本发明采用壳体、风机、记忆合金连接件相结合的方式，当电池组处于低温条件时，记忆合金连接件为低温相状态，使高隔热的壳体包围着电池组，减少不必要的热量损失；当电池组处于高温条件时，此时记忆合金连接件为高温相状态，壳体脱离电池组，内部翅片与电池之间行成蛇形对流换热通道，风机启动，从风机吹出的高流速空气通过翅片与电池组之间的通道，带走热量，对电池组进行风冷散热。因此本发明能实现电池的全周期热管理，有效保证电池的使用性能，提高电池寿命，本系统具有结构简单、运行安全、节能环保、使用寿命长等优点。

技术特征：

1.一种兼容冷启动的动力电池热管理系统，其特征在于，采用的电池热管理系统包括多个电池组（101）和多个翅片（102）、壳体（103）、风机（104）、电池组安装底板（105）、记忆合金连接件（106）；

2.根据权利要求1所述的一种兼容冷启动的动力电池热管理系统，其特征在于：所述电池组为锂离子电池组、钠离子电池组中的一种，电池形状为圆柱形、方形以及软包电池中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种兼容冷启动的动力电池热管理系统，其特征在于：所述风机（104）类型为轴流式风机、叶片式风机、斜流式风机中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种兼容冷启动的动力电池热管理系统，其特征在于：所述记忆合金连接件（106）的材料为ni-ti合金，au-cd合金、ag-cd合金、cu-zn合金、cu-zn-al合金、cu-zn-sn合金、cu-zn-si合金、cu-sn合金、cu-zn-ga合金、in-ti合金、au-cu-zn合金、ni-al合金、fe-pt合金、ti-ni-pd合金、ti-nb合金、u-nb合金和fe-mn-si合金中的一种或几种。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种兼容冷启动的动力电池热管理系统的工作方法，其特征在于：

技术总结一种兼容冷启动的动力电池热管理系统及其工作方法，其属于动力电池热管理装置技术领域。当电池组处于低温条件时，通过记忆合金连接件使高隔热的壳体包围着电池组，减少不必要的热量损失，起到良好的隔热作用；当电池组处于高温条件时，通过记忆合金连接件的形变使壳体脱离电池组，内部翅片与电池之间形成对流换热通道，启动风机，高流速空气流通翅片与电池组之间的通道，带走热量，对电池组进行风冷散热。因此本发明能实现电池的全周期热管理，有效保证电池的使用性能，提高电池寿命，本系统具有结构简单、运行安全、节能环保、使用寿命长等优点。技术研发人员：王思佳,饶中浩,李孟涵,吕培召,罗军,赵晓亮,苏其莉受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29