本发明涉及动力电池的，尤其涉及一种基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统。
背景技术：
1、动力电池是电动车辆和其他电动设备中的核心部件，而温度对动力电池的性能及安全性有很大的影响。在高温环境下，动力电池温度快速上升，而极耳是电池电流进出的主要通道，因此在充电和放电过程中，极耳处可能会产生更多的热量。特别是在快充快放的工况下，电池极耳附近的电化学反应可能会加剧，上部极耳发热导致电芯温度上高下低，使电池间温差变大，影响电池的性能和寿命，甚至引起热失控，从而引发安全事故。在低温环境下，电池的功率输出和充电效率降低，电池容量衰减，可能影响电池的长期稳定性和寿命。
2、相变材料具有良好的热管理效果，然而其被动散热的方式在潜热完全利用后容易产生热量累积，从而使热管理失效；而低熔点合金是一种具有高导热和良好的电热转换性能的相变材料，目前在动力电池热管理中的应用较少，其应用推广的主要限制点在于低熔点合金具有较强的腐蚀性，若在金属管道中灌注或与动力电池直接接触可能会发生电化学反应或腐蚀，这会导致合金的性能衰退或提前失效。
3、目前，传统的风冷、液冷、相变材料冷却等单一热管理方式难以将动力电池温度在快充快放以及全气候工作时控制在合适的温度范围内，并且冷却效率较低，产生能耗大。另一方面，热管理系统的小型化、轻量化是电动汽车的发展趋势，目前的热管理方式大部分需要复杂的金属管道、泵、散热器等装置，难以匹配动力电池组集成化发展趋势。
技术实现思路
1、鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，以解决现有基于相变材料的动力电池热管理系统由于潜热利用饱和导致热量累积，以及动力电池上部极耳发热导致电芯温度上高下低等问题。具体地说，发明人通过多孔基体吸附法制备出定型相变材料粉末，并创新地构筑出双通道定型相变材料，进而设计出一种基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统。
2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，所述动力电池热管理系统包括定型相变材料、电池组、液泵和换热器；所述电池组由至少两个电堆构成；所述定型相变材料设置在彼此相邻的两个电堆之间；所述定型相变材料设有上层通道和下层通道；所述上层通道内封装有高导热低熔点合金；所述下层通道的两端通过外接管道分别与换热器的热端进液口和热端出液口相连通，并通过设置在外接管道的液泵形成循环冷却回路；其中，当动力电池处在高温环境状态需要进行冷却操作时，先由定型相变材料和低熔点合金吸收动力电池的热量并以潜热的形式储存，再待低熔点合金温度超过其相变温度时，开启液泵进行冷却液循环冷却；当动力电池处在低温环境状态需要进行加热操作时，可通过加热的方式，将热量通过定型相变材料和低熔点合金快速传递至动力电池，此时下层通道与换热器之间的液泵不启动。
4、本发明的全气候动力电池热管理系统，通过在定型相变材料内部创新性地设置上层通道和下层通道，上层通道封装高导热低熔点合金，下层通道与外接换热器构成冷却液循环回路，实现了在高温环境下的高效热量吸收和储存，以及在低温环境下的快速热量释放和传递。这种设计通过梯级热管理，增强了系统的热稳定性和适应性，同时保持了材料的高导热性能，有助于在全气候条件下维持动力电池的最佳工作状态。具体来说，在上层通道内灌注高导热低熔点合金之后，其上部具有更高的导热性能，能够更快速地将动力电池上部极耳处的热量传输出来，大幅度提高电芯温度的均匀性。另一方面，低熔点合金的相变温度高于定型相变材料，在定型相变材料吸收电池组的热量发生相变，以潜热的形式储存大量热量，随着电池组温度的进一步升高，低熔点合金以潜热形式进一步储存热量，达到梯级热管理效果，在更宽的温域范围内控制动力电池温度。进一步地，本发明的定型相变材料双通道，在上层通道内灌注的低熔点合金达到相变温度时，下层通道与换热器之间的液泵启动，通水或其他冷却液及时将上层通道内的低熔点合金和定型相变材料通道累积的热量带走，进行潜热回收；通过同时实现液冷与相变材料冷却的耦合，增强系统的冷却效率。
5、作为优选的技术方案，所述定型相变材料由至少一种相变温度为35～55℃的相变材料作为原料之一制备得到。
6、作为优选的技术方案，所述相变温度为35～55℃的相变材料包括但不限于石蜡、无机盐、有机酸中的至少一种。
7、作为优选的技术方案，所述定型相变材料还包括至少一种多孔材料和至少一种强化材料作为原料。
8、作为优选的技术方案，所述多孔材料包括但不限于膨胀石墨、多孔石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
9、作为优选的技术方案，所述强化材料包括但不限于环氧树脂、短切纤维、聚氨酯中的至少一种。
10、作为优选的技术方案，所述低熔点合金的相变温度大于定型相变材料的相变温度。
11、作为优选的技术方案，所述低熔点合金的相变温度为45～55℃。
12、作为优选的技术方案，所述低熔点合金包括但不限于镓基合金、铋基合金、锡基合金、铟基合金和其他低熔点合金中的至少一种。
13、作为优选的技术方案，所述定型相变材料与电池组相接触的界面处还涂抹有导热硅脂。
14、作为优选的技术方案，所述冷却液包括但不限于水、乙二醇水溶液中的至少一种。
15、本发明的另外一方面是提供基于上述双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，所述动力电池热管理系统的搭建方法包括以下步骤：
16、s1：根据制备材料功能性的不同，称取质量比为60～70％的相变材料(其相变温度为35～55℃)，15～25％的多孔材料和15～35％的强化材料备用。
17、s2：先将步骤s1准备好的相变材料加热熔化，随后将一定量的多孔材料加入到液态相变材料中，将混合物放入恒温交变湿热箱，使用机械搅拌器搅拌至相变材料与多孔材料充分混合后，将混合物冷却至室温。
18、s3：在步骤s2制备得到的混合物中加入一定比例的强化材料，将混合物充分搅拌，得到定型相变材料粉末。
19、s4：将步骤s3制备得到的定型相变材料粉末填入模具，将两个金属板嵌在模具中形成上层通道和下层通道，使用千斤顶多次压力压制。待定型相变材料成型后，将金属板拔出，定型相变材料内部将出现双通道孔隙，分别用于低熔点合金灌注和流体流动，脱模后得到的成品用金属制品和胶将通道两端封口，并在下层通道金属制品上预留管接头，最后制备得到无管通道定型相变材料；其中，在上层通道内灌注低熔点合金后两端封口；下层通道用胶将金属制品和通道口粘结，金属制品上设置有管接头用于连接橡胶管，以供下层通道冷却液的进出。
20、s5：在步骤s4制备得到的定型相变材料的侧面涂敷导热硅脂后，将其设置在动力电池组的若干排电堆之间，并用橡胶管将若干定型相变材料下层通道之间的管接头，以及下层通道的管接头与换热器连通，通道与换热器之间的外接管道上设置有液泵，完成动力电池热管理系统的搭建。本发明制备得到的高导热、高稳定性的定型相变材料通道,在添加膨胀石墨等多孔材料之后，其具备抗泄漏性的同时具备高导热性和电热转换性能，再通过添加适量的环氧树脂和短切纤维等强化材料以增强支撑力，保证了定型相变材料通道的强度。
21、本发明的全气候动力电池热管理系统，通过创新的设计实现了对动力电池在高温和低温环境下的有效热管理，确保了电池的性能和安全性。系统采用的定型相变材料内设有上层和下层双通道结构，上层通道特别灌注了高导热低熔点合金，这种合金能迅速吸收动力电池上部极耳产生的热量，并快速传输，从而有效解决了电芯温度分布不均的问题，提高了电芯的温度均匀性。
22、进一步地，系统利用低熔点合金相变温度高于定型相变材料的特性，实现了梯级热管理，使得电池的温度控制可以在一个更宽广的温域范围内进行，增加了系统的热管理灵活性和有效性。在高温环境下，定型相变材料和低熔点合金能够吸收热量并以潜热形式储存，而在低温环境下，系统能够通过电热转换的方式快速产生热量，并将这些热量传递给动力电池，确保电池在寒冷条件下也能保持良好的工作状态。
23、此外，系统设计中的节能效果表现在通过延迟启动下层通道的液泵，实现了冷却液的延迟冷却策略，从而节约了泵的能耗，提高了整个热管理系统的能源效率。同时，定型相变材料通道的高导热性能，尤其是其轴向的高热导率，有利于热量从动力电池快速有效地传递到定型相变材料通道中，进一步增强了热管理的效率。这些综合的技术优势不仅提升了动力电池的热管理性能，也为其长期稳定运行提供了有力保障。
24、与现有技术相比，本发明的有益效果：
25、本发明基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，创新性地构筑了双通道结构的定型相变材料，结合封装的高导热低熔点合金和冷却液循环冷却，不仅实现了在极端气候条件下对动力电池的有效热管理，而且提高了电池的温度均匀性和系统的能源效率。这种设计不仅增强了系统的热响应能力和温度控制精度，还保持了结构的紧凑性和轻量化，有助于提升电动汽车的整体性能和续航里程。
26、总的来说，本发明的动力电池热管理系统，不仅兼具优异的温度控制性能和高导热性能，而且保证了系统的长期耐久性和稳定性，整体综合性能强，可满足电动车辆在不同环境和工况下对动力电池热管理的严格要求。通过这种系统，可以有效地延长电池的使用寿命，提高电动汽车的可靠性和经济性。
1.一种基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述动力电池热管理系统包括定型相变材料、电池组、液泵和换热器；所述电池组由至少两个电堆构成；所述定型相变材料设置在彼此相邻的两个电堆之间；所述定型相变材料设有上层通道和下层通道；所述上层通道内封装有高导热低熔点合金；所述下层通道的两端通过外接管道分别与换热器的热端进液口和热端出液口相连通，并通过设置在外接管道上的液泵形成循环冷却回路；其中，当动力电池处在高温环境状态需要进行冷却操作时，先由定型相变材料和低熔点合金吸收动力电池的热量并以潜热的形式储存，再待低熔点合金温度超过其相变温度时，开启液泵进行冷却液循环冷却；当动力电池处在低温环境状态需要进行升温操作时，通过加热的方式，将热量通过定型相变材料和低熔点合金快速传递至动力电池。
2.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述定型相变材料由至少一种相变温度为35～55℃的相变材料作为原料之一制备得到。
3.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述相变温度为35～55℃的相变材料包括但不限于石蜡、无机盐、有机酸中的至少一种。
4.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述定型相变材料还包括至少一种多孔材料和至少一种强化材料作为原料。
5.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述多孔材料包括但不限于膨胀石墨、多孔石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
6.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述强化材料包括但不限于环氧树脂、短切纤维、聚氨酯中的至少一种。
7.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述低熔点合金的相变温度大于定型相变材料的相变温度。
8.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述低熔点合金的相变温度为45～55℃。
9.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述低熔点合金包括但不限于镓基合金、铋基合金、锡基合金、铟基合金和其他低熔点合金中的至少一种。
10.如权利要求1所述基于双通道定型相变材料的全气候动力电池热管理系统，其特征在于，所述定型相变材料与电池组相接触的界面处还涂抹有导热硅脂。
