本發(fā)明涉及電動汽車領(lǐng)域，尤其涉及汽車動力電池的溫度調(diào)控及熱失控防擴(kuò)散技術(shù)。

背景技術(shù)：

汽車動力電池如鋰離子電池能量密度高，體積小，循環(huán)壽命較長，在電動乘用車、商務(wù)車上應(yīng)用潛力和市場很大。然而鋰離子電池在充放電操作過程中因電化學(xué)產(chǎn)熱與焦耳產(chǎn)熱導(dǎo)致自身溫度升高，影響動力性能與循環(huán)壽命，過高的溫度甚至引起熱失控，導(dǎo)致自燃、爆炸等事故，常規(guī)的鋰離子電池負(fù)極保護(hù)膜分解溫度為80～120攝氏度，內(nèi)部熱失控溫度在150～175攝氏度。因此電池在正常工作時，其外殼溫度需要控制在50攝氏度以內(nèi)，以避免熱量積聚引發(fā)容量衰減、熱失控，提高熱安全性。隨著電池材料和工藝的進(jìn)步，以磷酸鐵鋰為正極材料的電池工作溫度雖然可以提升到60攝氏度或更高，但隨著溫度進(jìn)一步上升，電池容量衰減明顯，并且在高溫下仍然會發(fā)生熱失控和著火現(xiàn)象。當(dāng)某一電池發(fā)生熱失控溫度偏高時，雖然采用隔熱材料和大的電池間隔可以避免熱失控直接擴(kuò)散到其他電池，但隨著熱失控電池?zé)崃吭诙虝r間內(nèi)積聚加速，導(dǎo)致電池材料噴射，仍有可能引燃周圍電池導(dǎo)致災(zāi)害。另一方面，在我國某些北方城市的冬天，在低溫下，電池容量大幅度下降，甚至?xí)?dǎo)致無法啟動的現(xiàn)象發(fā)生。因此動力鋰離子電池溫控技術(shù)的研究和實(shí)施尤為迫切。

目前，動力電池包的熱管理系統(tǒng)往往只具備散熱的單一功能，采取導(dǎo)熱件進(jìn)行被動冷卻，或者采用電池通道的強(qiáng)迫空氣冷卻。被動冷卻以及強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)體積小，成本低，但是散熱效果非常有限，并且電池溫度均勻性很差，嚴(yán)重影響電池壽命。需要開發(fā)具有更好性能的換熱裝置，以提高電池?fù)Q熱性能。

專利201210399617.6公開了一種電池模塊，包括：多個方形電池單體；以及限定了大致蜿蜒形狀的波紋翅片，所述波紋翅片帶有交替的直線段和頂部段，使得所述多組電池單體中的至少一個設(shè)置在所述波紋翅片的限定在相鄰直線段之間的區(qū)域中。該專利屬于被動冷卻，雖然具有一定的散熱效果，但動力電池向翅片傳熱沒有專門的緊固機(jī)制，導(dǎo)致接觸縫隙和接觸熱阻較大，中心向外傳熱具有較大溫差，散熱能力不足，不適合于動力型電池。

專利US8263250B2公開了一種用于電池包熱管理的液體冷卻歧管結(jié)構(gòu)，液冷金屬管經(jīng)折彎后貼合電池排列。雙層熱界面膜添加在冷管與電池之間，用于電絕緣金屬冷管和電池的碰撞并減少熱阻。然而，由于冷管和電池之間沒有固定裝配，不可避免導(dǎo)致較大空氣間隙，另外，實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中頻繁碰撞也會引起冷管和電池之間額外的空氣間隙，而空氣是熱的不良導(dǎo)體，從而造成較大的界面接觸熱阻，不利于熱傳遞，導(dǎo)致電池溫升較高，溫差較大。

專利201210531497.0公開了一種電池液體冷卻裝置，包括36個電池單體1、上蓋結(jié)構(gòu)與下蓋結(jié)構(gòu)，上蓋結(jié)構(gòu)包括上層殼體8、冷卻液出口5、上冷卻液流道12以及上連接通道7，下蓋結(jié)構(gòu)包括下層殼體9、冷卻液入口4、下冷卻液流道13以及下連接通道10組成；上下結(jié)構(gòu)中間布置25個類菱形流動通道并上下串聯(lián)連接，形成流體通路。然而由于該發(fā)明申請所有流體通道完全串聯(lián)連接，具有很大流阻，需要消耗更多泵功，另外，上下蓋需要額外布置螺釘、墊片密封電池空腔，不容易密封，流體上蓋安放在電池電極上部，與電極匯流片互相干涉，不容易實(shí)現(xiàn)裝配、正常運(yùn)行。

專利201310581581.8公開了一種鋰離子動力電池液體冷卻結(jié)構(gòu)，包括主體框架、出水端蓋2、入水端蓋3、墊片5、電池單體4、監(jiān)測裝置16、匯流板8、匯流片9以及螺栓10；所述入水端蓋3和出水端蓋2通過過盈配合與主體框架1連接在一起，形成4x6個圓柱形空腔13和5x7個冷卻液流動通道14、15；所述墊片5分別布置在出水端蓋2、入水端蓋3和主體框架1之間，所述電池單體4安裝在圓柱形空腔13之內(nèi)，所述冷卻液流動通道截面分別設(shè)計(jì)成四邊為圓弧形的類菱形結(jié)構(gòu)和斜邊為圓弧形的類三角形結(jié)構(gòu)，圍繞電池單體間隔分布，冷卻液由入口流入入口端蓋之后，分別通過水平冷卻液流動通道流入出口端蓋，從出口流出，和專利201210531497.0全串聯(lián)連接相比，可以降低流動通道的阻力。然而，該結(jié)構(gòu)沒有體現(xiàn)進(jìn)、出口匯流槽，入口與出口端蓋與電池空腔墊片如何密封問題沒有解決。流體入口端蓋安放在電池電極上部，與電極匯流片互相干涉，帶電操作容易發(fā)生短路、爆燃事故，不利于實(shí)施與正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種緊湊、高效的汽車動力電池雙向調(diào)溫及熱失控防擴(kuò)散裝置，解決現(xiàn)有的熱管理裝置換熱能力不足、冷卻液流動不均勻、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并易與電路互相干涉等問題，能夠避免熱失控向周圍電池?cái)U(kuò)散的風(fēng)險，此外還具有在低溫環(huán)境溫度下電池能夠正常啟動，并且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，單位體積的電池輸出功率高，便于加工安裝，安全系數(shù)高，利于長期使用等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種汽車動力電池雙向調(diào)溫及熱失控防擴(kuò)散裝置，其特征在于：

在方塊狀導(dǎo)熱基體上臥式/立式間隔開設(shè)若干個電池安裝通孔和流體通孔，導(dǎo)熱基體的外露面為電絕緣面，每個電池安裝通孔內(nèi)同軸緊套一個外形與電池安裝通孔開孔形狀相匹配的柱形電池；

電池和流體通孔在導(dǎo)熱基體上有兩種位置配置方案：

A、電池軸向和流體通孔軸向相互垂直：

電池呈矩陣狀順排，流體通孔在每列/每排電池兩側(cè)呈矩陣狀順排，相鄰電池之間的流體通孔共用，流體通孔孔道橫截面呈沿電池軸向立式布置的長形，即流體通孔沿電池軸向的開設(shè)尺寸大于垂直于電池軸向的開設(shè)尺寸；

對應(yīng)流體通孔位于導(dǎo)熱基體相對兩側(cè)外表面上的端口，在該兩側(cè)外表面上分別開設(shè)進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽，流體通孔兩端分別與進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽連通，在導(dǎo)熱基體內(nèi)構(gòu)成從進(jìn)口匯流槽、流體通孔再到出口匯流槽的流道方向；

B、電池軸向和流體通孔軸向相互平行：

電池呈矩陣狀順排，每個電池位于四個流體通孔的中心位置，相鄰電池之間的流體通孔共用；

對應(yīng)流體通孔位于導(dǎo)熱基體相對兩側(cè)外表面上的端口，在該兩側(cè)外表面上分別開設(shè)若干連接槽，連接槽槽道橫截面呈沿電池軸向布置的長形，即連接槽槽道開設(shè)寬度小于開設(shè)深度；連接槽兩端連通兩個流體通孔位于導(dǎo)熱基體同一側(cè)外表面上的端口，且連接處流體通孔開口尺寸大于連接槽開口尺寸；

連接槽將導(dǎo)熱基體內(nèi)所有的流體通孔連接成若干并聯(lián)流道，每條流道內(nèi)的多個流體通孔之間通過連接槽并聯(lián)和/或串聯(lián)；

在開設(shè)了連接槽的一側(cè)導(dǎo)熱基體外表面上并列間隔開設(shè)進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽，流道排布于進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽之間；進(jìn)口匯流槽/出口匯流槽的開設(shè)位置分別對應(yīng)位于每條流道兩端的兩個流體通孔的進(jìn)口端/出口端并各自連通，在導(dǎo)熱基體內(nèi)構(gòu)成從進(jìn)口匯流槽、流體通孔再到出口匯流槽的流道方向；

各槽、孔的大小關(guān)系為：進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽槽道截面積最大，連接槽槽道截面積次之，流體通孔孔道截面積最小，并且，連接槽開設(shè)深度﹥流體通孔孔徑≧連接槽開設(shè)寬度；以在保證導(dǎo)熱基體緊湊性、抗機(jī)械沖擊性的前提下，減小流動阻力，降低壓差，并使流體均勻分布于流體通孔內(nèi)；

垂直于電池軸向作一導(dǎo)熱基體的橫截面，

當(dāng)該橫截面寬度小于導(dǎo)熱基體沿電池軸向上高度的2倍時，電池和流體通孔按A方案配置或者B方案配置；當(dāng)按A方案配置時，流體通孔軸向沿橫截面寬度方向布置；

當(dāng)該橫截面寬度大于等于導(dǎo)熱基體沿電池軸向上高度的2倍時，電池和流體通孔按B方案配置；

兩種配置方案的選擇，是綜合考慮了確保熱交換效果(尤其是電池均勻性效果)和循環(huán)換熱通道內(nèi)導(dǎo)熱流體在流經(jīng)導(dǎo)熱基體前后壓差較小，因此可以節(jié)省導(dǎo)熱流體流動的驅(qū)動泵功這兩個前提的結(jié)果。

上述A方案或者B方案中，對應(yīng)流體通孔兩端，在導(dǎo)熱基體相對兩側(cè)外表面上分別覆蓋一塊平板式的密封蓋板，形成對導(dǎo)熱基體兩側(cè)外表面上的流道、進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽的密封，蓋板的外露面為電絕緣面，電池兩端外露于蓋板外，利于電路連接；

根據(jù)電池安裝通孔立式/臥式開設(shè)方式的不同,在導(dǎo)熱基體或蓋板上開設(shè)進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口，分別與進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽連通，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口位于安裝了蓋板的導(dǎo)熱基體立側(cè)、靠近導(dǎo)熱基體底側(cè)位置，避免流體噴濺到電池電極以及電池連接導(dǎo)線；

配置于導(dǎo)熱基體外部的換熱器連通進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口，形成換熱器-進(jìn)口匯流槽-每條流道-出口匯流槽-換熱器的導(dǎo)熱流體循環(huán)換熱通道；電池通過電池安裝通孔內(nèi)壁-導(dǎo)熱基體-流道換熱。

本裝置的蓋板上沒有復(fù)雜的開孔或者槽道結(jié)構(gòu)，蓋板整體為平板式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)明顯，蓋板整體不易變形，并且易于加工實(shí)現(xiàn)，同時蓋板的抗機(jī)械沖擊性能更為優(yōu)越。

考慮到如果電池間距過大，雖然散熱性能較好，但是單位體積的電池模組輸出功率會過小，如果間距過小，又會影響散熱性能，同時導(dǎo)熱基體的抗機(jī)械沖擊性能會大大降低，存在安全隱患；因此在有限的電池的間隔區(qū)域內(nèi)，連接槽槽道(B方案)橫截面/流體通孔孔道(A方案)橫截面均呈沿電池軸向立式布置的長形,槽道/孔道深度大于槽道/孔道寬度；并且B方案中，在連接處，流體通孔開口尺寸大于連接槽開口尺寸；上述設(shè)計(jì)在兼顧導(dǎo)熱基體抗機(jī)械沖擊性能和單位體積電池模組輸出功率的前提下，充分保證了槽道/孔道換熱和流動特性，不僅降低流阻，提高導(dǎo)熱流體的流動性能，使導(dǎo)熱流體在流體通孔中的分布更加均勻，還使整個流道結(jié)構(gòu)具備了較充分的換熱面積。

進(jìn)一步的，靠近電池在安裝了蓋板的導(dǎo)熱基體上安裝用以監(jiān)測電池溫度的第一溫度傳感器，第一溫度傳感器數(shù)量小于電池?cái)?shù)量；在進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口部位分別安裝用以監(jiān)測進(jìn)、出口處導(dǎo)熱流體溫度的第二溫度傳感器和第三溫度傳感器；循環(huán)換熱通道上設(shè)有用于驅(qū)動循環(huán)換熱通道內(nèi)的導(dǎo)熱流體按設(shè)定方向流動的流體驅(qū)動泵；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和換熱器分別信號連接控制單元，控制單元控制下的所述裝置具有以下兩種工作狀態(tài)：

電池雙向調(diào)溫工作狀態(tài)：當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鞣答伒碾姵販囟雀哂谥评溟y值時，換熱器處于制冷狀態(tài)，通過第二溫度傳感器和第三溫度傳感器反饋的溫度值調(diào)整制冷功率，使電池?zé)崃拷?jīng)過循環(huán)換熱通道向外部的換熱器及時排放，直至電池溫度低于制冷設(shè)定閥值，換熱器停止制冷；當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鞣答伒碾姵販囟鹊陀谥茻嵩O(shè)定閥值時，換熱器處于制熱狀態(tài)，通過第二溫度傳感器和第三溫度傳感器反饋的溫度值調(diào)整制熱功率，使循環(huán)換熱通道對電池保溫和加熱，以實(shí)現(xiàn)電池在低溫環(huán)境下的順利啟動以及啟動初期的正常工作，直至電池溫度高于制熱設(shè)定閥值，換熱器停止制熱；

熱失控防擴(kuò)散工作狀態(tài)：當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鞅O(jiān)測的進(jìn)口處流體溫度保持在正常溫度范圍內(nèi)，而第三溫度傳感器監(jiān)測的出口處流體溫度急劇上升超出設(shè)定警戒值，表明電池?zé)崾Э?，此時控制單元報警，并在設(shè)定時間內(nèi)切斷電池與汽車之間的電連接，從而避免在每個電池上布置溫度傳感器，導(dǎo)致系統(tǒng)線路冗贅復(fù)雜，反應(yīng)不及時而引發(fā)較大的車輛與人身安全事故。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口為錐形內(nèi)螺紋口NPT螺紋，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口上分別連接錐形螺紋連接頭，錐形螺紋連接頭通過管路連接換熱器，錐形螺紋連接頭與管路螺紋密封連接；或者，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口通過軟管連接換熱器，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口與軟管的連接處、出口匯流槽出口與軟管的連接處分別通過緊固件密封固定，從而形成與外部管路的無泄漏連接，避免流道內(nèi)的高壓導(dǎo)熱流體泄漏噴濺污染電池電極以及電池連接導(dǎo)線。

再進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱基體為金屬鋁合金基體或者導(dǎo)熱陶瓷基體，通過機(jī)械切削加工、鑄模一體成形或者三維打印一體成形成帶孔洞的塊狀導(dǎo)熱基體結(jié)構(gòu)；所述蓋板為鋁板，通過焊接或者密封槽與導(dǎo)熱基體密封固定為一體；導(dǎo)熱基體和蓋板的表面覆蓋陽極氧化層或者有機(jī)涂層，形成防腐蝕、具有介電性能的電絕緣防護(hù)層。

再進(jìn)一步，所述電池外徑為18～50mm,電池長度為65～140mm,相鄰電池安裝通孔之間的間距不大于10mm；所述A方案中，流體通孔垂直于電池軸向的開設(shè)尺寸為1～4mm，相鄰流體通孔之間、電池安裝通孔和流體通孔之間的間距大于等于1mm；所述B方案中，流體通孔孔徑為1～4mm,相鄰電池安裝通孔和流體通孔之間、電池安裝通孔和連接槽之間的間距大于等于1mm，最小間距的設(shè)定用以確保導(dǎo)熱基體與蓋板之間的密封性，以及導(dǎo)熱基體導(dǎo)熱性能與機(jī)械加固性能。

再進(jìn)一步，考慮到不同汽車需要的電池功率不同，所述每個導(dǎo)熱基體內(nèi)的電池并聯(lián)/串聯(lián)為一個電池模組，多個電池模組之間并聯(lián)和/或串聯(lián)連接；所有電池模組的進(jìn)口匯流槽進(jìn)口并聯(lián)在系統(tǒng)進(jìn)水總管上，所有電池模組的出口匯流槽出口并聯(lián)在系統(tǒng)出水總管上。換熱后的導(dǎo)熱流體由出水總管收集，經(jīng)換熱器換熱后重新回到進(jìn)水總管，形成換熱循環(huán)。

再進(jìn)一步，所述電池安裝通孔和電池之間填充緩沖導(dǎo)熱層；所述緩沖導(dǎo)熱層為有機(jī)硅膠粘接劑層、環(huán)氧粘接劑層或丙烯酸粘接劑層，以消除界面空氣間隙，加強(qiáng)導(dǎo)熱，同時提高機(jī)械固連強(qiáng)度，降低機(jī)械沖擊。

再進(jìn)一步，所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器為熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器或者其它具有體積小、反應(yīng)靈敏，便于安裝布置等類似功能的溫度傳感器。

再進(jìn)一步，所述B方案中，每條流道內(nèi)的多個流體通孔按流道方向分成數(shù)量相當(dāng)?shù)那?、后兩組，每組內(nèi)的流體通孔之間并聯(lián)，前后兩組流體通孔之間串聯(lián)，形成匯并多并2串多并的流道結(jié)構(gòu)，該種連接結(jié)構(gòu)在保證高效的電池溫度調(diào)控性能的前提下，循環(huán)換熱通道內(nèi)導(dǎo)熱流體在流經(jīng)導(dǎo)熱基體前后壓差最小，從而只需最低的流體驅(qū)動泵泵功。

再進(jìn)一步，所述A方案中，每列流體通孔之間，或者每列流體通孔兩側(cè)的進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽底部突起匯流槽支撐柱。匯流槽支撐柱用于支撐保護(hù)進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽，以防止當(dāng)遭受猛烈機(jī)械沖擊時，蓋板內(nèi)凹變形，造成進(jìn)口匯流槽和/或出口匯流槽的阻塞。

再進(jìn)一步，所述A方案中，流體通孔孔道橫截面為方形；所述B方案中，流體通孔孔道橫截面為圓形，連接槽槽道橫截面為方形，且流體通孔之間相互平行，連接槽之間相互平行，便于加工或者鑄造成形。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、采用內(nèi)、外部開設(shè)孔道的導(dǎo)熱基體形成導(dǎo)熱均溫體，將電池與流體通孔間隔排列并通過高導(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱基體相互緊密接觸，排除了因電池和熱交換結(jié)構(gòu)之間通過空氣導(dǎo)熱，導(dǎo)熱性差的缺點(diǎn)，電池能夠通過導(dǎo)熱基體與導(dǎo)熱流體之間換熱，從而有效控制電池自身溫度，避免熱失控；

2、在某一電池?zé)崾Э匕l(fā)生時，導(dǎo)熱基體具有較高的導(dǎo)熱率，能夠?qū)l(fā)熱體盡快擴(kuò)散到導(dǎo)熱流體而不會引燃周圍電池，起到良好的降溫保護(hù)作用，具有優(yōu)異的強(qiáng)化傳熱效果和電池均溫作用。

3、采用導(dǎo)熱基體和流體通孔間隔排列的方式，并將外部流體管路和換熱器相連的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的雙向調(diào)溫：當(dāng)電池溫度較高時，電池?zé)崃拷?jīng)過導(dǎo)熱基體和循環(huán)換熱通道向外部換熱器排放出去；當(dāng)電池溫度較低時，也可利用循環(huán)換熱通道進(jìn)行電池保溫和加熱，從而實(shí)現(xiàn)良好的雙向調(diào)溫。

4、導(dǎo)熱基體和電池的安裝結(jié)構(gòu)，能夠有效減少、消除導(dǎo)熱基體與電池之間因運(yùn)動引起的滑移，提高系統(tǒng)機(jī)械穩(wěn)定性與機(jī)械強(qiáng)度，同時，保證電池長期穩(wěn)定工作；

5、蓋板的平板式結(jié)構(gòu)，整體不易變形，并且易于加工實(shí)現(xiàn)，同時蓋板的抗機(jī)械沖擊性能更為優(yōu)越。

6、電池兩端外露于裝置外側(cè)，裝置不會干涉頂部電路連接，便于安裝；進(jìn)口匯流槽進(jìn)口和出口匯流槽出口位于安裝了蓋板的導(dǎo)熱基體立側(cè)、靠近導(dǎo)熱基體底側(cè)位置，避免萬一管路泄漏時導(dǎo)熱流體噴濺到電池電極以及連接導(dǎo)線。

附圖說明

圖1為一種A方案結(jié)構(gòu)的正視剖面圖(不加蓋板)

圖2為一種B方案結(jié)構(gòu)的俯視透視圖(不加蓋板，每條流道內(nèi)的流體通孔全部串聯(lián))

圖3為圖2所示的A-A向剖面圖(加蓋板)

圖4為圖2所示的B-B向剖面圖(加蓋板)

圖5為圖2所示的B方案加上蓋板后的立體圖

圖6為另一種B方案結(jié)構(gòu)的俯視透視圖(不加蓋板，每條流道內(nèi)的流體通孔全部并聯(lián))

圖7為圖6配套的蓋板結(jié)構(gòu)俯視圖

圖8為第三種B方案結(jié)構(gòu)的俯視透視圖(不加蓋板，每條流道內(nèi)的流體通孔匯并3并2串3并)

圖9為A方案中，由6個流體通孔并聯(lián)而成的6個流道連接示意圖

圖10～12為B方案中，每條流道帶有6個流體通孔的三種流道連接示意圖，其中：

圖10為每條流道內(nèi)的流體通孔全部串聯(lián)；

圖11為每條流道內(nèi)的后5個流體通孔并聯(lián)后，再與第1個流體通孔串聯(lián)；

圖12為每條流道內(nèi)前、后三個流體通孔分兩組分別并聯(lián)后，兩組之間再相互串聯(lián)；

圖13為4X5陣列的電池的模組在發(fā)生隨機(jī)熱失控情況下的電池標(biāo)注圖，其中電池Ⅲ為熱失控電池，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ為模組內(nèi)其他電池；

圖14為圖12中電池發(fā)生熱失控情況下60秒后的電池溫度分布云圖

圖15為圖12電池Ⅲ發(fā)生熱失控時其他電池中心溫度與進(jìn)口處流體溫度隨時間演變的曲線圖

圖16為多個電池模組的管路連接示意圖

圖1～16中：1為導(dǎo)熱基體，2為流體通孔，3為連接槽，4為電池，5為進(jìn)口匯流槽，6為出口匯流槽，7為蓋板，8為進(jìn)口匯流槽進(jìn)口，9為出口匯流槽出口，10為支撐腳，11為定位安裝孔，13為匯流槽支撐柱，14為系統(tǒng)進(jìn)水總管，15為系統(tǒng)出水總管，16為第二溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1～4中，方塊狀導(dǎo)熱基體1上臥式/立式間隔開設(shè)若干個電池安裝通孔和流體通孔2，導(dǎo)熱基體1的外露面為電絕緣面，每個電池安裝通孔內(nèi)同軸緊套一個外形與電池安裝通孔開孔形狀相匹配的圓柱形或者方柱形的電池4。

實(shí)施例1

如圖1所示的一種A方案實(shí)施例中，在方塊狀導(dǎo)熱基體1上呈矩陣狀立式間隔緊套若干個電池4，每排電池4數(shù)量為4個，流體通孔2軸向和電池4軸向相互垂直，流體通孔2在每列電池4兩側(cè)呈矩陣狀5X3順排，相鄰電池4之間的流體通孔2共用，流體通孔2孔道橫截面呈沿電池4軸向立式布置的狹窄長方形，即流體通孔2沿電池4軸向的開設(shè)尺寸大于垂直于電池4軸向的開設(shè)尺寸，在兼顧導(dǎo)熱基體抗機(jī)械沖擊性能和單位體積的電池模組輸出功率的前提下，保證充足的槽腔/孔道大小，不僅降低流阻，提高導(dǎo)熱流體的流動性能，還具備較充分的換熱面積。

對應(yīng)流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1相對兩立側(cè)外表面上的端口，在該對外表面上分別開設(shè)進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6，流體通孔2兩端分別與進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6連通，在導(dǎo)熱基體1內(nèi)構(gòu)成從進(jìn)口匯流槽5、流體通孔2再到出口匯流槽6的流道方向；進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6底部分別開設(shè)進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9端口外露于導(dǎo)熱基體1另一立側(cè)外表面上、靠近導(dǎo)熱基體1底側(cè)，以避免導(dǎo)熱流體噴濺到電池電極以及電池連接導(dǎo)線；每列流體通孔2兩側(cè)的進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6底部突起匯流槽支撐柱13，匯流槽支撐柱13用于支撐保護(hù)進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6，以防止當(dāng)遭受猛烈機(jī)械沖擊時，覆蓋在進(jìn)口匯流槽5和/或出口匯流槽6上的蓋板7內(nèi)凹變形(圖中蓋板未顯示)，造成進(jìn)口匯流槽5、出口匯流槽6和/或流體通孔2的阻塞。

在該實(shí)施例中，如果電池4臥式配置，進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6分設(shè)于導(dǎo)熱基體1頂側(cè)和底側(cè)外表面上，此時可在導(dǎo)熱基體1立側(cè)下端、靠近導(dǎo)熱基體1底側(cè)開設(shè)進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9，分別與進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6連通，以避免導(dǎo)熱流體噴濺到電池電極以及電池連接導(dǎo)線；并在進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6底部設(shè)置匯流槽支撐柱13。

實(shí)施例2

如圖2～5所示的一種B方案實(shí)施例中，在方塊狀導(dǎo)熱基體1上3X3呈矩陣狀立式間隔緊套9個電池4，電池4軸向和圓形的流體通孔2軸向相互平行，每個電池4位于四個流體通孔2的中心位置，相鄰電池4之間的流體通孔2共用。

對應(yīng)流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1頂側(cè)和底側(cè)外表面上的端口，在該兩側(cè)外表面上分別開設(shè)若干連接槽3，連接槽3槽道橫截面呈沿電池4軸向立式布置的長方形，即連接槽3槽道開設(shè)寬度小于開設(shè)深度，如圖3所示；連接槽3兩端連通兩個流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1同一側(cè)外表面上的端口，將導(dǎo)熱基體1內(nèi)所有的流體通孔2連接成4條并聯(lián)流道，每條流道內(nèi)的4個流體通孔2之間串聯(lián)；流體通孔2直徑大于連接槽3槽道寬度，在兼顧導(dǎo)熱基體抗機(jī)械沖擊性能和單位體積電池模組輸出功率的前提下，進(jìn)一步降低流阻，提高導(dǎo)熱流體的流動性能，使導(dǎo)熱流體在流體通孔中的分布更加均勻。

在導(dǎo)熱基體1底側(cè)外表面上并列間隔開設(shè)進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6，流道排布于進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6之間；進(jìn)口匯流槽5一端為開口端，端口外露于導(dǎo)熱基體1立側(cè)外表面上、靠近導(dǎo)熱基體1底側(cè)，為進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8；出口匯流槽6一端為開口端，端口外露于導(dǎo)熱基體1立側(cè)外表面上、靠近導(dǎo)熱基體1底側(cè)，為出口匯流槽出口9；以避免導(dǎo)熱流體噴濺到電池電極以及電池連接導(dǎo)線。

進(jìn)口匯流槽5/出口匯流槽6的開設(shè)位置分別對應(yīng)位于每條流道兩端的兩個流體通孔2的進(jìn)口端/出口端并各自連通，在導(dǎo)熱基體1內(nèi)構(gòu)成從進(jìn)口匯流槽5、流道再到出口匯流槽6的流道方向。

各槽、孔的橫截面積的大小關(guān)系為：進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6槽道截面積最大，連接槽3槽道截面積次之，流體通孔2孔道截面積最小，并且，連接槽3開設(shè)寬度小于流體通孔2孔徑；以在保證導(dǎo)熱基體抗機(jī)械沖擊性的前提下，減小流動阻力，降低壓差，并使流體均勻分布于流體通孔2內(nèi)。

如圖3～5所示，對應(yīng)流體通孔2兩端，在導(dǎo)熱基體1頂側(cè)和底側(cè)外表面上分別覆蓋一塊平板式的密封蓋板7，形成對導(dǎo)熱基體1兩側(cè)外表面上的流道、進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6的密封，蓋板7的外露面為電絕緣面，電池4兩端外露于蓋板7外，導(dǎo)熱基體1底部四周設(shè)有支撐腳10，電池4下端位于支撐腳10底部上方，利于電路連接。

在該實(shí)施例中，如果電池安裝通孔臥式開設(shè)，進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6均設(shè)于導(dǎo)熱基體1立側(cè)外表面上，對應(yīng)進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6，在該立側(cè)的密封蓋板7下端、靠近導(dǎo)熱基體1底側(cè)開設(shè)進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9，分別與進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6連通，避免導(dǎo)熱流體噴濺到電池電極以及電池連接導(dǎo)線；導(dǎo)熱基體1底側(cè)還設(shè)有承重加強(qiáng)筋用于支撐電池重量。

實(shí)施例3

如圖6所示的另一種B方案實(shí)施例中，在方塊狀導(dǎo)熱基體1上3X3呈矩陣狀立式間隔緊套9個電池4，電池4軸向和流體通孔2軸向相互平行，每個電池4位于四個流體通孔2的中心位置，相鄰電池4之間的流體通孔2共用；

對應(yīng)流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1頂側(cè)和底側(cè)外表面上的端口，在該兩側(cè)外表面上分別開設(shè)若干連接槽3，連接槽3兩端連通兩個流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1同一側(cè)外表面上的端口，將導(dǎo)熱基體1內(nèi)所有的流體通孔2連接成4條并聯(lián)流道，每條流道內(nèi)的4個流體通孔2之間并聯(lián)。

如圖7所示，該實(shí)施例中，蓋板7上開設(shè)定位安裝孔11，用于和導(dǎo)熱基體1之間的定位配合,組裝時與導(dǎo)熱基體1上的對應(yīng)孔洞對齊，通過焊接、膠結(jié)等方式與導(dǎo)熱基體1固結(jié)，并可通過螺釘進(jìn)行加固。

實(shí)施例4

如圖8所示的第三種B方案實(shí)施例中，在方塊狀導(dǎo)熱基體1上呈矩陣狀立式間隔緊套電池4，每排電池4數(shù)量為5個，電池4軸向和流體通孔2軸向相互平行，每個電池4位于四個流體通孔2的中心位置，相鄰電池4之間的流體通孔2共用；

對應(yīng)流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1頂側(cè)和底側(cè)外表面上的端口，在該兩側(cè)外表面上分別開設(shè)若干連接槽3，連接槽3兩端連通兩個流體通孔2位于導(dǎo)熱基體1同一側(cè)外表面上的端口，將導(dǎo)熱基體1內(nèi)所有的流體通孔2連接成多條并聯(lián)流道，每條流道內(nèi)的6個流體通孔2前、后三個流體通孔分兩組分別并聯(lián)后，兩組之間再相互串聯(lián)，即匯并3并2串3并。

附圖9～12給出了A、B兩種方案中的幾種流體通孔連接方式簡化示意圖，為顯示方便，僅給出了6條流道或者6個流體通孔2的圖示，實(shí)際操作時可按此結(jié)構(gòu)復(fù)制擴(kuò)展，其中圖9表示一種A方案具有6個流體通孔2直接通過進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6匯并的導(dǎo)熱基體，每個流體通孔2即為一條流道；附圖10～12分別表示6條流道先通過進(jìn)口匯流槽5和出口匯流槽6匯并，每條流道內(nèi)的6個流體通孔2之間3種不同的B方案的連接形式：圖10中為每條流道內(nèi)的6個流體通孔2全部串聯(lián)(即匯并6串)；圖11中為每條流道內(nèi)的后5個流體通孔并聯(lián)后，再與第1個流體通孔串聯(lián)(即匯并1串5并)；圖12為每條流道內(nèi)前、后三個流體通孔分兩組分別并聯(lián)后，兩組之間再相互串聯(lián)(即匯并3并2串3并)，其中箭頭方向表示流道方向。

由下表1可以看到：

第一點(diǎn)，在B方案中，先由匯流槽匯并、再將每條流道內(nèi)的多個流體通孔2按流道方向分成數(shù)量相當(dāng)?shù)那啊⒑髢山M，每組內(nèi)的流體通孔2之間并聯(lián)，兩組流體通孔2之間串聯(lián)(即由匯并3并2串3并擴(kuò)展出的匯并多并2串多并)連接方式的綜合效果最好，最高溫度較低，并且在進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9兩處的導(dǎo)熱流體壓差(以下簡稱“壓差”)最小，只需要消耗較低的流體驅(qū)動泵泵功。

第二點(diǎn)，降低流體通孔直徑對最高電池溫度、電池溫差沒有明顯影響，但壓差變大，導(dǎo)致泵功率上升，在保證密封前提下應(yīng)加大通孔直徑；而專利201310581581.8無進(jìn)口匯流槽和出口匯流槽的情形，盡管添加了橫向連接槽并采用全并聯(lián)結(jié)構(gòu)，電池的最高溫度、溫差、壓差都不是最優(yōu)?？梢?，目前的換熱流方式不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中上下端蓋的干涉問題，在換熱效率、溫差控制、降低壓差方面都具有明顯優(yōu)勢。

(導(dǎo)熱流體流量：0.32L/min，電池發(fā)熱量：80W，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8處的導(dǎo)熱流體溫度：20℃，其中B方案匯并3并2串3并情形具有最低壓差119Pa，電池溫度和溫差也接近最低水平；電池為直徑18毫米高度65毫米的18650電池)

表1幾種不同B方案和現(xiàn)有技術(shù)的仿真數(shù)據(jù)對比

由下表2可以看出，當(dāng)導(dǎo)熱基體1在垂直于電池4軸向上的橫截面寬度大于等于2倍的導(dǎo)熱基體1沿電池4軸向上的高度、亦即當(dāng)電池組陣列(5X7)較大時，采用B方案中匯并多并2串多并的連接方式具有較小的溫差，當(dāng)導(dǎo)熱基體1在垂直于電池4軸向上的橫截面寬度小于2倍的導(dǎo)熱基體1沿電池4軸向上的高度、亦即電池組陣列(4X5)較小時，采用A方案溫差雖然仍比B方案高，但實(shí)際可行，考慮到A方案具有較低的極值溫度和壓差，在這種情況下A方案為優(yōu)選方案。

(導(dǎo)熱流體流量：0.32L/min，電池組發(fā)熱：80W，進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8處的導(dǎo)熱流體溫度：20℃，其中A方案4X5陣列電池情形具有最低壓差82Pa；電池為直徑18毫米高度65毫米的18650電池)

表2 A方案和匯并多并2串多并B方案的仿真數(shù)據(jù)對比

上述各實(shí)施例中，配置于導(dǎo)熱基體1外部的換熱器連通進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9，形成換熱器-進(jìn)口匯流槽5-每條流道-出口匯流槽6-換熱器的導(dǎo)熱流體循環(huán)換熱通道；電池4通過電池安裝通孔內(nèi)壁-導(dǎo)熱基體1-流道換熱。

靠近電池4在安裝了蓋板7的導(dǎo)熱基體1的外部安裝用以監(jiān)測電池溫度的第一溫度傳感器；在進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8和出口匯流槽出口9部位分別安裝用以監(jiān)測進(jìn)、出口處導(dǎo)熱流體溫度的第二溫度傳感器16和第三溫度傳感器。

循環(huán)換熱通道上設(shè)有用于驅(qū)動循環(huán)換熱通道內(nèi)的導(dǎo)熱流體按設(shè)定方向流動的流體驅(qū)動泵，導(dǎo)熱流體為水與乙二醇的混合物，或者導(dǎo)熱硅油。

第一溫度傳感器、第二溫度傳感器16、第三溫度傳感器和換熱器分別信號連接控制單元，控制單元控制下的所述裝置具有以下兩種工作狀態(tài)：

當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鞣答伒碾姵販囟雀哂谥评溟y值時，換熱器處于制冷狀態(tài)，通過第二溫度傳感器16和第三溫度傳感器反饋的溫度值調(diào)整制冷功率，使電池?zé)崃拷?jīng)過循環(huán)換熱通道向外部的換熱器及時排放，直至電池溫度低于制冷設(shè)定閥值，換熱器停止制冷；當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鞣答伒碾姵販囟鹊陀谥茻嵩O(shè)定閥值時，換熱器處于制熱狀態(tài)，通過第二溫度傳感器16和第三溫度傳感器反饋的溫度值調(diào)整制熱功率，使循環(huán)換熱通道對電池保溫和加熱，以實(shí)現(xiàn)電池在低溫環(huán)境下的順利啟動以及啟動初期的正常工作，直至電池溫度高于制熱設(shè)定閥值，換熱器停止制熱；從而實(shí)現(xiàn)電池雙向調(diào)溫功能。

圖13為電池模組在發(fā)生隨機(jī)熱失控情況下的電池標(biāo)注圖，采用的電池型號為4X5陣列18650圓柱形電池，其中電池Ⅲ為熱失控電池，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ為模組內(nèi)其他電池；導(dǎo)熱流體流量：0.32L/min,DP＝119Pa，采用B方案中的匯并多并2串多并聯(lián)接，熱失控電池Ⅲ發(fā)熱量：1000W，如圖14所示，60秒后，熱失控電池Ⅲ溫度上升至394℃，此時鄰近電池最高溫度在靠近熱失控電池的外殼位置，其溫度為60℃，遠(yuǎn)低于熱失控溫度150～175℃?？梢?，該結(jié)構(gòu)本身能有效降低熱失控的擴(kuò)散，具有良好的降溫、阻隔熱失控的功能，通過優(yōu)化流體流量、連接方式、電池間距、流體通孔大小，導(dǎo)熱基體的導(dǎo)熱、降溫作用會更明顯。

圖15為圖13電池Ⅲ發(fā)生熱失控時其他電池中心溫度與進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8處流體溫度隨時間演變的曲線圖?？梢钥闯?，鄰近熱失控電池Ⅲ的電池Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中心溫度上升快慢表現(xiàn)不一，而第一溫度傳感器數(shù)量少于電池?cái)?shù)量，否則會因?yàn)榭刂凭€路冗贅復(fù)雜，反應(yīng)不及時反而引發(fā)較大的車輛與人身安全事故。

考慮到在出口匯流槽出口9處的導(dǎo)熱流體溫度在熱失控情況下短時間內(nèi)上升顯著，而進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8處的導(dǎo)熱流體溫度基本保持不變，因此可以在第二溫度傳感器16監(jiān)測的進(jìn)口處流體溫度保持在正常溫度范圍內(nèi)的前提下，通過第三溫度傳感器監(jiān)測的出口匯流槽出口9處導(dǎo)熱流體溫度是否在短時間內(nèi)的急劇上升來判定電池是否熱失控，該圖表示在所示的隨機(jī)電池Ⅲ在熱失控極端情況下，一旦出口匯流槽出口9處的導(dǎo)熱流體溫度由正常水平劇烈上升時，控制單元能夠在數(shù)秒內(nèi)做出反應(yīng)，如切斷電池電源連接，警示駕駛員電池爆燃風(fēng)險。

如圖16所示，每個導(dǎo)熱基體1內(nèi)的電池4并聯(lián)/串聯(lián)為一個電池模組，多個電池模組之間并聯(lián)和/或串聯(lián)連接；所有電池模組的進(jìn)口匯流槽進(jìn)口8并聯(lián)在系統(tǒng)進(jìn)水總管14上，所有電池模組的出口匯流槽出口9并聯(lián)在系統(tǒng)出水總管15上。