本發明專利技術涉及用于汽車蓄電池的具有微囊封裝的相變材料的液體冷卻劑。公開了與冷卻流體結合使用的微囊封裝的相變材料，作為汽車電池組組件的熱管理系統的一部分。微囊封裝的相變材料構造為在較低（較冷）的溫度和較高（升高）的溫度下具有增強的潛熱傳遞性質，以致使用這種汽車電池組組件的車輛更能抵抗冰凍和過熱盛行的環境。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術大體涉及電池組的熱管理，尤其涉及聯合使用微囊封裝的相變材料和液體熱交換介質來調節汽車電池組的溫度。
技術介紹
鋰離子電池正用于汽車應用，在混合電動車(HEV)中以補充傳統內燃機(ICE)的方式使用，或者在插電式電動車(PEV)中以替代傳統內燃機(ICE)的方式使用。在兩種變體之一中，HEV和PEV都屬于車輛中被稱作電動車(EV)的大類。鋰離子電池的高體積熱生成率和通常無源結構提供了作為汽車、卡車、公交車、摩托車和相關汽車或車輛平臺的推進系統所必需的耐久性和功能性。 溫度是影響電池性能和壽命的最重要的因素之一。極端情況(例如，這些極端情況在寒冷或炎熱的環境下長期不工作的過程中遇到，或者因在熱天長時間工作以及隨之生成的熱而導致)可能對電池正確運行的能力有負面影響，在嚴重的情況下能徹底地損壞電池。在一個特殊的情景中，停放在熱天下的車輛的起動操作可能將電池暴露于超過它的安全極限的溫度上升中，但缺少能立即有效移除由該起動操作產生的過量熱的某種裝置。長期暴露于高溫的副作用例如包括提早老化和加速容量衰減，這兩種副作用都是不合需要的。傳統散熱方法，例如強制空氣和液體冷卻，可以證明在避免這些副作用方面是有效的，但是它們增加了車輛系統總體的重量、復雜性和寄生動力需求。
技術實現思路
基于相變材料(PCM)的電池熱管理系統具有限制電池溫度極限的潛能，因而能對提高溫度一致性以及減少加熱和冷卻需求起作用。這有助于延長熱敏部件的壽命，熱敏部件例如形成電池模塊和電池組的構造塊的帶電荷的電池單元。PCM能吸收和釋放在等溫(即，恒定溫度)相變過程中，例如從固態到液態或者從液態到固態，大量的潛熱(在某些情況下高達顯熱的五十倍)。因此，使用PCM可有助于減少或者消除強制空氣冷卻系統或強制液體冷卻系統中對有源式冷卻部件例如風扇、鼓風機或者泵的需求。這有利之處在于PCM可提供將電池單元溫度維持在期望的溫度范圍內同時不需要從電池或者另一個能量源抽取功率的能力。基于PCM的電池熱管理方法的示例可在與本申請同天提交且為本專利技術受讓人所有的共同待決的美國專利申請_號中找到，其專利技術名稱為為奮#變##的蓄電池，因此引入其全文作為參考。根據本專利技術的一個方面，用于汽車電池組的熱管理系統使用微囊封裝形式的基于PCM的熱管理系統。這種形式，被稱作微PCM，由非常小的雙組分粒子或膠囊構成，這些雙組份粒子或膠囊包括定制為適合在汽車電池組通常遇到的溫度范圍內潛熱變化的芯材料，連同由聚合物或相關材料制成的外殼或外膠囊，以致芯和殼一起限定大致球形的泡沫狀材料。微PCM膠囊的直徑范圍從小于I微米到幾百微米，在該范圍內物質的所有三態(固體、液體和氣體)都能用于形成可裝入微膠囊的芯。與非微膠囊封裝的PCM相比，優勢包括增強了對芯材料的保護，易于并入其他材料，以及降低了熔化過程中泄露的可能性。微PCM還可按照不同的質量百分比混合，采用這種方法來調整它們的熱響應，例如，調節相變潛熱和相變溫度。另外的優勢包括低材料成本，其中微囊法可包括在大約50%到90%之間的活性材料。在一個特定形式中，熱管理系統包括流體管道，流體管道被如此構造以致至少一部分流體管道布置成與電池組的發熱部分熱交流。通常，發熱部分由多個電池單元構成。流體管道(其可以是較大的閉環流體介質流動路徑的一部分)被構造為運送包含至少一種微PCM的流體介質，微PCM作為流體介質中的懸浮物。通過使懸浮或以其他方式出現在流體介質中的微PCM經過電池組的發熱部分附近，微PCM的芯材料中的固有高潛熱可用于吸收(在電池單元經歷相對高的溫度的情況下)或者釋放(在電池單元經歷冰凍或其他低溫的情況下)潛熱，采用這種方式來平衡或調節電池單元的溫度。在另一個可選形式中，微PCM由外殼和裝在殼內的高潛熱材料內芯構成。在一個形式中，芯由二十燒(eicosane)制成,而殼由聚合物基材料制成。二十燒是石臘基燒烴混合物，其具有高的熔化潛熱(例如，大約240 kj/kg)。此外，二十烷的熔點(37°C)使得它對 于電動車和相關汽車應用來說是理想的，在汽車應用中通常電池單元預期發生40°C的最大溫度變化范圍。這種石蠟基PCM是優秀的電絕緣體，其電阻率在IO13到IO17歐姆 米之間。這樣的高電阻率促進安全可靠的電氣操作。此外,這種微PCM已經在各種的電池充放電循環下顯示了其耐用性，同時特別著重于避免因不同的電池工作溫度下的壓力偏差而導致的微膠囊損壞。盡管可以使用其他材料，例如非石蠟有機PCM脂肪酸，但是必須謹慎以確保熔化或相關相變發生在與HEV或PEV電池組工作溫度相稱的溫度范圍內。在該微PCM的更特殊的實施例中，每個粒子的直徑可在大約I微米到大約100微米之間。在另一個特殊形式中，出現了不止一種微PCM。例如，可包括第一微PCM，其被構造為在第一(例如，較低的)溫度下展示相變，同時可包括第二微PCM，其被構造為在第二 (例如，較高的)溫度下展示相變。在一個形式中，第一溫度與水的凍結溫度(即，大約0°C)或更低的溫度一致，而第二溫度處于電池單元或其它溫度敏感部件的上限。在鋰離子電池單元的情況下，這種上限溫度可為大約40°C或者更高。熱管理系統被如此構造以致運送用于熱交換的流體的管道被構造為大致閉環的無源設備。在另一個選擇中，包括微PCM的冷卻板布置成與電池組的發熱部分熱交流。以這種方式，板充當補充的熱交換介質。在更特殊的形式中，冷卻板具有形成于其表面中的一個或多個凹槽；這些凹槽被裝入微PCM。這種冷卻板可以(在可選結構中)起到排成一列的熱交換設備的作用，以致如果基于液體的冷卻不工作(或者完全沒有基于液體的冷卻)，可處理電池組內的電池單元的至少一部分熱管理。根據本專利技術的另一個方面，公開了一種汽車電池組組件。該組件包括構造為向車輛平臺提供原動力的電池組和構造為向電池組提供加熱和冷卻中的至少一個的熱管理系統。更具體的，熱管理系統與電池組進行熱交流，其中一個特殊的熱交互作用涉及熱管理系統去除來自電池組內的發熱源(例如，一個或多個電池單元)的熱。在這種結構中，熱管理系統包括布置成與電池組的發熱部分進行熱交流的流體管道，以及包含至少一種微PCM的流體介質。可選地，材料的外殼由聚合物材料制成。如上已討論的，形成內芯的高潛熱材料被裝入外殼內；優選地，該材料具有在低于大約0°c工作的熔化潛熱和大約40°C的汽化潛熱。實現潛熱的吸收或釋放也可通過組合兩種或多種PCM來實現，它們或者位于共用的外殼內，或者每種PCM作為它自己獨特的微PCM結構的一部分；無論在哪種情況下，整體材料被認為展示類似復合的熱性質。這種復合材料可將它們的性質調整到使這些材料中的一種在不同于構成該復合物的其它材料的溫度下經歷相變。根據本專利技術的另一個方面，控制電池組內溫度的方法包括提供具有至少一種微PCM的流體介質和將該流體介質布置成與電池組內的熱敏部件進行熱交換交流。這樣，包含在熱敏部件和微PCM中的一個內的至少一部分熱在它們之間傳遞。可選地，熱敏部件是電池單元。在另一個選擇中，可包括冷卻板，以提供額外的熱交換能力。正如上文討論的流體，冷卻板可結合至一種或多種微PCM，以致包括在冷卻板和熱敏部件中的一個內的至少一部分熱可傳遞到它們中的另一個。在一個特殊形式中，一種或多種微PCM可循環通過大致閉環本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于汽車電池組的熱管理系統，所述熱管理系統包括：流體管道，其被如此構造以致至少一部分流體管道布置成與所述電池組的發熱部分熱交流；和其中包含至少一種微囊封裝的相變材料的流體介質，所述流體介質可放置在所述流體管道內，以致在所述熱交流過程中，在所述電池組的所述發熱部分和所述至少一種微囊封裝的相變材料之間發生熱交換。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：XJ王，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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