CN117878484A - 相变材料直接接触式电池温度管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种相变材料直接接触式电池温度管理系统及方法，综合利用相变材料和热电元件进行电池热管理，且相变材料和热电元件均与电池单体直接接触。利用巧妙的结构设计，形成了电池模组壳体与各个电池单体的接触面，可以在密封相变材料的同时，为电池单体提供支撑力，解决了现有技术相变材料间接接触式热管理，引起换热效果不佳的问题，也解决了相变材料直接接触式热管理，容易造成电池失去支撑作用，材料泄露、结构复杂等问题。同时将电池单体的上、下表面暴露在电池模组壳体外部，解决了与相变材料联合使用的其他热管理方式，无法与电池表面直接接触，换热效率较低的问题。

Description

相变材料直接接触式电池温度管理系统及方法

技术领域

本发明属于电池热管理系统技术领域，具体涉及一种相变材料直接接触式电池温度管理系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

动力电池作为新能源汽车最关键的部件之一，关系到整车的动力性、安全性和续驶里程。其中，电池的工作环境温度对于电池性能而言至关重要，以锂离子电池为例，锂离子电池的适宜工作温度范围为20-40℃，电池单体自身温差以及各电池单体之间的温差需要保持在5℃以内。当电池温度高于适宜工作温度范围时，电池的使用寿命会显著下降；同时高温环境可能会引起电池内部剧烈的化学反应，使电池产生大量的热，进而引发热失控。而当电池温度低于适宜工作温度范围时，电解液受冻凝固，电极反应速率下降，导致电池的充、放电能力降低；同时充电过程中易发生析锂现象，从而造成电池容量的不可逆损失。此外，当电池单体不同位置处的温度分布不均匀时，会加剧电流密度的非均匀分布，从而加速容量衰减，进一步导致电池单体的过早失效；当电池包不同位置处的温度不一致时，电池簇间的不均匀电流就会增大，导致部分电池簇出现过充过放现象，影响充放电效率和使用寿命，甚至导致严重的安全事故。

因此，为延长动力电池的使用寿命，提升其电化学性能以及能量效率，并保证其安全性，必须设计合理有效的电池热管理系统。当电池温度较高时进行精准的降温调节，当电池发生热失控时进行快速大功率散热，当电池处于低温条件时进行加热或保温，以提升整车性能和安全性。

相变材料能够在相变过程中吸收大量的热并维持温度的恒定，因此很适合应用在电池热管理系统中对电池进行温度控制。但是在实际应用中存在以下问题需要解决：

1.相变材料的相变温度通常是恒定的，而电池的适宜工作温度和热失控温度具有较大的差别。因此仅靠相变材料无法同时满足电池在不同工况下的热管理需求，应联合其他热管理方式共同使用；

2.由于电池单体的表面积有限，又需要与导线和传感器等连接，还需要对电池支撑固定，如果联合使用多种热管理方式，又面临如何充分利用电池表面，并合理分配电池单体的热管理接触面的问题；

3.常见的相变材料如石蜡等，热导率较低，融化速度较慢，通常难以满足电池温度快速控制的需要。因此实际使用时需要采取措施增大相变材料的换热效率；

4.由于相变材料融化后为液态，通常需要密封在容器中使用，无法与电池表面直接接触，从而增大了热阻，降低了换热效率。但如果以相变材料为基体，使其与电池表面直接接触并支撑电池，当相变材料融化后，电池将失去支撑作用，无法稳固安装；

5.与相变材料联合使用的其他热管理方式，也应与电池表面直接接触，以增大换热效率，降低热阻，提高热管理系统的温度控制速度。

虽然有部分研究和技术人员提供了一些相关的技术方案，但这些方案依旧无法完全解决上述问题。例如，中国实用新型专利号CN212303764U公开了一种新型电动汽车锂电池综合热管理系统。该技术采用微胶囊相变材料，并利用流过紫铜管的制冷剂对相变材料升温或降温。但是相变材料无法与电池直接接触，因此换热效率较低。中国发明专利CN117317459A中提供了一种复合电池热管理系统及电池热管理方法，利用相变材料、热电模块和液冷模块复合进行热管理，但是其中的电池单体依靠四周的电池组支撑模块(铝壳)进行支撑，因此既没有与相变材料直接接触，也没有与热电模块或液冷模块直接接触，从而增大了热阻。中国发明专利CN108767361B提供了一种户外电池热管理的系统及方法，将相变材料和液体冷却相结合进行电池热管理，其中的电池单体虽然与相变材料直接接触，但同时又靠相变材料进行支撑；当相变材料融化为液体后，电池单体将完全失去支撑作用，散落在融化的相变材料液体中。中国发明专利CN113517497A公开了一种相变材料和微通道耦合的锂电池热管理系统和方法，将相变材料与散热铝管联用，但散热铝管没有与电池直接接触，导致热阻较大，换热效率较低，无法满足电池温度的快速控制需求；并且电池的底面没有采取热管理措施，电池表面的利用率不高。中国发明专利CN114639866A公开了一种基于复合相变材料与液体冷却的锂离子电池热管理装置，将相变材料与液冷板联用，但液冷板仍然没有与电池直接接触，导致热阻较大，换热效率较低，依旧无法满足电池温度的快速控制需求；并且电池的底面同样没有采取热管理措施，电池表面的利用率不高。

发明内容

本发明提出了一种相变材料直接接触式电池温度管理系统及方法，综合利用相变材料和热电元件进行电池热管理，且相变材料和热电元件均与电池单体直接接触。利用巧妙的结构设计，形成了电池模组壳体与各个电池单体的接触面，可以在密封相变材料的同时，为电池单体提供支撑力，解决了现有技术相变材料间接接触式热管理，引起换热效果不佳的问题，也解决了相变材料直接接触式热管理，容易造成电池失去支撑作用，材料泄露、结构复杂等问题。同时将电池单体的上、下表面暴露在电池模组壳体外部，解决了与相变材料联合使用的其他热管理方式，无法与电池表面直接接触，换热效率较低的问题。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种相变材料直接接触式电池包，包括电池包壳体主体、电池包壳体顶盖、电池模组和热电元件；

其中，所述电池包壳体主体和电池包壳体顶盖之间可开合式连接，所述电池包壳体主体上设置有容置腔；

所述容置腔内，设置有若干电池模组和热电元件，所述热电元件和电池模组直接接触；

所述电池模组包括壳体，所述壳体上设置有若干电池安装孔，电池单体通过相应的电池安装孔限位于壳体上，所述壳体内填充有相变材料，所述相变材料和各电池单体直接接触。

作为可选择的实施方式，所述电池包壳体主体设置有多个内表面，所述内表面围成所述容置腔，所述容置腔随着电池包壳体主体和电池包壳体顶盖开或合，与外界连通或阻隔。

作为可选择的实施方式，所述电池包壳体主体和电池包壳体顶盖连接时，所述电池模组下表面和所述热电元件上表面抵靠，所述热电元件下表面和所述容置腔的下表面抵靠。

作为可选择的实施方式，所述电池包壳体主体下表面设置有多个散热翅片，所述散热翅片依次间隔设置。

作为可选择的实施方式，所述电池模组包括多个，呈矩阵式依次布设；所述热电元件包括多个，呈矩阵式依次布设。

作为进一步的实施方式，所述电池模组和热电元件的设置位置一一对应。

作为可选择的实施方式，所述电池模组的壳体内设置有多个电池单体，且所述电池单体呈矩阵式间隔分布，相邻的电池单体之间设置有导热隔板。

作为可选择的实施方式，所述电池模组壳体的上表面和下表面与电池单体对应的位置均设置有电池安装孔，所述电池单体侧面的上下部分别和对应的电池安装孔配合，且所述电池单体的顶面为正负极耳，外露于电池模组壳体，电池单体的底面也外露于电池模组壳体，与热电元件直接接触。

通过壳体的上、下表面的电池安装孔和电池单体之间形成卡接/限位，保证在相变材料融化后，电池单体位置、姿态不变，能够正常工作。

作为进一步的实施方式，所述电池模组壳体上设置有导热隔板安装位，所述导热隔板通过相应的导热隔板安装位和壳体配合。导热隔板的底面也外露于电池模组壳体，与热电元件直接接触。

采用分体式的导热隔板，使模组内融化的相变材料互相流通，提高了发生热失控时相变材料的利用率。

作为可选择的实施方式，所述电池模组的壳体上还设置有检测安装孔，所述检测安装孔内设置有温度传感元件。以方便获取所述电池模组的工作温度。

作为可选择的实施方式，所述电池单体与电池安装孔的接触面、导热隔板与导热隔板安装位的接触面均形成密封面，壳体内部为密封空间。以防止相变材料的泄露。

作为可选择的实施方式，所述热电元件为帕尔贴。

上述技术方案中，一方面，利用电池单体下表面面积较小，但是热导率很高的特点，通过热电元件和电池模组直接接触，也就是使热电元件与各电池单体下表面直接接触，可以进行正常工况下的热管理。针对电池单体侧面热导率较低，但是面积很大的特点，通过电池模组内相变材料和各电池单体侧面直接接触，可以进行热失控工况下的热管理。不仅充分利用了电池单体有限的表面积，还整体提高了电池的热管理效率。同时，电池模组具有单独的壳体，利用壳体上、下表面设置的电池安装孔承载和限定电池单体，并将相变材料密封在壳体中，能够实现，当相变材料融化后，电池单体依旧被稳定支撑着，保证了电池的正常运行。

一种相变材料直接接触式电池温度管理系统，包括上述电池包和电子控制单元，所述电子控制单元和各个热电元件、温度传感元件相连接，所述电子控制单元用于根据温度传感元件获取的电池模组的工作温度，控制相应热电元件的电流流向和大小。

一种车辆，包括上述电池包或相变材料直接接触式电池温度管理系统，所述电池包壳体主体固定于新能源汽车车身或底盘上。

作为可选择的实施方式，所述散热翅片和电池包壳体主体一体化连接，散热翅片的设置方向与车辆行驶方向相同。

上述相变材料直接接触式电池温度管理系统/车辆的电池温度管理方法，包括以下步骤：

当电池模组的温度低于第一阈值时，控制相应热电元件的电流方向，使热电元件与电池模组的接触面处于加热状态；

当电池模组的温度处于第一阈值和第二阈值之间时，控制相应热电元件的电流方向和大小，使各个电池模组的温度差小于设定值；

当电池模组的温度高于第二阈值时，控制相应热电元件的电流方向，使热电元件与电池模组的接触面处于制冷状态，同时电池模组中的相变材料融化，吸收热失控的电池单体产生的热量；

所述第二阈值大于第一阈值。

作为可选择的实施方式，所述温度与第一/第二阈值之间的差值越大，热电元件的电流大小越大。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明通过电池模组壳体上的电池安装孔和隔板安装位对电池单体和导热隔板进行支撑和定位，同时电池单体和电池安装孔、导热隔板和隔板安装位的接触面又对电池模组壳体进行密封。一方面防止相变材料融化后发生泄漏，另一方面防止相变材料融化后电池单体和导热隔板失去支撑作用。

2.本发明可以使相变材料与电池单体及导热隔板直接接触，消除了相变材料与电池单体之间，以及相变材料与导热隔板之间的接触热阻，最大限度的增加了相变材料与电池单体和导热隔板之间的热交换能力，提高了换热效率和温度控制速度。

3.本发明可以使热电元件与电池单体及导热隔板直接接触，消除了热电元件与电池单体之间，以及热电元件与导热隔板之间的接触热阻，最大限度的增加了热电元件与电池单体和导热隔板直接之间的热交换能力，提高了换热效率和温度控制速度。

4.本发明所采用的分体式隔板既能够传递热量，又使电池模组内的相变材料仍然相互连通，提高了热失控时相变材料的利用率。

5.本发明通过在壳体主体底部增加散热翅片，并将翅片暴露在流动的空气中，从而可以将热电元件产生的热量或冷量直接传递给外部环境，增强了热电元件的制冷或制热能力。

6.本发明使每一个热电元件单独控制一个电池模组，根据各电池模组的需求独立调节每个热电元件的电流方向和大小，实现了各电池模组温度的独立、快速、精准控制，在降低能量消耗的同时获得了更好的温度控制效果。

7.本发明针对电池单体侧面热导率较低，但是面积很大的特点，利用相变材料包裹电池单体侧面，控制电池热失控过程中的温度；针对电池单体下表面面积较小，但是热导率很高的特点，利用热电元件贴合电池单体底面，控制电池工作过程中的温度；电池单体顶面的正负极耳从电池模组壳体上方露出，连接导线或传感器，从而充分利用了电池单体有限的表面积，最大限度的提高电池的热管理效果。

8.本发明巧妙的设计了电池模组、电池包的结构，结构紧凑，制备工艺简单，且具有较高的热管理效率，能够降低生产、运行成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本实施例总体示意图的轴测图；

图2为本实施例总体示意图另一方向的轴测图；

图3为本实施例总体示意图的爆炸视图；

图4为本实施例电池模组示意图的轴测图；

图5为本实施例电池模组示意图另一方向的轴测图；

图6为本实施例电池模组与帕尔贴元件示意图的爆炸视图；

图7为本实施例电池模组示意图的正视图；

图8为本实施例电池模组沿图7中剖切面剖开后的剖视图；

图9为图8中去掉相变材料后电池模组壳体的剖视图；

图10为图9的轴测图；

图11为本实施例导热隔板示意图的轴测图；

图12为本实施例电子控制系统示意图。

其中，1、电池包壳体顶盖；2、电池包壳体主体；2-1、散热翅片；3、电池模组；3-0、电池模组壳体；3-1、电池单体；3-2、导热隔板；3-3、相变材料；3-4传感器安装孔；3-5、电池安装孔；3-6、导热隔板安装孔；3-7、温度传感器；4、帕尔贴元件；5、电子控制单元ECU。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供了一种相变材料直接接触式电池包。本实施例以帕尔贴元件为热电元件为例进行说明，但并不代表，本发明的保护范围仅限定于此。在其他实施例中，可以替换为其他能够实现加热/制冷控制的元器件，在此不进行穷举。

本实施例是一种电池模组和帕尔贴元件集成结构，由多个电池模组和多个帕尔贴元件组合成电池包结构。

在本实施例中，一种相变材料直接接触式电池包包括电池包壳体顶盖1、电池包壳体主体2、多个电池模组3和多个帕尔贴元件4。

本实施例中的电池包壳体，包括壳体顶盖1与壳体主体2，如图1所示，壳体顶盖1与壳体主体2以长方体壳体为例进行说明。长方体壳体具有容纳空间规整、容易生产制造，易和电池模组匹配的优点。

壳体主体2上设置有向内凹陷的容置腔，多个电池模组3和多个帕尔贴元件4设置于所述容置腔内，且电池模组3设置于帕尔贴元件4上方，电池模组3的各个电池单体与帕尔贴元件4直接接触。

在本实施例中，壳体顶盖1与壳体主体2之间为全部可拆卸的方案。当然，可以理解的，壳体顶盖1与壳体主体2之间也可以是转动连接、卡接等，只要壳体顶盖1与壳体主体2之间可开合，能够方便电池模组和帕尔贴元件放入或取出即可。

可以理解的，在其他一些实现方式中，壳体顶盖1和壳体主体2的结构形状也可以发生改变，当电池单体3-1的结构形状发生变化时，例如采用其他异形结构的电池单体时，具体的壳体顶盖1和壳体主体2可以随之发生变化，例如可以是圆形、菱形或者其他规整的或者不规整的结构，这里不再赘述。

如图2所示，与传统的翅片冷却不同，本实施例的散热翅片2-1和壳体主体2为一体化结构，在将帕尔贴元件4的热量或冷量导出的同时，降低了成本，减少了热阻。散热翅片2-1的设置方向与车辆行驶方向相同，以减小风阻。

在本实施例中，如图3所示，壳体主体2内设置的多个电池模组3和多个帕尔贴元件4均呈矩阵式排布。在本实施例中，电池模组3的壳体呈长方体或立方体，相邻电池模组3的壳体依次接触。帕尔贴元件4的数量和电池模组3相同，一个电池模组3的下方对应设置有一个帕尔贴元件4。

在本实施例中，全部电池模组3形成的形状和容置腔的形状相匹配，全部电池模组3形成的大小也和容置腔的大小相匹配。

当然，在其他一些实现方式中，电池模组3的数量、形状、大小、排列方式可以进行修改替换，这些均为本领域技术人员在本实施例上容易想到的简单替换方案，理应属于本发明的保护范围。

同样的，在其他一些实现方式中，帕尔贴元件4的数量、形状、大小和排列方式，也随着电池模组3的变化，进行适应性改变。

可以理解的，在其他一些实现方式中，帕尔贴元件4和电池模组3的数量也可以是一对多或多对一，例如，同一帕尔贴元件4用于控制相邻的两个或者N个电池模组3的温度。N为正整数。

如图3所示，电池包从上到下依次为壳体顶盖1、多个电池模组3、多个帕尔贴元件4和壳体主体2。帕尔贴元件4的下表面紧贴壳体主体2的内侧下表面，帕尔贴元件4的上表面紧贴电池模组3的下表面，壳体主体2内各个内表面围成容置腔，且容置腔的下表面即为壳体主体2的内侧下表面，容置腔的侧表面和位于外侧的帕尔贴元件4、电池模组3接触。

可以理解的，在其他一些实现方式中，帕尔贴元件4的大小、形状、数量和布置方式可以有所变化，如将多个帕尔贴元件4层叠式布置形成二级或多级热电制冷以提高制冷效率，或改变各帕尔贴元件4的大小，调整温度控制区域的面积等，这些均为容易想到的适应性调整，理应属于本发明的保护范围。

如图4、图5、图6、图7、图8所示，单个电池模组3由电池模组壳体3-0、多个电池单体3-1，若干导热隔板3-2、相变材料3-3和温度传感器3-7组成。

在本实施例中，每个电池模组下方均有一个帕尔贴元件4，其上表面与电池模组3的下表面紧密贴合。电池单体3-1及导热隔板3-2安装在电池模组壳体3-0内部，其侧面均与相变材料3-3直接接触，底面均与帕尔贴元件4直接接触。电池顶面为正负极耳，从电池模组壳体3-0上露出，可以与导线或传感器连接。电池模组壳体3-0上方设置有传感器安装孔3-4，传感器安装孔3-4内安装温度传感器3-7。

如图6、8、9、10、11所示，相邻的电池单体3-1之间设置有导热隔板3-2，本实施例中，导热隔板3-2呈十字形，在其他实施例中，可以改为其他形状，如一字形等，这些均为不具有创造性的简单改动，理应属于本发明的保护范围。

电池单体3-1通过与电池模组壳体3-0上、下面上的电池安装孔3-5过盈配合进行固定，导热隔板3-2通过与电池模组壳体3-0上、下面的隔板安装孔3-6过盈配合进行固定。电池单体3-1与电池安装孔3-5的接触面、导热隔板3-2与隔板安装孔3-6的接触面均形成密封面，对壳体内部空间进行密封。

当然，可以理解的，在其他一些实现方式中，电池模组3的组成结构也可以有所变化，如将电池单体3-1修改为其他种类的电池单体，电池模组壳体3-0上各安装孔的位置、大小和形状可以根据实际情况进行修改，导热隔板3-2的形状大小也可以改变，温度传感器3-7可以替换为其他可以检测电池模组3内部参数的监测模块。这些均为容易想到的适应性调整，理应属于本发明的保护范围。

本实施例中，电池模组3组装时，将多个电池单体3-1竖直插入到电池模组壳体3-0的电池安装孔3-5中，形成过盈配合。将若干导热隔板3-2竖直插入到电池模组壳体3-0的隔板安装孔3-6中，形成过盈配合。将融化的相变材料3-3通过传感器安装孔3-4注入电池模组壳体3-0内，再将温度传感器3-7插入传感器安装孔3-4内。重复上述工作，将多个电池模组3组合后，再与多个帕尔贴元件4一起放入壳体主体2内，实现电池包的组装。

当然，在部分实施例中，为保证密封性，使热管理效果更佳且相变材料不泄露，还可以在各个安装孔/安装位上设置密封条或密封层等密封结构。

实施例二

在本实施例中，以电池包应用于新能源汽车为应用场景进行说明，但不仅代表本发明的技术方案仅能用于该场景。本发明提供的电池热管理系统，可应用于任意需要电池供电，且需要进行电池热管理控制的场景中。

当应用于新能源汽车时，上述电池包结构的外沿与新能源汽车车身或底盘固定连接，或在新能源汽车车身或底盘上设置有安装位，所述电池包结构/电池热管理系统和安装位卡接，各电池模组内的温度传感器和各帕尔贴元件均与电子控制单元ECU连接。

如图12所示，本实施例提供一种电池热管理系统，包括上述电池包、温度传感器3-7和电子控制单元ECU5。温度传感器3-7监测相应电池模组3内的温度，并将温度信息反馈给电子控制单元ECU5。电子控制单元ECU5根据温度信息控制流经对应帕尔贴元件4的电流方向及大小。

上述实施例中，帕尔贴元件在通过电流时，由帕尔贴效应形成冷端和热端，将冷端与电池底面接触，吸收电池产生的热量；将热端与电池包壳体主体接触，通过壳体主体下方的散热翅片散热。改变工作电流的大小，能够精确地调节帕尔贴元件的冷端温度，适应不同工况下电池产热速率的变化；改变电流的方向，能够将帕尔贴元件的冷端和热端互换，从而实现电池在低温条件下的加热和保温功能。为每个电池模组单独设置帕尔贴元件，还能够独立控制各电池模组的温度。相变材料在融化过程中会吸收大量的热量，将电池置于充满相变材料的电池模组壳体中，相变材料能与电池表面直接接触吸收热量，降低电池温度上升速度，阻止电池热失控。

实施例三

本实施例提供一种如实施例二所提供的电池热管理系统的工作方法。

需要说明的是，在本实施例中，设置电池适宜工作温度区间为20℃～40℃，电池模组最大温差为5℃。相变材料的融化温度为40℃。

当然，在其他实施例中，可以根据应用环境、电池种类、电池控制精度要求以及电池模组数量等具体情况，调整上述数值的设置。仅需要保证相变材料的融化温度等于或接近于电池适宜工作温度区间的最大值。

当温度传感器3-7检测到温度低于20℃时，电子控制单元ECU5通过控制流经帕尔贴元件4的电流方向，使帕尔贴元件4与电池模组3的接触面处于加热状态，对处于低温环境中的电池单体3-1进行加热或保温；温度传感器3-7监测到的温度越低，电子控制单元ECU5控制流经帕尔贴元件4的工作电流越大，帕尔贴元件4的产热量就越大，对电池单体3-1的加热作用越强，最终使得电池单体3-1的温度达到理想状态。

当温度达理想状态时，电子控制单元ECU5减小流经帕尔贴元件4的电流，使电池单体3-1维持恒定温度。各帕尔贴元件4上表面与各导热隔板3-2底面直接接触，各导热隔板3-2侧面与相变材料3-3直接接触，因此帕尔贴元件4也可以通过导热隔板3-2将热量传递给相变材料3-3，使相变材料3-3的温度与电池单体3-1保持一致。但是由于没有达到相变温度，相变材料3-3不会融化。帕尔贴元件4下表面的冷量通过散热翅片2-1传导到空气中。

当温度传感器3-7监测到温度处于20℃～40℃时，电子控制单元ECU5通过控制流经帕尔贴元件4的电流方向和大小使各电池模组3中电池单体3-1的温度维持在理想状态。

当某个或某些温度传感器3-7监测到某个或某些电池模组3的温度与其他电池模组的温度差值超过5℃时，电子控制单元ECU5通过控制流经对应的帕尔贴元件4的电流方向和大小，增加帕尔贴元件4的制冷量或制热量，实现对各电池模组温度的独立、快速、精准控制功能，以降低各电池模组3之间的温差。温度传感器3-7监测到的温差越大，电子控制单元ECU5控制流经帕尔贴元件4的工作电流越大，帕尔贴元件4的产热量或制冷量就越大，对电池模组3的加热或制冷作用越强，最终使得各电池模组的温度差值降低到5℃以内。同时帕尔贴元件4也可以通过导热隔板3-2将热量或冷量传递给相变材料3-3，使相变材料3-3的温度与电池单体3-1保持一致。但是由于没有达到相变温度，相变材料3-3不会融化。帕尔贴元件4下表面的冷量或热量通过散热翅片2-1传导到空气中。

当某个温度传感器3-7监测到温度等于或高于40℃时，电子控制单元ECU5判定该电池模组3存在发生热失控的风险。电子控制单元ECU5首先切断对应电池模组3的工作电流，同时控制电流方向使帕尔贴元件4与电池模组3的接触面处于制冷状态，对电池模组3进行冷却；温度传感器3-7监测到的温度越高，电子控制单元ECU5控制流经帕尔贴元件4的工作电流越大，帕尔贴元件4的制冷量越大，对电池模组3的制冷作用越强。同时，电池模组3中的相变材料3-3开始融化，吸收热失控的电池单体产生的热量，并在融化过程中将电池模组3的温度维持在40℃。由于相变材料3-3与各电池单体3-1和各导热隔板3-2直接接触，因此减少了热阻，提高了换热效率。

电池单体3-1和导热隔板3-2与壳体主体2的接触面对壳体内部空间进行了密封，防止融化的相变材料3-3泄露。采用分体式的导热隔板3-2，使模组内融化的相变材料互相流通，提高了相变材料的利用率。相变材料3-3的热量可以通过导热隔板3-2传递给帕尔贴元件4的上表面，帕尔贴元件4下表面的热量通过散热翅片2-1传导到空气中。电池模组壳体3-0由隔热材料制成，可以将热失控限制在一个模组内，避免热失控继续蔓延。

正如上面所说的，在其他一些实现方式中，20℃～40℃的电池适宜工作温度区间、5℃的电池模组最大温差可以根据具体的使用环境和工作要求修改为其他温度参数，相变材料3-3的种类和融化温度进行相应的选择与替换。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员不需要付出创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相变材料直接接触式电池包，其特征是，包括电池包壳体主体、电池包壳体顶盖、电池模组和热电元件；

其中，所述电池包壳体主体和电池包壳体顶盖之间可开合式连接，所述电池包壳体主体上设置有容置腔；

所述容置腔内，设置有若干电池模组和热电元件，所述热电元件和电池模组直接接触；

所述电池模组包括壳体，所述壳体上设置有若干电池安装孔，电池单体通过相应的电池安装孔限位于壳体上，所述壳体内填充有相变材料，所述相变材料和各电池单体直接接触。

2.如权利要求1所述的一种相变材料直接接触式电池包，其特征是，所述电池包壳体主体设置有多个内表面，所述内表面围成所述容置腔，所述容置腔随着电池包壳体主体和电池包壳体顶盖开或合，与外界连通或阻隔；

或，所述电池包壳体主体和电池包壳体顶盖连接时，所述电池模组下表面和所述热电元件上表面抵靠，所述热电元件下表面和所述容置腔的下表面抵靠。

3.如权利要求1或2所述的一种相变材料直接接触式电池包，其特征是，所述电池包壳体主体下表面设置有多个散热翅片，所述散热翅片依次间隔设置。

4.如权利要求1或2所述的一种相变材料直接接触式电池包，其特征是，所述电池模组包括多个，呈矩阵式依次布设；所述热电元件包括多个，呈矩阵式依次布设；

或进一步的，所述电池模组和热电元件的设置位置一一对应。

5.如权利要求1所述的一种相变材料直接接触式电池包，其特征是，所述电池模组的壳体内设置有多个电池单体，且所述电池单体呈矩阵式间隔分布，相邻的电池单体之间设置有导热隔板；

或/和，所述电池模组壳体的上表面和下表面与电池单体对应的位置均设置有电池安装孔，所述电池单体侧面的上下部分别和对应的电池安装孔配合，且所述电池单体的顶面为正负极耳，外露于电池模组壳体，电池单体的底面也外露于电池模组壳体，与热电元件直接接触；

或/和，所述电池模组的壳体上还设置有检测安装孔，所述检测安装孔内设置有温度传感元件。以方便获取所述电池模组的工作温度。

6.如权利要求5所述的一种相变材料直接接触式电池包，其特征是，所述电池单体与电池安装孔的接触面、导热隔板与导热隔板安装位的接触面均形成密封面，壳体内部为密封空间。

7.一种相变材料直接接触式电池温度管理系统，其特征是，包括权利要求1-6中任一项所述的电池包和电子控制单元，所述电子控制单元和各个热电元件、温度传感元件相连接，所述电子控制单元用于根据温度传感元件获取的电池模组的工作温度，控制相应热电元件的电流流向和大小。

8.一种车辆，其特征是，包括权利要求1-6中任一项所述的电池包或权利要求7所述的相变材料直接接触式电池温度管理系统，所述电池包壳体主体固定于新能源汽车车身或底盘上；

所述散热翅片和电池包壳体主体一体化连接，散热翅片的设置方向与车辆行驶方向相同。

9.权利要求7所述的相变材料直接接触式电池温度管理系统或权利要求8所述的车辆的电池温度管理方法，其特征是，包括以下步骤：

当电池模组的温度低于第一阈值时，控制相应热电元件的电流方向，使热电元件与电池模组的接触面处于加热状态；

当电池模组的温度处于第一阈值和第二阈值之间时，控制相应热电元件的电流方向和大小，使各个电池模组的温度差小于设定值；

当电池模组的温度高于第二阈值时，控制相应热电元件的电流方向，使热电元件与电池模组的接触面处于制冷状态，同时电池模组中的相变材料融化，吸收热失控的电池单体产生的热量；

所述第二阈值大于第一阈值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征是，所述温度与第一/第二阈值之间的差值越大，热电元件的电流大小越大。