一种基于Y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统
本发明涉及动力电池散热，尤其涉及一种基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统。
背景技术：
1、在“双碳”战略背景下，新能源汽车得到长足发展。然而，动力电池高速充放电循环会产生大量焦耳热，性能和寿命受温度及均温性影响。若电池散热系统不佳，热量无法及时散除，会使电池性能下降甚至发生热失控，因此动力电池的有效散热已成为电动汽车大规模推广过程中需要面对和解决的关键问题之一。
2、过去十余年间，为满足动力电池散热需求，提出了包括空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和热管冷却等在内的多种方案。脉动热管是一种高效的被动传热元件，无运动部件、传热效率高、均温性好、热传输距离可调、结构简单可变，可根据实际需要弯曲成任意形状。
3、公开文献表明，脉动热管内工质的流型显著影响其传热性能，随着输入功率增加，脉动热管内工质会出现循环流。脉动热管进入循环流后，传热性能提升明显，蒸发温度波动小，运行稳定。然而，中小功率下，传统脉动热管内部的工质总是处于不稳定的循环流，随时可能出现循环停滞、反转和振荡的现象。这些不稳定现象消耗工质运动的机械能，降低局部工质循环速度，影响脉动热管局部均温性，产生局部热点，增加热阻，不利于动力电池的安全运行。公开文献还表明，单向阀等手段可提高脉动热管的传热性能，提高蒸发温度稳定性。动力电池冷却用脉动热管需有优良的传热性能和稳定性，因此通过一些技术手段，促使脉动热管内尽早出现定向稳定循环流是非常必要的。
4、公开号为cn202150527u的实用新型专利公开了“一种基于分离式脉动热管的动力电池散热装置”；公开号为cn208849042u的实用新型专利公开了“一种基于脉动热管的动力电池散热装置”；公开号为cn208849042u的发明专利公开了“一种基于脉动热管的圆柱电池热管理模块”。以上公开均基于传统php，并未优化php的定向循环特性，不能充分发挥脉动热管在动力电池冷却领域的应用潜力。
5、公开号为cn217005469u的实用新型专利公开了“具有定向循环流动特性的三维脉动热管”。设置离散式蒸发段，利用蒸发位置的不对称性，造成热驱动力的不均匀，从而促使脉动热管内工质形成稳定的定向循环流。然而，在动力电池冷却的背景下，不对称蒸发段较难实现，该脉动热管的应用局限性较大。公开号为cn108225073a的发明专利公开了“一种集成单向阀的脉动热管及其运行方法”。对于传统脉动热管的管内工质随时可能出现循环停滞、反转和振荡现象的问题，单向阀可以促使管内的工质形成稳定的定向循环流动，提高脉动热管的传热性能。然而，弹簧式、隔膜式等单向阀存在局限性：正向流动压降较大、与脉动热管的集成性不好、气密性不好、存在运动部件、结构复杂等。
6、因此，为了实现动力电池有效散热、提高电池均温性、保证动力电池的安全高效运行，设计一种传热性能好、运行稳定、不添加额外部件也能促使工质在脉动热管中形成稳定定向循环流的脉动热管是非常必要的。如何设计和优化脉动热管的结构也是需要面对和解决的关键问题之一。
技术实现思路
1、本发明是针对现有技术所存在的不足，提供一种定向流动性更好的y型特斯拉阀，并将其与脉动热管结合用于冷却动力电池，提高脉动热管传热性能，满足动力电池冷却的需求，并提供一种基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统。
2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，包括若干脉动热管组成的阵列和动力电池单体组成的阵列，所述脉动热管与动力电池单体交错排列；
3、所述脉动热管与所述动力电池单体之间连接有平板蒸发器；
4、所述平板蒸发器紧贴所述脉动热管和动力电池单体；
5、所述脉动热管顶部串联耦合有y型特斯拉阀，所述y型特斯拉阀包括主管道和y型支管，所述主管道、y型支管为内径相同的毛细管。
6、进一步的，所述脉动热管包括脉动热管蒸发段和脉动热管冷凝段，所述脉动热管冷凝段位于所述脉动热管蒸发段上方；
7、所述脉动热管冷凝段顶部包括水平管，所述水平管串联耦合多个所述y型特斯拉阀；
8、所述脉动热管蒸发段、脉动热管冷凝段和y型特斯拉阀的中轴线位于同一平面。
9、在多个所述y型特斯拉阀总长度不超过所述水平管长度的前提下，应尽量多的设置所述y型特斯拉阀。
10、进一步的，所述平板蒸发器为壳体结构，所述平板蒸发器内表面紧贴所述脉动热管蒸发段的竖管和弯头，间隙填充双组分导热凝胶；
11、所述平板蒸发器外表面紧贴所述动力电池单体；
12、所述平板蒸发器长宽与所述动力电池单体长宽相同。
13、进一步的，所述脉动热管蒸发段与平板蒸发器焊接，并且所述平板蒸发器与脉动热管为材质相同；
14、所述平板蒸发器与脉动热管材质为铜或铝。
15、进一步的，所述脉动热管的毛细管内径为2mm，壁厚为0.5mm。
16、进一步的，所述y型支管以所述主管道为对称轴对称布置，所述y型支管两端均与所述主管道相切链接，所述y型支管由两段圆弧组成，两段所述圆弧的圆心角分别为45°和135°；
17、进一步的，当所述脉动热管冷凝段的冷却方式采用强制风冷时，所述脉动热管冷凝段长度大于或等于所述脉动热管蒸发段；
18、当所述脉动热管冷凝段的冷却方式采用水冷时，所述脉动热管冷凝段长度大于或等于所述脉动热管蒸发段的一半。
19、进一步的，所述脉动热管数目比动力电池单体数目多一个，从而使所述动力电池单体两侧均贴合有所述脉动热管。
20、进一步的，所述脉动热管为闭式，采用的工质为十六烷基三甲基溴化铵水溶液或乙醇或甲醇-丙酮混合物或氧化石墨烯纳米流体水溶液。
21、进一步的，所述脉动热管工质填充率为45—65%，工质填充方式为先抽真空再填充工质。
22、本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，与现有技术相比，具有以下有益效果：
23、（1）提供了一种结构新颖的特斯拉阀，有以下优点：相较于其他类型特斯拉阀，拥有易于集成到脉动热管的结构；支管道由两段圆弧组成，逆向流动时，支管道的分流效果更好；其独特的对称结构和圆弧支管与主管道相切的设计在逆向流动时，单位管长产生更大的压降。现有技术中，促进脉动热管形成定向循环的方法还不成熟。例如：非均匀加热可促进管内工质形成定向循环，但其应用面较窄，对热源的适应性差，难以用于动力电池冷却；弹簧式单向阀、隔膜式单向阀正向流动压降较大，存在运动部件、并且与脉动热管的集成性不好，需要考虑密封问题；本发明基于三种已有的特斯拉阀的设计优势，在大量数值模拟的基础上，提供了一种适合集成于脉动热管，定向流动性能更好的y型特斯拉阀，能够较好解决现有技术的缺陷。
24、（2）提供了一种新型脉动热管即耦合y型特斯拉阀的脉动热管，y型特斯拉阀在不影响脉动热管竖管密度的前提下，促进管内工质形成稳定的定向循环流，降低管内工质流动停滞、反转和振荡的可能，大幅提高脉动热管传热性能。基于y型特斯拉阀脉动热管的电池冷却系统结构紧凑，散热效率高、均温性好、加工制造成本低，利用模具和焊接技术即可完成y型特斯拉阀脉动热管的加工，液体用量少，漏液风险低、无需过多维护。脉动热管的冷凝段可弯折成任意形状，以适应不同的冷凝条件。动力电池冷却系统的热传输距离可调，这使电动汽车的电池包布置更加灵活，有利于设计出更加紧凑的车身。本发明能够满足动力电池冷却的需求，具有很大的应用前景。
25、（3）本发明将脉动热管蒸发段与平板蒸发器焊接，平板蒸发器与动力电池贴合性好，改善了传热元件与动力电池的接触问题，能够降低总热阻，提升动力电池组的冷却速率和温度均匀性，保证动力电池稳定高效的功率输出。
技术特征：
1.一种基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，包括若干脉动热管组成的阵列和动力电池单体组成的阵列，所述脉动热管与动力电池单体交错排列；
2.根据权利要求1所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述脉动热管包括脉动热管蒸发段和脉动热管冷凝段，所述脉动热管冷凝段位于所述脉动热管蒸发段上方；
3.根据权利要求2所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述平板蒸发器为壳体结构，所述平板蒸发器内表面紧贴所述脉动热管蒸发段的竖管和弯头，间隙填充双组分导热凝胶；
4.根据权利要求2所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述脉动热管蒸发段与平板蒸发器焊接，所述平板蒸发器与脉动热管为材质相同；
5.根据权利要求4所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述脉动热管的毛细管内径为2mm，壁厚为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述y型支管以所述主管道为对称轴对称布置，所述y型支管两端均与所述主管道相切链接，所述y型支管由两段圆弧组成，两段所述圆弧的圆心角分别为45°和135°。
7.根据权利要求2所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，当所述脉动热管冷凝段的冷却方式采用强制风冷时，所述脉动热管冷凝段长度大于或等于所述脉动热管蒸发段；
8.根据权利要求1所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述脉动热管数目比动力电池单体数目多一个，从而使所述动力电池单体两侧均贴合有所述脉动热管。
9.根据权利要求1所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述脉动热管为闭式，采用的工质为十六烷基三甲基溴化铵水溶液或乙醇或甲醇-丙酮混合物或氧化石墨烯纳米流体水溶液。
10.根据权利要求1所述的基于y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，其特征在于，所述脉动热管工质填充率为45—65%，工质填充方式为先抽真空再填充工质。
技术总结
本发明公开了一种基于Y型特斯拉阀脉动热管的动力电池冷却系统，包括若干脉动热管组成的阵列和动力电池单体组成的阵列，脉动热管与动力电池单体交错排列；脉动热管与动力电池单体之间连接有平板蒸发器，平板蒸发器紧贴脉动热管和动力电池单体，间隙填充双组分导热凝胶；脉动热管顶部串联耦合有Y型特斯拉阀，Y型特斯拉阀包括主管道和Y型支管，主管道、Y型支管为内径相同的毛细管。本发明可实现动力电池有效散热，提高动力电池均温性，保证动力电池高效稳定的功率输出，为动力电池热控制系统设计提供了有效方案。
技术研发人员：杜文静,李新泽
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23