本發明屬于電池熱管理，具體涉及一種浸沒蒸發式高能效自驅型電池熱管理系統，尤其涉及一種浸沒蒸發式高能效自驅型電池包、熱管理系統及方法。

背景技術：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

2、隨著新能源技術的發展，尤其是在電動汽車、移動設備和可再生能源儲存等領域的廣泛應用，電池技術逐漸成為現代能源體系的核心組成部分。因此，研發具有更高能量密度的動力電池包，并配套更加先進的電池管理系統，以最大化地挖掘和展現其卓越性能，已成為當前亟待解決的重要問題。

3、電池熱管理系統是電池管理系統中至關重要的組成部分，尤其在高能量密度電池和快速充電技術廣泛應用的今天，電池的性能、壽命和安全性都受到溫度的直接影響。熱管理系統的主要作用是通過有效地調控電池的工作溫度，確保其在最佳的溫度范圍內運行，從而提升電池的整體效能，延長使用壽命，并保障其安全性。

4、電池的化學反應對溫度非常敏感。如鋰離子電池的最佳工作溫度通常為20℃～40℃。在這個溫度范圍內，電池能夠提供最佳的充電和放電性能，并具有較長的使用壽命。過高或過低的溫度都會導致電池性能下降，并可能引發安全風險。當電池溫度超過一定閾值時，電池內的化學反應速度加快，雖然短期內可能會提升電池的功率輸出，但長時間的高溫會加速電池內部材料的老化，導致容量衰減加速，最終降低電池的性能。此外，在高溫環境下，鋰離子電池可能發生熱失控，嚴重時會引發火災或爆炸。低溫下，電池內部電解質的離子遷移速率減緩，電池的內阻增大，充放電效率下降，甚至可能發生無法正常充放電的現象。尤其是在寒冷環境下，電池的充放電能力大幅下降，可能導致電池在低溫條件下無法正常使用。

5、溫度對電池的使用壽命也有顯著影響。長期在高溫下工作會加速電池內部材料的化學反應和結構損傷，導致容量的快速衰減。低溫會導致電池電解質黏度增加，電池內阻增大，這不僅會加速電池的內部損耗，還會影響電池的健康狀況。

6、綜上，隨著電池能量密度的不斷提升和應用場景更多樣的變化，電池熱管理技術將繼續成為電池技術研發和產品設計中的核心要素，以確保電池能夠在高效、安全的狀態下運行。

7、浸沒蒸發式電池熱管理系統是一種新型的電池熱管理解決方案。其核心原理是利用介電相變流體直接接觸電池并吸收熱量。環繞電池的液態冷卻液吸收熱量后溫度升高，進而蒸發成為氣態，通過相變潛熱帶走電池產生的熱量。蒸發后的氣態冷卻液被引導至熱交換器或冷凝器，在這里釋放吸收的熱量并重新凝結為液態冷卻液，然后返回液體浴中，完成熱循環。

8、浸沒蒸發式電池熱管理系統具有很多優點：(1)提供了優越的熱管理性能，通過與電池的直接接觸確保了均勻的溫度分布，減少了熱區的形成；(2)相比傳統的空氣冷卻系統，設計更加緊湊，無需大規模的散熱鰭片或風扇；(3)通過維持電池在最佳溫度范圍內運行，減少過熱風險，有效延長電池的使用壽命；(4)使用不可燃的介電冷卻液，降低了熱失控和火災風險，增強了系統的整體安全性；(5)由于相變冷卻液的熱效率較高，系統通常只需要較少的能源來維持運行，從而實現節能。

9、但是，雖然目前已經存在多種不同類型的浸沒蒸發式電池熱管理方案，但均存在一定缺陷。例如，專利號cn115039271a公開了一種電池系統和蒸發冷卻方法，該專利將電池組一部分浸沒在熱傳遞流體中，由多空芯吸附冷卻液對電池進行冷卻。但是該電池包中的電池單體只有部分浸沒在液體中，而未浸沒在液體中的部分無法利用液體之間的流動來散熱。專利號cn207098018u公布了一種電池蒸發系統，工作時冷卻液在冷凝器和蒸發腔之循環，維持電池溫度穩定。但是該系統不能保持電池包內冷卻液高度的恒定，并控制電池包內蒸汽的壓力，因而不能確保電池各部分的散熱均勻性和系統安全性。專利號cn116093484a公布了一種介電液體蒸發冷卻的方案。芯吸組件吸收電池散出的熱量，芯吸組件上包括蒸汽逸出通路供蒸汽逸出。但是該系統不能調節介電液體的蒸發量，因而無法精確控制電池的溫度。專利號cn219393512u公布了一種蒸發冷卻電池模組系統，可以對不同位置的電池均勻散熱。但是該系統并未考慮電池防爆閥破裂后產生的火焰可能對冷卻液以及系統穩定性造成的影響。

技術實現思路

1、本發明為了解決上述問題，提出了一種浸沒蒸發式高能效自驅型電池包、熱管理系統及方法，本發明能夠利用冷卻液在蒸發過程中的相變潛熱吸收電池產生的熱量，能效更高，且本發明考慮了電池防爆閥破裂后產生的火焰可能對冷卻液以及系統穩定性造成的影響，并設計了巧妙的結構，克服了上述問題。

2、根據一些實施例，本發明采用如下技術方案：

3、一種浸沒蒸發式高能效自驅型電池包，包括內層殼體、外層殼體和電池單體，其中，所述外層殼體套設在內層殼體的外部，且兩者之間具有一定的殼體間隙；所述內層殼體內用于容納若干電池單體和液態冷卻液，所述電池單體倒置設置于所述內層殼體內，并浸沒在液態冷卻液中；

4、所述內層殼體、外層殼體的側壁上均設置有入口和出口，且兩層殼體的入口位置相對應，出口位置相對應；

5、所述電池單體上設置有極耳和防爆閥，所述內層殼體的底部設置有相匹配的極耳開口和防爆閥開口。

6、作為可選擇的實施方式，所述內層殼體的側壁上，在液態冷卻液液位以下的位置，設置有內層殼體的入口，所述外層殼體的側壁的對應位置，設置有外層殼體的入口，水泵的出口可以穿過所述外層殼體的入口，以和所述內層殼體的入口連接。

7、作為可選擇的實施方式，所述內層殼體的側壁上，在液態冷卻液液位以上的位置，設置有內層殼體的出口，所述外層殼體的側壁的對應位置，設置有外層殼體的出口，風扇的入口可以穿過所述外層殼體的出口，以和所述內層殼體的出口連接。

8、作為可選擇的實施方式，所述液態冷卻液的液位高度至少與電池高度平齊。

9、作為可選擇的實施方式，所述內層殼體的內壁上安裝有液位傳感器，所述內層殼體的內壁上，位于液態冷卻液液位以上的位置，安裝有壓力傳感器，位于液態冷卻液液位以下的位置，安裝有溫度傳感器；

10、所述內層殼體的外壁或所述外層殼體的內壁上，位于殼體間隙中，安裝有液體傳感器。

11、作為可選擇的實施方式，所述極耳開口和防爆閥開口的數量，和電池單體的數量相匹配，各電池單體的極耳穿過內層殼體底面的對應的極耳開口，在所述殼體間隙中進行串并聯連接；

12、各電池單體的防爆閥與內層殼體底面的對應的防爆閥開口對齊。

13、作為進一步的，所述極耳開口和防爆閥開口均采取密封措施或具有密封結構。

14、作為可選擇的實施方式，所述外層殼體為分體結構，包括可拆卸的殼體和上蓋，所述上蓋上設置有若干通氣孔或通氣槽，且所述通氣孔或通氣槽的位置和所述殼體間隙的位置相對應。

15、一種浸沒蒸發式高能效自驅型電池熱管理系統，包括上述電池包、冷卻循環子系統和電子控制子系統，所述冷卻循環子系統包括風扇和水泵，所述風扇的入口穿過電池包的外層殼體的出口，與內層殼體出口連接，所述水泵的出口穿過所述電池包的外層殼體的入口，與內層殼體入口連接；

16、所述電子控制子系統包括電池管理系統控制單元，所述電池管理系統控制單元和電池包內設置的液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和液體傳感器連接，用于根據各傳感器的數據，分別控制風扇、水泵的運轉，以及風扇的轉速和水泵的流量。

17、作為可選擇的實施方式，所述冷卻循環子系統還包括冷凝器和補償水箱，所述風扇的出口與冷凝器的入口連接，冷凝器的出口與補償水箱的入口連接，補償水箱的出口與水泵的入口連接。

18、作為可選擇的實施方式，所述電池管理系統控制單元被配置為根據液位傳感器獲取的液位數據，調節水泵的流量，保持液態冷卻液液位高度的恒定，使電池單體始終浸沒在液態冷卻液中；

19、根據壓力傳感器獲取的壓力數據和溫度傳感器獲取的溫度數據，調節風扇的轉速，當溫度數據大于設定值時，控制風扇的轉速大于第一速度，當溫度數據小于等于設定值時，控制風扇的轉速小于等于第一速度；

20、根據液體傳感器獲取的數據，檢測是否發生冷卻液泄露，如果是則停止水泵和風扇的運轉。

21、基于上述系統的工作方法，包括以下步驟：

22、獲取電池包內設置的液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和液體傳感器的數據，根據液位傳感器獲取的液位數據，調節水泵的流量，保持液態冷卻液液位高度的恒定，使電池單體始終浸沒在液態冷卻液中；

23、根據壓力傳感器獲取的壓力數據和溫度傳感器獲取的溫度數據，調節風扇的轉速，當溫度數據大于設定值時，控制風扇的轉速大于第一速度，當溫度數據小于等于設定值時，控制風扇的轉速小于等于第一速度；

24、根據液體傳感器獲取的數據，檢測是否發生冷卻液泄露，如果是則停止水泵和風扇的運轉。

25、一種動力機構或儲能機構，包括上述電池包或熱管理系統。

26、所述動力機構包括但不限于電動汽車、移動設備，所述儲能機構包括但不限于可再生能源儲存設施。

27、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

28、1、通過將電池完全浸沒在液態冷卻液中，并利用液位傳感器和水泵維持液態冷卻液液位的恒定，使液態冷卻液可以通過對流直接吸收和交換電池不同部位產生的熱量，提高了電池的溫度均勻性和散熱效果。

29、2、通過液態冷卻液的蒸發相變來吸收電池產生的熱量，并利用壓力傳感器、溫度傳感器和風扇調節氣態冷卻液的壓力，從而維持或改變冷卻液的蒸發速度，可以精確控制電池溫度并提高了電池的散熱效果。

30、3、電池工作時極耳附近的溫度較高，遠離極耳的溫度較低。通過將電池倒置，使液態冷卻液在向上流動的過程中可以更多的吸收電池產生的熱量，從而增大了液態冷卻液的蒸發量，提高了電池的散熱效果。

31、4、通過在內層殼體底部設置極耳開口和防爆閥開口，一方面可以對電池單體固定，實現倒置安裝方式；另一方面可以將極耳引出到殼體間隙中進行串并聯連接，不受液態冷卻液的干擾；再一方面可以將火焰導出，與電池和冷卻液分離，提高了電池包的安全性。

32、5、通過設置內、外雙層殼體，并在殼體間隙中安裝液體傳感器，當內層殼體發生泄漏時，液態冷卻液可以流到殼體間隙內，同時停止水泵和風扇的運轉，防止冷卻液流到電池包外，提高了電池包的可靠性。

33、6、通過將電池倒置使防爆閥開口向下，并在內外層殼體之間設置殼體間隙，當電池發生熱失控造成防爆閥破裂時，可以使火焰在殼體間隙中傳播，并通過內層殼體內部的冷卻液和外層殼體外部的空氣吸收火焰的熱量，從而降低火焰的溫度使火焰熄滅，提高了電池包的安全性。

34、7、通過在電池包上蓋上設置通氣孔，使內外層殼體的間隙與大氣保持聯通，防止火焰引發爆炸，提高了電池包的安全性。

35、8、電池管理系統控制單元僅需根據液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器采集的信息調節水泵的流量和風扇的轉速，就可以驅動熱管理系統正常運轉，降低了能量消耗和制造成本。

36、為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。