動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出在動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置的熱管理結(jié)構(gòu)中，采用諸如石墨等高導(dǎo)熱片作為循環(huán)液流與動(dòng)力電池的換熱橋梁，利用石墨片優(yōu)越的平面導(dǎo)熱能力，高效傳遞熱量，保障電池組溫度穩(wěn)定性和均衡性，去除以往電池間的液流流程與介質(zhì)空間，顯著降低電池包體積和重量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池成組熱控包的緊湊與輕量化。
【專利說明】動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車、動(dòng)力電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域，特別涉及動(dòng)力電池液體流動(dòng)換熱結(jié)構(gòu)和電池組溫度均衡性提升的增效控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題使傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，節(jié)能環(huán)保的電動(dòng)汽車越來越受到關(guān)注。世界各大汽車廠商已經(jīng)把電動(dòng)汽車(Electric Vehicle，EV)和混合動(dòng)力汽車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)作為未來汽車發(fā)展的重要方向。
[0003]動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，直接影響到電動(dòng)汽車的性能和續(xù)航里程。汽車行駛工況復(fù)雜多變，高溫環(huán)境、大負(fù)載、瞬間加速、爬坡時(shí)如不及時(shí)散熱會(huì)造成電池溫度過高，極大影響電池容量及使用壽命；同時(shí)，電池組內(nèi)溫度均衡性差也會(huì)造成內(nèi)耗，影響使用效率和續(xù)航里程。因此，對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行及時(shí)、有效的熱控制就顯得尤其重要。
[0004]目前針對(duì)動(dòng)力電池的控溫方式按照傳熱介質(zhì)分類主要有風(fēng)冷和液冷兩種。風(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，成本較低，主要用于結(jié)構(gòu)簡單和電力負(fù)荷較小的情況下；不足之處在于電池壁面之間換熱系數(shù)低，冷卻速度慢，熱響應(yīng)差，傳熱效率低。然而，液冷系統(tǒng)換熱能力強(qiáng)，傳熱速率快，便于冷暖雙向熱控，易于整車集成熱管理，即液流較強(qiáng)的可控性有利于電池、電機(jī)和控制單元熱控聯(lián)動(dòng)，以及與空調(diào)等系統(tǒng)熱力耦合，有利實(shí)現(xiàn)能量互補(bǔ)再利用。液流結(jié)構(gòu)對(duì)于大負(fù)荷高功率的電池成組系統(tǒng)已經(jīng)成為主流選用方案。當(dāng)然，液體介質(zhì)流程空間和散熱循環(huán)系統(tǒng)通?？臻g較大，密封性要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且重量大，這些也制約液流系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，需求結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱能力強(qiáng)的液流結(jié)構(gòu)一直是人們不斷努力的重點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。諸如石墨導(dǎo)熱片等不但具有極聞的導(dǎo)熱能力，而且還具有獨(dú)特的晶粒取向，使片型面向的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)1500W/m*k以上，這樣突出的平面導(dǎo)熱能力不但利于熱量的平面?zhèn)鬟f實(shí)現(xiàn)電池溫均性，而且便于熱量的面向傳出。由此，可以避免復(fù)雜的液流結(jié)構(gòu)與電池一一接觸傳熱，即所謂非接觸熱控結(jié)構(gòu)表示液流流程不采用貫穿于電池成組內(nèi)部的直接對(duì)流換熱形式，而通過高效導(dǎo)熱換熱片完成導(dǎo)熱傳熱后，再與外部液流介質(zhì)對(duì)流換熱傳輸熱量。另外，該類材料導(dǎo)熱片單位重量比鋁輕25%，比銅輕75%，如此良好的輕質(zhì)高傳導(dǎo)材料進(jìn)一步減輕了大容量電池成組重量。本發(fā)明裝置方法提出將石墨類等高導(dǎo)熱輕質(zhì)片應(yīng)用于動(dòng)力電池成組液流熱控?fù)Q熱結(jié)構(gòu)中，利用高導(dǎo)熱片作為電池成組間隔的熱量傳遞媒介，再將熱量傳遞給電池組疊層外端部液流換熱器。其中，液流不參與電池間隔換熱，液流流程不貫穿于電池之間，使液流腔呈非接觸狀態(tài)。因此，液流非接觸熱控裝置形式保證電池良好的傳熱特性和溫度均衡性同時(shí)，減少液體介質(zhì)容量及流程空間，簡化電池成組的換熱結(jié)構(gòu)；在實(shí)現(xiàn)大容量電池成組體積緊湊和輕量化同時(shí)，利用高導(dǎo)熱片有效實(shí)施動(dòng)力電池?zé)峥睾蜔峁芾怼?br> [0005]動(dòng)力電池液體流動(dòng)傳熱的技術(shù)在不斷進(jìn)步中已有一些相關(guān)專利，如中國專利“一種基于脈動(dòng)熱管的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(201110066246.5)”,提出在每塊電池單體的表面分布有來回彎折呈排狀的脈動(dòng)熱管換熱結(jié)構(gòu)；中國專利“具有高效均衡散熱功能和電加熱功能的電池?zé)峁芾碓O(shè)備(201310063494.3)”，提到將單體電池布置于復(fù)合相變材料中，利用相變潛熱對(duì)電池進(jìn)行熱控制；中國專利“一種電動(dòng)汽車電池組水冷式熱管理系統(tǒng)(201210376200.8)”，提出內(nèi)部設(shè)置有冷卻通道的冷卻隔板緊貼于動(dòng)力電池單體兩側(cè)，冷卻通道的兩端分別與進(jìn)液管和出液管連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池的液冷溫度控制。但這些專利涉及到的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中換熱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液體介質(zhì)容量及流程空間大，并沒有采取高導(dǎo)熱片進(jìn)行換熱增效控制，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡約輕量化。
[0006]在國際上，針對(duì)動(dòng)力電池液冷已開展了 一些相關(guān)研究，如美國專利“Vehicle Battery Cooling structure (US20120055725A1) ”、“Power BatteryPack Cooling Apparatus (US201200282511A1)，，、“Vehicle Battery CoolingDevice(US20117905308B2)'“Cooling System For a Battery Pack(US20036569556B2) ”等。但是，沒有闡述采取高導(dǎo)熱片進(jìn)行換熱增效控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出在動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置的熱管理結(jié)構(gòu)中，采用諸如石墨等高導(dǎo)熱片作為循環(huán)液流與動(dòng)力電池的換熱橋梁，利用石墨片優(yōu)越的平面導(dǎo)熱能力，高效傳遞熱量，保障電池組溫度穩(wěn)定性和均衡性，去除以往電池間的液流流程與介質(zhì)空間，顯著降低電池包體積和重量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池成組熱控包的緊湊與輕量化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1液流介質(zhì)與動(dòng)力電池組熱交換示意圖。
[0009]圖2高導(dǎo)熱換熱片結(jié)構(gòu)示意圖。其中虛線框內(nèi)為換熱片表面開設(shè)的溝槽、百葉窗等強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)。
[0010]圖3動(dòng)力電池單體與高導(dǎo)熱換熱片間隔成組排列示意圖。
[0011]圖中各部件的編號(hào)和對(duì)應(yīng)名稱如下:
[0012]圖1-3中:1_高導(dǎo)熱換熱片、2-動(dòng)力電池單體、3-溝槽、百葉窗等強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)、4-液流介質(zhì)、5-端部液流換熱器
【具體實(shí)施方式】
[0013]如附圖所示，在本實(shí)施例中，動(dòng)力電池成組的單體電池2兩側(cè)表面布置高導(dǎo)熱換熱片1，并進(jìn)行間隔成組排列，利用其高導(dǎo)熱能力實(shí)現(xiàn)電池體面良好的熱量傳遞和溫均性，保證電池成組疊層高效傳熱和結(jié)構(gòu)緊湊。高導(dǎo)熱換熱片I與電池2側(cè)面采用高導(dǎo)熱粘合劑貼附，降低導(dǎo)熱熱阻，實(shí)現(xiàn)電池體與高導(dǎo)熱換熱片間良好傳熱。
[0014]再者，設(shè)置端部液流換熱器5，將高導(dǎo)熱換熱片I端部置于端部液流換熱器5中，利用諸如石墨等高導(dǎo)熱片優(yōu)越的平面導(dǎo)熱能力使高導(dǎo)熱換熱片I作為循環(huán)液流與動(dòng)力電池的換熱橋梁，流經(jīng)端部液流換熱器5內(nèi)正、反向液流介質(zhì)4主要通過高導(dǎo)熱換熱片I與動(dòng)力電池2進(jìn)行換熱，優(yōu)化換熱結(jié)構(gòu)，減少液體介質(zhì)容量及流程空間，降低電池包總重量，實(shí)現(xiàn)電池體冷卻和預(yù)熱的導(dǎo)熱傳熱量與液流介質(zhì)的有效換熱。
[0015]同時(shí)，端部液流換熱器5中的高導(dǎo)熱換熱片I插入部分開設(shè)諸如溝槽、百葉窗等強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)3，正、反向液流介質(zhì)4在端部液流換熱器5中沿液流通道沖刷溝槽、百葉窗等強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)3，利用多維對(duì)流傳熱，實(shí)現(xiàn)液流介質(zhì)流動(dòng)的高效換熱，保證電池成組液流熱控的熱量迅速傳輸。
【權(quán)利要求】
1.動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置，其特征在于動(dòng)力電池成組的單體電池(2)兩側(cè)表面布置高導(dǎo)熱換熱片(I )，利用其高導(dǎo)熱能力實(shí)現(xiàn)電池體面良好的熱量傳遞和溫均性，保證電池成組疊層高效傳熱和結(jié)構(gòu)緊湊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置的高導(dǎo)熱換熱片，其特征在于設(shè)置端部液流換熱器(5)，將高導(dǎo)熱換熱片(I)端部置于端部液流換熱器(5)中，實(shí)現(xiàn)電池體冷卻和預(yù)熱的導(dǎo)熱傳熱量與液流介質(zhì)的有效換熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2，所述的動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置的端部液流換熱器(5)，其特征在于端部液流換熱器(5)中的高導(dǎo)熱換熱片(I)插入部分開設(shè)諸如溝槽、百葉窗等強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)(3 )，利用多維對(duì)流傳熱，實(shí)現(xiàn)液流介質(zhì)(4)流動(dòng)的高效換熱，保證電池成組液流熱控的熱量迅速傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的動(dòng)力電池成組液流非接觸熱控裝置，其特征在于高導(dǎo)熱換熱片(I)與電池(2)側(cè)面采用高導(dǎo)熱粘合劑貼附，降低導(dǎo)熱熱阻，實(shí)現(xiàn)電池體與高導(dǎo)熱換熱片間良好傳熱。
【文檔編號(hào)】H01M10/613GK103594755SQ201310641294
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】高青, 張?zhí)鞎r(shí), 高淳, 王國華 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)