功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，工質(zhì)箱內(nèi)裝絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)，工質(zhì)泵沉于絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)中，過濾器安裝在工質(zhì)泵的入口，工質(zhì)泵連接噴淋總管，多個(gè)噴淋支管并聯(lián)連接噴淋總管，每個(gè)噴淋支管設(shè)有多個(gè)噴嘴，噴嘴對著高功率電池組；噴淋支管和噴淋總管形成一個(gè)籠狀框架，高功率電池組放置在籠狀框架內(nèi)，其側(cè)面和上方分布噴淋支管，形成相對開放式的噴淋結(jié)構(gòu)；絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)為非極性物質(zhì)，噴淋過程中絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)無相變。本發(fā)明還提供了一種功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的工作方法。本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)合理，散熱效率高。
【專利說明】
功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及功率電池的冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)及其工作方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著新能源戰(zhàn)略實(shí)施，電動(dòng)汽車正在大規(guī)模普及，鋰離子動(dòng)力電池因其優(yōu)異的功率輸出特性和壽命長等優(yōu)點(diǎn)得到良好應(yīng)用。但大容量、高功率鋰離子電池性能對溫度變化較敏感。且在有限空間內(nèi)，電池使用數(shù)目較大。當(dāng)車輛在不同行駛狀況下運(yùn)行時(shí)，電池會(huì)以不同倍率放電，以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量，加上時(shí)間累積以及空間影響會(huì)產(chǎn)生不均勻熱量聚集，從而導(dǎo)致電池組運(yùn)行環(huán)境溫度復(fù)雜多變。〇°c以下的低溫環(huán)境容易在電部件啟動(dòng)過程中造成電池?fù)p毀;而長期高溫環(huán)境會(huì)縮減電池容量，如果長時(shí)間積累，會(huì)造成部分電池過充電和過放電，進(jìn)而影響電池的壽命與性能，極易產(chǎn)生爆炸、燃燒等安全隱患。
[0003]因此，高功率動(dòng)力電池在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量必須經(jīng)過冷卻裝置散熱，確保電池溫度在其安全工作要求溫度范圍內(nèi)，避免超溫造成安全隱患。
[0004]現(xiàn)有的功率電池冷卻裝置，存在如下技術(shù)缺陷:
[0005](1)利用空氣作為介質(zhì)，進(jìn)行間接傳熱:①冷卻裝置采用強(qiáng)制對流空氣冷卻，利用風(fēng)扇/風(fēng)機(jī)強(qiáng)制環(huán)境空氣對流進(jìn)行散熱，而空氣的熱傳導(dǎo)性能低于液體工質(zhì)熱傳導(dǎo)性能，散熱效率低。②對空氣的潔凈度提出更高要求。[〇〇〇6] (2)在電池系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱管，進(jìn)行間接傳熱:①依靠導(dǎo)熱管內(nèi)循環(huán)的液體工質(zhì)與發(fā)熱的電池進(jìn)行熱交換，此方法雖然采用液態(tài)工質(zhì)進(jìn)行傳熱，但工質(zhì)與電池仍然為間接接觸，存在熱阻、流阻及流動(dòng)不均勻問題，散熱效率低。②需要依據(jù)電池排布情況設(shè)計(jì)導(dǎo)熱管回路，導(dǎo)熱管回路排布困難，占用空間大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)， 散熱結(jié)構(gòu)合理，散熱效率高。
[0008]本發(fā)明還提供了一種功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的工作方法。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案如下:
[0010]功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，包括由若干個(gè)單體電池組成的高功率電池組、 絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)、噴嘴、噴淋支管、噴淋總管、工質(zhì)栗、過濾器和工質(zhì)箱，
[0011]工質(zhì)箱內(nèi)裝絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)，工質(zhì)栗沉于絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)中，過濾器安裝在工質(zhì)栗的入口，工質(zhì)栗連接噴淋總管，多個(gè)噴淋支管并聯(lián)連接噴淋總管，每個(gè)噴淋支管設(shè)有多個(gè)噴嘴，噴嘴對著高功率電池組；
[0012]所述噴淋支管和噴淋總管形成一個(gè)籠狀框架，高功率電池組放置在籠狀框架內(nèi)， 其側(cè)面和上方分布噴淋支管，形成相對開放式的噴淋結(jié)構(gòu)；
[0013]所述絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)為非極性物質(zhì)，噴淋過程中絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)無相變。
[0014]工質(zhì)箱可以設(shè)置如下4種冷卻循環(huán)結(jié)構(gòu):[〇〇15]1、工質(zhì)箱設(shè)有空氣自然對流冷卻結(jié)構(gòu):工質(zhì)箱外側(cè)設(shè)置安裝散熱翅片。[〇〇16]2、工質(zhì)箱設(shè)有空氣強(qiáng)制對流冷卻結(jié)構(gòu):工質(zhì)箱外側(cè)設(shè)置安裝散熱翅片，并設(shè)有若干風(fēng)扇對散熱翅片進(jìn)行鼓風(fēng)。
[0017]3、工質(zhì)箱設(shè)有水循環(huán)冷卻裝置:水循環(huán)冷卻裝置的蒸發(fā)工作端浸入工質(zhì)箱中，水循環(huán)冷卻裝置的管路設(shè)有水栗，水循環(huán)冷卻裝置的散熱端通過風(fēng)扇進(jìn)行鼓風(fēng)。
[0018]4、工質(zhì)箱設(shè)有壓縮式制冷循環(huán)冷卻裝置:壓縮式制冷循環(huán)冷卻裝置的蒸發(fā)器浸于工質(zhì)箱中，外側(cè)的冷凝器散熱。
[0019]上述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的工作方法，所述工質(zhì)栗啟動(dòng)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)通過過濾器進(jìn)入工質(zhì)栗，工質(zhì)栗把絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)輸送到噴淋總管，噴淋總管把絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)分配到各個(gè)噴淋支管，噴嘴噴出的絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)直接噴淋到高功率電池組的四周及上方，高功率電池組的熱量通過絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)帶走，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)在重力作用下回流到工質(zhì)箱并被冷卻，如此循環(huán)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)不斷將高功率電池組的熱量帶走。
[0020]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、噴淋支管和噴淋總管形成一個(gè)籠狀框架，高功率電池組放置在籠狀框架內(nèi)，其側(cè)面和上方分布噴淋支管，形成相對開放式的噴淋結(jié)構(gòu)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)直接與需要散熱的高功率電池組發(fā)熱表面接觸傳導(dǎo)熱量，降低接觸熱阻，沒有任何中間介質(zhì)和傳熱轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高熱傳導(dǎo)效率。
[0022]2、絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)為非極性物質(zhì)，噴淋過程中絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)無相變，噴淋的絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)在高功率電池組表面形成霧化液膜，霧化液膜熱傳導(dǎo)具有小流量、大溫差、高傳熱系數(shù)、高熱流密度等優(yōu)良傳熱及流動(dòng)的綜合特性。
[0023]3、在同等的環(huán)境溫度下，直接接觸式冷卻散熱溫差可控，與非直接接觸式傳熱方式相比，可進(jìn)一步降低高功率電池組表面溫度，有助于提高高功率電池組工作壽命和可靠性。
[0024]4、采用噴淋式散熱，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)與高功率電池組發(fā)熱面有效接觸面積(換熱面積)會(huì)增加，從而理論熱傳導(dǎo)效率會(huì)提高(換熱量與面積成正比關(guān)系)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)有效利用率更尚。
[0025]5、噴淋過程中絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)無相變，因此系統(tǒng)循環(huán)不需要?dú)庀喙べ|(zhì)回收設(shè)備，只需設(shè)置常見過濾器用于過濾工質(zhì)在相對開放式循環(huán)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，系統(tǒng)自適應(yīng)性及可靠性更高。
[0026]6、絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)為非極性物質(zhì)，不會(huì)對電子、電器設(shè)備及回路產(chǎn)生影響，對硬件不會(huì)有損壞。
[0027]7、噴淋管路結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)力消耗??；噴嘴部件制造技術(shù)成熟、可靠性高，傳熱過程和結(jié)構(gòu)越簡單其可靠性和可控性越高。
[0028]8、絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)作為液體換熱方式，其熱傳導(dǎo)性能普遍優(yōu)于使用空氣強(qiáng)制對流，并且相對于傳統(tǒng)強(qiáng)制對流風(fēng)冷系統(tǒng)需要新風(fēng)單元以及一些復(fù)雜的架構(gòu)設(shè)計(jì)，液體冷卻技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)要求本身比較少，直接接觸噴淋的結(jié)構(gòu)可以更加簡單，從而節(jié)約成本和延長器件使用壽命?！靖綀D說明】
[0029]圖1是實(shí)施例1的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[〇〇3〇]圖2是實(shí)施例1的噴淋總管和噴淋支管的結(jié)構(gòu)圖。[0031 ]圖3是實(shí)施例2的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4是實(shí)施例2的噴淋總管和噴淋支管的結(jié)構(gòu)圖。[〇〇33]圖5是實(shí)施例3的工質(zhì)箱的散熱結(jié)構(gòu)。[〇〇34]圖6是實(shí)施例4的工質(zhì)箱的散熱結(jié)構(gòu)。【具體實(shí)施方式】[〇〇35]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。[〇〇36] 實(shí)施例1:
[0037]如圖1所示的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，包括由若干個(gè)單體電池組成的高功率電池組1、絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2、噴嘴3、噴淋支管4、噴淋總管5、工質(zhì)栗6、過濾器7和工質(zhì)箱8，[〇〇38]過濾器7保證絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2純凈度，防止雜質(zhì)對工質(zhì)栗6的損傷以及對噴嘴3 的堵塞。
[0039]絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2必須使用絕緣性好的導(dǎo)熱液體工質(zhì)，例如多種型號的變壓油、 導(dǎo)熱油等，保證工質(zhì)絕緣性，避免與高功率電池組1接觸導(dǎo)電，造成電池?fù)p毀和系統(tǒng)報(bào)廢。絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2普遍具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，且通過噴淋可與發(fā)熱的高功率電池組1直接接觸散熱，從而能夠高效的實(shí)現(xiàn)對高功率電池組1散熱。
[0040]噴嘴3需選用絕緣優(yōu)良且工程強(qiáng)度符合要求的材料。
[0041]工質(zhì)箱8內(nèi)裝絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2,工質(zhì)栗6沉于絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2中，過濾器7安裝在工質(zhì)栗6的入口，工質(zhì)栗6連接噴淋總管5，多個(gè)噴淋支管4并聯(lián)連接噴淋總管5，每個(gè)噴淋支管4設(shè)有多個(gè)噴嘴3，噴嘴3對著高功率電池組1。
[0042]絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2為非極性物質(zhì)，噴淋過程中絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2無相變。
[0043]如圖2所示，噴淋支管4和噴淋總管5形成一個(gè)籠狀框架，高功率電池組1放置在籠狀框架內(nèi)，其側(cè)面和上方分布噴淋支管4，形成相對開放式的噴淋結(jié)構(gòu)。
[0044]工質(zhì)箱8設(shè)有空氣自然對流冷卻結(jié)構(gòu):工質(zhì)箱8外側(cè)設(shè)置安裝散熱翅片9。僅依靠環(huán)境空氣的自然對流使攜帶電池?zé)崃康慕^緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2在工質(zhì)箱8內(nèi)通過散熱翅片9及環(huán)境冷卻降溫。此冷卻方式突出優(yōu)點(diǎn)為:冷卻部分不使用任何耗功電器或機(jī)械部件；只要環(huán)境條件滿足基本散熱溫差和自然對流條件，即可使用。工質(zhì)箱8中的絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2不斷進(jìn)行冷卻，以保證絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2與高功率電池組1的有效換熱溫差，以對高功率電池組1進(jìn)行有效的冷卻。
[0045]上述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的工作方法，所述工質(zhì)栗6啟動(dòng)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2通過過濾器7進(jìn)入工質(zhì)栗6,工質(zhì)栗6把絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2輸送到噴淋總管5,噴淋總管5把絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2分配到各個(gè)噴淋支管4,噴嘴3噴出的絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2直接噴淋到高功率電池組1的四周及上方，高功率電池組1的熱量通過絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2帶走，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2在重力作用下回流到工質(zhì)箱8并被冷卻，如此循環(huán)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2不斷將高功率電池組1的熱量帶走。[〇〇46] 實(shí)施例2:
[0047]圖3示出了另外一種功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)。工質(zhì)箱8設(shè)有空氣強(qiáng)制對流冷卻結(jié)構(gòu):工質(zhì)箱8外側(cè)設(shè)置安裝散熱翅片9,并設(shè)有若干風(fēng)扇10對散熱翅片9進(jìn)行鼓風(fēng)?？諝庠谕饬?qiáng)制影響下發(fā)生對流，溫度較低的新風(fēng)不斷鼓入與絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2冷卻。
[0048]如圖4所示，噴淋支管4和噴淋總管5形成一個(gè)矩形框架。
[0049]實(shí)施例3:[〇〇5〇]如圖5所示，工質(zhì)箱8設(shè)有水循環(huán)冷卻裝置:水循環(huán)冷卻裝置的蒸發(fā)工作端11浸入工質(zhì)箱8中，水循環(huán)冷卻裝置的管路設(shè)有水栗13,水循環(huán)冷卻裝置的散熱端12通過風(fēng)扇10進(jìn)行鼓風(fēng)，實(shí)現(xiàn)對工質(zhì)箱8中換熱回流的高溫的絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2的冷卻，蒸發(fā)工作端11的水將絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2的熱量帶出到散熱端12進(jìn)行散熱后，通過水栗13循環(huán)繼續(xù)對絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2換熱。[〇〇51 ] 實(shí)施例4:
[0052]如圖6所示，工質(zhì)箱8設(shè)有壓縮式制冷循環(huán)冷卻裝置:壓縮式制冷循環(huán)冷卻裝置的蒸發(fā)器14浸于工質(zhì)箱8中，外側(cè)的冷凝器15散熱。蒸發(fā)器14與高溫的絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)2進(jìn)行熱交換后，在外側(cè)的冷凝器15中進(jìn)行冷卻再循環(huán)。
[0053]上述為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，其特征在于:包括由若干個(gè)單體電池組成的高功 率電池組、絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)、噴嘴、噴淋支管、噴淋總管、工質(zhì)栗、過濾器和工質(zhì)箱，所述工質(zhì)箱內(nèi)裝絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)，工質(zhì)栗沉于絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)中，過濾器安裝在 工質(zhì)栗的入口，工質(zhì)栗連接噴淋總管，多個(gè)噴淋支管并聯(lián)連接噴淋總管，每個(gè)噴淋支管設(shè)有 多個(gè)噴嘴，噴嘴對著高功率電池組；所述噴淋支管和噴淋總管形成一個(gè)籠狀框架，高功率電池組放置在籠狀框架內(nèi)，其側(cè) 面和上方分布噴淋支管，形成相對開放式的噴淋結(jié)構(gòu)；所述絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)為非極性物質(zhì)，噴淋過程中絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)無相變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)箱設(shè) 有空氣自然對流冷卻結(jié)構(gòu):工質(zhì)箱外側(cè)設(shè)置安裝散熱翅片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)箱設(shè) 有空氣強(qiáng)制對流冷卻結(jié)構(gòu):工質(zhì)箱外側(cè)設(shè)置安裝散熱翅片，并設(shè)有若干風(fēng)扇對散熱翅片進(jìn) 行鼓風(fēng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)箱設(shè) 有水循環(huán)冷卻裝置:水循環(huán)冷卻裝置的蒸發(fā)工作端浸入工質(zhì)箱中，水循環(huán)冷卻裝置的管路 設(shè)有水栗，水循環(huán)冷卻裝置的散熱端通過風(fēng)扇進(jìn)行鼓風(fēng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)箱設(shè) 有壓縮式制冷循環(huán)冷卻裝置:壓縮式制冷循環(huán)冷卻裝置的蒸發(fā)器浸于工質(zhì)箱中，外側(cè)的冷 凝器散熱。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電池的工質(zhì)接觸式冷卻系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:所 述工質(zhì)栗啟動(dòng)，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)通過過濾器進(jìn)入工質(zhì)栗，工質(zhì)栗把絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)輸 送到噴淋總管，噴淋總管把絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)分配到各個(gè)噴淋支管，噴嘴噴出的絕緣液體 導(dǎo)熱工質(zhì)直接噴淋到高功率電池組的四周及上方，高功率電池組的熱量通過絕緣液體導(dǎo)熱 工質(zhì)帶走，絕緣液體導(dǎo)熱工質(zhì)在重力作用下回流到工質(zhì)箱并被冷卻，如此循環(huán)，絕緣液體導(dǎo) 熱工質(zhì)不斷將高功率電池組的熱量帶走。
【文檔編號】H01M10/6568GK105977572SQ201610439767
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】王偉
【申請人】廣東合新材料研究院有限公司, 廣東合一新材料研究院有限公司