一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，包括盛裝有循環(huán)液的水箱、循環(huán)泵、水箱的密封蓋板、固定安裝在密封蓋板上方的由多個單體電池組成的電池組陣列；在各個單體電池的表面均粘貼有一均溫板和一熱管，熱管冷卻段穿過密封蓋板置于水箱內(nèi)的循環(huán)液中；水箱的一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液入，另一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液出口，并在水箱內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)，使循環(huán)液以曲線的流動方式由水箱的循環(huán)液入口流至循環(huán)液出口；本系統(tǒng)及其方法可解決電池在不同工作條件下的散熱、降低電池組溫差、預(yù)熱電池以及熱量循環(huán)利用等技術(shù)問題，同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊簡單，安裝維護(hù)方便，符合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及電動汽車的發(fā)展趨勢，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及動力電池保護(hù)裝置，尤其涉及一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源問題以及環(huán)境污染問題日益突出，人類對環(huán)保節(jié)能的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，依靠動力電池驅(qū)動的電動汽車及混合動力車必將成為汽車行業(yè)的主流。我國公布了一系列利好政策促進(jìn)新能源汽車的研究和發(fā)展，并取得一定成效。然而，電動汽車的核心部件動力電池在充放電過程中大量產(chǎn)熱，引起電池溫度上升。高溫導(dǎo)致電池性能下降甚至爆炸，而低溫環(huán)境下電池溫度過低無法工作，這些問題始終制約著電動汽車的發(fā)展。高效節(jié)能的熱管理方案能有效保證電池處于最佳工作溫度區(qū)間，從而大幅提高電池性能和壽命，同時確保電池安全工作。因此，熱管理系統(tǒng)的改進(jìn)已經(jīng)成為進(jìn)一步提高動力電池性能和發(fā)展電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)
[0003]目前，已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的熱管理技術(shù)有空氣冷卻和液體冷卻，但這兩者都具有難以克服的不足，如空氣導(dǎo)熱系數(shù)低，以及液冷的密封性和過重等問題?；谙嘧儾牧侠鋮s的熱管理技術(shù)雖然具有一定優(yōu)越性，但相變材料導(dǎo)熱差，儲熱速度低。此外，目前大多熱管理系統(tǒng)設(shè)計并未考慮熱量的循環(huán)利用問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、使用安全可靠的動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)。解決不同工作環(huán)境下，如動力電池高溫散熱、低溫加熱等技術(shù)問題。使電池在各種工作環(huán)境下都能發(fā)揮其最佳性能。
[0005]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，包括盛裝有循環(huán)液的水箱4、用于驅(qū)動循環(huán)液流動的循環(huán)栗、水箱4的密封蓋板5、固定安裝在密封蓋板5上方的由多個單體電池I組成的電池組陣列；在各個單體電池I的表面均粘貼有一均溫板3和一熱管2，均溫板3的中部具有一缺口，該熱管2的蒸發(fā)段2-1呈扁平狀，并置于該缺口內(nèi)，蒸發(fā)段2-1通過該缺口與單體電池I的表面相互貼合;熱管2冷卻段2-2穿過密封蓋板5置于水箱4內(nèi)的循環(huán)液中；所述水箱4的一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液入口 4-1，另一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液出口 4-2。
[0007]所述水箱4內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu);該循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)包括分別相互間隔、且交錯布置在水箱4內(nèi)側(cè)壁上的多個擾流隔板8，在水箱循環(huán)液出口 4-2的一部分?jǐn)_流隔板8上焊接有擾流柱7，即循環(huán)液入口 4-1側(cè)的擾流隔板8不安裝擾流柱7;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使循環(huán)液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2。
[0008]所述熱管2的冷卻段2-2的軸線垂直于循環(huán)液在擾流隔板8間的流動方向。
[0009 ]所述擾流柱7的布置方向與冷卻段2-2的軸線平行。
[0010]在臨近水箱4循環(huán)液入口 4-1的側(cè)壁，設(shè)有對循環(huán)液進(jìn)行加熱的加熱部件，該加熱部件連接有溫控元件及加熱裝置;水箱4的外部包覆有保溫層。
[0011]所述冷卻段2-2與蒸發(fā)段2-1的軸線相互垂直，冷卻段2-2截面形狀為圓形。
[0012]所述循環(huán)栗設(shè)置有流量控制裝置;所述循環(huán)液為冷卻液體。
[0013]本實(shí)用新型動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括電池組散熱步驟和電池組加熱步驟:
[0014]所述電池組散熱步驟:啟動循環(huán)栗，使冷卻液體在水箱4內(nèi)循環(huán)流動;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使冷卻液體以曲線的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2;不斷流動的冷卻液體在冷卻段2-2間流動，此時，電池組產(chǎn)生的熱量通過均溫板3及蒸發(fā)段2-1傳遞給冷卻段2-2以實(shí)現(xiàn)熱交換，最終由流動的冷卻液體將電池組產(chǎn)生的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)電池組散熱；
[0015]所述電池組加熱步驟:啟動循環(huán)栗、加熱裝置，使冷卻液體在水箱4內(nèi)循環(huán)流動，此時冷卻液體被加熱，轉(zhuǎn)換成熱液體;在擾流隔板8的阻擋作用下改變熱液體在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使熱液體以曲線的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2;此時熱管2的原蒸發(fā)段2-1轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s段，原冷卻段2-2轉(zhuǎn)變?yōu)檎舭l(fā)段;不斷流動的熱液體在蒸發(fā)段間循環(huán)流動，在熱管的換熱作用下，將熱液體的熱量傳給電池組，實(shí)現(xiàn)電池組的加熱。
[0016]在電池組散熱和加熱步驟中，通過設(shè)置循環(huán)栗的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，對冷卻液體或者熱液體的流動速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電池組的加速散熱或者加速升溫；
[0017]通過溫控元件控制熱液體的溫度。
[0018]本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0019]本實(shí)用新型將燒結(jié)式熱管應(yīng)用于電池?zé)峁芾?。熱管具有極高的導(dǎo)熱率，能及時吸收電池產(chǎn)熱;熱管重量輕，應(yīng)用中對車身的重量影響小。熱管蒸發(fā)段與均溫板組成熱管陣列與電池粘合，均溫板有效促進(jìn)電池溫度均勻分布。熱管冷卻段與液冷結(jié)合，水箱位于電池下面，并且冷卻液與電池有蓋板隔離，有效避免液體泄漏引起的電池安全問題。
[0020]本實(shí)用新型的水箱內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)，使液冷結(jié)構(gòu)大大簡化，有效降低設(shè)計制造成本，使得本實(shí)用新型動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，占用空間小。水箱內(nèi)循環(huán)液曲線形流動，充分吸收熱量，為熱量循環(huán)利用創(chuàng)造條件；同時，僅在水箱循環(huán)液出口的一部分?jǐn)_流隔板上焊接擾流柱，提高了換熱速率，有效抵消冷卻液溫度升高導(dǎo)致的傳熱惡化，既能實(shí)現(xiàn)熱量循環(huán)利用，又能避免電池包溫差過大。
[0021]本實(shí)用新型具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。既可在低溫環(huán)境下無需重新調(diào)整結(jié)構(gòu)，通過溫控元件、加熱裝置，加熱循環(huán)液實(shí)現(xiàn)電池組的預(yù)熱及加熱，也可通過改變循環(huán)液和熱管類型適應(yīng)不同產(chǎn)熱強(qiáng)度的電池組。
[0022]本實(shí)用新型易于安裝、制造成本低、維護(hù)方便、環(huán)保節(jié)能、安全可靠、簡單易控、靈活性強(qiáng)，可滿足不同工況下電池的散熱要求，同時，通過與余熱利用裝置的配合，可實(shí)現(xiàn)余熱循環(huán)利用，適用于各種動力電池驅(qū)動的的設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0023]本實(shí)用新型可解決電池在不同工作條件下的散熱、降低電池包溫差、預(yù)熱電池以及熱量循環(huán)利用等技術(shù)問題，具有技術(shù)手段簡便易行，安裝維護(hù)方便，符合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及電動汽車的發(fā)展趨勢，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為圖1前側(cè)示意圖。
[0026]圖3為圖2左側(cè)不意圖。
[0027]圖4為擾流隔板、擾流柱7在水箱中的分布立體示意圖。
[0028]圖5為熱管的局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖所示。本實(shí)用新型公開了一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，包括盛裝有循環(huán)液的水箱4(材料為輕質(zhì)低導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金)、用于驅(qū)動循環(huán)液流動的循環(huán)栗、水箱4的密封蓋板5、固定安裝在密封蓋板5上方的由多個單體電池I組成的電池組陣列;在各個單體電池I的表面均粘貼有一均溫板3(厚度為3-5mm)和一熱管2，均溫板3的中部具有一缺口，該熱管2(銅粉燒結(jié)式，厚度為2-5mm)的蒸發(fā)段2-1呈扁平狀，并置于該缺口內(nèi)，蒸發(fā)段2-1通過該缺口與單體電池I的表面相互貼合;熱管2冷卻段2-2穿過密封蓋板5置于水箱4內(nèi)的循環(huán)液中；所述水箱4的一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液入口 4-1，另一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液出口 4-2。
[0032]水箱4與密封蓋板5之間設(shè)有密封墊圈。均溫板3的材料為輕質(zhì)高導(dǎo)的鋁材或高導(dǎo)熱銅材。熱管2采用燒結(jié)式熱管，燒結(jié)式熱管燒結(jié)毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)可提供較大的毛細(xì)力，在一定熱負(fù)荷范圍內(nèi)，在反重力方向上仍能保證較大的熱管內(nèi)部冷凝液回流速率，從而確保熱管的換熱速率。利用燒結(jié)式熱管的抗重力性，可把水箱4布置在電池組下方，兩者的科學(xué)結(jié)合，有效避免極端情況引起的液體泄漏對電池安全性的不良影響。
[0033]所述水箱4內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu);該循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)包括分別相互間隔、且交錯布置在水箱4內(nèi)側(cè)壁上的多個擾流隔板8，以形成若干個槽道;在水箱循環(huán)液出口 4-2的一部分?jǐn)_流隔板8上焊接有多排擾流柱7，即循環(huán)液入口 4-1側(cè)的擾流隔板8不安裝擾流柱7;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使循環(huán)液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口4-1流至循環(huán)液出口4-2。循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)，有效節(jié)省了水箱4的內(nèi)部空間，縮小整個熱管理系統(tǒng)的體積，且有利于保證循環(huán)液整體處于流動狀態(tài)，避免產(chǎn)生過大的流動靜止區(qū)。
[0034]在循環(huán)液入口4-1側(cè)的擾流隔板8不安裝擾流柱7主要目的為;在靠近循環(huán)液入口4-1的流道，由于循環(huán)液溫度較低，能保證較好的冷卻效果。隨著循環(huán)液流動，液體溫度升高會削弱流道末端(即靠近循環(huán)液出口 4-2端)熱管的換熱效果。在水箱循環(huán)液出口 4-2的一部分?jǐn)_流隔板8上焊接有擾流柱7，擾流柱7與冷卻段2-2呈叉排布置，可有效減弱循環(huán)液溫度升高而引起的傳熱惡化，保證水箱4循環(huán)液出口 4-2附近單體電池I的散熱速率，增強(qiáng)循環(huán)液的擾動，可進(jìn)一步提高對流換熱系數(shù)，抵消循環(huán)液溫度升高而引起的換熱效果弱化，同時不至于導(dǎo)致循環(huán)液流動阻力過大。
[0035]所述熱管2整體形狀呈L型。冷卻段2-2與蒸發(fā)段2-1的軸線相互垂直，蒸發(fā)段2-1呈扁平狀，可與電池表面的緊密貼合，利于導(dǎo)熱;冷卻段2-2截面形狀呈圓形，直徑約4-5_，軸線垂直于循環(huán)液在擾流隔板8間的流動方向，并與循環(huán)液形成外掠橫管。冷卻段的圓柱結(jié)構(gòu)有利于增大熱管的冷卻面積，提高對流換熱系數(shù)，而L型結(jié)構(gòu)使得冷卻段水平，在反重力的工作條件下，較之筆直的熱管，其可減弱重力對內(nèi)部冷凝液回流的抑制。如此可有效提高單位質(zhì)量循環(huán)液與熱管間換熱量，促進(jìn)內(nèi)部冷凝液回流，提高熱管換熱性能。換言之，也就是可以以相對較小流量的循環(huán)液達(dá)到電池的散熱要求，減小系統(tǒng)二次能耗。
[0036]所述擾流柱7的布置方向與冷卻段2-2的軸線平行。
[0037]在臨近水箱4循環(huán)液入口4-1的側(cè)壁，設(shè)有對循環(huán)液進(jìn)行加熱的加熱部件，該加熱部件連接有溫控元件及加熱裝置?？稍诘蜏丨h(huán)境下使用。水箱4的外部包覆有保溫層，該保溫層有利于循環(huán)液充分吸收熱量，這部分熱量可用于小型余熱發(fā)電裝置，也可在低溫環(huán)境中利用車在行駛產(chǎn)生的自然風(fēng)通過氣液換熱器為車廂供暖，從而實(shí)現(xiàn)熱量循環(huán)利用。在低溫環(huán)境下該保溫層還有效減少循環(huán)液熱量損失，同時，低溫環(huán)境下熱管工作方向與重力方向相同，重力的作用有助于熱管內(nèi)部冷凝液回流，降低熱管熱阻，進(jìn)一步提高熱管換熱速率，提高熱量傳遞效率，從而有效地迅速預(yù)熱電池，減少加熱器件耗能。
[0038]所述循環(huán)栗設(shè)置有流量控制裝置;所述循環(huán)液為冷卻液體。
[0039]均溫板3和一熱管2與單體電池I的之間的粘貼，可通過高導(dǎo)熱系數(shù)且絕緣的導(dǎo)熱粘合劑實(shí)施。溫差使得熱量在均溫板3促進(jìn)下向溫度較低的區(qū)域傳遞，從而減小電池溫差，消除電池電池I局部熱點(diǎn)，并均衡每根熱管2的熱負(fù)荷。
[0040]本實(shí)用新型動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，主要包括電池組散熱步驟和電池組加熱步驟，具體如下:
[0041]所述電池組散熱步驟:啟動循環(huán)栗，使冷卻液體在水箱4內(nèi)循環(huán)流動;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使冷卻液體以曲線(S形或者之字型)的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2;不斷流動的冷卻液體在冷卻段2-2間流動，此時，電池組產(chǎn)生的熱量通過均溫板3及蒸發(fā)段2-1傳遞給冷卻段2-2以實(shí)現(xiàn)熱交換，最終由流動的冷卻液體將電池組產(chǎn)生的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)電池組散熱；
[0042]所述電池組加熱步驟:啟動循環(huán)栗、加熱裝置，使冷卻液體在水箱4內(nèi)循環(huán)流動，此時冷卻液體被加熱，轉(zhuǎn)換成熱液體;在擾流隔板8的阻擋作用下改變熱液體在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使熱液體以曲線(S形或者之字型)的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2;此時熱管2的原蒸發(fā)段2-1轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s段，原冷卻段2-2轉(zhuǎn)變?yōu)檎舭l(fā)段;不斷流動的熱液體在蒸發(fā)段間循環(huán)流動，在熱管的換熱作用下，將熱液體的熱量傳給電池組，實(shí)現(xiàn)電池組的加熱。
[0043]在電池組散熱和加熱步驟中，通過設(shè)置循環(huán)栗的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，對冷卻液體或者熱液體的流動速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電池組的加速散熱或者加速升溫。通過溫控元件控制熱液體的溫度。
[0044]比如，當(dāng)電池組處于高倍率放電，產(chǎn)熱量大時，可加大循環(huán)液的流量，在結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，流量的提高意味著更大的流速。流速增大提高液體與熱管2冷卻段間的對流換熱系數(shù)，更迅速地將熱量帶出散熱系統(tǒng)，而流量提高可減小循環(huán)液溫升，有利于后面電池的散熱。電池組產(chǎn)熱低時，可減小循環(huán)液流量。當(dāng)電池組處于低溫環(huán)境時，同樣可改變流量或外部加熱裝置功率提高電池組預(yù)熱速率。
[0045]本實(shí)用新型的具有較高的適應(yīng)性，可根據(jù)更高能量密度電池的散熱要求以及不同的使用環(huán)境，可更換導(dǎo)熱系數(shù)更高、比熱容更大的冷卻液體，也可相應(yīng)地采用不同工作范圍或不同類型的熱管。
[0046]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
[0047]本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(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，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，包括盛裝有循環(huán)液的水箱(4)、用于驅(qū)動循環(huán)液流動的循環(huán)栗、水箱(4)的密封蓋板(5)、固定安裝在密封蓋板(5)上方的由多個單體電池(I)組成的電池組陣列;在各個單體電池(I)的表面均粘貼有一均溫板(3)和一熱管(2)，均溫板(3)的中部具有一缺口，該熱管(2)的蒸發(fā)段(2-1)呈扁平狀，并置于該缺口內(nèi)，蒸發(fā)段(2-1)通過該缺口與單體電池(I)的表面相互貼合;熱管(2)冷卻段(2-2)穿過密封蓋板(5)置于水箱(4)內(nèi)的循環(huán)液中；所述水箱(4)的一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液入口(4-1)，另一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液出口(4-2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述水箱(4)內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu);該循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)包括分別相互間隔、且交錯布置在水箱(4)內(nèi)側(cè)壁上的多個擾流隔板(8)，在水箱循環(huán)液出口(4-2)的一部分?jǐn)_流隔板(8)上焊接有擾流柱(7)，即循環(huán)液入口(4-1)側(cè)的擾流隔板(8)不安裝擾流柱(7);在擾流隔板(8)的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱(4)內(nèi)的流動軌跡，使循環(huán)液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱(4)的循環(huán)液入口(4-1)流至循環(huán)液出口(4-2)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管(2)的冷卻段(2-2)的軸線垂直于循環(huán)液在擾流隔板(8)間的流動方向。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述擾流柱(7)的布置方向與冷卻段(2-2)的軸線平行;擾流柱(7)與冷卻段(2-2)呈叉排布置。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，在臨近水箱(4)循環(huán)液入口(4-1)的側(cè)壁，設(shè)有對循環(huán)液進(jìn)行加熱的加熱部件，該加熱部件連接有溫控元件及加熱裝置;水箱(4)的外部包覆有保溫層。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻段(2-2)與蒸發(fā)段(2-1)的軸線相互垂直，冷卻段(2-2)截面形狀為圓形。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)栗設(shè)置有流量控制裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)液為冷卻液體。
【文檔編號】H01M10/6567GK205621821SQ201620207549
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】甘云華, 梁嘉林, 李勇
【申請人】華南理工大學(xué)