一種風冷式電動汽車動力電池熱管理系統的制作方法

本發明涉及電動汽車領域，具體涉及一種風冷式電動汽車動力電池熱管理系統。

背景技術：

近年來，能源短缺的問題日益突出，新能源電動汽車的出現，在很大程度上緩解了能源利用的壓力，然而電動汽車在高溫和低溫環境、大電流充放電、爬坡和加速的過程中，對內部的動力電池產生較大的危害，尤其是在動力電池散熱效果不佳的時候，動力電池的溫度會快速的上升，導致動力電池的工作性能下降，嚴重時會導致熱失控的現象，從而引起電池著火甚至爆炸的可能，嚴重制約了電動汽車的發展。因此設計有效的動力電池熱管理系統是十分必要的。

現有的熱管理技術主要分為三種，分別是：基于風冷的電池熱管理系統、基于液冷的電池熱管理系統和基于相變材料冷卻的熱管理系統。

目前比較成熟的方案是采用風冷和水冷，如CN 104282963 B的專利文獻公開了一種電動車風冷式動力電池熱管理裝置，其包括：安裝動力電池的電池箱、由多個通風箱通過管道連接而成的出風通風組和循環通風組、以及進風總成和循環總成；出風通風組在電池箱內與動力電池并聯設置；循環通風組設置在電池箱內遠離出風通風組位置；進風總成吸收電池箱外空氣通過出風通風組向電池箱內吹風；循環總成通過循環通風組吸收電池箱內的空氣，并排出電池箱。空氣在電池箱內流動的風量和風速均勻，克服現有技術強制對流冷卻方式存在的冷卻不均勻的問題。進一步的，在循環總成中安裝加熱器，實現對動力電池的預熱。本發明還提供了專用的控制系統，通過該控制系統能夠維持動力電池在最佳工作溫度條件工作。

隨著人們對電池包功率和電流的要求越來越高，一般的風冷式熱管理系統不能滿足要求，無法在電池包大電流充放電的情況下進行有效的散熱，導致電池所產生的熱量堆積，影響電池工作性能。液冷式電池熱管理系統是一種有效的散熱方式，然而這種散熱方式設計比較復雜，而且體積比較大，重量也相對較重，存在一定的漏液問題，影響電池的安全性能。基于相變材料冷卻的技術是一種新型的、有效的散熱技術，依靠自身的潛熱來吸收電池產生的熱量，然而這種技術對于密封性要求比較高，而且一旦相變材料完全融化后，其本身的潛熱能力會消失，會阻礙電池熱量的傳遞，在一定程度上制約了動力電池的發展。

技術實現要素：

為了克服現有技術中電池熱管理技術在運用中存在的缺陷，本發明提供了一種風冷式電動汽車動力電池熱管理系統，有效控制動力電池在惡劣環境下的運行溫度，使電池的均一性更好。

一種風冷式電動汽車動力電池熱管理系統，包括

電池箱，箱體相對的兩側分別設有第一進風口和第一出風口，所述第一出風口處設有往外界送風的抽風裝置；

鋰離子電池模塊，安裝在電池箱內部，包括盒體，盒體內平行布置有若干個單體電池，單體電池兩端分別由固定支架固定，固定支架上開設有通風孔，與相鄰單體電池之間的空隙形成空氣流道；所述盒體對應固定支架的一側開設有第二進風口，所述第二進風口處設有送風裝置；其第二進風口和通風孔分別與電池箱的第一進風口和第一出風口連通；

加熱裝置，包括加熱環，所述加熱環設在固定支架上，與單體電池一一對應。

本發明通過設計合理的冷卻風通道，使冷卻氣體按照一定的規律流動完成電池內部的熱交換。當動力電池處在高溫環境下時，在送風裝置的作用下，外界冷空氣從第一進風口進入箱體，再由鋰離子電池模塊的第二進風口送入模塊內部，經由固定支架上的通風孔進入單體電池的間隙處，與單體電池進行熱交換，同時在第一出風口抽風裝置的牽引下，電池模塊內部的熱空氣經過電池模塊另一側固定支架上的通風孔流出，最后經第一出風孔排到外界。

本發明的裝置中，冷卻風均勻流經每個單體電池，與其外表面接觸發生熱交換，散熱效果更好，保證整個電池模塊的均一性。

本發明通過設置加熱裝置對電池模塊進行加熱，當動力電池處在低溫環境下時，加熱環對單體電池直接進行加熱，使電池模塊迅速達到最佳工作溫度。

作為優選，所述鋰離子電池模塊內設有測溫裝置。每個電池模塊內均安裝一個測溫裝置，進行實時監測。所述測溫裝置為熱電偶。

作為優選，所述風冷式電動汽車動力電池熱管理系統還包括電池管理系統，接收測溫裝置傳輸的信號，進而控制送風裝置、抽風裝置及加熱裝置。

所述電池管理系統安裝在電池箱體內壁，接收溫度信號，當檢測到溫度高于設定的最高閾值，電池管理系統調節送風裝置的轉速，加快箱體內空氣流通速率，保證動力電池處在最佳的工作溫度。每個送風裝置由電池管理系統單獨控制，如果電池模塊之間存在溫差，電池管理系統可通過調節每個送風裝置的風速，使每個電池模塊的溫度達到一致。當檢測到溫度低于設定的最低閾值，電池管理系統驅動加熱裝置，當溫度達到最佳工作溫度時，加熱裝置停止工作。

作為優選，所述單體電池為正負極錯列布置。由于單體電池的正負極產熱是不均勻的，本發明采用正負極錯列布置的方式使得電池模塊的熱量分布均勻，保證整個電池組的均一性。

作為優選，所述固定支架上開設有固定單體電池的限位孔，所述限位孔內具有臺階結構，所述加熱環固定在臺階結構上。

所述限位孔為貫穿固定支架的通孔，組裝時，單體電池放置于臺階結構的加熱環上，從固定支架的另一側進行各孔之間的極片連接。

作為優選，所有的加熱環以串聯方式連接。

作為優選，所述加熱裝置還包括加熱器，設于所述電池箱內側壁。

本發明在電池箱內加裝加熱器，對箱體內的空氣進行加熱，避免加熱環對單體電池正負端加熱后熱量經空氣熱交換散失，提高加熱效率。

本發明的單體電池呈矩陣狀排列，冷空氣從相鄰單體電池之間的空隙處流過。作為優選，所述通風孔設于相鄰限位孔之間的間隙處，為不規則的多邊形，靠近限位槽的邊為與限位槽邊緣對應的弧形。更為優選，相鄰四個限位槽之間的通風孔為不規則的八邊形。通風孔盡可能貼近限位槽，擴大散熱進出口，增強散熱效果。

作為優選，所述鋰離子電池模塊為兩組，每組的鋰離子電池模塊沿電池箱長度方向布置，兩組之間具有第二進風口的一側相對布置，形成連通第一進風口和第二進風口的進風通道；每組的鋰離子電池模塊相鄰兩者之間設有隔板，與電池箱的長向側壁形成連通第一出風口的出風通道。

所述第一進風口和第一出風口分別設置在電池箱寬向的兩側壁上，第一進風口為一個，第一出風口為兩個。自第一進風口吹入的冷卻風在中間的進風通道分別被送入電池模塊內部進行熱交換，熱空氣再經兩側的出風通道抽向外界。

作為優選，所述第一進風口與電動汽車駕駛室連通。當電動汽車在高溫環境下駕駛時，通常駕駛室內開啟制冷空調，將空調吹出的冷空氣通入第一進風口，可以加速電池包的散熱；當電動汽車在低溫環境下行駛時，駕駛室開啟制熱空調，熱空氣按照上述冷空氣的流通方式通入電池包，起到對電池包加熱的作用，保持動力電池處在一個最佳的工作溫度。

本發明具備的有益效果：

(1)本發明依靠送風裝置將冷卻風吹入電池模塊內部，通風孔均勻布置，冷卻風與單體電池充分進行熱交換，在抽風裝置的作用下，排出熱空氣，本發明通過設計合理的空氣流道，使冷卻風按照一定規律流動，使得電池包的散熱效果更佳。

(2)本發明在每個電池模塊上安裝測溫裝置和送風裝置，由電池管理系統控制，根據每個電池模塊的實際溫度調節送風裝置的轉速，保證整個電池的均一性以及最佳工作溫度。

(3)本發明在每個限位孔內安裝加熱環，當電池處于低溫環境或低溫起動時，直接對單體電池進行加熱，加熱效率更高；電池箱體內安裝對箱體內部空氣進行加熱的加熱器，使電池包快速達到工作溫度。

(4)本發明具有散熱量大、散熱效率高、風速可控、冷卻風均勻分布，運行安全可靠等特點，在高溫環境下能夠較好地對電池系統進行高效的散熱管理，使電池能長期的安全運行，提高電動汽車的續航里程；本發明的加熱裝置實現對電池的預加熱，避免冷啟動對電池壽命的影響；本發明具有廣闊的應用前景，具體可以應用到大型的電動汽車和電動公交車。

附圖說明

圖1為本發明風冷式電動汽車動力電池熱管理系統結構俯視圖。

圖2為圖1中鋰離子電池模塊的結構示意圖。

圖3為本發明鋰離子電池模塊的結構示意圖。

圖4為圖3中鋰離子電池模塊的固定支架的示意圖。

圖5為本發明加熱環的連接方式示意圖。

圖6為圖3中單體電池排列示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明。

如圖1、2和3所示，風冷式電動汽車動力電池熱管理系統，包括電池箱2，箱體相對的兩側分別設有第一進風21和第一出風口22，第一進風口21連通電動汽車駕駛室，第一出風口22處設有往外界送風的抽風裝置。

電池箱體內部安裝有鋰離子電池模塊1，鋰離子電池模塊1，包括盒體11，盒體內平行布置有若干個單體電池13，單體電池兩端分別由固定支架12固定，固定支架12上開設有通風孔121，與相鄰單體電池之間的空隙形成空氣流道；盒體對應固定支架的一側開設有第二進風口111，第二進風口111處設有送風裝置。

鋰離子電池模塊1為兩組，每組的鋰離子電池模塊沿電池箱長度方向布置，兩組之間具有第二進風口111的一側相對布置，形成連通第一進風口21和第二進風口111的進風通道3；鋰離子電池模塊通過固定件安裝在電池箱上，模塊之間具有間隔，為了防止空氣從間隔處通過，在每組的鋰離子電池模塊相鄰兩者之間設有隔板4，與電池箱的長向側壁形成連通第一出風口的出風通道5。

在上述的裝置中外界空氣按照一定的規律流動，具體為：當電動汽車在高溫環境下駕駛時，通常駕駛室內開啟制冷空調，在送風裝置的作用下，冷空氣從第一進風口進入箱體，再由鋰離子電池模塊的第二進風口送入模塊內部，經由固定支架上的通風孔進入單體電池的間隙處，與單體電池進行熱交換，同時在第一出風口抽風裝置的牽引下，電池模塊內部的熱空氣經過電池模塊另一側固定支架上的通風孔流出，最后經第一出風孔排到外界；當電動汽車在低溫環境下駕駛時，通常駕駛室內開啟制熱空調，在上述方式空氣流通下，熱空氣與單體電池熱交換，保證電池處于最佳的工作溫度，圖1中箭頭表示空氣的流通方向。冷空氣(或熱空氣)均勻流經每個單體電池，與其外表面接觸發生熱交換，散熱(或加熱)效果更好，保證整個電池模塊的均一性。

如圖4所示，固定支架12上開設有固定單體電池的限位孔122，限位122為貫穿固定支架的通孔，孔內具有臺階結構123，臺階結構123上固定安裝有加熱環6，如圖5所示，所有的加熱環以串聯方式連接，加熱環6直接對單體電池進行加熱，使電池迅速達到工作溫度。如圖6所示，鋰離子電池模塊內的單體電池13為正負極錯列布置。組裝時，單體電池13放置于臺階結構的加熱環6上，從固定支架的另一側進行各孔之間的極片連接。

固定支架上的單體電池13呈矩陣狀排列，冷空氣從相鄰單體電池之間的空隙處流過。通風孔121設于相鄰限位孔之間的間隙處，為不規則的多邊形，靠近限位槽的邊為與限位槽邊緣對應的弧形。通風孔盡可能貼近限位槽，擴大散熱進出口，增強散熱效果。

如圖1所示，電池箱體內還安裝有加熱器7，可以對箱體內的空氣進行加熱，提高加熱效率。

每個鋰離子電池模塊內均安裝一個測溫裝置(圖中未標示)，對鋰離子電池模塊的溫度進行實時監測。測溫裝置為熱電偶，與電池管理系統8連接。電池管理系統8接收熱電偶傳輸的信號，進而控制送風裝置、抽風裝置及加熱環和加熱器。

當電池管理系統接收到的溫度超過設定的最高閾值，啟動送風裝置和抽風裝置，通過調節送風裝置的轉速，加快箱體內空氣流通速率，保證動力電池處在最佳的工作溫度。每個送風裝置由電池管理系統單獨控制，如果小室之間存在溫差，可通過調節每個送風裝置的風速，使每個小室的溫度達到一致。

當電池管理系統接收到的溫度低于設定的最低閾值，驅動加熱裝置對動力電池包進行加熱，當溫度達到最佳工作溫度時，加熱裝置停止工作。

上述實施例僅是本發明的示例，本發明可以以各種和替代的形式實施。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為限制，而僅為教導本領域技術人員以各種方式使用本發明的代表性基礎。