一種電動汽車動力電池熱管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統，含有熱電板式換熱器、散熱器、風扇、電池包、水壺、第一、第二循環水泵和連接管路；所述熱電板式換熱器含有第一、第二流體流道、第一、第二流體入口和出口、熱電模組及正負極：熱電板式換熱器與電池包、水壺、第一循環水泵、連接管路形成一個密閉獨立的流體循環系統；熱電板式換熱器與散熱器、風扇、第二循環水泵、連接管路形成另一個密閉獨立的流體循環系統；兩套密閉獨立的流體循環系統能對兩種不同溫度的流體進行循環，對動力電池進行冷卻或者加熱。本發明采用熱電板式換熱器對電池包進行加熱和制冷，僅需切換熱電板式換熱器電源的正負極即可切換加熱或制冷模式，是一種切實可靠的熱管理結構。
【專利說明】
一種電動汽車動力電池熱管理系統
技術領域
[0001]本發明涉及熱電技術領域，涉及電動汽車動力電池技術，具體地說，是一種電動汽車動力電池熱管理系統。
【背景技術】
[0002]汽車已經成為現代社會不可或缺的交通工具。由于石油危機而引起的對新能源汽車的研究一直為汽車制造企業與汽車使用大國所重視。隨著對環境保護要求的提高，對汽車尾氣排放標準的不斷嚴格，新能源汽車已成為汽車發展的趨勢之一，成為各主要工業國家、各大汽車制造企業競相研發的項目。人們不僅研究整車，而且還研究其關鍵的零部件，其中就包括對電動汽車動力電池的研究。我們所說的新能源汽車是指采用非常規車用燃料作為動力來源的汽車，包括純電動汽車(B E V )、混合動力汽車(H E V )、燃料電池電動汽車(FCEV)、氫發動機汽車以及其他新能源，如高效儲能器、二甲醚汽車。本專利申請涉及的主要是電動汽車，包括純電動汽車和混合動力汽車。
[0003]溫差電池是根據“珀爾帖效應”和“塞貝克效應”進行工作的一種溫差電池，它是一種沒有轉動部件的固態器件，體積小、壽命長、工作時無噪聲、不會釋放有害物質的產品；只需改變電流方向，同一個溫差電池可用于致冷，也可以用于致熱;在給定上下表面不同溫度的時候，可用于發電。此外，它還可以以任意角度進行安裝和運行并通過調節電壓或電流就能夠精確控制溫度。鑒于動力電池的特性，其工作溫度的最佳范圍在O?40 °C之間:在動力電池充放電的過程中會產生大量的熱，因此需要對其進行冷卻;但在冬季低于O°C的情況下又要對其進行加熱。這樣就產生了制冷與加熱共存于一個系統一一電動汽車動力電池系統的問題。因此，需要一套熱管理系統對動力電池的冷卻或者加熱進行管理，保證動力電池能在其最佳工作溫度范圍內進行工作，也保證動力電池使用過程的安全性。
[0004]中國專利CN102832425B公開了“一種電動汽車電池包的熱管理系統及其熱管理方法”，它通過一個三通閥連接電池加熱和冷卻系統，加熱時采用電PTC水加熱系統，冷卻時采用風扇冷卻散熱器對冷卻液進行冷卻。其不足是:(1)電PTC加熱能耗高，要消耗動力電池的電能，致使電動汽車的續航里程縮短;⑵冷卻風扇冷卻散熱器缺乏快速降溫的能力，且降溫幅度有限，致使高熱時的動力電池得不到有效降溫而處于最佳工作溫區之外；導致動力電池的使用壽命降低;⑶不能消除電池熱失控的風險。
[0005]中國專利CN102954615B公開了“一種電動汽車熱管理系統”，其形成的制冷回路包括壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥以及電池冷卻器，采用汽車空調系統的原理進行制冷。但其結構復雜，系統可靠性差。此外，所述電動汽車熱管理系統缺少電池加熱升溫的功能，使動力電池在極端低溫環境下容易失去作用。
[0006]中國專利CN102255115B公開了“采用風扇強制對流對電池進行冷卻和加熱”的技術，它雖然結構簡單，但其不足是:屬于被動熱管理，冷卻效果不理想;此外，其電池升溫加熱采用電PTC形式，不僅消耗電池電能，而且加熱不均勻，存在安全隱患。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于解決上述不足，提供一種電動汽車動力電池熱管理系統，它通過熱電板式換熱器對電池包進行冷卻和加熱的管理，能使動力電池保持在較好的工作溫度區域，且結構簡單可靠，易于實施;能有效提高電動汽車動力電池的使用效率，延長電動汽車的續航能力。
[0008]為實現上述的目的，本發明采用了以下技術方案。
[0009]一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，含有熱電板式換熱器、散熱器、風扇、電池包、水壺、第一循環水栗、第二循環水栗和連接管路;所述熱電板式換熱器含有第一流體流道、第二流體流道、第一流體入口、第二流體入口、第一流體出口、第二流體出口、熱電模組及正極和負極:所述熱電板式換熱器與所述電池包、水壺、第一循環水栗和連接管路形成一個密閉獨立的流體循環系統:在所述電池包的出口與熱電板式換熱器的第一流體入口之間通過連接管路設有水壺和第一循環水栗;熱電板式換熱器的第二流體出口通過連接管路與所述電池包的進口連接;所述熱電板式換熱器與所述散熱器、風扇、第二循環水栗和連接管路形成另一個密閉獨立的流體循環系統:在所述散熱器的出口與熱電板式換熱器的第二流體入口之間的連接管路上設有第二循環水栗;熱電板式換熱器的第一流體出口通過連接管路與所述散熱器的進口連接;所述兩套密閉獨立的流體循環系統能對兩種不同溫度的流體(第一流體和第二流體)進行循環，對動力電池進行冷卻或者加熱。
[0010]進一步，在所述電池包的出口處設有一個溫度傳感器，用于監測電池包出口的溫度，間接地監控電池內部的溫度;通過綜合調節熱電板式換熱器電流的大小，第一循環水栗、第二循環水栗的流量，散熱器風扇的啟停和風扇的轉速，能調整電池包的溫度。
[0011 ]進一步，所述電池包由多個電池模塊組成，所述每個電池模塊由多塊電池單體、冷卻板和導熱絕緣墊組成，所述冷卻板包括冷卻板或冷卻帶。
[0012]進一步，所述電池單體為方形電池、軟包電池或圓柱形電池。
[0013]進一步，所述冷卻板或冷卻帶設置在所述電池單體的表面。
[0014]進一步，所述導熱絕緣墊置于所述電池單體與冷卻板或者所述電池單體與冷卻帶之間。
[0015]進一步，所述溫度傳感器設置在所述單體電池上。
[0016]本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統的積極效果是:
(I)采用熱電板式換熱器對電池包進行加熱和制冷，僅需切換熱電板式換熱器電源的正負極即可切換加熱或制冷模式，是一種切實可靠的熱管理結構。
[0017](2)結構簡單，部件數量少，熱電板式換熱器無運動部件、無磨損、壽命長、控溫精確、快速高效:與普通被動式風冷系統相比，本發明可根據電池工作時的實際溫度對電池溫度進行調節，使其能不受環境溫度的影響而在最佳工作溫區工作，在達到相同冷卻效果所用的時間比普通被動式風冷系統明顯縮短；同時，還克服了一般風冷結構只能對電池進行冷卻，不能加熱的不足。
[0018](3)本發明與普通空調制冷劑熱交換系統相比，可以不需要電PTC加熱系統；也不要從制冷劑管路中分流到電池冷卻，能減少壓縮機的排量，減少壓縮機的電功率。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統制冷工況時的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統加熱工況時的結構示意圖。
[0021 ]圖3為熱電板式換熱器的結構示意圖。
[0022]圖4為圖3的左視圖。
[0023]圖5為第一流體流道的結構示意圖。
[0024]圖6為第二流體流道的結構示意圖。
[0025]圖7為電板式換熱器的俯視圖。
[0026]圖8為圖3中A-A面的剖視圖。
[0027]圖9為圖3中B-B面的剖視圖。
[0028]圖中的標號分別為:
1、熱電板式換熱器；2、散熱器；
3、風扇；4、電池包；
5、溫度傳感器；6、水壺；
7、第一循環水栗；8、第二循環水栗；
9、第一流體流道；10、第二流體流道；
I1、第一流體入口；12、第二流體入口；
13、第一流體出口；14、第二流體出口；
15、熱電模組。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖進一步說明本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統的【具體實施方式】，但是應該指出，本發明的實施不限于以下的實施方式。
[°03°]參見圖1和圖2。一種電動汽車動力電池熱管理系統，含有熱電板式換熱器1、散熱器2、風扇3、電池包4、溫度傳感器5、水壺6、第一循環水栗7、第二循環水栗8、第一流體流道
9、第二流體流道10、第一流體入口 11、第二流體入口 12、第一流體出口 13、第二流體出口 14和連接管路。所述熱電板式換熱器1(參見圖3)含有第一流體流道9(參見圖5)、第二流體流道10 (參見圖6)、第一流體入口 11、第二流體入口 12、第一流體出口 13、第二流體出口 14、熱電模組15以及正極和負極。熱電板式換熱器I的第一、三、五層是第一流體流道9，第二、四層是第二流體流道10;所述第一流體流道9和第二流體流道10彼此間通過若干個熱電模組15進行隔離且密封。第一流體入口 11設置在左方前面(以圖3的方向為基準點);第二流體入口12設置在左方后面;第一流體出口 13設置在右方后面、第二流體出口 14設置在右方前面。所述熱電板式換熱器I根據“帕爾帖”效應，具有加熱和制冷功能，能同時形成兩種不同溫度的流體進行循環。
[0031 ]所述熱電板式換熱器I與電池包4、水壺6、第一循環水栗7和連接管路形成第一個密閉獨立的流體循環系統:在所述電池包4的出口與熱電板式換熱器I的第一流體入口 11之間通過連接管路設置水壺6和第一循環水栗7;熱電板式換熱器I的第二流體出口 14通過連接管路與所述電池包4的進口連接。
[0032]所述熱電板式換熱器I與散熱器2、風扇3、第二循環水栗8和連接管路形成第二個密閉獨立的流體循環系統:在所述散熱器2的出口與熱電板式換熱器I的第二流體入口 12之間的連接管路上設置第二循環水栗8;熱電板式換熱器I的第一流體出口 13通過連接管路與所述散熱器2的進口連接。所述兩套密閉獨立的流體循環系統能對兩種不同溫度的流體進行循環，對動力電池進行冷卻或者加熱。
[0033]實施中，所述電池包4由多個電池模塊組成，所述每個電池模塊由多塊電池單體、冷卻板和導熱絕緣墊組成。所述冷卻板包括冷卻板或冷卻帶。
[0034]所述電池單體可采用方形電池、軟包電池或圓柱形電池。
[0035]所述冷卻板或冷卻帶設置在所述電池單體的表面。
[0036]所述導熱絕緣墊置于所述電池單體與冷卻板或者所述電池單體與冷卻帶之間。
[0037]實施中，在所述電池包4的出口處設置一個溫度傳感器5。所述溫度傳感器5設置在所述單體電池上，用于監測電池包4出口的溫度，間接的監控電池內部的溫度。通過綜合調節熱電板式換熱器I電流的大小，第一循環水栗7、第二循環水栗8的流量，散熱器2風扇3的啟停和風扇3的轉速，能調整電池包4的溫度。
[0038]所述熱電板式換熱器I通過第一流體流道9對第一流體以及通過第二流體流道10對第二流體分別進行加熱和制冷的工作過程為:
第一流體的第一流體流道9有N層并聯連接;第二流體的第二流體流道10則有N-1層并聯連接(參見圖4)，所述第一流體流道9(參見圖5)和第二流體流道10(參見圖6)的每一層都相互獨立并以密封的形式存在。相應的熱電模組15也有N-1模塊:第一熱電模組15置于第一層第一流體流道9與第一層第二流體流道10之間；第二熱電模組15置于第一層第二流體流道10與第二層第一流體流道9的之間；以下若干的熱電模組15依此組合方式依次分別安裝即可(參見圖7、8、9)。
[0039]如果第一流體流道9為制冷模式，則熱電板式換熱器I的溫度梯度為冷-熱-冷-熱_冷……的結構，最后冷流體匯聚到第一流體出口 13，對電池包4內的多塊電池單體進行冷卻;而熱流體則匯聚到第二流體出口 14，進入散熱器2進行降溫處理。
[0040]如果第一流體流道9需要為加熱模式，僅需將熱電板式換熱器I電源的正負極進行切換即可。
[0041]所述兩套密閉獨立的流體循環系統根據“帕爾帖效應”原理可以進行切換而不需要更換管路。當電池包4溫度較高(高于40°C)時，啟用制冷系統，對電池包4內多塊電池單體進行冷卻降溫，參見圖1本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統制冷工況時的結構示意圖:熱電板式換熱器I的電源極性為左邊接正極，右邊接負極，經過熱電模組15冷卻的第一流體直接進入電池包4，通過電池包4內的冷卻板或者冷卻帶對電池進行冷卻，第一流體帶走電池熱量而溫度升高;此后第一流體循環至水壺6，而第一循環水栗7的進口是與水壺6的出口連接的，這樣，第一循環水栗7就為第一流體循環提供了動力，使第一流體進入熱電板式換熱器I，完成一個循環過程。與此同時，經過熱電模組15加熱的第二流體直接進入到散熱器2，由于散熱器2和風扇3的散熱作用，第二流體溫度降低，循環至第二循環水栗8和熱電板式換熱器I，完成一個循環過程。
[0042 ]當電池包4溫度較低(低于O °C )時，則啟用加熱系統，對電池包4內多塊電池單體進行加熱，參見圖2本發明一種電動汽車動力電池熱管理系統加熱工況時的結構示意圖:熱電板式換熱器I的電源極性為左邊接負極，右邊接正極，經過熱電模組15加熱的第一流體進進入電池包4內，通過電池包4內的相關冷卻板或者冷卻帶對電池進行加熱，第一流體的溫度高于電池溫度，熱量從第一流體轉移到電池上，使電池加熱達到電池工作的最佳溫區，而第一流體溫度降低;第一流體從電池包4出口循環至水壺6、第一循環水栗7和熱電板式換熱器I，完成一個循環過程。與此同時，經過熱電模組15冷卻的第二流體進入散熱器2中，此時散熱器2為一個熱源作用，第二流體再通過第二循環水栗8循環至熱電板式換熱器I，完成另一個循環過程。
[0043]所述電池包4的加熱和制冷只需轉換熱電板式換熱器I電源的正負極即可。
【主權項】
1.一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，含有熱電板式換熱器(I)、散熱器(2)、風扇(3)、電池包(4)、水壺(6)、第一循環水栗(7)、第二循環水栗(8)和連接管路;所述熱電板式換熱器(I)含有第一流體流道(9)、第二流體流道(10)、第一流體入口( 11)、第二流體入口( 12 )、第一流體出口( 13 )、第二流體出口( 14)、熱電模組(15 )及正極和負極:所述熱電板式換熱器(I)與所述電池包(4)、水壺(6)、第一循環水栗(7)和連接管路形成一個密閉獨立的流體循環系統:在所述電池包(4)的出口與熱電板式換熱器(I)的第一流體入口(11)之間通過連接管路設有水壺(6)和第一循環水栗(7);熱電板式換熱器(I)的第二流體出口(14)通過連接管路與所述電池包(4)的進口連接;所述熱電板式換熱器(I)與所述散熱器(2)、風扇(3)、第二循環水栗(8)和連接管路形成另一個密閉獨立的流體循環系統:在所述散熱器(2)的出口與熱電板式換熱器(I)的第二流體入口( 12)之間的連接管路上設有第二循環水栗(8);熱電板式換熱器(I)的第一流體出口(13)通過連接管路與所述散熱器(2)的進口連接;所述兩套密閉獨立的流體循環系統能對兩種不同溫度的流體進行循環，對動力電池進行冷卻或者加熱。2.根據權利要求1所述的一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，在所述電池包(4)的出口處設有一個溫度傳感器(5)，用于監測電池包(4)出口的溫度，間接的監控電池內部的溫度;通過綜合調節熱電板式換熱器(I)電流的大小，第一循環水栗(7)、第二循環水栗(8)的流量，散熱器(2)風扇(3)的啟停和風扇(3)的轉速，能調整電池包(4)的溫度。3.根據權利要求2所述的一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，所述電池包(4)由多個電池模塊組成，所述每個電池模塊由多塊電池單體、冷卻板和導熱絕緣墊組成，所述冷卻板包括冷卻板或冷卻帶。4.根據權利要求3所述的一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，所述電池單體為方形電池、軟包電池或圓柱形電池。5.根據權利要求3所述的一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，所述冷卻板或冷卻帶設置在所述電池單體的表面。6.根據權利要求3所述的一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，所述導熱絕緣墊置于所述電池單體與冷卻板或者所述電池單體與冷卻帶之間。7.根據權利要求2所述的一種電動汽車動力電池熱管理系統，其特征在于，所述溫度傳感器(5)設置在所述單體電池上。
【文檔編號】H01M10/6568GK105870544SQ201610400141
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】尹湘林, 覃峰, 黃國強
【申請人】上海加冷松芝汽車空調股份有限公司