一種動力電池復合熱管理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種動力電池復合熱管理系統，包括盛裝有循環液的水箱、循環泵、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的循環液中；水箱的一側端設有循環液入，另一側端設有循環液出口，并在水箱內設有循環液擾流結構，使循環液以曲線的流動方式由水箱的循環液入口流至循環液出口；本系統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、預熱電池以及熱量循環利用等技術問題，同時系統結構緊湊簡單，安裝維護方便，符合電池熱管理系統及電動汽車的發展趨勢，具有良好的應用前景。
【專利說明】
一種動力電池復合熱管理系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及動力電池保護裝置，尤其涉及一種動力電池復合熱管理系統。
【背景技術】
[0002]隨著能源問題以及環境污染問題日益突出，人類對環保節能的需求愈發強烈，依靠動力電池驅動的電動汽車及混合動力車必將成為汽車行業的主流。我國公布了一系列利好政策促進新能源汽車的研究和發展，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熱，引起電池溫度上升。高溫導致電池性能下降甚至爆炸，而低溫環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展。高效節能的熱管理方案能有效保證電池處于最佳工作溫度區間，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，熱管理系統的改進已經成為進一步提高動力電池性能和發展電動汽車的關鍵技術
[0003]目前，已實現應用的熱管理技術有空氣冷卻和液體冷卻，但這兩者都具有難以克服的不足，如空氣導熱系數低，以及液冷的密封性和過重等問題。基于相變材料冷卻的熱管理技術雖然具有一定優越性，但相變材料導熱差，儲熱速度低。此外，目前大多熱管理系統設計并未考慮熱量的循環利用問題。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結構結構簡單、使用安全可靠的動力電池復合熱管理系統。解決不同工作環境下，如動力電池高溫散熱、低溫加熱等技術問題。使電池在各種工作環境下都能發揮其最佳性能。
[0005]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0006]—種動力電池復合熱管理系統，包括盛裝有循環液的水箱4、用于驅動循環液流動的循環栗、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的蒸發段2-1呈扁平狀，并置于該缺口內，蒸發段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內的循環液中；所述水箱4的一側端設有循環液入口 4-1，另一側端設有循環液出口 4-2。
[0007]所述水箱4內設有循環液擾流結構;該循環液擾流結構包括分別相互間隔、且交錯布置在水箱4內側壁上的多個擾流隔板8，在水箱循環液出口 4-2的一部分擾流隔板8上焊接有擾流柱7，即循環液入口 4-1側的擾流隔板8不安裝擾流柱7;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環液在水箱4內的流動軌跡，使循環液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱4的循環液入口 4-1流至循環液出口 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循環液入口 4-1的側壁，設有對循環液進行加熱的加熱部件，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]所述循環栗設置有流量控制裝置;所述循環液為冷卻液體。
[0013]本實用新型動力電池復合熱管理系統的運行方法，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:啟動循環栗，使冷卻液體在水箱4內循環流動;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環液在水箱4內的流動軌跡，使冷卻液體以曲線的流動方式由水箱4的循環液入口 4-1流至循環液出口 4-2;不斷流動的冷卻液體在冷卻段2-2間流動，此時，電池組產生的熱量通過均溫板3及蒸發段2-1傳遞給冷卻段2-2以實現熱交換，最終由流動的冷卻液體將電池組產生的熱量帶走，實現電池組散熱；
[0015]所述電池組加熱步驟:啟動循環栗、加熱裝置，使冷卻液體在水箱4內循環流動，此時冷卻液體被加熱，轉換成熱液體;在擾流隔板8的阻擋作用下改變熱液體在水箱4內的流動軌跡，使熱液體以曲線的流動方式由水箱4的循環液入口 4-1流至循環液出口 4-2;此時熱管2的原蒸發段2-1轉變為冷卻段，原冷卻段2-2轉變為蒸發段;不斷流動的熱液體在蒸發段間循環流動，在熱管的換熱作用下，將熱液體的熱量傳給電池組，實現電池組的加熱。
[0016]在電池組散熱和加熱步驟中，通過設置循環栗的運轉速度，對冷卻液體或者熱液體的流動速度進行控制，實現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]本實用新型相對于現有技術，具有如下的優點及效果:
[0019]本實用新型將燒結式熱管應用于電池熱管理。熱管具有極高的導熱率，能及時吸收電池產熱;熱管重量輕，應用中對車身的重量影響小。熱管蒸發段與均溫板組成熱管陣列與電池粘合，均溫板有效促進電池溫度均勻分布。熱管冷卻段與液冷結合，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]本實用新型的水箱內設有循環液擾流結構，使液冷結構大大簡化，有效降低設計制造成本，使得本實用新型動力電池復合熱管理系統結構更為緊湊，占用空間小。水箱內循環液曲線形流動，充分吸收熱量，為熱量循環利用創造條件；同時，僅在水箱循環液出口的一部分擾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致的傳熱惡化，既能實現熱量循環利用，又能避免電池包溫差過大。
[0021]本實用新型具有較強的環境適應性。既可在低溫環境下無需重新調整結構，通過溫控元件、加熱裝置，加熱循環液實現電池組的預熱及加熱，也可通過改變循環液和熱管類型適應不同產熱強度的電池組。
[0022]本實用新型易于安裝、制造成本低、維護方便、環保節能、安全可靠、簡單易控、靈活性強，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，可實現余熱循環利用，適用于各種動力電池驅動的的設備，具有廣泛的應用前景。
[0023]本實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、預熱電池以及熱量循環利用等技術問題，具有技術手段簡便易行，安裝維護方便，符合電池熱管理系統及電動汽車的發展趨勢，具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型動力電池復合熱管理系統立體結構示意圖。
[0025]圖2為圖1前側示意圖。
[0026]圖3為圖2左側不意圖。
[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。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步具體詳細描述。
[0030]實施例
[0031]如圖所示。本實用新型公開了一種動力電池復合熱管理系統，包括盛裝有循環液的水箱4(材料為輕質低導熱系數的鋁合金)、用于驅動循環液流動的循環栗、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(銅粉燒結式，厚度為2-5mm)的蒸發段2-1呈扁平狀，并置于該缺口內，蒸發段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內的循環液中；所述水箱4的一側端設有循環液入口 4-1，另一側端設有循環液出口 4-2。
[0032]水箱4與密封蓋板5之間設有密封墊圈。均溫板3的材料為輕質高導的鋁材或高導熱銅材。熱管2采用燒結式熱管，燒結式熱管燒結毛細芯的結構可提供較大的毛細力，在一定熱負荷范圍內，在反重力方向上仍能保證較大的熱管內部冷凝液回流速率，從而確保熱管的換熱速率。利用燒結式熱管的抗重力性，可把水箱4布置在電池組下方，兩者的科學結合，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內設有循環液擾流結構;該循環液擾流結構包括分別相互間隔、且交錯布置在水箱4內側壁上的多個擾流隔板8，以形成若干個槽道;在水箱循環液出口 4-2的一部分擾流隔板8上焊接有多排擾流柱7，即循環液入口 4-1側的擾流隔板8不安裝擾流柱7;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環液在水箱4內的流動軌跡，使循環液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱4的循環液入口4-1流至循環液出口4-2。循環液擾流結構，有效節省了水箱4的內部空間，縮小整個熱管理系統的體積，且有利于保證循環液整體處于流動狀態，避免產生過大的流動靜止區。
[0034]在循環液入口4-1側的擾流隔板8不安裝擾流柱7主要目的為;在靠近循環液入口4-1的流道，由于循環液溫度較低，能保證較好的冷卻效果。隨著循環液流動，液體溫度升高會削弱流道末端(即靠近循環液出口 4-2端)熱管的換熱效果。在水箱循環液出口 4-2的一部分擾流隔板8上焊接有擾流柱7，擾流柱7與冷卻段2-2呈叉排布置，可有效減弱循環液溫度升高而引起的傳熱惡化，保證水箱4循環液出口 4-2附近單體電池I的散熱速率，增強循環液的擾動，可進一步提高對流換熱系數，抵消循環液溫度升高而引起的換熱效果弱化，同時不至于導致循環液流動阻力過大。
[0035]所述熱管2整體形狀呈L型。冷卻段2-2與蒸發段2-1的軸線相互垂直，蒸發段2-1呈扁平狀，可與電池表面的緊密貼合，利于導熱;冷卻段2-2截面形狀呈圓形，直徑約4-5_，軸線垂直于循環液在擾流隔板8間的流動方向，并與循環液形成外掠橫管。冷卻段的圓柱結構有利于增大熱管的冷卻面積，提高對流換熱系數，而L型結構使得冷卻段水平，在反重力的工作條件下，較之筆直的熱管，其可減弱重力對內部冷凝液回流的抑制。如此可有效提高單位質量循環液與熱管間換熱量，促進內部冷凝液回流，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液達到電池的散熱要求，減小系統二次能耗。
[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循環液入口4-1的側壁，設有對循環液進行加熱的加熱部件，該加熱部件連接有溫控元件及加熱裝置。可在低溫環境下使用。水箱4的外部包覆有保溫層，該保溫層有利于循環液充分吸收熱量，這部分熱量可用于小型余熱發電裝置，也可在低溫環境中利用車在行駛產生的自然風通過氣液換熱器為車廂供暖，從而實現熱量循環利用。在低溫環境下該保溫層還有效減少循環液熱量損失，同時，低溫環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部冷凝液回流，降低熱管熱阻，進一步提高熱管換熱速率，提高熱量傳遞效率，從而有效地迅速預熱電池，減少加熱器件耗能。
[0038]所述循環栗設置有流量控制裝置;所述循環液為冷卻液體。
[0039]均溫板3和一熱管2與單體電池I的之間的粘貼，可通過高導熱系數且絕緣的導熱粘合劑實施。溫差使得熱量在均溫板3促進下向溫度較低的區域傳遞，從而減小電池溫差，消除電池電池I局部熱點，并均衡每根熱管2的熱負荷。
[0040]本實用新型動力電池復合熱管理系統的運行方法，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:啟動循環栗，使冷卻液體在水箱4內循環流動;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環液在水箱4內的流動軌跡，使冷卻液體以曲線(S形或者之字型)的流動方式由水箱4的循環液入口 4-1流至循環液出口 4-2;不斷流動的冷卻液體在冷卻段2-2間流動，此時，電池組產生的熱量通過均溫板3及蒸發段2-1傳遞給冷卻段2-2以實現熱交換，最終由流動的冷卻液體將電池組產生的熱量帶走，實現電池組散熱；
[0042]所述電池組加熱步驟:啟動循環栗、加熱裝置，使冷卻液體在水箱4內循環流動，此時冷卻液體被加熱，轉換成熱液體;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的循環液入口 4-1流至循環液出口 4-2;此時熱管2的原蒸發段2-1轉變為冷卻段，原冷卻段2-2轉變為蒸發段;不斷流動的熱液體在蒸發段間循環流動，在熱管的換熱作用下，將熱液體的熱量傳給電池組，實現電池組的加熱。
[0043]在電池組散熱和加熱步驟中，通過設置循環栗的運轉速度，對冷卻液體或者熱液體的流動速度進行控制，實現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，當電池組處于高倍率放電，產熱量大時，可加大循環液的流量，在結構參數一定的情況下，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，更迅速地將熱量帶出散熱系統，而流量提高可減小循環液溫升，有利于后面電池的散熱。電池組產熱低時，可減小循環液流量。當電池組處于低溫環境時，同樣可改變流量或外部加熱裝置功率提高電池組預熱速率。
[0045]本實用新型的具有較高的適應性，可根據更高能量密度電池的散熱要求以及不同的使用環境，可更換導熱系數更高、比熱容更大的冷卻液體，也可相應地采用不同工作范圍或不同類型的熱管。
[0046]如上所述，便可較好地實現本實用新型。
[0047]本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種動力電池復合熱管理系統，其特征在于，包括盛裝有循環液的水箱(4)、用于驅動循環液流動的循環栗、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)的蒸發段(2-1)呈扁平狀，并置于該缺口內，蒸發段(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)內的循環液中；所述水箱(4)的一側端設有循環液入口(4-1)，另一側端設有循環液出口(4-2)。2.根據權利要求1所述動力電池復合熱管理系統，其特征在于，所述水箱(4)內設有循環液擾流結構;該循環液擾流結構包括分別相互間隔、且交錯布置在水箱(4)內側壁上的多個擾流隔板(8)，在水箱循環液出口(4-2)的一部分擾流隔板(8)上焊接有擾流柱(7)，即循環液入口(4-1)側的擾流隔板(8)不安裝擾流柱(7);在擾流隔板(8)的阻擋作用下改變循環液在水箱(4)內的流動軌跡，使循環液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱(4)的循環液入口(4-1)流至循環液出口(4-2)。3.根據權利要求2所述動力電池復合熱管理系統，其特征在于，所述熱管(2)的冷卻段(2-2)的軸線垂直于循環液在擾流隔板(8)間的流動方向。4.根據權利要求2所述動力電池復合熱管理系統，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.根據權利要求1至4中任一項所述動力電池復合熱管理系統，其特征在于，在臨近水箱(4)循環液入口(4-1)的側壁，設有對循環液進行加熱的加熱部件，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.根據權利要求3或4所述動力電池復合熱管理系統，其特征在于，所述冷卻段(2-2)與蒸發段(2-1)的軸線相互垂直，冷卻段(2-2)截面形狀為圓形。7.根據權利要求5所述動力電池復合熱管理系統，其特征在于，所述循環栗設置有流量控制裝置。8.根據權利要求5所述動力電池復合熱管理系統，其特征在于，所述循環液為冷卻液體。
【文檔編號】H01M10/6567GK205621821SQ201620207549
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】甘云華, 梁嘉林, 李勇
【申請人】華南理工大學