CN100568612C - 一种混合动力汽车用镍氢电池组的散热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明针对混合动力车用镍氢电池组散热不均匀问题提出了一种采用引流板的散热系统，其电池均布于电池箱内，动力电池组上下对齐，从结构上保证流阻的均匀性；通过调节引流板位置、大小和形状，来调节流场和温度场的分布；前部的电池采用了圆弧形引流板和长条形的引流板，起到减少前部电池和流体换热面积，降低前部电池的温度和导流的作用；动力电池组位于蓄电池箱中间部位的相邻两列电池之间的间距稍微大些，增大流通面积，提高对流换热；后部采用了菱形引流板，对后部的电池起到加强对流换热的作用，从而实现使将各模块之间的温差降低到±2℃以下的目的。

Description

一种混合动力汽车用镍氢电池组的散热系统
技术领域
本发明属于汽车电子应用技术领域，具体涉及一种混合动力汽车用镍氢电池组的散热系统。
背景技术
动力电池是混合动力汽车体系中的关键控制部件，其性能优劣将直接影响整车性能好坏。动力镍氢电池以其比能量高、比功率高、循环寿命好对环境无污染、安全性高等优点，成为HEV车用的首选电源，但镍氢电池充电过程中的产热问题是影响其正常应用的主要因素之一。随着温度的升高，镍氢电池的放电容量降低，充电效率下降，自放电加大，电池衰减加速。并且在高温下，电池组的温度不均匀性有所增大。对于大型镍氢电池组(如电动车用)来说，仅依靠电池设计、配方调整等措施不能解决问题，必须配备冷却系统，电池组的热监控和热管理对整车运行安全意义重大。
选择合适的冷却方式是均衡化各电池模块的前提，冷却方式有风冷、液冷、相变材料冷却等方式。总的来说，空气冷却是目前比较成熟的电池散热技术。通风方式一般有串行和并行两种，如图1和图2所示。图1所示串行通风方式下，冷空气从左侧吹入从右侧吹出。空气在流动过程中不断地被加热，所以右侧的冷却效果比左侧要差，电池箱内电池组温度从左到右依次升高。日本的混合动力车Prius和Insight采用串行通风方式。图2所示的并行通风方式，如果流量分配均匀，电池的温度分配就会比较均匀。新的Insight采用的就是并行通风结构。
很多研究人员和厂家针对如何兼顾冷却效果和模块温度均匀化设计出了很多电池组散热系统。很多研究的重点放在如何平衡前后模块的流场条件。模块交错排列，流场方向电池组体采用楔形结构，以平衡流场压力。还有一种做法是沿流场设置V形引导槽，使下游面积逐渐减小，平衡流场前后的压力；并将气流引导向中间，平衡周边和中心的散热条件。但在实际的圆柱形电池温度场实验中，发现采用并行方式风冷的电池组中间电池温度较高，因为并行通风结构的设计，需要把楔形的进排气通道和引流流道设计好，才能达到良好的效果。对于所研究的圆柱形电池来讲，其楔形的进排气通道和引流的流道很难保证电池组温度场分布的一致性。申请人应介绍现有技术中的其它方案，以及相对于本发明所要解决的技术问题目前所存在的缺点和不足。
发明内容
本发明的目的是为满足混合动力汽车开发的需要，设计出一种针对圆柱形混合动力汽车用镍氢电池的散热结构，保证电池组在使用过程中的温度场的均匀性，提高电池性能的可靠性和一致性，提高整车的性能和循环寿命以及运行安全性，以促进对混合动力汽车开发。
本发明提出的混合动力车用镍氢电池组的散热系统包括：包括有进风口1、圆弧形引流板2、长条形引流板3、菱形引流板4、4’、支撑杆5、出风口6)、排气风扇7、蓄电池组8、电池支撑架9。所述蓄电池组8通过蓄电池支承架9以及支撑杆5支撑，并固定在蓄电池箱的上、下底板上，蓄电池箱同外部的壳体通过螺栓连接。支撑杆5和支撑架9固定在蓄电池箱的外表面，对蓄电池箱起固定和支撑作用，所述散热系统在蓄电池箱的一端设置有进风口1，另一端设置有出风口6，所述排气风扇7安装在出风口6处，在位于进风口1最近的分别布置于上下底板上的两个电池的相对面分别安装圆弧形引流板2，并且在随后直至电池箱中间部位的上下两组电池的相对面设置长条形引流板3，起到阻隔冷却气体并导流的作用，在蓄电池箱中间部位直至出风口6附近的上下两组电池的之间安装开槽并具有中间开启通道的菱形引流板4，对相应的电池形成冷却通道，中间的开启通道把冷却气体向出风口引流，位于出风口6处的上下两个电池之间安装开槽且不具有中间开启通道的菱形引流板4’，起到尾部引流的作用，所述圆弧形引流板2和所述菱形引流板4、4’安装在支撑板5上。
本发明和已有的相关技术相比，本发明具有以下优点：该散热结构的设计不仅保证了圆形镍氢电池所有的电池组内单体电池温度场的均匀性，以及整体电池组的的通风散热的均匀性，而且结构简单，操作方便，制造工艺简单、成本较低。
可见，本发明针对混合动力汽车动力性和经济性的需要，按照整车厂的安装空间的限制以及蓄电池供应商的结构改动限制，针对电池箱的内部结构提出了一种更为合理、优化的混合动力车用镍氢电池的散热结构的方案。
附图说明
图1是现有混合动力汽车用动力电池组的串行通风方式的示意图；
图2是现有混合动力汽车用动力电池组的并行通风方式的示意图；
图3为本发明提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热结构图；
图4为本发明提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热系统截面图。
其中，1进风口；2圆弧形引流板；3长条形引流板；4中间开启通道的菱形引流板；4’中间不开启通道的菱形引流板5支撑杆；6出风口；7风机；8电池模块；9电池支撑架。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图3所示，为本发明提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热结构图，蓄电池组8分两排平行布置在蓄电池箱内的电池支撑架9中，支撑杆5和电池支撑架9固定在蓄电池箱的外表面，对蓄电池箱起固定和支撑作用，在蓄电池箱的一端设置有进风口1，另一端设置有出风口6。
如图4所示，为本发明提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热系统截面图，排气风扇7安装在出风口6处，在位于进风口1最近的上下两个电池的相对面分别安装圆弧形引流板2，并且在随后直至电池箱中间部位的上下两组电池的相对面设置长条形引流板3，起到阻隔冷却气体并导流的作用，在蓄电池箱中间部位直至出风口6附近的上下两组电池的之间安装具有中间开启通道的菱形引流板4，对相应的电池形成冷却通道，中间的开启通道把冷却气体向后面的电池引流，位于出风口6处的上下两个电池之间安装不具有中间开启通道的菱形引流板4’，起到尾部引流的作用，所述圆弧形引流板2、长条形引流板3和菱形引流板4、4’安装在支撑板5上。
所述散热系统还包括有电池组温度传感器，所述温度传感器安装在电池组上，用于采集安装有电池组的蓄电池箱内部温度和环境温度，并将温度信号传输至电池组散热系统信号处理单元。电池组散热系统信号处理单元根据箱体内部温度和环境温度的对比，来调节风机7的起或停；冷却空气通过蓄电池箱的进风口进入系统，同时流经圆弧形引流板2进入电池组内，根据单体电池的布置以及长条形引流板3和菱形引流板4、4’的形状布置以及风机7的起或停控制共同决定了空气流量以及电池组内部流场的形式。动力电池组位于蓄电池箱中间部位的相邻两列电池之间的间距大于其它相邻两列电池之间的间距。
在本发明所给出的具体实施例中，直流排气风扇型号为DC12V，压差为230Pa，额定电压≤8A，用于混合动力汽车用动力电池组出风口抽风散热；
本实施例的电池组进气系统及设置在其中的导流结构是一种流道支撑架，支撑杆的位置起到了进风槽道的引流的作用。因为圆形电池是两层的，且电池的长度较长，故前部温度偏低，后部的温度偏高。前部的电池采用了圆弧形引流板和长条形的引流板引流冷却空气向后走，同时起到降低前部温度和均热的作用，后部采用了菱形的引流板，对后部的电池起到散热均匀的目的。通过施加圆弧形的引流板、长条形的引流板和菱形的引流板，使得电池箱内的流场和温度场分布的均匀。电池组的模块在现有电池箱的空间内前后均布，中间一部位大些。
本实施例的排气系统及排气导流结构系统出风口抽风，风扇接到启动信号后启动，冷却风进入进风槽道，通过流经电池及引流板，以及电池和电池之间的间隙，将电池工作过程以及充放电过程产生的热量带走，热风汇集到排风槽道，排出电池组壳体。

Claims (4)

1、一种混合动力汽车用动力电池组的散热系统，包括动力电池组(8)、电池支撑架(9)、支撑杆(5)、进风口(1)、出风口(6)、风机(7)，其特征为：该散热系统还包括圆弧形引流板(2)、长条形引流板(3)、菱形引流板(4)，所述动力电池组分两层平行且上下对齐地布置在蓄电池箱内的电池支撑架(9)中，支撑杆(5)和电池支撑架(9)固定在蓄电池箱上下底板上，对蓄电池箱起固定和支撑作用；所述散热系统在蓄电池箱的一端设置有进风口(1)，另一端设置有出风口(6)，所述风机(7)安装在出风口(6)处，在位于进风口(1)最近的上下两个电池的相对面分别安装圆弧形引流板(2)，并且在随后直至电池箱中间部位的上下两组电池的相对面设置长条形引流板(3)，起到阻隔冷却气体并导流的作用，在蓄电池箱中间部位直至出风口(6)附近的上下两组电池的之间安装具有中间开启通道的菱形引流板(4)，对相应的电池形成冷却通道，中间的开启通道把冷却气体向后部的电池引流，位于出风口(6)处的上下两个电池之间安装不具有中间开启通道的菱形引流板(4’)，起到尾部引流的作用，所述圆弧形引流板(2)、长条形引流板(3)和所述菱形引流板(4、4’)安装在支撑板(5)上。
2、根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力电池组的散热系统，其特征在于：所述散热系统还包括有电池组温度传感器，所述温度传感器安装在电池组上，用于采集安装有电池组的蓄电池箱内部温度和环境温度，并将温度信号传输至电池组散热系统信号处理单元。
3、根据权利要求2所述的混合动力汽车用动力电池组的散热系统，其特征在于：所述电池组散热系统信号处理单元根据箱体内部温度和环境温度的对比，来调节排气风扇(7)的起或停；冷却空气通过蓄电池箱的进风口进入系统，同时流经圆弧形引流板(2)进入电池组内，根据单体电池的布置、长条形引流板(3)和菱形引流板(4、4’)的形状布置以及风机(7)的起或停控制共同决定了空气流量以及电池组内部流体场的形式。
4、根据权利要求1或2所述的混合动力汽车用动力电池组的散热系统，其特征在于：所述动力电池组位于蓄电池箱中间部位的相邻两列电池之间的间距大于其它相邻两列电池之间的间距。
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