CN104505480A - 用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱 - Google Patents

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王发成
高申
张京伟
徐春常
王子冬
胡道中
佟玉琦
张跃强
高洪波
徐少禹
田崔钧
陈芬
佟蕾
房宝元
陈潇
宗陆宇
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Abstract

本发明属于电动车辆领域，公开了一种用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，包括：电池箱体、以及设置在电池箱体内的半导体制冷片、内部翅片、风扇、电池管理系统、电池组；电池箱体为封闭式箱体，风扇设置在内部翅片一侧；半导体制冷片固定在电池箱体的内侧壁上，并与内部翅片连接；电池管理系统根据其监测的电池组内的温度，实时控制风扇和半导体制冷片的工作状态，实现主动式热管理。本发明不改变现有电池系统的结构，可实现电动车辆电池箱内部电池组加热与制冷方式的简单切换，还可以实现较高的防尘、防水等级；电池箱具有主动热管理控制策略；动力电池组用加热和制冷部件简单、安装方便、价格低廉。

Description

用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱
技术领域
本发明属于电动车辆的动力电池成组技术领域，涉及一种用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱。
背景技术
锂离子动力电池组是电动车辆的核心部件之一，其性能的优劣直接影响整车性能的好坏。锂离子动力电池组只能在一个适宜的温度区间(一般情况20～40℃)工作时才能较好地发挥其性能，可是在冬季严寒条件下，动力电池系统需要在较低的温度环境下工作，电池组在零度以下工作时，其性能有较大下降,需要采取措施对动力电池组进行加热；在夏季炎热条件下，锂离子动力电池组在工作过程中会产生热量，受到电池箱体内部空间的局限，热量不能及时散发出去，很容易引起电池系统温度升高，降低电池性能，甚至可能引起热失控，影响动力电池的安全，需要采取相应措施对动力电池组进行制冷。因此，动力电池的热量管理是动力电池成组技术的一项重要内容，直接影响整车的动力性和安全性。
当前电池箱制冷所采用的主要方式是风冷和水冷：风冷方式主要通过在电池箱体上加装风扇，增大空气对流，将电芯表面热量带走；水冷方式将冷水管引入到电池箱体内部，与电芯表面进行热交换，带走电芯热量。可是目前的风冷方式主要是把周围环境的冷空气引入到电池箱体内部，与较热的电池单体进行换热后，再把热空气排到周围环境中。但是这种风冷方式，箱体内部与周围环境之间有物质交换，不能满足电池箱体防尘、防水的高等级防护要求。水冷方式，结构复杂，成本高，还有冷却水泄露的危险。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，实现电动车辆电池箱内部电池组加热与制冷方式的简单切换，同时满足电动车辆所要求的防尘、防水标准。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其包括：电池箱体7、以及设置在电池箱体7内的半导体制冷片2、内部翅片3、风扇4、电池管理系统5、电池组6；所述电池箱体7为封闭式箱体，风扇4设置在内部翅片3一侧；半导体制冷片2固定在电池箱体7的内侧壁上，并与内部翅片3连接；电池管理系统5连接风扇4、电池组6和半导体制冷片2，电池管理系统5根据其监测的电池组6内的温度，实时控制风扇4和半导体制冷片2的工作状态，实现主动式热管理。
优选地，所述封闭式电池箱还包括：外部翅片1，电池箱体7的侧壁上开设有开口，外部翅片1设置在电池箱体7外部，外部翅片1通过开口与半导体制冷片2连接，且外部翅片1从电池箱体7外面堵住箱体开口。
优选地，所述电池箱体7的箱体材料导热系数大于10W/(m·K)。
优选地，所述半导体制冷片2具有两个端面，半导体制冷片2在电流正向工作时，两端面产生温差形成冷、热端面；半导体制冷片2在电流反向工作时，半导体制冷片2的冷、热端面互换。
优选地，所述半导体制冷片2与内部翅片3和外部翅片1的接触面之间分别填充导热硅胶。
优选地，所述电池组6内部设置温度传感器，检测电池组6内部温度，并输送给电池管理系统5，电池管理系统5根据预设的电池热管理的温度阈值，控制风扇4和半导体制冷片2的开关、以及控制半导体制冷片2的电流方向。
优选地，所述外部翅片1包括多块散热肋片，水平平行布置；所述内部翅片3包括多块散热肋片，平行布置且相邻肋片之间的风道与风扇4出风口相对。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，利用半导体制冷片工作原理，主动为动力电池组加热、以及主动为动力电池组制冷；不改变现有电池系统的结构，只需要更改半导体制冷片的工作电流方向，就能够实现电池组加热和制冷的切换；电池箱体是封闭式的，电动车辆动力电池系统的可以实现较高的防尘、防水等级；电池箱具有主动热管理控制策略；动力电池组用加热和制冷部件简单、安装方便、价格低廉。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱的示意图。
图中：1-外部翅片、2-半导体制冷片、3-内部翅片、4-风扇、5-电池管理系统、6-电池组、7-电池箱体。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明利用半导体制冷片的工作原理，运用适当的热量管理策略，通过电池管理系统对封闭式动力电池系统进行加热或者制冷，从而实现电动车辆的主动式热管理。
如图1所示，本实施例提供的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其包括外部翅片1、电池箱体7、以及设置在电池箱体7内的半导体制冷片2、内部翅片3、风扇4、电池管理系统(BMS)5、电池组6；电池箱体7为封闭式箱体，风扇4设置在内部翅片3一侧，通过内部翅片3进行初步换热；半导体制冷片2固定在电池箱体7的内侧壁上，并与内部翅片3连接；电池箱体7的侧壁上开设有开口，外部翅片1设置在电池箱体7外部，外部翅片1通过开口与半导体制冷片2连接，且外部翅片1从电池箱体7外面堵住箱体开口；电池管理系统5连接半导体制冷片2、风扇4和电池组6，电池管理系统5根据其监测的电池箱体7内外的温度、以及车辆的运行情况，实时控制风扇4和半导体制冷片2的工作状态，实现主动式热管理。
半导体制冷片2具有两个端面，半导体制冷片2在电流正向工作时，两端面之间会发生热量转移，热量从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷、热端面，两个端面之间温差很大，可以达到40℃。将半导体制冷片2的冷端面与内部翅片3紧密接触，半导体制冷片2的热端面与外部翅片1紧密接触，接触面之间可以用导热硅胶填充。外部翅片1为中间媒介，把半导体制冷片2热端面的热量散到周围环境，具体过程是外部翅片1通过热传导方式获得半导体制冷片2热端面的热量，温度升高，然后再通过外部空气的对流换热，把热量散到周围环境中；同样道理，内部翅片3也为中间媒介，内部翅片3通过热传导方式把热量传到半导体制冷片2冷端面，温度降低，再通过风扇4进行强制对流，与电池箱体7内部的空气进行换热，使得电池箱体7内部的空气温度降低，低温空气再与电池组6表面进行换热，从而降低电池组温度，达到电池组制冷的目的。整个工作过程，半导体制冷片2相当于一个“热泵”，把电池组6的热量通过电池箱体7内部的空气，传到内部翅片3，经过半导体制冷片2的“热泵”作用到外部翅片1，最后散到周围空气中，执行制冷模式。
半导体制冷片2在电流反向工作时，两端面的热量转移方向也发生变化，半导体制冷片2的冷、热端面互换，半导体制冷片2“热泵”反向工作，周围环境的热量，通过外部翅片1，经过半导体制冷片2的“热泵”作用，传到内部翅片3，再通过电池箱体7内部的空气，传给电池组6，从而给电池组6加热，执行加热模式。
电池组6内部设置温度传感器，检测电池组6内部温度，并输送给电池管理系统5，电池管理系统5根据预设的电池热管理的温度阈值，启动半导体制冷片2进入制冷或加热模式。
本实施例中，只需改变施加在半导体制冷片2上的电流方向，即可切换对电池箱体7内部电池组6的加热或制冷的模式。电池管理系统5根据预设的热量管理策略，还可控制风扇4和半导体制冷片2的开关，以及控制半导体制冷片2的电流方向。
其中，外部翅片1包括多块散热肋片，水平平行布置；内部翅片3包括多块散热肋片，平行布置且相邻肋片之间的风道与风扇4出风口相对。
使用本实施例的封闭式电池箱进行电动车辆主动热管理的过程描述如下：电池管理系统5根据所采集的电池组6的平均温度Ta判断电池热管理处于以下几种工作方式：加热、制冷、均匀温度、停止；Ta<T1时，启动加热模式，半导体制冷片2和风扇4同时工作；Ta>T2时，关闭加热模式，半导体制冷片2停止工作；Ta>T4时，启动制冷模式，半导体制冷片2和风扇4同时工作；Ta<T3时，关闭制冷模式，半导体制冷片2停止工作；电池组的最大温差较大时，开启均匀温度模式，风扇4工作；其中T1<T2<T3<T4。
此外，在上述实施例封闭式电池箱结构的基础上，如果电池箱体7采用导热性能好的材料，如导热系数大于10W/(m·K)时，可以省略掉外部翅片1，并且不在电池箱体7上设开口，直接通过半导体制冷片2和电池箱体7之间换热，实现电池组的制冷或加热管理。
由上述技术方案可以看出，本发明利用半导体制冷片工作原理，主动为动力电池组加热、以及主动为动力电池组制冷；不改变现有电池系统的结构，只需要更改半导体制冷片的工作电流方向，就能够实现电池组加热和制冷的切换；电池箱体是封闭式的，电动车辆动力电池系统的可以实现较高的防尘、防水等级；电池箱具有主动热管理控制策略；动力电池组用加热和制冷部件简单、安装方便、价格低廉。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，包括：电池箱体(7)、以及设置在电池箱体(7)内的半导体制冷片(2)、内部翅片(3)、风扇(4)、电池管理系统(5)、电池组(6)；所述电池箱体(7)为封闭式箱体，风扇(4)设置在内部翅片(3)一侧；半导体制冷片(2)固定在电池箱体(7)的内侧壁上，并与内部翅片(3)连接；电池管理系统(5)连接风扇(4)、电池组(6)和半导体制冷片(2)，电池管理系统(5)根据其监测的电池组(6)内的温度，实时控制风扇(4)和半导体制冷片(2)的工作状态，实现主动式热管理。
2.如权利要求1所述的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，还包括：外部翅片(1)，电池箱体(7)的侧壁上开设有开口，外部翅片(1)设置在电池箱体(7)外部，外部翅片(1)通过开口与半导体制冷片(2)连接，且外部翅片(1)从电池箱体(7)外面堵住箱体开口。
3.如权利要求1所述的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，所述电池箱体(7)的箱体材料导热系数大于10W/(m·K)。
4.如权利要求1所述的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，所述半导体制冷片(2)具有两个端面，半导体制冷片(2)在电流正向工作时，两端面产生温差形成冷、热端面；半导体制冷片(2)在电流反向工作时，半导体制冷片(2)的冷、热端面互换。
5.如权利要求1所述的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，所述半导体制冷片(2)与内部翅片(3)和外部翅片(1)的接触面之间分别填充导热硅胶。
6.如权利要求1所述的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，所述电池组(6)内部设置温度传感器，检测电池组(6)内部温度，并输送给电池管理系统(5)，电池管理系统(5)根据预设的电池热管理的温度阈值，控制风扇(4)和半导体制冷片(2)的开关、以及控制半导体制冷片(2)的电流方向。
7.如权利要求1-6中任一项所述的用于电动车辆主动热管理的封闭式电池箱，其特征在于，所述外部翅片(1)包括多块散热肋片，水平平行布置；所述内部翅片(3)包括多块散热肋片，平行布置且相邻肋片之间的风道与风扇(4)出风口相对。
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