CN104916879A - 基于半导体制冷机构的动力电池装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体地说是一种特别适用于电动汽车的基于半导体制冷机构的动力电池装置，其特征在于还设有半导体降温器，半导体降温器包括半导体制冷机构和散热器，半导体降温器固定在电池箱内并位于动力电池组上部，其中半导体制冷机构设有两片以上的半导体制冷片，散热器的通风口伸出电池箱外，所述散热器固定在电池箱内，所述散热器设有风筒，风筒贯穿电池箱且固定在电池箱的两侧壁上，半导体制冷片的散热端伸入风筒中，风筒内设有散热风扇，本发明相对于现有技术能够有效延长动力电池使用寿命，提高电池组工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地说是一种能够有效延长动力电池使用寿命，提高电池组工作效率，特别适用于电动汽车的基于半导体制冷机构的动力电池装置。
背景技术
众所周知，电动汽车的电力基本上由动力锂电池提供。动力锂电池可以是磷酸铁锂动力电池，也可以是三元电池。虽然磷酸铁锂动力电池不易爆炸、燃烧，但当温度高于60℃时，性能有所降低，至于三元电池，由于加进钴或锰等元素，在有效提高比能量的同时，也使其燃、爆的风险显著加大。为了安全，也为了保持性能，有必要在电池温度升高时，采取适当的降温措施。现阶段主要采用风冷方式降温，具体为在电池组的外壳体上安装风扇，同时尽量增大外壳体的散热面积，加大空气流通速度，通过流动的空气将热量带走。然而这种散热方式无法满足动力锂电池组长时间工作的需求。
半导体制冷片相对于其他制冷产品具有以下优点：A. 无制冷剂，绝对环保；B. 效率高，即在100W以下，耗电量仅为压缩式或吸收式的一半；C. 无运动部件，无磨损，无噪声，寿命仅由珀尔帖效应片决定；D. 热惯性小，1分钟之内即可达最大温差；E. 冷热端温差范围大，△t达75℃；F. 工作区间宽：-130℃～90℃。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种结构合理、使用方便，能够有效延长动力电池使用寿命，提高电池组工作效率，特别适用于电动汽车的基于半导体制冷机构的动力电池装置。
本发明可以通过以下措施达到：
一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，设有电池箱，电池箱内设有动力电池组，其特征在于还设有半导体降温器，半导体降温器包括半导体制冷机构和散热器，半导体降温器固定在电池箱内并位于动力电池组上部，其中半导体制冷机构设有两片以上的半导体制冷片，散热器的通风口伸出电池箱外，所述散热器固定在电池箱内，所述散热器设有风筒，风筒贯穿电池箱且固定在电池箱的两侧壁上，半导体制冷片的散热端伸入风筒中，风筒内设有散热风扇。
本发明还设有用于控制散热工作的控制电路，所述控制电路与车钥后电源线V12相连接，行车时，车钥后的V12上电，可为12V亦可为其它电压，所述控制电路设有温度探测器T1、跟随器A1、电压基准源Z1、比较器A2、继电器RL，其中温度探测器T1与跟随器A1相连接，温度探测器T1工作于-60℃～100℃，放在电池的顶部，其输出参数为10MV/°K，跟随器A1的输出经电阻R1和R2分压，送到比较器A2的正输入端，R1和R2的选择在于当电池温度为57℃时，比较器A2的正输入端的电压为2.5V，电压基准源Z1与比较器A2的负输入端相连接，恒输出2.5V；在工作时当电池温度≥57℃时，比较器A2的输出翻转，由0电平跳升至V12电平，从而使晶体管Q饱和导通，继电器RL线圈上电，继电器触点闭合，使其输出V+为V12，V-为零，向降温器供电，降温器工作；当电池温度＜57℃时，比较器A2的输出为零电平，晶体管Q截止，继电器RL线圈无电，其触点断开，降温器赋闲。
本发明所述半导体制冷机构优选设有4~8片（合计50W~100W）半导体制冷片。
本发明所述散热器的风筒中设有3-4个散热风扇，散热风扇布置在同一高度的竖直面上。
本发明中半导体制冷机构与散热器之间设有硅胶涂层，硅胶涂层厚度为0.1mm；在散热部件与致冷部件之间设有泡沫隔热片，具体实施时要在半导体制冷片之间设有泡沫隔热片，同时在半导体制冷片与风筒之间设有泡沫隔热片，用来隔绝风筒内热量不得进入电池箱内。
本发明在工作时，半导体制冷机构中的半导体制冷片在控制电路的控制下，进行制冷，由于半导体制冷片的制冷端直接位于电池箱内，冷空气能够沿电池组缝隙向下方扩散，有效降低电池箱内的温度，同时，散热器将半导体制冷机构散热端的热量通过风冷方式带走，从而提高降温散热效率，有效延长锂电池组使用寿命。
附图说明：
附图1是本发明中半导体降温器的结构示意图。
附图2是本发明的结构示意图。
附图3是本发明中控制电路的电路示意图。
附图标记：吸排风管道1、风扇2、吸排风管道3、散热器4、吸排风管道5、散热器6、半岛体制冷片7、制冷片供电电缆8、DC/DC9、电源线10、泡沫隔热片11、电池箱12、电池组13、半导体降温器14、释热的排风管道进风口15、释热的排风管道出风口16。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如附图1所示，本发明中半导体降温器包括以下部件：其中 7是半岛体制冷片，可有各种规格供选用，9是DC/DC，把直流电源变成选用的制冷片要求的电压和电流输出，当DC/DC通过电源线10上电后，DC/DC 9的输出送到四片半岛体制冷片。制冷片7下面制冷，上面释热。7的下面通过散热器6吸收能量，散热器6裸装，7的上面通过散热器4释放热量，散热器4严密包封在排风管道3内。在4和6之间除半导体制冷片7之外，主要还有三种填充物：第一，导热硅胶，涂于制冷片7和散热器4、6之间；第二，在半导体制冷片7四周，用单组固化橡胶涂在7的周边，24小时固化后成白色弹性固体，使7与外界空气完全隔绝，既防潮又提高7的寿命50%；第三，在夹层的其余空间，平铺泡沫隔热片11。
附图标记1、3和5是释热的吸排风管道，分别延伸到电池箱体外，通过风扇2把产生的热量排除。由于该装置要放在动力锂电池箱内的上部，在该制冷器工作时，下部的释冷层产生的冷气沿电池的缝隙下降，冷却锂电池，电池箱外的环境温度的空气从右风道5进入，经释热散热器，经左风道1排出电池箱外，把产生的热量带走。
本降温器采用了多片半导体降温片而不是单片，目的是降低热阻，增强散热能力。如此，热端温度上升的越少，将使冷端温度更低，加大动力电池组的冷却效果。
本降温器采用了多个风扇（三个到四个）排风，其目的有三：第一，增强排除热风的能力；第二，降低释热层的高度，因为动力锂电池组的电池箱的高度是受限的；第三，个别风扇失效，对动力锂电池组降温不会产生致命的影响。
本降温器的热风排风管道的入口和出口分别设在动力锂电池箱的两侧，即从电池箱的一侧吸进环境空气，经过在电池箱内的密闭的排风管道，从电池箱的另一侧排出。这个排风管道的横截面积越大，风阻越小，被风带走的热量越多。
本降温器热风排风管道在电池箱内的部分，其外层包裹一片绝热材料。目的是增大热阻，使经由风道向电池箱内散失的热量尽可能减少。
如附图2所示，本发明提出了一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，设有电池箱12，电池箱12内设有动力电池组13，其特征在于还设有半导体降温器14，半导体降温器14固定在电池箱12内并位于动力电池组13上部，其中半导体制冷机构设有两片以上的半导体制冷片。 致冷散热器裸露，致热散热器严密包裹在排风管道内。其制冷的散热器位于降温器下部，裸露于电池箱内，其致热的散热器位于降温器上部的风筒内，风筒的通风口伸出电池箱外，与电池箱的相对壁固装。风筒的一端设有多个排风扇，将致热散热器产生的热量由排风扇排出。
如附图3所示，图中标号：V12为车钥后电源正端，T1为温度传感器，A1为射极跟随器，A2为比较器，R1为分压电阻，R2为分压电阻，Z1为基准电压源，RL为继电器，Q为开关晶体管，V+为电压输出正端，V-为电压输出负端。
本发明还设有用于控制散热工作的控制电路，所述控制电路与车钥后电源线V12相连接，行车时，车钥后的V12上电，可为12V亦可为其它电压，所述控制电路设有温度探测器T1、跟随器A1、电压基准源Z1、比较器A2、继电器RL，其中温度探测器T1与跟随器A1相连接，温度探测器T1工作于-60℃～100℃，放在电池的顶部，其输出参数为10MV/°K，跟随器A1的输出经电阻R1和R2分压，送到比较器A2的正输入端，R1和R2的选择在于当电池温度为57℃时，比较器A2的正输入端的电压为2.5V，电压基准源Z1与比较器A2的负输入端相连接，恒输出2.5V；在工作时，当电池温度≥57℃时，比较器A2的输出翻转，由0电平跳升至V12电平，从而使晶体管Q饱和导通，继电器RL线圈上电，继电器触点闭合，使其输出V+为V12，V-为零，向降温器供电，降温器工作；当电池温度＜57℃时，比较器A2的输出为零电平，晶体管Q截止，继电器RL线圈无电，其触点断开，降温器赋闲。
本发明所述半导体制冷机构优选设有4~8片（合计50W~100W）半导体制冷片。
本发明所述散热器的风筒中设有3-4个散热风扇，散热风扇布置在同一竖直面上。
本发明中半导体制冷机构与散热器之间设有硅胶涂层，硅胶涂层厚度为0.1mm；在散热部件与致冷部件之间设有泡沫隔热片，具体实施时可以在半导体制冷片之间设有泡沫隔热片，同时在半导体制冷片与风筒之间设有泡沫隔热片，用来隔绝风筒内热量进入电池箱内。
本发明在工作时，半导体制冷机构中的半导体制冷片在控制电路的控制下，进行制冷，由于半导体制冷片的制冷端位于电池箱内，冷空气能够沿电池组缝隙扩散，有效降低电池箱内的温度，同时，散热器将半导体制冷机构散热端的热量通过风冷方式带走，从而提高降温散热效率，有效延长锂电池组使用寿命。
Claims (5)
1.一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，设有电池箱，电池箱内设有动力电池组，其特征在于还设有半导体降温器，半导体降温器包括半导体制冷机构和散热器，半导体降温器固定在电池箱内并位于动力电池组上部，其中半导体制冷机构设有两片以上的半导体制冷片，散热器的通风口伸出电池箱外，所述散热器固定在电池箱内，所述散热器设有风筒，风筒贯穿电池箱且固定在电池箱的两侧壁上，半导体制冷片的散热端伸入风筒中，风筒内设有散热风扇。
2.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，其特征在于还设有用于控制散热工作的控制电路，所述控制电路与车钥后电源线V12相连接，所述控制电路设有温度探测器T1、跟随器A1、电压基准源Z1、比较器A2、继电器RL，其中温度探测器T1与跟随器A1相连接，跟随器A1的输出经电阻R1和R2分压，送到比较器A2的正输入端，R1和R2的选择在于当电池温度为57℃时，比较器A2的正输入端的电压为2.5V，电压基准源Z1与比较器A2的负输入端相连接，恒输出2.5V。
3.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，其特征在于所述半导体制冷机构设有4~8片半导体制冷片。
4.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，其特征在于所述散热器的风筒中设有3-4个散热风扇，散热风扇布置在同一高度的竖直面上。
5.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷机构的动力电池装置，其特征在于半导体制冷机构与散热器之间设有硅胶涂层，硅胶涂层厚度为0.1mm；在散热部件与致冷部件之间设有泡沫隔热片。
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Application publication date: 20150916 |