CN106025435A - 动力电池散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池散热系统，用于解决散热问题。它包括动力电池包、液泵、散热器和光热集热板，动力电池包包括电池芯、均温片和壳体，所述壳体包括主壳体、上顶板和端盖，主壳体内部隔板与隔板之间安装有电池芯，且在电池芯的两侧分别填充有导热硅胶和均温片，隔板中设置有若干上下通透的通孔，为冷却通道。所述光热集热板安装在车顶位置，且光热集热板的介质进出口分别通过液泵连接到冷去液出口和冷却液进口，散热器与所述光热集热板并列设置。本发明采用陶瓷壳体，具有较好的导热、抗爆性能，且能够避免热张冷缩，给动力电池的安全运行带来保证，保证在运行的过程中，始终在安全的控制范围之内。

Description

动力电池散热系统

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种具有温控功能的动力电池散热系统。

背景技术

随着科学技术的日益进步，对于纯电动汽车的研究已经越来越趋于成熟化，由于纯电动汽车具有高效、环保的特点，它在未来的几十年内将逐步替代传统内燃机汽车，成为世界各大城市交通线路的主要交通工具。但对于纯电动汽车的供能源泉——动力电池的性能却在很大程度上制约了电动汽车的发展，往往电池的使用寿命、环保性和安全可靠性决定了电动汽车的品质和新能源汽车的运行状况。

动力电池是一种能为各种交通工具提供电能的电池，相对普通对小型设备供电的电池而言，它具有较大的电能储备，能够满足较大电能的需求。动力锂离子电池之所以成为当今世界的研究热点，主要是因为在其使用过程中具有多方面的应用特点，如高能量密度，高安全性，高倍率部分荷电状态下的循环使用，循环寿命可达3000次以上，工作温度范围宽(-30℃～65℃)等。

通常，动力电池在各种场合应用时都需以较高的电流进行充放电，过程中常伴有放热反应发生。温度对动力电池的性能有至关重要的影响，动力电池对于温度的变化往往非常敏感，电池温度的差异性决定着电池的使用寿命和它的稳定性，锂离子电池最适宜的工作环境温度为在0℃～30℃之间。具体来说，温度对于电池的影响表现在两个方面：当温度较低时，限制了动力电池的室温动力学特性，化学反应速度幔，能量易散失，不能满足使用要求；当温度较高时，电池内部的化学反应明显加剧，且反应速率和温度成级数关系，温度每增加10℃，化学反应速度加倍，会使得电池内阻相对变小，电池效率得到提升。但是，较高的温度同样也加速有害反应速率，易损坏极板，也易产生过充，严重影响电池的使用寿命，对电池结构产生永久损坏。尤其在电池使用过程中，当受到焦耳热，反应热，极化热等影响，大量的热量聚集，温度急剧上升，影响电池寿命和循环效率，严重的甚至引起爆炸，故要有一定的温度限制。

目前电池包的主要散热装置主要采用的是离心式电池散热风扇，即风冷，以外转子式的三相永磁同步电机作为驱动电机，散热风口采用的是固定式窗格，实现对蓄电池的散热。在夏天时，当环境温度较高，只需要打开散热风扇就可以对电池进行散热了。然而，当进入冬天时，电池的工作环境温度较低，固定式窗格依会将冷气放入电池箱中。电池中的温度过低，不利于电池的电化学反应，无法满足使用要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种动力电池包散热系统，以解决现有技术中的动力电池的散热装无法根据环境温度自动调节散热性能的问题，以及电池系统无法在最佳状态工作的问题。

本发明的技术方案为：

动力电池散热系统，包括动力电池包、液泵、散热器和光热集热板，其特征在于，所述动力电池包包括电池芯、均温片和壳体，其特征在于，所述电池芯为平板状，所述电池芯的电极集成在电池芯上侧，

所述均温片包括金属丝网和石墨，所述石墨填充在金属丝网的网孔中并通过压制工艺形成具有一定弹性的均温片；

所述壳体包括主壳体、上顶板和端盖，其中，所述主壳体是由底板和三个侧板组成的敞口结构，并在主壳体内部设置有若干彼此平行设置的隔板，所述隔板与隔板之间安装有电池芯，且在电池芯的两侧分别填充有导热硅胶和均温片，所述端盖设置在主壳体一侧；在所述隔板中设置有若干上下通透的通孔，所述通孔上端与第一凹槽连通，下端与第二凹槽连通；

所述上顶板通过螺钉安装在主壳体的顶部，且在上顶板的内侧设置有若干个第三凹槽，所述第三凹槽与第一凹槽对应设置，且在第三凹槽的四周设置有与所述隔板配合的第三密封槽，所述第三密封槽内填充有橡胶密封圈；在每一个第三凹槽对应的上顶板上对应的设置一个冷却液出口，在所述上顶板的四周设置有第一密封槽，第一密封槽内填充有橡胶密封圈；在所述上顶板的顶部设置有电极缺口，

在主壳体的下侧安装固定一个下端盖，在下端盖内侧表面设置有均流布流槽，所述均流布流槽包括主通道、副通道和稳压通道，条状所述主通道位于下端盖的中央位置，在下端盖的两侧为两个对称设置的稳压通道，所述稳压通道为自主通道向两侧逐渐倾斜形成的斜槽，所述下端盖的四周设置有第二密封槽和橡胶密封圈；

在主通道两侧设置有若干连通主通道和稳压通道的副通道，在稳压通道中均匀的布置有若干圆锥形的紊流突起，所述紊流突起尖部与所述通孔同心且插入到通孔处；在所述主通道中设置有一个向下贯穿下端盖的冷却液进口，

所述主壳体为陶瓷构件；

所述端盖、上顶板和下端盖皆为铝合金构件。

所述光热集热板安装在车顶位置，且光热集热板的介质进出口分别通过液泵连接到冷去液出口和冷却液进口，并在循环管路中设置有电磁阀；

所述散热器与所述光热集热板并列设置且通过管路和电磁阀接入到循环管路中。

进一步地，所述电池芯为锂电池电池芯。

进一步地，所述金属丝网采用10目规格不锈钢丝网。

技术效果为：

采用陶瓷壳体，具有较好的导热、抗爆性能，且能够避免热张冷缩，给动力电池的安全运行带来保证，保证在运行的过程中，始终在安全的控制范围之内。

整个系统采用外循环给动力电池降温，根据温控系统调控，用于控制液泵的速度，达到均温的目的。其中液泵的控制是在电控系统的调配下完成的。

金属和陶瓷各自发挥各自的性能特点，并解决了电池自膨胀、散热、加热、抗爆等一系列容易出现的问题，提高了电池包整体的性能。

结构紧凑，可以根据车的大小进行模块化定制。

充分利用太阳能和车辆自带的散热器进行工作。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为电池包的立体图。

图3为图2中隔板处的剖视图。

图4为主壳体的立体图。

图5为主壳体的俯视图。

图6为底板的立体图。

图7为上顶板的立体图。

图8为本发明与电动轿车的示意图。

图中：1电池芯，2壳体，21主壳体，211底板，212侧板，213隔板，214通孔，22上顶板，221电极缺口，23端盖，3均温片，41第一凹槽，42第二凹槽，43第三凹槽，45冷却液出口，46冷却液进口，51第一密封槽，52第二密封槽，53第三密封槽，54均流布流槽，541主通道，542副通道，543稳压通道，544紊流突起，61微型液泵，62散热器，63光热集热板，64电磁阀。

具体实施方式

如图1至图7所示，针对动力电池均温效果差、冷却液对电池芯冷却不均匀、不抗爆、以及冷却系统构造复杂等缺陷，本发明的保护主体如下：

开发的是一种具有均温效果的动力电池包散热系统，可以使得动力电池保持在基本稳定的温度范围内，并将波动控制在合理的范围内。

本发明提供的动力电池包结构如下：

包括电池芯1、均温片3、壳体2，其中电池芯1为平板状，例如锂电池电池芯，其中的电池芯1的电极集成在一侧，包括正、负电极，一般设计为平板状、或者块状，并在其上设置有电极，根据位置安排，下面重点对均温片进行详细的分析。由于本发明的重点不在于电池芯的改进，故对电池芯的结构不做详细的介绍。

动力电池在充放电过程中由于内部温度的累积，会有较大的温度上升现象，尤其是在汽车加速行驶的过程中，更是会形成较大的升温，这种升温的现象在外会变现为电池芯体积的略微增大，壳体的膨胀，通过温度测试，温度可以升至100度甚至以上，这种升温偏离了电池的最佳工作范围，会造成动力电池的寿命降低，进一步地影响其安全性能，例如自燃和自爆。

另外，在寒冷的冬季，外界气温较低，例如零下20度，会影响动力电池的放电，需要增加温控系统进行温度控制。

在温控的过程中，电池芯的体积会发生变化，热胀冷缩，需要进行调节，一控制其形变。

在制作均温片的过程中，需要对电池芯1升温过程造成的变形、膨胀进行考量，并综合利用其变形，达到有效控制温度升温的目的。

均温片3为石墨薄片，包括金属丝网和石墨，其中金属丝网采用10目规格，石墨填充在金属丝网的网孔中，形成具有一定弹性的均温片，且石墨在金属丝网的作用下，不易发生破碎，且能够具有一定的伸缩性能。

壳体部分包括主壳体21、上顶板22和端盖23，其中，主壳体21是由底板211和三个侧板212组成的，并在底板和一个侧板之间设置有若干彼此平行设置的隔板213，隔板与隔板之间的空腔为电池芯安装空间，其中隔板与上述的主壳体是一体的成型的，上述的主壳体21为陶瓷构件，在隔板中设置有若干上下通透的通孔214，该通孔214上端与第一凹槽41连通，下端与第二凹槽42连通，其中第一凹槽和第二凹槽的作用在于提供一个均流空间，用于液体的均匀分布。

为控制电池包的整体尺寸，隔板的厚度控制在5毫米左右，通孔直径在2毫米左右，并有利于壳体重量的降低。

上顶板22为一个矩形板，采用铝合金二次机加工形成，通过螺钉安装在主壳体的顶部，且在上顶板的内侧设置有若干个第三凹槽43，第三凹槽43与第一凹槽对应设置，且在第三凹槽43的四周设置有与上述的隔板配合的第三密封槽53，第三密封槽内填充有橡胶密封圈，用于隔板处的密封。

在每一个第三凹槽43对应的上顶板上对应的设置一个冷却液出口45，用于外界冷却液循环管路。

在上述的上顶板的四周设置有第一密封槽51，第一密封槽内填充有橡胶密封圈。

在上述上顶板22的顶部设置有电极缺口221，电池芯的电极可以通过该缺口露出，便于电缆的连接。

在主壳体21的下侧安装固定一个下端盖5，下端盖5通过螺钉固定在底部，在下端盖内侧表面设置有均流布流槽54，均流布流槽包括主通道541、副通道542和稳压通道543，其中主通道541位于下端盖的中央位置，在下端盖的两侧为两个稳压通道543，两个稳压通道对称设置，稳压通道为自主通道向两侧逐渐倾斜形成的斜槽，也就是说，稳压通道是自下端盖的中央位置向两侧逐渐加深的。

下端盖的四周设置有第二密封槽52，用于和上述的底板进行配合，防止漏液。

在主通道两侧设置有若干副通道542，用于主通道和稳压通道之间的连通，使得主通道中的冷却液可以顺利的到稳压通道中，由于稳压通道的空腔面积较大，主通道过来的冷却液到达后，冷却液的流速降低，形成稳定状态的冷却液。

在稳压通道中均匀的布置有若干紊流突起544，该紊流突起544与上述隔板中的通孔一一对应设置，紊流突起544为圆锥形，且尖部与通孔同心且微微插入到通孔洞孔处，形成紊流作用。

在主通道541中设置有一个向下贯穿下端盖的冷却液进口46，用于冷却液的供给。

端盖23，若干个，设置在主壳体一侧，用于内部电池芯的封堵和检修，需要检修时，打开侧面的封堵盖即可。

上述的端盖、上顶板、下端盖采用铝合金材质，质轻，且能够满足安装要求。主壳体采用陶瓷构件，导热性能好，便于导热。

电池芯1安装在隔板与隔板之间的空间内，安装时，在电池芯的一侧均匀涂装导热硅胶，然后塞入到隔板与热板之间的缝隙内，然后在电池芯的另一侧(无硅胶)，在电池芯与隔板之间塞入均温片3，均温片用于实现热量的传导，实现最大程度的导热。

上述电池芯多个彼此并列设置，并可以在隔板中靠近电池芯位置设置温度传感器，用于采集电池芯的温度，冷却介质的流速和温度可控，使得电池包内的温度可控，冷却液在循环后将电池芯的热量带走，形成冷却。

且陶瓷构件热膨胀系数小，在电池发热后，电池芯作为一个单体会发生膨胀，均温片会在电池芯的压迫下发生变形，而主壳体的热变形几乎为零，可以保证电池包的总体积不会发生变化，进而保证电池包的安全。

主壳体为敞口结构，便于制造。

在发生爆炸时，壳体的存在，可是使得电池芯的爆炸冲击力得到缓解，且电池芯单个爆炸力度是有限的，隔板的存在使得多个电池芯之间形成独立的空间，不会造成彼此的影响。

冷却介质外循环采用液泵和散热模式，其中液泵采用微型液泵61，散热与汽车自带的散热器62进行连通，利用汽车散热器将热量散发掉，散热器充当冷水箱的作用，参考图8。

加热介质外循环采用液泵和光热加热模式，其中，液泵采用微型液泵61，加热与光热集热板63进行连通，光热集热板采用太阳能光热集热板，安装在车顶位置，利用太阳能进行加热，对动力电池组进行加热，便于温度的迅速提升，参考图8。

上述的冷却和加热是在电磁阀64的控制下进行切换的。

冬季采用光热集热板给电池包加热，夏季利用散热器给电池包降温，并配合轿车的温控控制系统，控制其温度。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.动力电池散热系统，包括动力电池包、液泵、散热器和光热集热板，其特征在于，所述动力电池包包括电池芯(1)、均温片(3)和壳体(2)，所述电池芯(1)为平板结构，所述电池芯(1)的电极集成在电池芯上侧，

所述壳体包括主壳体(21)、上顶板(22)和端盖(23)，其中，所述主壳体(21)是由底板(211)和三个侧板(212)组成的敞口结构，并在主壳体内部设置有若干彼此平行设置的隔板(213)，所述隔板与隔板之间安装有电池芯，且在电池芯的两侧分别填充有导热硅胶和均温片，所述端盖(23)设置在主壳体一侧；在所述隔板中设置有若干上下通透的通孔(214)，所述通孔(214)上端与第一凹槽(41)连通，下端与第二凹槽(42)连通；

所述上顶板(22)通过螺钉安装在主壳体的顶部，且在上顶板的内侧设置有若干个第三凹槽(43)，所述第三凹槽(43)与第一凹槽对应设置，且在第三凹槽(43)的四周设置有与所述隔板配合的第三密封槽(53)，所述第三密封槽内填充有橡胶密封圈；在每一个第三凹槽(43)对应的上顶板上对应的设置一个冷却液出口(45)，在所述上顶板的四周设置有第一密封槽(51)，第一密封槽内填充有橡胶密封圈；在所述上顶板(22)的顶部设置有电极缺口(221)，

在主壳体(21)的下侧安装固定一个下端盖(5)，在下端盖内侧表面设置有均流布流槽(54)，所述均流布流槽包括主通道(541)、副通道(542)和稳压通道(543)，所述主通道(541)位于下端盖的中央位置，在下端盖的两侧为两个对称设置的稳压通道(543)，所述稳压通道为自主通道向两侧逐渐倾斜形成的斜槽，所述下端盖的四周设置有第二密封槽(52)和橡胶密封圈；

在主通道两侧设置有若干连通主通道和稳压通道的副通道(542)，在稳压通道中均匀的布置有若干圆锥形的紊流突起(544)，所述紊流突起(544)尖部与所述通孔同心且插入到通孔处；在所述主通道(541)中设置有一个向下贯穿下端盖的冷却液进口(46)，

所述主壳体(21)为陶瓷构件；

所述光热集热板安装在车顶位置，且光热集热板的介质进出口分别通过液泵连接到冷去液出口和冷却液进口，并在循环管路中设置有电磁阀；

所述散热器与所述光热集热板并列设置且通过管路和电磁阀接入到循环管路中。

2.根据权利要求1所述的动力电池散热系统，其特征在于，所述电池芯为锂电池电池芯。

3.根据权利要求1所述的动力电池散热系统，其特征在于，所述金属丝网采用10目规格不锈钢丝网。

4.根据权利要求1所述的动力电池散热系统，其特征在于，所述散热器位于车体的前端。

5.根据权利要求1所述的动力电池散热系统，其特征在于，所述光热集热板为太阳能光热集热板。

6.根据权利要求1所述的动力电池散热系统，其特征在于，所述均温片(3)包括金属丝网和石墨，所述石墨填充在金属丝网的网孔中并通过压制工艺形成具有一定弹性的均温片。

7.根据权利要求1所述的动力电池散热系统，其特征在于，所述端盖(23)、上顶板(22)和下端盖(5)皆为铝合金构件。