CN106532181B - 一种锂离子电池包散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池包散热系统，电池箱内设有制冷装置和液体泵，制冷装置的输出端连接空气泵，锂离子电池组内设有热交换器，相邻电芯之间设有装有冷却液的电绝缘导热袋，热交换器上设有气体进口、气体出口、冷却液进口和冷却液出口，冷却液出口与液体泵的输入端连接，液体泵的输出端通过输液管路将冷却液送入电绝缘导热袋内，电绝缘导热袋的出口与冷却液进口连接以形成冷却液回路。通过采用制冷装置、换热器和电绝缘导热袋等装置，在电池箱内构成一个完整的均匀散热系统，能快速地转移走电池组内的热量，使电池组内的电芯能够保持稳定的工作温度，电池箱可以长久稳定的工作，减少了后期的维护费用。

Description

一种锂离子电池包散热系统

技术领域

本发明涉及电动汽车电池领域，特别涉及一种锂离子电池包散热系统。

背景技术

电动汽车的散热系统影响着电动汽车的能耗和设备的使用寿命，其中，影响较大是电动汽车的电池。电动汽车现有使用的电池包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和镍镉电池，其中，由于锂离子电池具有重量轻、储能大、功率大、无污染等特点，以逐步取代现广泛使用的铅酸电池。但是，由于锂离子电池受温度影响较大，过高温度容易使电池电解液分解，引起电池早衰，同时还会引起电池充放电不均衡。因此，现有采用锂离子电池的电动汽车都会设置散热系统，并进行强制通风。

由于锂离子电池散热量较低，在实际安装和使用中，常将其做成电池组或电池包，通过散热系统对电池组或电池包进行通风散热，以减少热量的堆积，例如，中国专利CN105870540A公开了一种电池包散热系统，该专利针对现有锂离子电池包散热系统存在的无法快速均匀散热的问题做出了改进，并提供了一种新的散热系统，即包括控制装置、供风装置、电池包和多个挡风板，其中，电池包内包括多个电池模组，电池包的两个侧壁上设置相对的进风口和出风口，控制装置与供风装置连接，用于控制供风装置的开启与关闭，供风装置与进风口连接，用于通过进风口向电池包内的各个电池模组供风，挡风板与电池模组连接，用于调整吹向电池包内的各个电池模组的风量的大小。通过在电池包的进口处设置供风装置，并且在每个电池模组上连接一个挡风板，实现了对电池包内每个电池模组的均匀散热，进而提高了整个电池包的使用性能和使用寿命。但是该散热系统存在不足，例如，该散热系统实则是通过在不同温度的电池模组安装对应形状的挡板来调节温度，则就需要提前预知每个电池模组的温度，才能根据第一预设条件来布置和设计挡板，然而，由于电动汽车的工作状态和工作环境变化无常，各电池模组之间存在自身差别，导致各电池模组的工作温度时高时低，进而完全不能定性于哪些不满足所称的第一预设条件，因此，就不能完全确定挡板的安装位置和形状结构，也就无法有效保证锂离子电池包的均匀快速散热，故实施起来比较困难，效果得不到有效保证。

中国专利CN103972603A公开了一种电动汽车电池箱散热系统，包括散热片底座、安装于散热片底座上的若干智能半导体芯片、承载于智能半导体芯片上的电池组、温度传感器、及电池管理系统；所述散热片底座包括散热片及若干散热风扇；所述电池组包括若干电芯，所述智能半导体芯片的两个表面存在着温度差，其中较热的一个表面为贴着散热片的热面端，较冷的一个表面为贴着电池组的冷面端；所述温度传感器固定电池组内。当电动汽车运行时，电池管理系统通过温度传感器对所有电池组内的温度实现实时监控，当某一电芯温度超过设定温度时，电池管理系统将给该电芯位置处的智能半导体芯片提供工作电流，智能半导体芯片开始制冷，同时对应位置的风扇开始工作，风扇产生的风通过散热片对智能半导体芯片的热面端进行散热，随着智能半导体芯片的热面端的温度下将，智能半导体芯片与电池组接触的冷面端温度相应降低，电芯的温度亦随着下降，当电芯的温度低于设定温度时，电池管理系统停止对智能半导体芯片供电，风扇也停止工作。该散热系统从理论上很好地解决了上述问题，但是，该系统几乎完全依赖于智能化元件，使用成本很高的智能制冷半导体芯片及其电池管理系统，进而大幅增大了制造和使用成本，导致电动汽车的造价进一步升高，不利于电动汽车的推广应用，并且，完全依靠智能化的散热系统的稳定性和使用周期还有待进一步的测试考证。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种构思不同的能均匀快速散热的电池包散热系统，以解决上述存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种锂离子电池包散热系统，包括电池箱，均布于电池箱内的锂离子电池组，电池箱内设有制冷装置和液体泵，制冷装置的输出端连接空气泵，锂离子电池组包括外壳和置于外壳内的若干电芯，外壳上设有用于输液管路穿过的输入孔和输出孔，锂离子电池组内设有热交换器，相邻电芯之间设有装有冷却液的电绝缘导热袋，热交换器用于冷却液与气体的热交换，热交换器上设有气体进口、气体出口、冷却液进口和冷却液出口，气体进口连接能泵入气体的空气泵，气体出口连接制冷装置的输入端以形成气体回路，冷却液出口与液体泵的输入端连接，液体泵的输出端通过输液管路将冷却液送入电绝缘导热袋内，电绝缘导热袋上设有出口，出口通过输液管路与冷却液进口连接以形成冷却液回路。

由于上述结构的设置，电动汽车工作时，电池箱启动，空气泵、液体泵和制冷装置开始工作，空气泵将制冷装置制得的制冷气体泵入各个电池组内的热交换器内，热交换器通过气体进口接收制冷气体，并使制冷气体与从冷却液进口进入的冷却液发生热交换，热交换后的制冷气体通过气体出口排出热交换器外，并通过管路输送至空气制冷装置内继续加以利用，热交换后的冷却液通过冷却液出口被液体泵泵出，并通过输液管路输送至各个电绝缘导热袋内，电绝缘导热袋内的冷却液与电芯发生热交换后，经电绝缘导热袋的出口流出，并通过冷却液进口回流至热交换器中。

为了进一步增大电芯与冷却液的换热面积，提高冷却液快速均匀散热的能力，所述电芯包括电芯片，相邻电芯片之间设有装有冷却液的电绝缘导热薄袋，电绝缘导热薄袋上设有进口孔和出口孔，进口孔连接液体泵，出口孔连接冷却液进口。

考虑到冷却液在形成回流的过程中，管路内会存在一定量的制冷气体，例如液体泵在将热交换器内的冷却液泵出时，冷却液内夹杂着一定量的制冷气体，若不及时排出，冷却液回路将会变得不通畅，热交换效率降低，均匀散热的效果变差。因此，液体泵的输入端设有补给支路，补给支路的另一端连接一冷却液箱，冷却液箱的高度高于电池箱的高度，冷却液箱包括设有注液口和溢流口的上盖和设有出液口的下盖，设于上盖上且位于溢流口下方的进气口，上盖和下盖密封连接形成密封腔体，进气口内设有泡沫管，泡沫管置于密封腔体内，泡沫管上设有排气孔和进液孔，泡沫管的一端通过固定装置固定在进气口处，且通过固定装置与液体泵的输入端连接，排气孔和进液孔内均设有密封元件，所述密封元件为瓣膜，排气孔内的瓣膜朝向泡沫管外，进液孔内的瓣膜朝向泡沫管内。

由于上述结构的设置，当电池箱内的锂离子电池组开始工作时，输液管路内存在液压，致使冷却液回路的压力大于冷却液箱内的密封腔体内的压力，进液孔受到增压而关闭，由于冷却液箱的高度高于电池箱的高度，这种高度差的存在使冷却液回路中的制冷气体经补给支路流入泡沫管内，并通过泡沫管的排气孔排向密封腔体内排气，密封腔体内压力升高并将冷却液通过出液口压入冷却液回路内实现补充冷却液，进一步，通过注液口处的密封阀排除密封腔体内的气体，进而实现除气；当电池箱停止工作时，输液管路内液压消失，冷却液回路的压力小于密封腔体内的压力，排气孔受到负压而关闭，密封腔体内的冷却液受到负压通过进液孔被吸入到冷却液回路中，进而实现了对冷却液回路进行补液除气的作用。

上述中，排气孔和进液孔的工作原理为，当泡沫管外的冷却液（即密封腔体内的冷却液）的压强小于泡沫管内的压强时（即冷却系统内的压强），排气孔内的瓣膜受到压强而打开，补给支路内的制冷气体通过排气孔进入密封腔体内，进液孔内的瓣膜受到压强而贴合得更紧，进液孔关闭，密封腔体内的冷却液无法进入泡沫管内；当泡沫管外的冷却液（即密封腔体内的冷却液）的压强大于泡沫管内的压强时（即冷却系统内的压强），排气孔内的瓣膜受到压强而贴合得更紧，排气孔关闭，密封腔体内的冷却液无法进入泡沫管内，进液孔内的瓣膜受到压强而打开，密封腔体内的冷却液进入泡沫管内经补给支路流入冷却液回路内实现补充冷却液。

进一步，作为一种替选方案，排气孔和进液孔的横截面均为锥形且孔内均设有密封元件，排气孔的最大开口朝向泡沫管外，进液孔的最大开口朝向泡沫管内，密封元件包括限位凸缘和浮子，浮子在锥形的最小开口和限位凸缘之间自由移动，且不能穿过锥形的最小开口和限位凸缘。

由于上述结构的设置，当浮子朝向锥形最小开口的一面压力较大时，浮子向限位凸缘方向移动，锥形通道导通，进而使排气孔或进液孔打开，当浮子朝向锥形最大开口的一面压力较大时，浮子向锥形最小开口的方向移动，锥形通道关闭，进而使排气孔或进液孔关闭，最终实现对冷却液内的液压进行有效控制。

进一步，考虑到浮子的安装，浮子为弹性球形浮子，弹性球形浮子采用弹性聚氨酯材料制成，以更好地嵌入锥形最小开口与限位凸缘之间，限位凸缘为弧形凸缘，环形分布于锥形内，限位凸缘之间留有间隙，以防止限位凸缘对浮子造成刮擦。

进一步，泡沫管的末端封口形成盲端，盲端的横截面为弧形，进液孔和排气孔均布于盲端上，进气口与泡沫管之间设有密封套，密封套设于进气口的两端部，用于密封泡沫管和进气口之间的间隙，以使泡沫管不易发生移动和形变。

进一步，为了防止气体回路内的气压过大，空气泵的输出端设有带有溢流阀的回流支路，回流支路的另一端连接制冷装置的输入端。当气体回路内的气压过大时，回流支路上的溢流阀被打开，一部分的制冷气体通过回流支路流入制冷装置内，进而起到了平衡气压的作用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供一种构思不同的能均匀快速散热的电池包散热系统，通过采用制冷装置、换热器和电绝缘导热袋等装置，在电池箱内构成一个完整的均匀散热系统，能快速地转移走电池组内的热量，使电池组内的电芯能够保持稳定的工作温度，进而保证电池的综合性能，同时，通过设置冷却液箱，能够更加稳定本发明的散热系统，使本发明的散热系统可以长久稳定的工作，减少了后期的维护费用。

附图说明

图1是本发明的一种锂离子电池包散热系统结构示意图；

图2是本发明的冷却液箱在锂离子电池包散热系统中结构示意图；

图3是本发明的电池组之间管路连接示意图；

图4是本发明的锂离子电池组结构示意图；

图5是图4的锂离子电池组揭开上盖后的结构示意图；

图6是图5的正视结构示意图；

图7是图5的俯视结构示意图；

图8是本发明的电绝缘导热袋结构示意图；

图9是本发明的电绝缘导热薄袋结构示意图；

图10为本发明的一种冷却液箱结构示意图；

图11为图10中A部分的放大结构示意图；

图12为本发明的排气孔和进液孔结构示意图；

图13为本发明的排气孔和进液孔结构的另一种情况。

图中标记：1为外壳，101为输入孔， 102为输出孔，103为帘片，104为通风槽， 105为肋条，106为通气孔，2为电芯，201为电芯片，3为热交换器，301为气体进口，302为气体出口，303为冷却液进口，304为冷却液出口，4为电绝缘导热袋，401出口，5为电绝缘导热薄袋，501为进口孔，502为出口孔，6为上盖，601为安装孔，7为电池箱，8为锂离子电池组，9为制冷装置，10为液体泵，11为空气泵，12为输液管路，13为气体回路，14为冷却液回路，15为补给支路，16为冷却液箱，1601为上盖，1602为注液口，1603为溢流口，1604为下盖，1605为出液口，1606为进气口，1608为泡沫管，1609为排气孔，1610为进液孔，1611为固定装置，1612为瓣膜，1613为锥形，1614为限位凸缘，1615为浮子，1616为盲端，1617为密封套，1618为密封阀， 18为多通接头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图7所示，一种锂离子电池包散热系统，包括电池箱7，均布于电池箱7内的锂离子电池组8，电池箱7内设有制冷装置9和液体泵10，制冷装置9的输出端连接空气泵11，锂离子电池组8包括外壳1和置于外壳1内的若干电芯2，外壳1上设有用于输液管路12穿过的输入孔101和输出孔102（输入孔101和输出孔102在外壳上呈对称分布），外壳1的上部固定连接用于盖合的上盖6，如图4所示，上盖6上设有若干用于输液管路12穿过的安装孔601，输液管路12通过多通接头18连接各个锂离子电池组8，如图3所示，相应地，用于通入气体的管路也是通过多通接头18接通各个锂离子电池组8，锂离子电池组8内设有热交换器3，相邻电芯2之间设有装有冷却液的电绝缘导热袋4，热交换器3用于冷却液与气体的热交换，热交换器3上设有气体进口301、气体出口302、冷却液进口303和冷却液出口304，气体进口301连接能泵入气体的空气泵11，气体出口302连接制冷装置9的输入端以形成气体回路13，如图2所示，冷却液出口304与液体泵10的输入端连接，液体泵10的输出端通过输液管路12将冷却液送入电绝缘导热袋4内，电绝缘导热袋4上设有出口401，出口401通过输液管路12与冷却液进口303连接以形成冷却液回路14。

如图1至图9所示，电动汽车工作时，电池箱7启动，空气泵11、液体泵10和制冷装置9开始工作，空气泵11将制冷装置9制得的制冷气体泵入各个锂离子电池组8内的热交换器3内，热交换器3通过气体进口301接收制冷气体，并使制冷气体与从冷却液进口303进入的冷却液发生热交换，热交换后的制冷气体通过气体出口302排出热交换器3外，并通过管路输送至空气制冷装置内继续加以利用，热交换后的冷却液通过冷却液出口302被液体泵10泵出，并通过输液管路12输送至各个电绝缘导热袋4内，电绝缘导热袋4内的冷却液与电芯2发生热交换后，经电绝缘导热袋4的出口401流出，并通过冷却液进口303回流至热交换器3中。

为了进一步增大电芯2与冷却液的换热面积，提高冷却液快速均匀散热的能力，所述电芯2包括电芯片201，相邻电芯片201之间设有装有冷却液的电绝缘导热薄袋5，电绝缘导热薄袋5上设有进口孔501和出口孔502，进口孔501连接液体泵10，出口孔502连接冷却液进口303。

考虑到冷却液在形成回流的过程中，管路内会存在一定量的制冷气体，例如液体泵10在将热交换器3内的冷却液泵出时，冷却液内夹杂着一定量的制冷气体，若不及时排出，冷却液回路14将会变得不通畅，热交换效率降低，均匀散热的效果变差。因此，液体泵10的输入端设有补给支路15，补给支路115的另一端连接一冷却液箱16，如图2和图10所示，冷却液箱16的高度高于电池箱7的高度，冷却液箱16包括设有注液口1602和溢流口1603的上盖1601和设有出液口1605的下盖1604，设于上盖1601上且位于溢流口1603下方的进气口1606，上盖1601和下盖1604密封连接形成密封腔体，进气口1606内设有泡沫管1608，泡沫管1608置于密封腔体内，泡沫管1608上设有排气孔1609和进液孔1610，泡沫管1608的一端通过固定装置1611固定在进气口1606处，且通过固定装置1611与液体泵10的输入端连接，排气孔1609和进液孔1610内均设有密封元件，所述密封元件为瓣膜1612，如图11所示，排气孔1609内的瓣膜1612朝向泡沫管1608外，进液孔1610内的瓣膜1612朝向泡沫管1608内。

当电池箱7内的锂离子电池组8开始工作时，输液管路12内存在液压，致使冷却液回路14的压力大于冷却液箱16内的密封腔体内的压力，进液孔1610受到增压而关闭，由于冷却液箱16的高度高于电池箱7的高度，这种高度差的存在使冷却液回路14中的制冷气体经补给支路15流入泡沫管1608内，并通过泡沫管1608的排气孔1609排向密封腔体内排气，密封腔体内压力升高并将冷却液通过出液口1605压入冷却液回路14内实现补充冷却液，进一步，通过注液口1602处的密封阀1618排除密封腔体内的气体，进而实现除气；当电池箱7停止工作时，输液管路12内液压消失，冷却液回路14的压力小于密封腔体1607内的压力，排气孔1609受到负压而关闭，密封腔体内的冷却液受到负压通过进液孔1610被吸入到冷却液回路14中，进而实现了对冷却液回路14进行补液除气的作用。

上述中，排气孔1609和进液孔1610的工作原理为，当泡沫管1608外的冷却液（即密封腔体内的冷却液）的压强小于泡沫管1608内的压强时，排气孔1609内的瓣膜1612受到压强而打开，补给支路15内的制冷气体通过排气孔1609进入密封腔体内，进液孔1610内的瓣膜1612受到压强而贴合得更紧，进液孔1610关闭，密封腔体内的冷却液无法进入泡沫管1608内；当泡沫管1608外的冷却液（即密封腔体1607内的冷却液）的压强大于泡沫管1608内的压强时，排气孔1609内的瓣膜1612受到压强而贴合得更紧，排气孔1609关闭，密封腔体内的冷却液无法进入泡沫管1608内，进液孔1610内的瓣膜1612受到压强而打开，密封腔体内的冷却液进入泡沫管1608内经补给支路15流入冷却液回路14内实现补充冷却液。

作为一种替选地实施方式，排气孔1609和进液孔1610的横截面均为锥形1613且孔内均设有密封元件，排气孔1609的最大开口朝向泡沫管1608外，进液孔1610的最大开口朝向泡沫管1608内，密封元件包括限位凸缘1614和浮子1615，如图12所示，浮子1615在锥形1613的最小开口和限位凸缘1614之间自由移动，且不能穿过锥形1613的最小开口和限位凸缘1614。

当浮子1615朝向锥形1613最小开口的一面压力较大时，浮子1615向限位凸缘1614方向移动，锥形通道导通，进而使排气孔1609或进液孔1610打开，当浮子1615朝向锥形1613最大开口的一面压力较大时，浮子1615向锥形1613最小开口的方向移动，锥形通道关闭，进而使排气孔1619或进液孔1610关闭，最终实现对冷却液内的液压进行有效控制。

作为一种实施方式，考虑到浮子1615的安装，浮子1615为弹性球形浮子，弹性球形浮子采用弹性聚氨酯材料制成，以更好地嵌入锥形1613最小开口与限位凸缘1614之间，优选地，弹性球形浮子采用TPU树脂（热塑性聚氨酯弹性体橡胶）制成，限位凸缘1614为弧形凸缘，环形分布于锥形1613内，限位凸缘1614之间留有间隙，以防止限位凸缘1614对浮子1615造成刮擦。

进一步，泡沫管1608的末端封口形成盲端1616，盲端1616的横截面为弧形，进液孔1610和排气孔1609均布于盲端1616上，进气口1606与泡沫管1608之间设有密封套1617，密封套1617设于进气口1606的两端部，用于密封泡沫管1608和进气口1606之间的间隙，以使泡沫管1608不易发生移动和形变。

进一步，为了防止气体回路13内的气压过大，空气泵11的输出端设有带有溢流阀的回流支路（图中未画出），回流支路的另一端连接制冷装置9的输入端。当气体回路13内的气压过大时，回流支路上的溢流阀被打开，一部分的制冷气体通过回流支路流入制冷装置9内，进而起到了平衡气压的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池包散热系统，包括电池箱，均布于电池箱内的锂离子电池组，其特征在于，电池箱内设有气体制冷装置和液体泵，制冷装置的输出端连接空气泵，锂离子电池组包括外壳和置于外壳内的若干电芯，外壳上设有用于输液管路穿过的输入孔和输出孔，锂离子电池组内设有热交换器，相邻电芯之间设有装有冷却液的电绝缘导热袋，热交换器用于冷却液与气体的热交换，热交换器上设有气体进口、气体出口、冷却液进口和冷却液出口，气体进口连接能泵入气体的空气泵，气体出口连接制冷装置的输入端以形成气体回路，冷却液出口与液体泵的输入端连接，液体泵的输出端通过输液管路将冷却液送入电绝缘导热袋内，电绝缘导热袋上设有出口，出口通过输液管路与冷却液进口连接以形成冷却液回路；液体泵的输入端设有补给支路，补给支路的另一端连接一冷却液箱，冷却液箱的高度高于电池箱的高度，冷却液箱包括设有注液口和溢流口的上盖和设有出液口的下盖，设于上盖上且位于溢流口下方的进气口，上盖和下盖密封连接形成密封腔体，进气口内设有泡沫管，泡沫管置于密封腔体内，泡沫管上设有排气孔和进液孔，泡沫管的一端通过固定装置固定在进气口处，且通过固定装置与液体泵的输入端连接，排气孔和进液孔内均设有密封元件，所述密封元件为瓣膜，排气孔内的瓣膜朝向泡沫管外，进液孔内的瓣膜朝向泡沫管内。

2.如权利要求1所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于，所述电芯包括电芯片，相邻电芯片之间设有装有冷却液的电绝缘导热薄袋，电绝缘导热薄袋上设有进口孔和出口孔，进口孔连接液体泵，出口孔连接冷却液进口。

3.如权利要求2所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于，排气孔和进液孔的横截面均为锥形且孔内均设有密封元件，排气孔的最大开口朝向泡沫管外，进液孔的最大开口朝向泡沫管内，密封元件包括限位凸缘和浮子，浮子在锥形的最小开口和限位凸缘之间自由移动，且不能穿过锥形的最小开口和限位凸缘。

4.如权利要求3所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于，浮子为弹性球形浮子，弹性球形浮子采用弹性聚氨酯材料制成，限位凸缘为弧形凸缘，环形分布于锥形内，限位凸缘之间留有间隙。

5.如权利要求4所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于，泡沫管的末端封口形成盲端，盲端的横截面为弧形，进液孔和排气孔均布于盲端上，进气口与泡沫管之间设有密封套，密封套设于进气口的两端部，用于密封泡沫管和进气口之间的间隙。

6.如权利要求2所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于，空气泵的输出端设有带有溢流阀的回流支路，回流支路的另一端连接制冷装置的输入端。