CN107394304B - 一种电动汽车电池包散热加热装置及其应用方法 - Google Patents

一种电动汽车电池包散热加热装置及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池包散热加热装置及其应用方法，属于新能源汽车装置技术领域。本发明通过在各电池包上安装温度探测器，检测电池组不同区域的温度，根据检测得到的温度，控制并行的进风口控制挡板的开合程度，出风口风扇作为水泵动力装置，带动水箱中冷却介质在蛇形管中流动，实现对电池组不同部位的均匀散热，当电池组温度过低时，水箱加热器将水箱中冷却介质预热，被预热后的冷却介质经蛇形管实现对电池包的加热。本发明可实现对电池组不同区域可控式降温，有效调节电池组边缘区和中间区域的温度，散热和加热过程可实现自动化控制，保护电池组使用寿命，有效解决了传统电动汽车电池组散热和加热不均匀的问题。

Description

一种电动汽车电池包散热加热装置及其应用方法
技术领域
本发明公开了一种电动汽车电池包散热加热装置及其应用方法，属于新能源汽车装置技术领域。
背景技术
电池包作为电动汽车上装载有电池组的主要储能元件，是电动汽车的关键部件，直接影响到电动汽车的性能和安全。锂离子动力电池因其优异的功率输出特性和长寿命等优点，目前在电动汽车电池包中得到良好应用。但锂离子动力电池的性能对温度变化较敏感，特别是车辆上运用的大容量、高功率锂离子电池。车辆上的装载空间有限，车辆所需电池数目较大，电池均为紧密排列连接。当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，电池会以不同倍率放电，以不同生热速率产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导致电池组运行环境温度复杂多变。由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少，增加了电池包中各单体之间的温度不均衡，加剧各电池模块、单体内阻和容量不一致性。如果长时间积累，会造成部分电池过充电和过放电，进而影响电池的寿命和性能，并造成安全隐患。如果电动汽车电池组在高温下得不到及时通风散热，将会导致电池组系统温度过高或温度分布不均匀，最终将降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响电池的安全性与可靠性；再者在低温下，电池内部的电化学反应由于受温度影响也不能正常运行，需要对电池包进行加热。因此为了使电池包发挥最佳性能和寿命，需要优化电池包的结构，对它进行热管理，增加散热和加热装置，控制电池运行的温度环境。
考虑成本、质量、空间的布置，早期在温和气候条件下使用的车辆都是没有使用加热或冷却单元并且只依靠空气来散热电池。目前生产的一些混合电动汽车也是使用环境空气来被动冷却/加热电池包。尽管空气是经过汽车空调（交流）或供暖系统冷却和加热的，但它仍然被认为是一种被动系统。运用这种被动系统，环境空气必须在一定温度范围（10～35℃）中才能正常进行热管理，在环境极冷或极热条件下，运行电池包可能会产生更大的不均匀。相关试验也证明被动系统中，由于引入环境空气的温度不一致性，冷却加热电池包会导致电池包更大的不均匀性。
因此，亟待开发一种电池包部位能一致性散热与加热、电池组系统温度分布均匀的电池包散热加热装置具有必要的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统电动汽车电池包散热加热装置无法保证对电池包不同部位实现一致性散热与加热，导致电池组系统温度分布不均匀，影响电池组性能和使用寿命的问题，提供了一种电动汽车电池包散热加热装置及其应用方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：是由电池通风散热箱和底盘箱组成的双层结构，电池通风散热箱包括空气入口，空气入口处设有进风口控制挡板，进风口控制挡板侧面安装有空气导流板，电池包安装固定于电池通风散热箱中部，电池包上安装有温度探测器，在电池通风散热箱尾端设有出风口，出风口处安装有风扇，风扇圆心位置带有风扇轴，底盘箱侧面安装有水箱，水箱内部有水箱加热器，水箱侧面设有泄水口，水箱出口与外部水管相接，外部水管与底盘箱内部排布的蛇形管相通，管内水流通过水泵驱动循环，水泵叶轮处安装有水泵驱动轴，水泵驱动轴通过皮带轮与风扇轴相连；
应用所述的电动汽车电池包散热加热装置时，在电动汽车使用过程中，通过温度探测器检测电池包温度，根据检测得到的温度，当电池包达到预警温度时，与电池包位置对应的进风口控制挡板打开，打开程度根据温度高低控制，空气经空气导流板并行流过电池包不同部位，带走热量，形成的热空气从出风口排出，在排出过程中，带动风扇转动，风扇与风扇轴相连，通过皮带轮带动与水泵驱动轴相连的水泵，从而使水箱中冷却介质通过外部水管进入排布于底盘箱中的蛇形管，实现对电池包的进一步冷却降温，当温度探测器检测电池包温度过低，需要加热时，水箱加热器将水箱中冷却介质预热至10～15℃，被预热后的冷却介质经蛇形管实现对电池包的加热。
所述的水箱（11）中使用的冷却介质为去离子水和乙醇按体积比为80：1～100：1混合而成。
所述的预警温度分为三个等级，初级预警温度为30～32℃，中级预警温度为33～35℃，高级预警温度为35℃以上。
所述的进风口控制挡板（5）根据检测到的预警温度打开到合适角度，打开角度分三级，初级角度为10～20°，与初级预警温度对应，中级角度为20～40°，与中级预警温度对应，高级角度为40～60°，与高级预警温度对应。
所述的每一块进风口挡板（5）与电池包（3）表面的温度探测器（4）单独相连，根据对应电池包（3）温度探测值，开启到相对应角度。
所述的风扇（8）转速由进风口控制挡板（5）开合角度控制，风扇（8）转速变化引起蛇形管（17）中冷却介质流速变化，实现对不同温度下的电池包（3）快速降温。
所述的冷却介质更换周期根据电动汽车行驶里程更换，每行驶8000～10000km更换一次，冷却介质装载量为水箱体积的70～80%，更换时通过泄水口更换。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过在各电池包上安装温度探测器，检测电池组不同区域的温度，根据检测得到的温度，控制并行的进风口控制挡板的开合程度，出风口风扇作为水泵动力装置，带动水箱中冷却介质在蛇形管中流动，实现对电池组不同部位的均匀散热，当电池组温度过低时，水箱加热器将水箱中冷却介质预热，被预热后的冷却介质经蛇形管实现对电池包的加热；
（2）本发明可实现对电池组不同区域可控式降温，有效调节电池组边缘区和中间区域的温度，散热和加热过程可实现自动化控制，保护电池组使用寿命，有效解决了传统电动汽车电池组散热和加热不均匀的问题。
附图说明
图1为本发明电动汽车电池包散热加热装置的电池通风散热箱主体构造示意图。
图2为本发明电动汽车电池包散热加热装置的侧面构造示意图。
图3为本发明电动汽车电池包散热加热装置的底盘箱主体构造示意图。
其中，1、电池通风散热箱；2、空气入口；3、电池包；4、温度探测器；5、进风口控制挡板；6、空气导流板；7、出风口；8、风扇；9、风扇轴；10、底盘箱；11、水箱；12、外部水管；13、泄水口；14、水泵；15、水泵驱动轴；16、皮带轮；17、蛇形管；18、水箱加热器。
具体实施方式
一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：是由电池通风散热箱1和底盘箱10组成的双层结构，电池通风散热箱包括空气入口2，空气入口处设有进风口控制挡板5，进风口控制挡板侧面安装有空气导流板6，电池包3安装固定于电池通风散热箱中部，电池包上安装有温度探测器4，在电池通风散热箱尾端设有出风口7，出风口处安装有风扇8，风扇圆心位置带有风扇轴9，底盘箱侧面安装有水箱11，水箱内部有水箱加热器18，水箱侧面设有泄水口13，水箱出口与外部水管12相接，外部水管与底盘箱内部排布的蛇形管17相通，管内水流通过水泵14驱动循环，水泵叶轮处安装有水泵驱动轴15，水泵驱动轴通过皮带轮16与风扇轴相连；应用所述的电动汽车电池包散热加热装置时，在电动汽车使用过程中，通过温度探测器4检测电池包3温度，根据检测得到的温度，当电池包3达到预警温度时，与电池包3位置对应的进风口控制挡板5打开，打开程度根据温度高低控制，空气经空气导流板6并行流过电池包3不同部位，带走热量，形成的热空气从出风口7排出，在排出过程中，带动风扇8转动，风扇8与风扇轴9相连，通过皮带轮16带动与水泵驱动轴15相连的水泵14，从而使水箱11中冷却介质通过外部水管12进入排布于底盘箱10中的蛇形管17，实现对电池包3的进一步冷却降温，当温度探测器4检测电池包3温度过低，需要加热时，水箱加热器18将水箱中冷却介质预热至10～15℃，被预热后的冷却介质经蛇形管17实现对电池包3的加热。所述的水箱11中使用的冷却介质为去离子水和乙醇按体积比为80：1～100：1混合而成。所述的预警温度分为三个等级，初级预警温度为30～32℃，中级预警温度为33～35℃，高级预警温度为35℃以上。所述的进风口控制挡板5根据检测到的预警温度打开到合适角度，打开角度分三级，初级角度为10～20°，与初级预警温度对应，中级角度为20～40°，与中级预警温度对应，高级角度为40～60°，与高级预警温度对应。所述的每一块进风口挡板5与电池包3表面的温度探测器4单独相连，根据对应电池包3温度探测值，开启到相对应角度。所述的风扇8转速由进风口控制挡板5开合角度控制，风扇8转速变化引起蛇形管17中冷却介质流速变化，实现对不同温度下的电池包3快速降温。所述的冷却介质更换周期根据电动汽车行驶里程更换，每行驶8000～10000km更换一次，冷却介质装载量为水箱体积的70～80%，更换时通过泄水口13更换。

Claims (7)

1.一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：是由电池通风散热箱（1）和底盘箱（10）组成的双层结构，电池通风散热箱包括空气入口（2），空气入口处设有进风口控制挡板（5），进风口控制挡板侧面安装有空气导流板（6），电池包（3）安装固定于电池通风散热箱中部，电池包上安装有温度探测器（4），在电池通风散热箱尾端设有出风口（7），出风口处安装有风扇（8），风扇圆心位置带有风扇轴（9），底盘箱侧面安装有水箱（11），水箱内部有水箱加热器（18），水箱侧面设有泄水口（13），水箱出口与外部水管（12）相接，外部水管与底盘箱内部排布的蛇形管（17）相通，管内水流通过水泵（14）驱动循环，水泵叶轮处安装有水泵驱动轴（15），水泵驱动轴通过皮带轮（16）与风扇轴相连；
应用所述的电动汽车电池包散热加热装置时，在电动汽车使用过程中，通过温度探测器（4）检测电池包（3）温度，根据检测得到的温度，当电池包（3）达到预警温度时，与电池包（3）位置对应的进风口控制挡板（5）打开，打开程度根据温度高低控制，空气经空气导流板（6）并行流过电池包（3）不同部位，带走热量，形成的热空气从出风口（7）排出，在排出过程中，带动风扇（8）转动，风扇（8）与风扇轴（9）相连，通过皮带轮（16）带动与水泵驱动轴（15）相连的水泵（14），从而使水箱（11）中冷却介质通过外部水管（12）进入排布于底盘箱（10）中的蛇形管（17），实现对电池包（3）的进一步冷却降温，当温度探测器（4）检测电池包（3）温度过低，需要加热时，水箱加热器（18）将水箱中冷却介质预热至10～15℃，被预热后的冷却介质经蛇形管（17）实现对电池包（3）的加热。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：所述的水箱（11）中使用的冷却介质为去离子水和乙醇按体积比为80：1～100：1混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：所述的预警温度分为三个等级，初级预警温度为30～32℃，中级预警温度为33～35℃，高级预警温度为35℃以上。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：所述的进风口控制挡板（5）根据检测到的预警温度打开到合适角度，打开角度分三级，初级角度为10～20°，与初级预警温度对应，中级角度为20～40°，与中级预警温度对应，高级角度为40～60°，与高级预警温度对应。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：所述的每一块进风口挡板（5）与电池包（3）表面的温度探测器（4）单独相连，根据对应电池包（3）温度探测值，开启到相对应角度。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：所述的风扇（8）转速由进风口控制挡板（5）开合角度控制，风扇（8）转速变化引起蛇形管（17）中冷却介质流速变化，实现对不同温度下的电池包（3）快速降温。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包散热加热装置，其特征在于：所述的冷却介质更换周期根据电动汽车行驶里程更换，每行驶8000～10000km更换一次，冷却介质装载量为水箱体积的70～80%，更换时通过泄水口（13）更换。
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