CN107768767A - 一种电池系统的风冷散热系统及其使用方法 - Google Patents

一种电池系统的风冷散热系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池系统的风冷散热系统及其使用方法。所述风冷散热系统包括电池箱和设置在所述电池箱外的风冷散热模块，所述电池模组设置在所述电池箱内；所述风冷散热模块包括形成有风道的型材以及设在所述风道中的风扇，所述风道包括进风口和出风口；所述电池箱对应所述风扇设有通孔，所述风扇通过所述通孔将空气吹向所述电池箱内部的电池模组。本发明通过将风冷散热系统的风冷散热模块设置在电池箱外部，实现空气与电池模组的有效热交换，增强散热效果，大大优化电池温度的均匀性；还可以有效保持电池箱内部清洁和无尘，而且使风道清理方便，风扇与风道的安装固定以及型材与箱体的安装固定都十分方便，后期维护简单。

Description

一种电池系统的风冷散热系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及电池系统散热技术领域，更具体地说，涉及一种电池系统的风冷散热系统及其使用方法。
背景技术
随着全球能源危机与环境问题日益加剧，传统汽车工业正面临着前所未有的严峻的挑战。纯电动汽车作为一种新型的节能环保汽车具有低能耗、结构简单、振动及噪声低、无污染物排放等优点，成为未来汽车发展的重要方向。锂离子动力电池以其工作电压高、比能量和比功率大、自放电率低、循环使用寿命长、无记忆效应、无环境污染等优点，成为电动汽车动力电池的首选。动力电池组在汽车运行过程中产生大量的热，如果热量未及时散出将导致电池组温度上升。过高的温度不仅降低锂电池的使用效率和循环寿命，还有可能导致电池永久性失效，甚至出现爆炸火灾的危险。为保证优良的续航能力，电池系统一般有数个、数十个模组串并联而成。散热系统设计不良，会导致严重的温度不均匀性，将会大大削弱电池系统的使用寿命。因此，电池组充放电时的温度必须予以控制。
传统电池系统的散热风道一般位于箱体内部，风道设计困难而且结构复杂。由于箱体内部电器元件以及连接母线的复杂性，空气无法有效与散热铝片进行热交换传导路径过长等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的由于风道位于箱体内部导致风道设计困难而且结构复杂，热交换传导路径过长、散热效果不好的缺陷，提供一种电池系统的风冷散热系统及其使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电池系统的风冷散热系统，用于为所述电池系统的电池模组散热，其特征在于，包括电池箱和设置在所述电池箱外的风冷散热模块，所述电池模组设置在所述电池箱内；所述风冷散热模块包括形成有风道的型材以及设在所述风道中的风扇，所述风道包括进风口和出风口；所述电池箱对应所述风扇设有通孔，所述风扇通过所述通孔将空气吹向所述电池箱内部的电池模组。
优选地，所述风冷散热系统还包括设置在所述电池模组上用于导热的导热件，所述导热件朝向所述通孔设置。
优选地，所述型材设置有凹槽，所述凹槽的侧壁设有向外延伸以连通所述凹槽与外界的通道，所述进风口设置在所述凹槽的底部，所述出风口设置在所述通道远离所述凹槽的一端，所述进风口、凹槽、通道和出风口共同形成所述风道。
优选地，所述风冷散热系统还包括至少两个用于支撑所述电池箱的支撑件，所述支撑件间隔设置；所述型材设置在两个所述支撑件之间，每两个所述支撑件之间形成与所述进风口相连通的进风通道。
优选地，所述风道的进风通道的入口和所述出风口位于所述型材的同一侧。
优选地，所述型材设置有两个所述风道，所述两个风道之间设有分隔件，每个所述风道对应一个所述通孔。
优选地，两个所述风道的出风口分别位于所述型材的两相对端。
本发明还提供一种风冷散热系统的使用方法，应用于上述的电池系统的风冷散热系统，所述使用方法包括以下步骤：
获取电池系统的温度参数，判断所述电池系统的温度参数是否达到预设条件；
若所述电池系统的温度参数达到所述预设条件，则开启所述风冷散热系统的风扇为所述电池系统散热。
优选地，所述获取电池系统的温度参数包括：
通过温度传感器采集所述电池系统内电池单体的温度，并计算温度上升速率。
优选地，所述预设条件为：
所述电池系统的温度大于或等于预设温度；或者，所述电池系统的温度上升速率大于预设升温速率；
所述开启风扇为所述电池系统散热包括：调节所述风扇的转速和/或数量为所述电池系统散热。
实施本发明，具有以下有益效果：本发明通过将风冷散热系统的风冷散热模块设置在电池箱外部，安装方便，实现空气与电池模组的有效热交换，增强散热效果，还可以大大优化电池温度的均匀性；还可以有效保持电池箱内部清洁和无尘，而且使风道清理方便，风扇具有良好的可安装性和良好的维修性能，风扇与风道的安装固定以及型材与箱体的安装固定都十分方便，后期维护简单。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明电池系统的风冷散热系统的结构示意图；
图2是图1所示风冷散热系统的主视图；
图3是图1所示风冷散热系统的侧视图；
图4是图1所示风冷散热系统的俯视图；
图5是图1所示风冷散热系统的仰视图；
图6是风冷散热系统中的电池箱的箱体结构示意图；
图7是图6所示箱体的俯视图；
图8是风冷散热系统中的型材的结构示意图；
图9是图8所示型材的俯视图；
图10是图8所示型材的侧视图；
图11为本发明风冷散热系统的使用方法的流程图；
附图中各标号对应的部件名称如下；
10、电池箱；11、通孔；12、箱体；20、型材；21、进风口；22、出风口；23、凹槽；24、分隔件；25、倾斜面；30、支撑件；40、进风通道。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明公开了一种电池系统的风冷散热系统，用于为电池系统的电池模组散热。如图1-图7所示，本发明的风冷散热系统包括电池箱10和设置在电池箱10外的风冷散热模块，电池模组设置在电池箱10内；风冷散热模块包括形成有风道的型材20以及设在风道中的风扇(未图示)，风道包括进风口21和出风口22；电池箱10对应风扇设有通孔11，风扇通过通孔11将空气吹向电池箱10内部的电池模组。
优选地，风冷散热模块设置在电池箱10的下方，电池箱10的通孔11设置在电池箱10底部，风扇朝向电池箱10的通孔11吹风。该风冷散热模块位于电池箱10外部，可以有效保持电池箱10内部清洁和无尘，而且使风道清理方便；还使风扇具有良好的可安装性和良好的维修性能，风扇与风道安装固定以及型材20与电池箱10的安装固定都十分方便，后期维护简单。
本实施例中，电池箱10包括具有开口的箱体12和覆盖在开口上的电池箱盖，通孔11设置在箱体12(如图6-图7所示)。可以将电池模块从箱体12的开口放置到箱体12内，再盖上箱盖。与传统的内流散热设计方案相比，本发明的散热设计方案对箱体12内部的电池模组、插件、电控组件、维修开关、保险丝等零部件具有优良的防尘防护功能。
优选地，风冷散热系统还包括设置在电池模组上用于导热的导热件，导热件朝向电池箱10的通孔11设置，优选地使用导热片作为导热件。优选地，将电池模组设有导热件的一面对着箱体12的通孔11放置，使电池模组有导热件的一面与空气接触，而其余面皆在电池箱10内部。通过导热件将电池模组的热量较为集中地传递到导热件，使电池模组较快冷却，而且由于导热件朝向通孔11设置，从而风扇可以对导热件进行吹风，带走导热件上的热量，进而起到为电池系统散热的效果。具体地，空气由进风口21进入，经风扇吹向导热件，流经整个导热件外露的表面后，再经由出风口22排出。
如图5、图8-图9所示，风道的进风口21优选地设置在型材20的底面，出风口22设置在型材20的端面，进风口21可以尽可能设计得大一点，以增加进风量。如图10所示，型材20的底面有一段设置成倾斜面25，该倾斜面25自出风口22一端向进风口21延伸。优选地，该倾斜面25可以为弧形斜面、也可以为直线斜面。在型材20的底面设置一段倾斜面25，使进风通道40形成大口进小口出的结构设计，有利于放大空气的风头压力，增强空气的流速，从而增强散热效果。
如图8和图9所示，型材20设置有凹槽23，凹槽23的侧壁设有向外延伸以连通该凹槽23与外界的通道，进风口21设置在凹槽23的底部，出风口22设置在通道远离凹槽23的一端，进风口21、凹槽23、通道和出风口22形成所述风道。优选地，所述通道为扁平的通道，进风口21凹槽23出风口22型材20的两端设计成扁平状，有利于空气形成强劲风头，从而增强散热效果。
如图8和图9所示，每个型材20设置有两个风道，且两个风道之间设有分隔件24，每个风道对应一个所述通孔11。两个风道中间通过分隔件24密封隔离，从而实现单个风扇冷却单个电池模组，保证冷却效果的一致性。具体地，分隔件24设置在两个风道的凹槽23之间，两个风道的出风口22分别设置在型材20的两相对端。
本发明中，按照单个型材20冷却两个电池模组的架构，型材20可以设置有许多个，从而可以无限扩展电池系统的电池模组个数。该系统最大的优势，就是可以在电池模组数量超多的时候，保证电池系统温度的均匀性，工程应用的通用性强。
如图1-图5所示，本发明的风冷散热系统进一步地还包括至少两个用于支撑箱体12的支撑件30，所述支撑件30间隔设置。型材20设置在两个支撑件30之间，每两个支撑件30之间形成进风通道40，该进风通道40与所述进风口21相连通。优选地，进风道道的入口和出风口22位于型材20的同一侧，风从型材20之间的进风通道40位置由进风口21进入风道，然后从同侧的出风口22送出。
综上所述，本发明电池系统的风冷散热系统具有以下优点：
1、风冷散热系统的风道和电池模组所在的电池箱10采用隔离设计方式，模组有导热片的一侧与空气接触，其余面皆在电池箱10内部。与内流冷却设计方案相比，该方案对电池箱内部的模组、插件、电控组件、维修开关、保险丝等零部件具有优良的防尘防护功能。
2、风道位于电池箱10外部，可以有效保持电池箱10内部清洁和无尘，且风道清理方便。该风道与电池箱10体设计紧凑，型材两端扁平有利于空气形成强劲风头，从而增强散热效果。
3、本发明的风冷散热系统充分考虑了风扇的可安装性和良好的维修性能，设计的风道便于风扇的安装；风扇与风道的安装固定以及风道与箱体12的安装固定维护都十分方便，使得整个系统安装方便，后期维护简单。
4、每个型材20设置两个风道，两个风道之间密封隔离，风从两侧的进风通道40位置进入风道，然后从同侧的出风口22位置送出；采用一个电池模组配置一个风扇的安装方式，从而实现单个风扇冷却单个模组，从而保证冷却效果的一致性。
5、型材20可以按照单个风道冷却两个模组的架构，通过增加型材20的数量，从而可以无限扩展电池系统的模组个数。该系统最大的优势，就是可以在电池模组数量超多的时候，保证电池温度的均匀性，工程应用的通用性强。
6、风道的进风口21设计得比出风口22大，采用大口进小口出的结构设计，从而增强风道下游的流速，型材20的底面设计有一段倾斜面25，通过计算机数值模拟，对倾斜角进行优化设计，保证空气流经的位置达到同样的散热效果。倾斜设计有利于放大空气的风头压力，增强散热效果。
本发明还公开了一种风冷散热系统的使用方法，应用于上述的风冷散热系统。如图11所示，所述使用方法包括如下步骤：
获取电池系统的温度参数，判断电池系统的温度参数是否达到预设条件；
若电池系统的温度参数达到所述预设条件，则开启风冷散热系统的风扇为电池系统散热。其中，所述开启风扇为电池系统散热包括：调节风扇的转速和/或数量为电池系统散热。
优选地，所述获取电池系统的温度参数包括：通过温度传感器采集电池系统内电池单体的温度，并计算温度上升速率。具体地，电池管理系统通过采集电池系统的电池单体上不同的温度传感器的信息，实时判定是否需要开启该风冷散热系统。在电池系统的温度达到预设条件时，通过电池管理系统(BMS)控制风冷散热系统开启。
优选地，所述预设条件为：电池系统的温度大于或等于预设温度；或者，电池系统的温度上升速率大于预设升温速率。可以理解的，可根据电池的特性和使用环境、安全要求级别等因素来选择设置预设温度和预设升温速率，例如预设温度为40℃、45℃、50℃、60℃等，本发明对此不作限制。
下面以预设温度为45℃为例，来对本发明风冷散热系统的使用方法进行详细说明：
风冷散热系统通过电池管理系统(BMS)控制，随着电池的使用，电池系统的温度上升，电池管理系统通过采集电池单体上不同的温度传感器上的信息，实时判定是否需要开启该风冷散热系统。
当电池系统中的电池管理系统检测到电池系统的升温速率不高，且已达到45℃的开启条件时，开启该风冷散热系统完成制冷效果。
当电池系统的电池管理系统检测到电池系统的温度过快，且尚未达到45℃的开启条件，强制开启该风冷散热系统，以保证电池模组的温度维持在45℃以下。
当电池系统的电池管理系统检测到电池系统的温度过快，且已达到45℃的开启条件，强制开启该风冷散热系统。另外，还可以通过总控制器控制主要用于冷却发动机的水冷系统来协助风冷散热系统冷却电池系统。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种电池系统的风冷散热系统，用于为所述电池系统的电池模组散热，其特征在于，包括电池箱(10)和设置在所述电池箱(10)外的风冷散热模块，所述电池模组设置在所述电池箱(10)内；所述风冷散热模块包括形成有风道的型材(20)以及设在所述风道中的风扇，所述风道包括进风口(21)和出风口(22)；所述电池箱(10)对应所述风扇设有通孔(11)，所述风扇通过所述通孔(11)将空气吹向所述电池箱(10)内部的电池模组。
2.根据权利要求1所述的风冷散热系统，其特征在于，所述风冷散热系统还包括设置在所述电池模组上用于导热的导热件，所述导热件朝向所述通孔(11)设置。
3.根据权利要求1所述的风冷散热系统，其特征在于，所述型材(20)设置有凹槽(23)，所述凹槽(23)的侧壁设有向外延伸以连通所述凹槽(23)与外界的通道，所述进风口(21)设置在所述凹槽(23)的底部，所述出风口(22)设置在所述通道远离所述凹槽(23)的一端，所述进风口(21)、凹槽(23)、通道和出风口(22)共同形成所述风道。
4.根据权利要求1所述的风冷散热系统，其特征在于，所述风冷散热系统还包括至少两个用于支撑所述电池箱的支撑件(30)，所述支撑件(30)间隔设置；所述型材(20)设置在两个所述支撑件(30)之间，每两个所述支撑件(30)之间形成与所述进风口(21)相连通的进风通道(40)。
5.根据权利要求4所述的风冷散热系统，其特征在于，所述风道的进风通道(40)的入口和所述出风口(22)位于所述型材(20)的同一侧。
6.根据权利要求1-5任一所述的风冷散热系统，其特征在于，所述型材(20)设置有两个所述风道，所述两个风道之间设有分隔件(24)，每个所述风道对应一个所述通孔(11)。
7.根据权利要求6所述的风冷散热系统，其特征在于，两个所述风道的出风口(22)分别位于所述型材(20)的两相对端。
8.一种风冷散热系统的使用方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的电池系统的风冷散热系统，所述使用方法包括以下步骤：
获取电池系统的温度参数，判断所述电池系统的温度参数是否达到预设条件；
若所述电池系统的温度参数达到所述预设条件，则开启所述风冷散热系统的风扇为所述电池系统散热。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述获取电池系统的温度参数包括：
通过温度传感器采集所述电池系统内电池单体的温度，并计算温度上升速率。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述预设条件为：
所述电池系统的温度大于或等于预设温度；或者，所述电池系统的温度上升速率大于预设升温速率；
所述开启风扇为所述电池系统散热包括：
调节所述风扇的转速和/或数量为所述电池系统散热。
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