CN109378543A - 用于电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于，包括多孔材料蒸发冷却器、管路系统、储液器、液态冷却剂以及温度监测控制系统，电动汽车动力电池组安装在多孔材料蒸发冷却器内部，管路系统内部设有真空泵、旁路、冷却风扇制冷的蛇形管冷凝器，温度检测控制系统控制管路系统。通过上述方式，本发明应用多孔材料散热系统高效导热性和大比表面积扩散传递动力电池的热量，利用液态冷却剂的液‑气相变过程等温易控制，散热效率高的特点，实现动力电池的均压恒温吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和较均匀的轴向温度分布，进而有效地增加动力电池组的使用寿命和续航里程。

Description

用于电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统
技术领域
本发明涉及用于电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统。
背景技术
目前，中国成为最大汽车消费市场，汽车污染排放已经成为地区环境恶化的主要因素，2013年，北京PM2.5来源中，机动车污染贡献比例最高达31.1％。因此，开发低污染新型汽车已成为汽车行业未来发展的新趋势。
动力电池是电动汽车关键部件，其工作性能直接影响整车性能，特别其热特性直接关系动力电池使用寿命，动力电池温度过高及电池组件之间温差大时，会造成电池失效和寿命缩短，导致整车出现安全风险、缩短行车里程。以锂电池为例，理想工作温度10℃～50℃，电池组件之间温差低于5℃，可提高动力电池的性能，因此，动力电池工作温度一致性的高效热管理技术是提高动力电池性能的关键技术。
当前，动力电池三种主要散热方式：空冷、液冷和相变材料冷却。其中，空冷方式优点是结构简单、成本低，缺点是换热系数低、传热速度慢。液冷方式优点是换热系数高、传热速度快、体积小，缺点是系统较复杂、造价高。相变材料冷却优点是相变潜能大、相变过程温度一致性高，缺点是相变材料导热系数低、温度主动调控能力低、可控性差、设计难度大。因此，开发动力电池温度控制的新型热管理系统势在必行。
发明内容
本发明为解决公知问题中存在的技术问题而提供一种电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统，该系统能主动调控蒸发压力和温度，并应用多孔材料散热系统高效导热性和大比表面积扩散传递动力电池的热量，以及利用液态冷却剂的液-气相变储热密度大、相变过程等温易控制，散热效率高的特点，实现动力电池的均压恒温吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和较均匀的轴向温度分布，进而有效地增加动力电池组的使用寿命和续航里程，并使动力电池组获得较高充发电效率及热可靠性。
本发明为解决公知问题中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于，包括多孔材料蒸发冷却器，电动汽车动力电池组安装在多孔材料蒸发冷却器内部，在多孔材料蒸发冷却器外部设有温度检测控制系统，以及由温度检测控制系统控制的设有真空泵和旁路的管路系统，在管路系统中设有冷却风扇制冷的蛇形管冷凝器，在多孔材料蒸发冷却器下侧设有储液器，多孔材料蒸发冷却器的下部置于储液器中。
在所述多孔材料蒸发冷却器内部设有以过渡配合方式装配的电池密封腔体，在所述电池密封腔体内安放电动汽车电池组，在所述电池密封腔体间隙中开孔安装集气管，在所述多孔材料蒸发冷却器外部设有隔热箱，在所述隔热箱上部设有隔热顶板。
所述温度检测控制系统的控制器为电动汽车主控制器，在所述温度检测控制系统输入端依次设有温度传感器、AD转换器，在所述温度检测控制系统输出端设有光耦输出电路。
在所述集气管中，沿轴向从下到上依次设有多层径向小孔。
在所述集气管上端部设有管路系统，在所述管路系统中所述蛇形管冷凝器流入端设有真空泵、第一至第三电磁换向阀，在所述真空泵和第二电磁换向阀的流出端设有蛇形管冷凝器。
在所述蛇形管冷却器流出端设有回流管，在所述回流管的流出端设有回流横管，在所述回流横管的流出端设有毛细管路，所述毛细管路流出端安装在所述多孔材料蒸发冷却器下部的横孔中。
所述多孔材料蒸发冷却器的下部置于所述储液器内。
根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于包括：
多孔材料蒸发冷却器，电动汽车动力电池组被安装在多孔材料蒸发冷却器内部，
设置在多孔材料蒸发冷却器外部的温度检测控制系统，
由温度检测控制系统控制的管路系统，
在管路系统中设置的干式螺杆真空泵，
在管路系统中设置的蛇形管冷凝器，
储液器，多孔材料蒸发冷却器的下部被置于储液器中，
设置在所述多孔材料蒸发冷却器内部的过渡配合的电池密封腔体，所述电池密封腔体内用于安放电动汽车电池组，
安装在所述电池密封腔体的间隙中的集气管，
其中：
所述集气管的上端与管路系统连接，
蛇形管冷凝器的流入端连接到干式螺杆真空泵和第一至第三电磁换向阀，
管路系统通过第一电磁换向阀连接到干式螺杆真空泵，
干式螺杆真空泵的流出端连接到蛇形管冷凝器的流入端，
管路系统通过第二电磁换向阀连接到蛇形管冷凝器的流入端，
在所述蛇形管冷凝器的流出端设有回流管，
在所述回流管的流出端设有回流横管，
在所述回流横管的流出端设有毛细管路，
所述毛细管路的流出端安装在所述多孔材料蒸发冷却器下部的横孔中。
本发明的优点和积极效果包括：
1)通过采用多孔材料蒸发冷却器，应用其高效导热性和大比表面积扩散传递动力电池的热量，结合主动温度压力控制，实现冷却剂均压恒温的液-气相变蒸发吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和轴向温度分布。
2)通过采用温度检测控制系统实时测量多孔材料蒸发冷却器的温度，并控制真空泵和电磁阀的工作状态，系统循环处于不同的模式，实现蒸发压力和温度主动可调，使电池工作在最佳工作温度范围。
3)通过采用冷却风扇制冷的蛇形管冷凝器，使冷却剂蒸气冷却释放热量凝结成液态冷却剂，并在重力作用下实现回流。
4)通过采用回流毛细管路安装在所述多孔材料蒸发冷却器下部横孔中，增加了多孔材料蒸发冷却器毛细吸附液态冷却剂的选择性。动力电池工作于最佳温度时，多孔材料蒸发冷却器主要吸附回流毛细管路回流液态冷却剂；动力电池温度超出最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器同时吸附回流毛细管路回流和储液器中液态冷却剂。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统的工作过程流程简图。
图2为根据本发明的另一个实施例的电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统的工作过程流程简图。
图3为根据本发明的一个实施例的电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统的装配示意图。
图4为沿着图3的A-A的剖视图。
图5为沿着图3的B-B的剖视图。
图6为沿着图3的C-C的剖视图。
图7为图3的系统的装配爆炸示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点和功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1～图7，其中显示了一种电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统，(如图3－6所示)包括多孔材料蒸发冷却器1，电动汽车动力电池组安装在多孔材料蒸发冷却器1内部，在多孔材料蒸发冷却器1外部设有温度检测控制系统14(图2)，以及由温度检测控制系统14控制的设有干式螺杆真空泵8和旁路的管路系统6，在管路系统6中设有冷却风扇制冷的蛇形管冷凝器9，在多孔材料蒸发冷却器1下侧设有储液器13，多孔材料蒸发冷却器1的下部置于储液器13中。
在所述多孔材料蒸发冷却器1内部设有过渡配合的电池密封腔体2，在所述电池密封腔体2内安放电动汽车电池组，在所述电池密封腔体2的间隙中开孔安装集气管5，在所述多孔材料蒸发冷却器1外部设有隔热箱3，在所述隔热箱上部设有隔热顶板4。
如图2所示，根据本发明的一个实施例，所述温度检测控制系统14的控制器为电动汽车主控制器，在所述温度检测控制系统14的输入端依次设有温度传感器、AD转换器，在所述温度检测控制系统的输出端设有光耦输出电路。
在所述集气管5中，沿轴设有多层径向小孔。
如图3所示，在所述集气管5上端部设有管路系统6，在所述管路系统6中所述蛇形管冷凝器9的流入端设有干式螺杆真空泵8、第一、第二和第三电磁换向阀7-1、7-2、7-3，在所述干式螺杆真空泵8和第二电磁换向阀7-2的流出端连接蛇形管冷凝器9。
在所述蛇形管冷凝器9的流出端设有回流管10，在所述回流管10的流出端设有回流横管11，在所述回流横管的流出端设有毛细管路12，所述毛细管路流出端安装在所述多孔材料蒸发冷却器1下部的横孔中。
本发明工作原理：
多孔材料蒸发冷却器1导热性强，可高效传递动力电池热源的热量，并实现较大比表面积热量扩散，同时多孔材料蒸发冷却器1通过毛细作用吸附储液器13和毛细管路12回流的液态冷却剂，以锂电池为例，根据锂电池的理想工作温度可选用冷却剂R365mfc，在系统工作初始阶段先开启干式螺杆真空泵8和电磁阀7-1、7-3抽真空至20KPa，此时液态冷却剂在较低温度下相变蒸发形成冷却剂蒸气带走热量，因为相变蒸发储热密度大、相变过程等温易控制，散热效率高的特点，因此液态冷却剂相变蒸发时实现均压蒸发吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和较均匀的轴向温度分布。冷却剂蒸气在集气管5聚集形成气流，系统开始工作后开启第二电磁阀7-2，在压力差作用下冷却剂蒸气流至蛇形管冷凝器9，在冷风作用下冷却剂蒸气中的热量传递至大气环境中，冷却剂蒸气冷却凝结成液态冷却剂。在重力作用下液态冷却剂沿回流管10、回流横管11、毛细管路12进入多孔材料蒸发冷却器1下部，再次被多孔材料蒸发冷却器1通过毛细作用吸附进入下一次循环。
当温度检测控制系统14检测到动力电池温度高于最佳工作温度时，温度检测控制系统14控制第一电磁阀7-1、干式螺杆真空泵8开启，第二和第三电磁阀7-2、7-3关闭，集气管5中冷却剂蒸气经过第一电磁阀7-1、真空泵8流入冷凝器，系统处于强制循环状态。
当温度检测控制系统14检测动力电池温度处于最佳工作温度范围内时，温度检测控制系统14控制第二电磁阀7-2开启，干式螺杆真空泵8、第一和第三电磁阀7-2、7-3关闭，集气管5中冷却剂蒸气经过第二电磁阀7-2流入蛇形管冷凝器，系统处于自然循环状态。
当动力电池温度高于最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器1通过毛细作用同时吸附储液器13和毛细管路12回流的液态冷却剂。
当动力电池温度处于最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器1通过毛细作用主要吸附毛细管路12回流的液态冷却剂。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车动力电池的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于包括：
多孔材料蒸发冷却器(1)，电动汽车动力电池组被安装在多孔材料蒸发冷却器(1)内部，
设置在多孔材料蒸发冷却器(1)外部的温度检测控制系统(14)，由温度检测控制系统(14)控制的管路系统(6)，
在管路系统(6)中设置的干式螺杆真空泵(8)，
在管路系统(6)中设置的蛇形管冷凝器(9)，
储液器(13)，多孔材料蒸发冷却器(1)的下部被置于储液器(13)中，
设置在所述多孔材料蒸发冷却器(1)内部的过渡配合的电池密封腔体(2)，所述电池密封腔体(2)内用于安放电动汽车电池组，
安装在所述电池密封腔体(2)的间隙中的集气管(5)，
其中：
所述集气管(5)的上端与管路系统(6)连接，
蛇形管冷凝器(9)的流入端连接到干式螺杆真空泵(8)和第一至第三电磁换向阀(7-1、7-2、7-3)，
管路系统(6)通过第一电磁换向阀(7-1)连接到干式螺杆真空泵(8)，
干式螺杆真空泵(8的流出端连接到蛇形管冷凝器(9)的流入端，
管路系统(6)通过第二电磁换向阀(7-2)连接到蛇形管冷凝器(9)的流入端，
在所述蛇形管冷凝器(9)的流出端设有回流管(10)，
在所述回流管(10)的流出端设有回流横管(11)，
在所述回流横管的流出端设有毛细管路(12)，
所述毛细管路的流出端安装在所述多孔材料蒸发冷却器(1)下部的横孔中。
2.根据权利要求1所述的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于进一步包括：
在所述多孔材料蒸发冷却器(1)外部安装隔热箱(3)，
设置在所述隔热箱上部的隔热顶板(4)，
在所述集气管(5)中，沿轴向设有多层径向小孔。
3.根据权利要求1所述的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于：
温度检测控制系统(14)的控制器为电动汽车主控制器，
在所述温度检测控制系统(14)的输入端依次设有温度传感器、AD转换器，在所述温度检测控制系统的输出端设有光耦输出电路。
4.根据权利要求1－3之一所述的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于：
多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用吸附储液器(13)和毛细管路(12)回流的液态冷却剂，
在高温度均匀性多孔材料散热系统的工作初始阶段先开启干式螺杆真空泵(8)和第一和第三电磁阀(7-1、7-3)进行抽真空，使液态冷却剂在较低温度下相变蒸发形成冷却剂蒸气带走热量，
因为相变蒸发储热密度大、相变过程等温易控制，散热效率高的特点，因此液态冷却剂相变蒸发时实现均压蒸发吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和较均匀的轴向温度分布。
冷却剂蒸气在集气管(5)聚集形成气流，
在高温度均匀性多孔材料散热系统开始工作后，开启第二电磁阀(7-2)，使冷却剂蒸气在压力差作用下流至蛇形管冷凝器(9)，在冷风作用下冷却剂蒸气中的热量传递至大气环境中，冷却剂蒸气冷却凝结成液态冷却剂，在重力作用下液态冷却剂沿回流管(10)、回流横管(11)、毛细管路(12)进入多孔材料蒸发冷却器(1)下部，再次被多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用吸附进入下一次循环。
5.根据权利要求4所述的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于：
当温度检测控制系统(14)检测到动力电池温度高于最佳工作温度时，温度检测控制系统(14)控制第一电磁阀(7-1)、干式螺杆真空泵(8)开启，并控制第二和第三电磁阀(7-2、7-3)关闭，从而使集气管(5)中冷却剂蒸气经过第一电磁阀(7-1)、真空泵(8)流入冷凝器，系统处于强制循环状态，
当温度检测控制系统(14)检测到动力电池温度处于最佳工作温度范围内时，温度检测控制系统(14)控制第二电磁阀(7-2)开启，并控制干式螺杆真空泵(8)、第一第三电磁阀(7-2)和第三电磁阀(7-3)关闭，从而使集气管(5)中冷却剂蒸气经过第二电磁阀(7-2)流入蛇形管冷凝器，系统处于自然循环状态。
6.根据权利要求4所述的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于：
当动力电池温度高于最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用同时吸附储液器(13)和毛细管路(12)回流的液态冷却剂，
当动力电池温度处于最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用主要吸附毛细管路(12)回流的液态冷却剂。
7.根据权利要求4所述的高温度均匀性多孔材料散热系统，其特征在于：
因为液态冷却剂相变蒸发储热密度大、相变过程等温易控制/散热效率高，液态冷却剂相变蒸发时实现了均压蒸发吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和均匀的轴向温度分布。
8.基于根据权利要求1－7之一所述的高温度均匀性多孔材料散热系统的电动汽车动力电池的散热方法，其特征在于包括：
使多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用吸附储液器(13)和毛细管路(12)回流的液态冷却剂，
在高温度均匀性多孔材料散热系统的工作初始阶段，开启干式螺杆真空泵(8)和第一和第三电磁阀(7-1、7-3)进行抽真空，使液态冷却剂在较低温度下相变蒸发形成冷却剂蒸气带走热量，冷却剂蒸气在集气管(5)聚集形成气流，
在高温度均匀性多孔材料散热系统开始工作后，开启第二电磁阀(7-2)，使冷却剂蒸气在压力差作用下流至蛇形管冷凝器(9)，在冷风作用下冷却剂蒸气中的热量传递至环境中，冷却剂蒸气冷却凝结成液态冷却剂，在重力作用下液态冷却剂沿回流管(10)、回流横管(11)、毛细管路(12)进入多孔材料蒸发冷却器(1)下部，再次被多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用吸附进入下一次循环。
9.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于：
当温度检测控制系统(14)检测到动力电池温度高于最佳工作温度时，用温度检测控制系统(14)控制第一电磁阀(7-1)、干式螺杆真空泵(8)开启，并控制第二和第三电磁阀(7-2、7-3)关闭，从而使集气管(5)中蒸气经过第一电磁阀(7-1)、真空泵(8)流入冷凝器，系统处于增强循环状态，
当温度检测控制系统(14)检测到动力电池温度处于最佳工作温度范围内时，用温度检测控制系统(14)控制第二电磁阀(7-2)开启，并控制干式螺杆真空泵(8)、第一第三电磁阀(7-2)和第三电磁阀(7-3)关闭，从而使集气管(5)中冷却剂蒸气经过第二电磁阀(7-2)流入蛇形管冷凝器，系统处于自然循环状态。
10.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于：
当动力电池温度高于最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用同时吸附储液器(13)和毛细管路(12)回流的液态冷却剂，当动力电池温度处于最佳工作温度时，多孔材料蒸发冷却器(1)通过毛细作用主要吸附毛细管路(12)回流的液态冷却剂。
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