CN110660944A - 一种具有热管装置的动力电池包散热装置及其散热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有热管装置的动力电池包散热装置，包括外壳、隔板、散热热管、风冷机构和水冷机构，所述隔板将外壳的内腔分隔成散热腔和用于放置电芯的发热腔，所述散热热管的蒸发端与位于发热腔的电芯相贴紧，所述散热热管的冷却端穿过隔板后伸入散热腔；所述风冷机构安装于外壳的外侧，且所述风冷机构的散热风道与散热腔相通；所述水冷机构与散热热管的冷却端连接。同时，本发明还公开了一种具有热管装置的动力电池包散热装置的散热方法。本发明可避免空气中的水分和灰尘附着在电池表面，以对电池起到保护的作用，从而保证电池的性能；同时散热过程中可采用不同的工作模式，保证散热效率的情况下起到节能减排的效果。

Description

一种具有热管装置的动力电池包散热装置及其散热方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种具有热管装置的动力电池包散热装置及其散热方法。
背景技术
动力电池作为电动汽车的关键部件之一，负责能量的储存与供给；动力电池在充电与放电的过程中会产生大量的热量，这不仅会对电池自身的寿命等性能造成影响，还会对汽车及乘客的安全带来隐患；因此，动力电池在使用过程中的散热问题是电动汽车技术研究的重点内容之一。
传统的电池包强制风冷方式是通过空气流过电芯表面来带走其产生的热量。在这种散热方式下，用于散热的空气流与电池包内的电池单体直接接触，这使得电池包不能做到防水防尘。散热的气流中往往含有一定量的水分和灰尘，由于风冷过程中流动空气是直接与电池表面接触的，空气中的水分和灰尘会附着在电池表面，也会而对电池的性能造成影响。
目前用于电池包的强制风冷一般采用单向风冷，这会导致电池包内部出现较大的温度梯度，增加电池温度的不一致性，缩短电池使用寿命，降低电池包性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种具有热管装置的动力电池包散热装置。此具有热管装置的动力电池包散热装置可避免风冷时的水分和灰尘附着在电池表面，还可避免冷却时电池包内部出现较大的温差，保证电池包性能。
同时，本发明的另一目的还提供了一种具有热管装置的动力电池包散热装置的散热方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本具有热管装置的动力电池包散热装置，包括外壳、隔板、散热热管、风冷机构和水冷机构，所述隔板将外壳的内腔分隔成散热腔和用于放置电芯的发热腔，所述散热热管的蒸发端与位于发热腔的电芯相贴紧，所述散热热管的冷却端穿过隔板后伸入散热腔；所述风冷机构安装于外壳的外侧，且所述风冷机构的散热风道与散热腔相通；所述水冷机构与散热热管的冷却端连接。
优选的，所述风冷机构包括第一风管、第二风管、进风管和风机，所述第一风管和第二风管分别安装于外壳的相邻两外侧面，所述第一风管的一端的管壁和第二风管的一端的管壁分别设有第一风口和第二风口，所述进风管的一端的管口与第一风管的一端的管口连接，所述进风管的一端的管壁设有通孔，此通孔与第二风管的一端的管口连接；所述第一风口和第二风口分别设有第一翻转阀门和第二翻转阀门；所述第一风管的另一端通过第三风口与散热腔的一端连通，所述第二风管的另一端通过第四风口与散热腔的另一端连通；所述风机与进风管连接。
优选的，所述散热腔内设有多张导流板，多张导流板将散热腔形成波浪形的散热通道，此散热通道的两端分别与第一风管的另一端和第二风管的另一端连通。
优选的，所述第三风口和第四风口分别位于散热通道的两端，且所述第三风口和第四风口对角设置，所述第一风管的另一端通过第三风口与散热通道的一端连通，所述第二风管的另一端通过第四风口与散热通道的另一端连通。
优选的，所述水冷机构包括至少两条水冷回路，且相邻两条水冷回路中的水流方向相反。
优选的，所述水冷回路包括冷却水管、水泵和散热器，所述冷却水管包括冷却部和安装部，所述冷却部缠绕于散热热管的冷却端，且所述冷却部的两端伸出外壳后分别与安装部的两端连接，所述水泵和散热器均安装于安装部。
优选的，所述冷却部的两端和安装部的两端的连接处均设有环路阀门。
优选的，所述冷却端设有散热翅片。
优选的，所述散热热管呈扁平状。
一种基于上项所述的具有热管装置的动力电池包散热装置的散热方法，包括以下步骤：
(1)风冷模式：
(1-1)水冷机构处于关闭状态，风机启动；
(1-2)第一翻转阀门和第二翻转阀门均处于初始状态，此时，进风管、第一风管、散热通道和第二风管依次连通，则风机抽取外界空气形成的气流依流经进风管、第一风管、散热通道和第二风管后从第二风口排出；
(1-3)第一翻转阀门和第二翻转阀门均翻转90°，此时，进风管、第二风管、散热通道和第一风管依次连通，则风机抽取外界空气形成的气流依次流经进风管、第二风管、散热通道和第一风管后从第一风口排出；
(1-4)每隔一定时间，交替进行步骤(1-2)和(1-3)；
(2)水冷模式：风冷机构处于关闭状态，相邻两条的水冷回路中的水泵均启动，在相邻两条冷却水管中形成两条流向相反的水流；
(3)风冷和水冷混合模式：水冷机构和风冷机构均处于启动状态，其中水冷机构按水冷模式运行，风冷机构按风冷模式运行。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
1、本发明利用隔板将电池包的内腔分隔成发热腔和散热腔，则风冷时的空气不需要和电芯表面直接接触，避免空气中的水分和灰尘附着在电池表面，以对电池起到保护的作用，从而保证电池的性能。
2、本发明采用热管、风冷和水冷三种方式结合对电池进行散热，从而提高散热效果；同时可根据电池包内电芯的实际温度，选择相应的冷却方式，如单独风冷、单独水冷及风冷和水冷同时进行，从而避免能源浪费，起到节能减排的效果。
3、本发明的风冷机构主要由第一风管、第二风管、进风管、风机、第一翻转阀门和第二翻转阀门构成，在第一翻转阀门和第二翻转阀门的共同作用下，可形成往复式、不同流动方向的空气流，以解决传统风冷的温度不均匀问题，有利于降低空气流的温度梯度，使电池包内电芯的温度分布均匀，增加电池包中各个电芯的温度一致性。
4、本发明的水冷机构包含两条流向相反的水冷回路，同样可以改善电芯温度分布不均匀的现象，进一步保证电池包内各个电芯的温度一致性。
附图说明
图1是本发明的具有热管装置的动力电池包散热装置的结构示意图。
图2是本发明的电芯、散热热管冷却水管布置的示意图。
图3是本发明的风冷机构及水冷机构俯视方向的结构示意图。
其中，1为外壳，2为隔板，3为散热热管，301为蒸发端，302为冷却端，4为风冷机构，5为水冷机构，6为散热腔，7为发热腔，8为电芯，9为电池组，10为第一风管，11为第二风管，12为进风管，13为风机，14为第一风口，15为第二风口，16为第三风口，17为第四风口，18为通孔，19为第一翻转阀门，20为第二翻转阀门，21为导流板，22为散热通道，23为冷却水管，2301为冷却部，2302为安装部，24为水泵，25为散热器，26为环路阀门，27为散热翅片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示的具有热管装置的动力电池包散热装置，包括外壳、隔板、散热热管、风冷机构和水冷机构，所述隔板将外壳的内腔分隔成散热腔和用于放置电芯的发热腔，所述散热热管的蒸发端与位于发热腔的电芯相贴紧，所述散热热管的冷却端穿过隔板后伸入散热腔；所述风冷机构安装于外壳的外侧，且所述风冷机构的散热风道与散热腔相通；所述水冷机构与散热热管的冷却端连接。
具体的，如图1和图2所示，隔板将外壳的内腔分隔形成上层的发热腔和下层的散热腔。发热腔和散热腔之间利用散热热管导热，从而避免冷却的空气直接与电池接触，以防止空气中的水分及灰尘附着于电池表面。多个电芯构成电池组，多个电池组紧密排列安装于散热腔中以形成动力电池包。所述散热热管呈扁平状。每个电池组内相邻两个电芯之间嵌入扁平状的散热热管，此散热热管的蒸发端的两侧侧面分别与相应的两个电芯的表面相贴紧，从而吸收电芯工作时产生的热量，并将这些热量传递到冷却端，以对电池起到散热效果。为保证蒸发端与电芯表面之间的紧密接触，蒸发端与电芯的表面通过导热胶固定。而为了提高散热效率，在冷却端设有散热翅片。散热翅片可扩大与冷却空气之间的接触面，从而提高散热效率。
如图3所示，所述风冷机构包括第一风管、第二风管、进风管和风机，所述第一风管和第二风管分别安装于外壳的相邻两外侧面，所述第一风管的一端的管壁和第二风管的一端的管壁分别设有第一风口和第二风口，所述进风管的一端的管口与第一风管的一端的管口连接，所述进风管的一端的管壁设有通孔，此通孔与第二风管的一端的管口连接；所述第一风口和第二风口分别设有第一翻转阀门和第二翻转阀门；所述第一风管的另一端通过第三风口与散热腔的一端连通，所述第二风管的另一端通过第四风口与散热腔的另一端连通；所述风机与进风管连接。
在风冷散热过程中，如图3所示，第一翻转阀门和第二翻转阀门在于初始状态，此时第一翻转阀门关闭第一风口(此时进风管的一端与第一风管直接相通)，而第二翻转阀门关闭了位于进风管一端的通孔(令第二风管的一端与进风管之间不直接相通)；此时，启动的风机将外界的空气抽取进来形成的气流依次流经进风管、第一风管、位于散热腔内的散热通道、第二风管，最后从第二风口排出；当此过程运动一定时间(此时间可根据需求在设定，如10min或5min)，第一翻转阀门和第二翻转阀门进行90°翻转，则此时第一翻转阀门进风管一端的管口(令第一风管的一端与进风管不直接相通)，而第二翻转阀门关闭第二风口，并打开通孔(令第二风管的一端与进风管之间直接相通)，则启动的电机将外界的空气抽取进来形成的气流依次流经进风管、第一风管、位于散热腔内的散热通道、第二风管，最后从第二风口排出。在风冷散热过程中，周期性地改变第一翻转阀门和第二翻转阀门的状态，从而周期性改变气流的流动方向，可以缓解各个电芯温度分布不均匀的问题，保证各个电芯的温度一致性，以保证电池包的性能。
所述散热腔内设有多张导流板，多张导流板将散热腔形成波浪形的散热通道，此散热通道的两端分别与第一风管的另一端和第二风管的另一端连通。所述第三风口和第四风口分别位于散热通道的两端，且所述第三风口和第四风口对角设置，所述第一风管的另一端通过第三风口与散热通道的一端连通，所述第二风管的另一端通过第四风口与散热通道的另一端连通。此结构延长气流在散热腔内的行进路程，从而保证气流与散热翅片之间可充分接触，增加风冷的散热效率。
如图3所示，所述水冷机构包括至少两条水冷回路，且相邻两条中的水冷回路的水流方向相反。所述水冷回路包括冷却水管、水泵和散热器，所述冷却水管包括冷却部和安装部，所述冷却部缠绕于散热热管的冷却端，且所述冷却部的两端伸出外壳后分别与安装部的两端连接，所述水泵和散热器均安装于安装部。本实施例采用两条水冷回路，如图3所示。两条水冷回路中冷却水流流动方向相反，可以缓解单条循环回路中冷却水的温度梯度造成电芯温度分布不均匀的现象，从而保证各个电芯的温度一致性。为了增大冷却水管与热管冷却端的换热面积，冷却水管也设置成扁平状，则冷却水管的侧面与热管冷却端可紧密贴合在一起，从而提高散热效率。
所述冷却部的两端和安装部的两端的连接处均设有环路阀门。环路阀门可对冷却水管的通闭进行更好的控制，以保证冷却机构的性能。
一种基于上项所述的具有热管装置的动力电池包散热装置的散热方法，包括以下步骤：
(1)风冷模式：
(1-1)水冷机构处于关闭状态，风机启动；
(1-2)第一翻转阀门和第二翻转阀门均处于初始状态，此时，进风管、第一风管、散热通道和第二风管依次连通，则风机抽取外界空气形成的气流依流经进风管、第一风管、散热通道和第二风管后从第二风口排出；
(1-3)第一翻转阀门和第二翻转阀门均翻转90°，此时，进风管、第二风管、散热通道和第一风管依次连通，则风机抽取外界空气形成的气流依次流经进风管、第二风管、散热通道和第一风管后从第一风口排出；
(1-4)每隔一定时间，交替进行步骤(1-2)和(1-3)；
(2)水冷模式：风冷机构处于关闭状态，相邻两条的水冷回路中的水泵均启动，在相邻两条冷却水管中形成两条流向相反的水流；
(3)风冷和水冷混合模式：水冷机构和风冷机构均处于启动状态，其中水冷机构按水冷模式运行，风冷机构按风冷模式运行。
具体的，当电池包内电芯的温度较低时，只需要单独使用风冷模式或单独使用水冷模式；而当电芯的温度升高至超过某一设定值时，可采用风冷和水冷混合模式，即水冷机构和风冷机构同时运动，从而提高散热效率。采用这样的工作模式，可在保证散热的情况下，起到节能减排的效果。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：包括外壳、隔板、散热热管、风冷机构和水冷机构，所述隔板将外壳的内腔分隔成散热腔和用于放置电芯的发热腔，所述散热热管的蒸发端与位于发热腔的电芯相贴紧，所述散热热管的冷却端穿过隔板后伸入散热腔；所述风冷机构安装于外壳的外侧，且所述风冷机构的散热风道与散热腔相通；所述水冷机构与散热热管的冷却端连接。
2.根据权利要求1所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述风冷机构包括第一风管、第二风管、进风管和风机，所述第一风管和第二风管分别安装于外壳的相邻两外侧面，所述第一风管的一端的管壁和第二风管的一端的管壁分别设有第一风口和第二风口，所述进风管的一端的管口与第一风管的一端的管口连接，所述进风管的一端的管壁设有通孔，此通孔与第二风管的一端的管口连接；所述第一风口和第二风口分别设有第一翻转阀门和第二翻转阀门；所述第一风管的另一端通过第三风口与散热腔的一端连通，所述第二风管的另一端通过第四风口与散热腔的另一端连通；所述风机与进风管连接。
3.根据权利要求2所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述散热腔内设有多张导流板，多张导流板将散热腔形成波浪形的散热通道，此散热通道的两端分别与第一风管的另一端和第二风管的另一端连通。
4.根据权利要求3所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述第三风口和第四风口分别位于散热通道的两端，且所述第三风口和第四风口对角设置，所述第一风管的另一端通过第三风口与散热通道的一端连通，所述第二风管的另一端通过第四风口与散热通道的另一端连通。
5.根据权利要求1所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述水冷机构包括至少两条水冷回路，且相邻两条水冷回路中的水流方向相反。
6.根据权利要求5所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述水冷回路包括冷却水管、水泵和散热器，所述冷却水管包括冷却部和安装部，所述冷却部缠绕于散热热管的冷却端，且所述冷却部的两端伸出外壳后分别与安装部的两端连接，所述水泵和散热器均安装于安装部。
7.根据权利要求6所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述冷却部的两端和安装部的两端的连接处均设有环路阀门。
8.根据权利要求1所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述冷却端设有散热翅片。
9.根据权利要求1所述的具有热管装置的动力电池包散热装置，其特征在于：所述散热热管呈扁平状。
10.一种基于权利要求10任意一项所述的具有热管装置的动力电池包散热装置的散热方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)风冷模式：
(1-1)水冷机构处于关闭状态，风机启动；
(1-2)第一翻转阀门和第二翻转阀门均处于初始状态，此时，进风管、第一风管、散热通道和第二风管依次连通，则风机抽取外界空气形成的气流依流经进风管、第一风管、散热通道和第二风管后从第二风口排出；
(1-3)第一翻转阀门和第二翻转阀门均翻转90°，此时，进风管、第二风管、散热通道和第一风管依次连通，则风机抽取外界空气形成的气流依次流经进风管、第二风管、散热通道和第一风管后从第一风口排出；
(1-4)每隔一定时间，交替进行步骤(1-2)和(1-3)；
(2)水冷模式：风冷机构处于关闭状态，相邻两条的水冷回路中的水泵均启动，在相邻两条冷却水管中形成两条流向相反的水流；
(3)风冷和水冷混合模式：水冷机构和风冷机构均处于启动状态，其中水冷机构按水冷模式运行，风冷机构按风冷模式运行。
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