CN111244574B - 一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置 - Google Patents

一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，包括电池箱体、电池箱盖和第一导热管、第二导热管和相变材料；第一导热管均匀分布在电池箱体内，且与电池箱体的底端固定连接；第一导热管内形成电池容纳腔，第一导热管的管壁内形成第一冷却通道；第二导热管设于第一导热管外侧，且与电池箱体间形成第二冷却通道；第二导热管内填充有相变材。本发明通过在电池外侧直接设置第一冷却通道，并将相变材料填充于第一冷却通道外侧，一方面可以先通过冷却液进行散热，再将热量传递给相变材料，使装置能够迅速降温，另一方面能在电池温度过高开启液冷时，减小电池与冷却液间的阻隔，进一步提高散热效率、降低能耗。

Description

一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置。
背景技术
锂电池以其优越的性能广泛应用于电动汽车上，由于电池箱空间有限，串并联组成的电池组模块在充放电过程中产生大量的热，若不能及时对电池组模块进行散热冷却，很容易导致电池温度急剧上升和单体电池间的温度分布不均匀，进而影响电池的使用性能和循环寿命，甚至会造成电池的热失控，目前电池冷却方式主要有风冷、液冷以及相变材料冷却等。风冷和液冷需要风扇及水泵等额外的耗能部件，不仅增加电池能量消耗，还降低了系统的可靠性，这对续驶里程本来就短的电动车而言是非常不利的，而相变材料利用其相变潜热来吸收电池在充放电过程中产生的热量，无需能量输入。同时由于相变过程的等温性，还能保持电池单体间温度的均匀性，虽然利用相变材料进行冷却具有许多优点，但是单独使用相变材料作为电池的热管理系统，在极端恶劣工况下完全融化时有冷却失效的可能。
因此，市场上急需一种新型的锂电池热管理装置解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，解决现有技术中现有的电池热管理系统能耗高、散热性差的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，包括电池箱体、电池箱盖和若干根第一导热管、第二导热管和相变材料；其中，
电池箱体与电池箱盖可拆卸连接；
若干根第一导热管均匀分布在电池箱体内，且与电池箱体的底端固定连接；第一导热管内形成电池容纳腔，第一导热管的管壁为中空结构，中空结构内形成第一冷却通道；
第二导热管设于第一导热管外侧，且与电池箱体同轴设置，第二导热管与电池箱体间形成第二冷却通道；
第二导热管内填充有相变材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在电池外侧直接设置第一冷却通道，并将相变材料填充于第一冷却通道外侧，一方面可以先通过冷却液进行散热，再将热量传递给相变材料，使装置能够迅速降温，另一方面能在电池温度过高开启液冷时，减小电池与冷却液间的阻隔，进一步提高散热效率、降低能耗。
附图说明
图1是本发明提供的基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置一实施方式的剖视图；
图2是图1中位于外侧的第一导热管的剖视图；
图3是图1中Ⅰ-Ⅰ剖视图；
图4是本发明提供的基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置与液冷控制机构一实施方式的连接示意图。
具体实施方式
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1-3，本发明提供了一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，包括电池箱体1、电池箱盖2和若干根第一导热管3、第二导热管4和相变材料6；其中，电池箱体1和电池箱盖2均由绝缘材料制成，避免短路；第一导热管3和第二导热管4均由高导热材料制成，能及时带走电池产生的热量，提高散热效果。具体地，第一导热管3由铝或铜制成，第二导热管4由石墨制成。电池箱体1与电池箱盖2可拆卸连接，便于电池的更换和安装。若干根第一导热管3均匀分布在电池箱体1内，且与电池箱体1的底端固定连接；第一导热管3内形成电池容纳腔5，电池容纳腔5用于盛放电池。具体地，电池容纳腔5可为圆柱形或方形，其可根据所需使用的电池的具体形状设计。第一导热管3的管壁为中空结构，该中空结构内形成第一冷却通道A。具体地，如图3，第一导热管3包括第一导热外管31和第一导热内管32，第一导热外管31和第一导热内管32同轴设置，且第一冷却通道A形成于第一导热外管31和第一导热内管32间的区域内。第二导热管4设于第一导热管3外侧，且与电池箱体1同轴设置，第二导热管4与电池箱体1间形成第二冷却通道B；第二导热管4内填充有所述相变材料6。具体地，相变材料6填充于第一导热管3与第二导热管4以及相邻两根第一导热管3之间的区域内。相变材料6为泡沫铜与石蜡复合相变材料或膨胀石墨与石蜡复合相变材料。上述相变材料受热会发生液化，且液化后只能在第二导热管4内流动，从而对电池进行散热，能使电池组的最高温度不超过45℃。
优选地，相邻两根第一导热管3间设置有阻隔块7，且阻隔块7与相邻两根第一导热管3的中心点所连成的直线同轴。具体地，阻隔块7紧密贴合于相邻两根第一导热管3外侧，与两侧的第一导热管3充分接触。这种设计一方面能将电池产生的热量通过第一导热管3传导至相变材料中，并经第二导热管4传导至外部环境中，另一方面能延长相邻两电池间热量的传导路径，有利于防止电池热失控的传递。
进一步地，阻隔块7与第一导热管3贴合的弧边边长为第一导热管3弧边边长的10~30%，在此范围内，能有效防止电池热失控的传递，且不影响对电池的散热效果。
具体地，阻隔块7可由玻璃纤维、石棉或电木等材料制成，能有效延长电池热传播的路径，防止电池热失控即可。
优选地，相邻两列第一导热管3间还设置有冷却液管8，冷却液管8贯穿阻隔块7设置，其内充满冷却液，且冷却液管8与第二冷却通道B连通，便于使冷却液管8内的冷却液能进入第二冷却通道B中，经第二冷却通道B排出。
优选地，如图2，位于外侧的第一冷却通道A与第二冷却通道B连通，从而使冷却液能由第一冷却通道A进入第二冷却通道B中，并经第二冷却通道B排出。具体地，位于外侧的第一导热管3上靠近第二导热管4的一端向外凸出，形成凸出部33，且凸出部33与第二导热管4的内壁固定连接；凸出部33内设有第三冷却通道C，第三冷却通道C的一端与第一冷却通道A连通，另一端与第二冷却通道连通B。更进一步地，该凸出部33形成于第一导热外管31上。具体地，第一冷却通道A、第二冷却通道B和第三冷却通道C内均充满冷却液，且冷却液为乙醇与水的混合液。这种设计可使在后续主动冷却的过程中，第一冷却通道A内的冷却液经第三冷却通道C进入第二冷却通道B中，最终经第二冷却通道B排出，有利于实现冷却液的循环，提高散热效果。
优选地，电池箱体1上设置有多个第一进液孔11和多个第二进液孔12，每个第一进液孔11分别与对应的每个第一冷却通道A连通，每个第二进液孔12分别与对应的每根冷却液管8连通，从而使冷却液单独进入各个第一冷却通道A和各根冷却液管8中，进一步提高导热的均匀性；电池箱盖2上设置有第一出液孔21和多个第二出液孔22，且第一出液孔21与第二冷却通道B连通，第二出液孔22分别与位于中间的每根第一冷却通道A连通，从而将冷却液经排出，实现冷却液的循环。此处需要说明的是，由于阻隔块7的设置，位于中间的第一冷却通道A与第二冷却通道B并不连通，因此，为实现冷却液的循环，需在位于中间的第一冷却通道A上设置第二出液孔22。
进一步地，如图4，第一冷却通道A、冷却液管8均与液冷控制机构9连通，液冷控制机构9包括储液罐91、换热器92、回液罐93和泵94；储液罐91的出液口与第一进液孔11、第二进液孔12通过管道连通，第一出液孔21、第二出液孔22与回液罐93通过管道连通，回液罐93的出液口与换热器92通过管道连通，换热器92与储液罐91的进液口通过管道连通，其间导通设有泵94。液冷控制机构9的设置一方面可用于开启主动冷却，另一方面可使冷却液循环，提高散热效果。开启主动冷却后，储液罐91内的冷却液经第一进液孔11和第二进液孔12进入第一冷却通道A和冷却液管8中，换热后的冷却液一部分进入第二冷却通道中，经第二冷却通道B排出，另一部分直接经冷却液管排出；排出的冷却液进入回液罐93中，经换热器92换热后冷却，贮存在储液罐91中，便于循环使用。
优选地，靠近电池箱体1一侧的第二导热管4上还设置有散热翅片，从而通过散热翅片的导热作用将热量传导至第二冷却通道B中，并将经第二冷却通道B冷却后的余热传导至外界。
本发明的使用过程中，电池将热量经第一冷却通道A内的冷却液传导给相变材料6和第二冷却通道B内的冷却液，并经第二冷却通道B释放至外界环境中，通过相变材料和液冷相结合的方式，提高了电池的散热效果。具体地，当电池产热较低时，可以通过相变材料自身相变吸热对电池进行单独冷却，不开启液冷，此时为被动冷却，降低了装置在使用时的能耗；当电池产热较高时，相变材料通过自身相变无法将热量全部吸收并释放出去时，开启液冷，进行主动冷却，可以迅速实现电池降温，主动冷却和被动冷却结合的方式能够很好地将电池包的温升控制在设定目标，且温度均匀性较好。其中，通过在电池外侧直接设置第一冷却通道A，并将相变材料填充于第一冷却通道A外侧，一方面可以先通过冷却液进行散热，再将热量传递给相变材料，通过相变材料进行散热，使装置能够迅速降温，另一方面能在电池温度过高开启液冷时，减小电池与冷却液间的阻隔，进一步提高散热效率。同时，通过在相邻两根第一导热管3间设置阻隔块7有利于延长相邻两电池间热量的传导路径，有利于在不影响散热的同时防止电池热失控的传递，进一步提高了电池的安全性。
通过本发明提供的基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，能够科学的对锂电池内部的热量进行管控，使得装置能够正常且安全的进行使用，提高了装置在使用时的安全性，减小了装置在使用的过程中安全隐患的发生概率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，包括电池箱体、电池箱盖和若干根第一导热管、第二导热管和相变材料；其中，
所述电池箱体与所述电池箱盖可拆卸连接；
若干根所述第一导热管均匀分布在所述电池箱体内，且与所述电池箱体的底端固定连接；所述第一导热管内形成电池容纳腔，所述第一导热管的管壁为中空结构，所述中空结构内形成第一冷却通道，所述第一冷却通道内充满冷却液；
相邻两根所述第一导热管间设置有阻隔块，且所述阻隔块与相邻两根所述第一导热管的中心点所连成的直线同轴；所述阻隔块紧密贴合于相邻两根所述第一导热管外侧；
所述第二导热管设于所述第一导热管外侧，且与所述电池箱体同轴设置，所述第二导热管与所述电池箱体间形成第二冷却通道；
相邻两列所述第一导热管间还设置有冷却液管，所述冷却液管贯穿所述阻隔块设置，所述冷却液管内充满冷却液，且所述冷却液管与所述第二冷却通道连通；
所述相变材料填充于所述第一导热管与所述第二导热管以及相邻两根所述第一导热管之间的区域内。
2.根据权利要求1所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，所述阻隔块与所述第一导热管贴合的弧边边长为所述第一导热管弧边边长的10~30%。
3.根据权利要求2所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，位于外侧的所述第一导热管上靠近所述第二导热管的一端向外凸出，形成凸出部，且所述凸出部与所述第二导热管的内壁固定连接；所述凸出部内设有第三冷却通道，所述第三冷却通道的一端与所述第一冷却通道连通，另一端与所述第二冷却通道连通。
4.根据权利要求3所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，所述第二冷却通道和所述第三冷却通道内均充满冷却液，且所述冷却液为乙醇与水的混合液。
5.根据权利要求3所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，所述电池箱体上设置有多个第一进液孔和多个第二进液孔，每个所述第一进液孔分别与每个所述第一冷却通道连通，每个所述第二进液孔分别与每根所述冷却液管连通；
所述电池箱盖上设置有第一出液孔和多个第二出液孔，且所述第一出液孔与第二冷却通道连通，每个所述第二出液孔分别与位于中间的每个所述第一冷却通道连通。
6.根据权利要求5所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，所述第一冷却通道、所述冷却液管均与液冷控制机构连通，所述液冷控制机构包括储液罐、换热器、回液罐和泵；其中，
所述储液罐的出液口与所述第一进液孔、所述第二进液孔通过管道连通，所述第一出液孔、所述第二出液孔与所述回液罐通过管道连通，所述回液罐的出液口与所述换热器通过管道连通，所述换热器与所述储液罐的进液口通过管道连通，其间导通设有所述泵。
7.根据权利要求1中所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，所述相变材料为泡沫铜与石蜡复合相变材料，或膨胀石墨与石蜡复合相变材料。
8.根据权利要求7所述基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理装置，其特征在于，靠近所述电池箱体一侧的所述第二导热管上还设置有散热翅片。
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