CN111600098A - 一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池水冷技术领域，尤其涉及一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，包括动力电池组包，动力电池组包的内部设置有动力电池组，动力电池组有多个并相互贴合设置，还包括：蒸发器、膨胀水箱、散热液驱动水泵以及降温套板，降温套板套接于动力电池组包的外壁，蒸发器、散热液驱动水泵、降温套板之间通过管道连通形成第一回流管路，膨胀水箱向所述第一回流管路内注入散热液，散热液驱动水泵驱动循环回路内的散热液定向流动，散热液从散热液入口进入降温套板的内循环管道将热量带出并流入到蒸发器内进行冷却。本发明通过乙二醇水溶液作为载冷剂，通过散热液驱动水泵将蒸发器制得的冷能带入动力电池组，从而有效对其降温，保护其安全使用。

Description

一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统
技术领域
本发明涉及电池水冷技术领域，尤其涉及一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统。
背景技术
当前，全球范围内的能源形式与环境压力日益紧张。电动汽车作为一种具有节能环保、能量转化效率高、能源来源多样化等优点的新型汽车迅速发展起来。据有关数据显示，2010年我国电动汽车销量不到1万辆，仅为0.72万辆；到2015年，全年生产电动汽车总计34.04万辆，销量达33.11万辆，增长近50倍。
车载动力电池既是电动汽车的能量来源，同时又是限制电动汽车提高进步的技术瓶颈。作为电动汽车的心脏，动力电池决定这电动汽车最终的性能和竞争力，而电池的性能与电池组的工作温度关系最为密切，温度严重影响着电池的使用效果和使用寿命。
目前，电动汽车动力电池的散热方法主要有风冷散热和液冷散热两种。风冷散热虽然简单方便，但由于空气的比热容较小，很难满足电池温度较高时的散热要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，包括动力电池组包，所述动力电池组包的内部设置有动力电池组，所述动力电池组有多个并相互贴合设置，其特征在于，还包括：蒸发器、膨胀水箱、散热液驱动水泵以及降温套板，所述降温套板套接于所诉动力电池组包的外壁，所述降温套板内开设有内循环管道，所述降温套板的一侧开设有散热液入口和散热液出口，所述散热液入口、散热液出口分别与所述内循环管道的两端连通，所述蒸发器、散热液驱动水泵、降温套板之间通过管道连通形成第一回流管路，所述膨胀水箱向所述第一回流管路内注入散热液，所述散热液驱动水泵驱动所述循环回路内的散热液定向流动，所述散热液从散热液入口进入所述降温套板的内循环管道将热量带出并流入到蒸发器内进行冷却。
进一步的，所述内循环管道包括：入液并联管道、出液并联管道、入口管道、出口管道以及汇流端管道，所述入口管道与散热液入口连通，所述入液并联管道有多个并且所述入液并联管道的两端分别与入口管道、汇流管道连通，所述出口管道与所述散热液出口连通，所述出液并联管道的两端分别与出口管道、汇流管道连通。
进一步的，还包括：压缩机、冷凝器，所述压缩机、冷凝器、蒸发器通过管路连通构成第二回流管路，所述压缩机将所述蒸发器内散热液抽出进入所述冷凝器内进行快速降温并回流至所述蒸发器内。
进一步的，还包括：热力膨胀阀，所述热力膨胀阀安装在所述第二回流管路上，所述热力膨胀阀能够根据散热液的水温调节阀门的大小。
进一步的，还包括：风扇，所述风扇安装在所述冷凝器的侧方，所述冷凝器与风扇协同作用共同对所述第二回流管路内的冷却水进行降温处理。
进一步的，所述降温套板的厚度为40mm，每个入液并联管道与出液并联管道截面20mm×8mm。
进一步的，所述入液并联管道与出液并联管道在所述降温套板内呈S型设计。
进一步的，所述内循环管路的两端分别与所述散热液入口、散热液出口连通，所述内循环管路在所述降温套板内按回字形路线设计。
进一步的，所述散热液具体为乙二醇水溶液。
进一步的，所述蒸发器包括散热液储存装置、压缩喷气装置，所述散热液储存装置的顶部设置有排气口，所述压缩喷气装置的喷气口与所述散热液储存装置的底部连通，工作时压缩喷气装置将空气压入散热液储存装置的底部，空气从散热液的底部迅速上升并从散热液储存装置的顶部排出，增大散热液表面的空气流动速度，尽快蒸发散热使散热液快速降温。
与现有技术相比，本发明提出了一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，具有以下有益效果：
本发明将用来针对现有技术中的不足并加以创新性的改进，同时增加其实际的使用效果。
1.本发明采用乙二醇水溶液作为散热液具有较好的载冷效应，极大的提高了动力电池的散热效率，同时该散热液容易蒸发，当散热液进入蒸发器内时容易蒸发散去从降温套板内吸收的热量。
2.本发明将降温套板、散热液驱动水泵、蒸发器之间构成第一回流管路，蒸发器内的散热液流经降温套板后将热量带出并回到蒸发器内降温。
3.本发明将蒸发器、压缩机、冷凝器之间构成第二回流管路，蒸发器内的散热液压入冷凝器内进行快速降温并回流至蒸发器内，通过两套回流管路以适应不同的散热需求，有效防止动力电池组由于过热而导致的损坏或者爆炸。
本发明中，该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明通过乙二醇水溶液作为载冷剂，通过散热液驱动水泵将蒸发器制得的冷能带入动力电池组，从而有效对其降温，保护其安全使用。
附图说明
图1为本发明提出的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统散热套板的结构示意图。
图2为本发明提出的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统的整体结构示意图。
图3为本发明提出的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统散热套板的透视图。
图中：1-动力电池组包；2-压缩机；3-冷凝器；4-风扇；5-蒸发器；6-热力膨胀阀；7-膨胀水箱；8-散热液驱动水泵；9-降温套板；10-动力电池组；11-散热液入口；12-散热液出口；13-入液并联管道；14-出液并联管道；15-入口管道；16-出口管道；17-汇流端管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，包括动力电池组包1，所述动力电池组包1的内部设置有动力电池组10，所述动力电池组10有多个并相互贴合设置，还包括：蒸发器5、膨胀水箱7、散热液驱动水泵8以及降温套板9，所述降温套板9套接于所诉动力电池组包1的外壁，所述降温套板9内开设有内循环管道，所述内循环管路在所述降温套板9内按回字形路线设计，所述降温套板9的一侧开设有散热液入口11和散热液出口12，所述散热液入口11、散热液出口12分别与所述内循环管道的两端连通，所述蒸发器5、散热液驱动水泵8、降温套板9之间通过管道连通形成第一回流管路，所述膨胀水箱7向所述第一回流管路内注入散热液，所述散热液具体为乙二醇水溶液，所述散热液驱动水泵8驱动所述循环回路内的散热液定向流动，所述散热液从散热液入口11进入所述降温套板9的内循环管道将热量带出并流入到蒸发器5内进行冷却。
还包括：压缩机2、冷凝器3，所述压缩机2、冷凝器3、蒸发器5、热力膨胀阀6通过管路连通构成第二回流管路，所述压缩机2将所述蒸发器5内散热液抽出进入所述冷凝器3内进行快速降温并回流至所述蒸发器5内，所述热力膨胀阀6安装在所述第二回流管路上，所述热力膨胀阀6能够根据散热液的水温调节阀门的大小。
实施例2
如图所示，本发明提供一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，与实施例1相比，还包括：风扇4，所述风扇4安装在所述冷凝器3的侧方，所述冷凝器3与风扇4协同作用共同对所述第二回流管路内的冷却水进行降温处理。
其余结构与实施例1均相同。
实施例3
本发明提供一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，包括动力电池组包1，所述动力电池组包1的内部设置有动力电池组10，所述动力电池组10有多个并相互贴合设置，还包括：蒸发器5、膨胀水箱7、散热液驱动水泵8以及降温套板9，所述降温套板9套接于所诉动力电池组包1的外壁，所述降温套板9内开设有内循环管道，所述内循环管道包括：入液并联管道13、出液并联管道14、入口管道15、出口管道16以及汇流端管道17，所述入口管道15与散热液入口11连通，所述入液并联管道13有多个并且所述入液并联管道13的两端分别与入口管道15、汇流管道17连通，所述出口管道16与所述散热液出口12连通，所述出液并联管道14的两端分别与出口管道16、汇流管道17连通，所述入液并联管道13与出液并联管道14在所述降温套板9内呈S型设计，所述降温套板9的厚度为40mm，每个入液并联管道13与出液并联管道14截面20mm×8mm，所述降温套板9的一侧开设有散热液入口11和散热液出口12，所述散热液入口11、散热液出口12分别与所述内循环管道的两端连通，所述蒸发器5、散热液驱动水泵8、降温套板9之间通过管道连通形成第一回流管路，所述膨胀水箱7向所述第一回流管路内注入散热液，所述散热液具体为乙二醇水溶液，所述散热液驱动水泵8驱动所述循环回路内的散热液定向流动，所述散热液从散热液入口11进入所述降温套板9的内循环管道将热量带出并流入到蒸发器5内进行冷却。
还包括：压缩机2、冷凝器3，所述压缩机2、冷凝器3、风扇4、蒸发器5、热力膨胀阀6通过管路连通构成第二回流管路，所述压缩机2将所述蒸发器5内散热液抽出进入所述冷凝器3内进行快速降温并回流至所述蒸发器5内，所述热力膨胀阀6安装在所述第二回流管路上，所述热力膨胀阀6能够根据散热液的水温调节阀门的大小，所述风扇4安装在所述冷凝器3的侧方，所述冷凝器3与风扇4协同作用共同对所述第二回流管路内的冷却水进行降温处理。
本发明中，使用时，降温套板9中所使用降温液体为乙二醇水溶液，该溶液具有较好的载冷效应，极大的提高了动力电池的散热效率，冷凝器与风扇相互配合使用，压缩机2、冷凝器3、蒸发器5和热力膨胀阀6相互之间通过管道连通，蒸发器5、膨胀水箱6、散热液驱动水泵8相互之间亦通过管道连通，管道的两端还连通于以降温套板9的散热液入口11和散热液出口12，乙二醇水溶液通过散热液入口11进入降温套板9，从而通过入液并联管道13流入出液并联管道14最终从散热液出口流回，此期间将带走动力电池组中的大量热量，有效的防护动力电池组由于过热而导致的损坏或者爆炸，其中：动力电池组10体积发热率q采用如下公式计算：
Figure BDA0002554262680000051
式中：I为充放电电流；E0、UL为动力电池组10电动势、端电压；tb为电池温度；Vb为单体电池体积；dE0/dT为温熵系数；I(E0-UL)、Itb(dE0/dT)为焦耳热(欧姆热)和化学反应引起可逆熵变产生的热量，其解析为：
Figure BDA0002554262680000054
在工作情况下，电池为非稳态导热控制方程及定解条件如下：
Figure BDA0002554262680000052
式中：为环境温度，采用有限差分进行数值求解，i时刻n位置处的节点温度的显示差分格式为：
Figure BDA0002554262680000053
根据散热器热阻，可以得出散热器的温升，进而判定功率元件是否处于允许的温度范围，对于水冷散热器而言：
Figure BDA0002554262680000061
ΔTsm＝Tsm-Tfi＝ΔTfm+Q(Rconv+Rcond)
因此，在动力电池组10以正常倍率工作时，液冷系统能稳定控制电池组处在适宜的工作温度范围内且温度均衡。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，包括：动力电池组包（1），所述动力电池组包（1）的内部设置有动力电池组（10），所述动力电池组（10）有多个并相互贴合设置，其特征在于，还包括：蒸发器（5）、膨胀水箱（7）、散热液驱动水泵（8）以及降温套板（9），所述降温套板（9）套接于所诉动力电池组包（1）的外壁，所述降温套板（9）内开设有内循环管道，所述降温套板（9）的一侧开设有散热液入口（11）和散热液出口（12），所述散热液入口（11）、散热液出口（12）分别与所述内循环管道的两端连通，所述蒸发器（5）、散热液驱动水泵（8）、降温套板（9）之间通过管道连通形成第一回流管路，所述膨胀水箱（7）向所述第一回流管路内注入散热液，所述散热液驱动水泵（8）驱动所述循环回路内的散热液定向流动，所述散热液从散热液入口（11）进入所述降温套板（9）的内循环管道将热量带出并流入到蒸发器（5）内进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，所述内循环管道包括：入液并联管道（13）、出液并联管道（14）、入口管道（15）、出口管道（16）以及汇流端管道（17），所述入口管道（15）与散热液入口（11）连通，所述入液并联管道（13）有多个并且所述入液并联管道（13）的两端分别与入口管道（15）、汇流管道（17）连通，所述出口管道（16）与所述散热液出口（12）连通，所述出液并联管道（14）的两端分别与出口管道（16）、汇流管道（17）连通。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，还包括：压缩机（2）、冷凝器（3），所述压缩机（2）、冷凝器（3）、蒸发器（5）通过管路连通构成第二回流管路，所述压缩机（2）将所述蒸发器（5）内散热液抽出进入所述冷凝器（3）内进行快速降温并回流至所述蒸发器（5）内。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，还包括：热力膨胀阀（6），所述热力膨胀阀（6）安装在所述第二回流管路上，所述热力膨胀阀（6）能够根据散热液的水温调节阀门的大小。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，还包括：风扇（4），所述风扇（4）安装在所述冷凝器（3）的侧方，所述冷凝器（3）与风扇（4）协同作用共同对所述第二回流管路内的冷却水进行降温处理。
6.根据权利要求2所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，所述降温套板（9）的厚度为40mm，每个入液并联管道（13）与出液并联管道（14）截面20mm×8mm。
7.根据权利要求5所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，所述入液并联管道（13）与出液并联管道（14）在所述降温套板（9）内呈S型设计。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，所述内循环管路的两端分别与所述散热液入口（11）、散热液出口（12）连通，所述内循环管路在所述降温套板（9）内按回字形路线设计。
9.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动力电池水冷式散热系统，其特征在于，所述散热液具体为乙二醇水溶液。
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