CN112751105A - 一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，压缩机、冷凝器、制冷电磁阀、毛细管和蒸发器串联，从压缩机组主制冷单元的制冷电磁阀前的管路上引出喷液手动阀和喷液电磁阀；从压缩机和冷凝器之间的管路上引出热力手动阀和热力电磁阀到蒸发器；蒸发器和板式换热器分别连接第一三通换向阀和第二三通换向阀，第一三通换向阀连接干燥过滤器和调节阀到喷液壶上的回液口，第二三通换向阀连接电子循环泵、温度传感器、流量计、检修阀、循环手动阀和加热器到喷液壶上的进壶嘴。本发明为直接接触型喷淋式液体冷却方式，将动力电池固定于喷壶内，可以大大降低换热过程中的热量损失，减小系统换热热阻，提高换热效率。

Description

一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统

技术领域

本发明涉及的是一种动力电池管理系统。

背景技术

动力电池、电机和电控技术作为新能源汽车的核心“三电”部件，其性能对于整车的重要影响程度不言而喻。特别是当前动力电池正朝着高能量密度和短充电时间的方向发展，动力电池高产热量需要有热管理系统迅速散热，以保证整个电池模组或电池包处于合适的工作温度范围和系统中不同位置电池温度均匀性。

目前已有的动力电池热管理方式主要为：风冷、液冷、相变材料冷却和热管冷却。风冷动力电池热管理方式因空气的比热容较小，导热系数低，对流换热系数小，散热所需时间长，高充、放电倍率冷却效果差，整个系统进、出口压差大，流场不均匀，电池组中电池间冷却条件的差异将导致电池组产生较大的温差，已逐步被主机厂所淘汰。相变材料导热率低，相变潜热小，换热量有限，需额外增加系统体积，质量较重，大大缩减整个热管理系统的质量能量密度和体积能量密度，且不能将热量及时散出，相变材料热管理方式预热困难的问题更难以解决。热管和电池形状适应性要求高，结构较复杂，管内结构换热性差，绝缘性要求高，加工工艺要求高和成本高昂。相变材料冷却动力电池技术和热管技术离产业化应用尚需一定的时间。

液冷动力电池热管理方式的冷媒具有比热容大、热导率高、传热系数大、边界层薄、换热能力强、可集成散热和预热、温度均匀性好等优势，而被广泛应用。液冷动力电池热管理方式主要分为二次回路液体冷却和直接接触式液体冷却两种。二次回路液体冷却方式的换热热阻大，换热过程中热量损失较大，换热效果较差；而采用直接接触型全浸没式液体冷却方式可以大大降低动力电池与冷媒之间的接触热阻，绝缘冷却液的导热系数高，换热性能佳，系统节能效果显著。采用喷嘴盘型布置，能够提高冷却液的喷淋覆盖率，增加换热接触面积，延长换热接触时间。

发明内容

本发明的目的在于提供换热效果好，空间利用率高的一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，其特征是：包括喷液壶、冷凝器、压缩机、蒸发器、板式换热器、电子循环泵，压缩机、冷凝器、制冷电磁阀、毛细管和蒸发器串联连接为压缩机组主制冷单元，从压缩机组主制冷单元的制冷电磁阀前的管路上引出喷液手动阀和喷液电磁阀，形成喷淋支路；从压缩机和冷凝器之间的管路上引出热力手动阀和热力电磁阀到蒸发器，形成热旁通支路；蒸发器和板式换热器分别连接第一三通换向阀和第二三通换向阀，第一三通换向阀连接干燥过滤器和调节阀到喷液壶上的回液口，第二三通换向阀连接电子循环泵、温度传感器、流量计、检修阀、循环手动阀和加热器到喷液壶上的进壶嘴，第一三通换向阀、第二三通换向阀、板式换热器、蒸发器、喷液壶并联形成板式换热器副冷却单元。

本发明还可以包括：

1、电子循环泵与固态变频器连接，加热器与固态继电器连接，冷凝器上连接Y型过滤器和流量开关；板式换热器上连接板式换热器散热翅片强化换热。

2、所述喷液壶包括壶身和壶盖，壶身和壶盖通过固定螺栓和密封垫圈连接，壶盖上设置压力传感器、报警器、安全阀、除雾器，弹性导热胶垫将电池模组固定于壶身底部，进壶嘴设置在壶身上部，壶身底部侧面分别设置回液口和排污口，壶身内部设置盘型支架，盘型支架连接分配管，分配管上盘型布置雾化喷嘴，雾化喷嘴位于电池模组上方。

3、电池模组产生热量后，压缩机、冷凝器、制冷电磁阀、毛细管和蒸发器配合进行主制冷，绝缘冷媒通过电子循环泵从进壶嘴进入喷液壶，绝缘冷媒依次流经盘型支架上连接的分配管，通过雾化喷嘴喷淋到喷液壶内的电池模组上，通过绝缘冷媒与电池模组换热进行散热；当电池处于寒冷工况下需要加热时，加热器工作，由固态继电器主动控制加热器的加热功率；当压力传感器监测到喷液壶内压力超过阈值，将压力信号传输给安全阀和报警器，安全阀执行泄压动作，报警器发出警报信号。

本发明的优势在于：

1.本发明通过省略传统液冷板，改传统二次回路液体冷却方式为直接接触型喷淋式液体冷却方式，将动力电池固定于喷壶内，可以大大降低整个热管理系统换热过程中的热量损失，减小系统换热热阻，提高换热效率。

2.本发明通过喷嘴布置形式采用盘型布置，绝缘冷媒的喷射距离缩小，喷淋覆盖率提高，绝缘冷媒液滴空间分布均匀，可以增大换热接触面积，延长换热反应时间，增强换热效果。

3.本发明通过设置多个并联的制冷单元，能够实现整个系统根据电池产热功率选择合适的制冷支路，减小整个热管理系统运行过程中的能量损失，起到节能作用。

4.本发明通过在循环液冷连接单元上设置加热器和固态继电器，能够实现在寒冷工况下对动力电池的预热目的，本发明集成动力电池系统的散热和预热功能于一体，并且能够实现对冷媒的主动控制，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为喷液壶结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，本发明提供一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，采用雾化喷嘴盘型布置形式，通过设置包括壶身和壶盖两部分的喷液壶，将动力电池固定于喷液壶底部，喷液壶壶盖上设置盘型支架、分配管和雾化喷嘴，进行直接接触型喷淋式液冷动力电池热管理。本发明换热接触热阻小，换热效果显著，具有较大的实用价值。

如图1所示，本发明一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统包括：喷液壶1、安全阀2、报警器3、压力传感器4、除雾器5、盘型支架6、雾化喷嘴7、电池8、绝缘冷媒9、回液口10、弹性导热胶垫11、调节阀12、外循环干燥过滤器13a、三通换向阀14a、14b、低压保护器15、低压表16、压缩机17、高压表18、高压保护器19、Y型过滤器20、流量开关21、冷凝器22、手动阀23、制冷单元干燥过滤器24、制冷电磁阀25、毛细管26、喷液电磁阀27、热力电磁阀28、蒸发器29、板式换热器30、板式换热器散热翅片31、固态变频器32、电子循环泵33、温度传感器34、流量计35、检修阀36、循环手动阀37、加热器38、固态继电器39、排污口40、流量传感器41、温度传感器42、走线口43、分配管44和进壶嘴45。

实施时若干个电池8通过导电排连接成电池模组，弹性导热胶垫11将电池模组固定于喷液壶1底部，喷液壶1任意一侧底部连接有排污口40。喷液壶1由壶身和壶盖组成，壶身和壶盖通过固定螺栓和密封垫圈连接，喷液壶上设置两个壶嘴，可任选其一作为进壶嘴45，在喷液壶1上进壶嘴45的另一侧的壶底设置一个回液口10，进壶嘴45和回液口10都与循环液冷连接单元的管路连接；喷液壶右侧设置走线口43，喷液壶1壶盖连接除雾器5。喷液壶1内设置盘型支架6，盘型支架6上连接分配管44，分配管44上盘型布置雾化喷嘴7。每个雾化喷嘴7正对于电芯与电芯侧面之间的间隙。喷液壶1内连接有安全阀2、报警器3、压力传感器4、流量传感器41、温度传感器42和走线口43，安全阀2和报警器3都与压力传感器4建立压力信号联系。压缩机17、冷凝器22、制冷电磁阀25、毛细管26和蒸发器29串联连接为压缩机组主制冷单元。从主制冷单元的制冷电磁阀25前的管路上引出喷液手动阀和喷液电磁阀27，形成喷淋支路。从压缩机17和冷凝器22之间的管路上引出热力手动阀和热力电磁阀28到蒸发器29，形成热旁通支路。通过三通换向阀14a、14b连接板式换热器30和蒸发器29到喷液壶1上的进壶嘴45和回液口10，并联形成板式换热器副冷却单元。一个三通换向阀14a连接干燥过滤器13a和调节阀12到喷液壶1上的回液口10；另一个三通换向阀14b连接电子循环泵33、温度传感器34、流量计35、检修阀36、循环手动阀37和加热器38到喷液壶1上的进壶嘴45。电子循环泵33与固态变频器32连接，加热器38与固态继电器39连接。冷凝器22上连接Y型过滤器20和流量开关21；板式换热器30上连接板式换热器散热翅片31强化换热。

压缩机组主制冷单元采用主制冷循环、热旁通、喷液冷却三种回路结合的方式，主制冷循环由压缩机17、冷凝器22、干燥过滤器24、手动阀23、制冷电磁阀25、膨胀阀和蒸发器29串联连接而成，冷凝器22上设置散热风扇和散热翅片；压缩机17与蒸发器29间的管路上设置低压表16和低压保护器15，压缩机17与冷凝器22间的管路上设置高压表18和高压保护器19；从压缩机高压表18一侧引出手动阀23和热力电磁阀28连接到蒸发器29上的制冷循环管，构成热旁通回路；从制冷循环上的制冷电磁阀25位置引出手动阀和喷液电磁阀27形成喷液冷却回路，喷液冷却回路与制冷循环并联连接。板式换热器副冷却单元包括两个三通换向阀、板式换热器30和板式换热器散热翅片31，三通换向阀连接蒸发器29、连接板式换热器30和喷液壶1，压缩机组主制冷单元和板式换热器副冷却单元并联连接。

外循环液冷单元包括电子循环泵33、固态变频器32、回液电磁阀、加热器38、固态继电器39、温度传感器34、流量传感器、流量调节阀和干燥过滤器；一个三通换向阀将电子循环泵33、加热器38、温度传感器42、流量传感器41和流量调节阀串联，连接到喷液壶1的进壶嘴45，电子循环泵33上连接固态变频器34，加热器38上连接固态继电器39；另一个三通换向阀将回液电磁阀和干燥过滤器13a连接到喷液壶1上的回液口10；管道连接处采用快插接头和卡箍配合，增加设置止回阀防止冷却液回流。

本实施例中，系统工作时，若干个电池8通过导电排连接的电池模组会产热，压缩机17、冷凝器22、制冷电磁阀25、毛细管26和蒸发器29配合进行主制冷，绝缘冷媒9通过电子循环泵39从进壶嘴45进入喷液壶1，绝缘冷媒9依次流经盘型支架6上连接的分配管44，通过雾化喷嘴7喷淋到喷液壶内的电池模组上，通过绝缘冷媒9与电池模组换热进行散热。当电池处于寒冷工况下需要加热时，外循环液冷单元上的加热器38工作，由固态继电器39主动控制加热器38的加热功率。整个动力电池热管理过程中电池8直接接触雾化喷嘴7喷淋出的绝缘冷媒9。当压力传感器4监测到喷液壶1内压力超过阈值，将压力信号传输给安全阀2和报警器3，此时安全阀2执行泄压动作，报警器3发出警报信号，整个热管理系统的线路通过走线口43进入喷液壶1连接对应器件。

综上所述：本发明为一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，通过在喷液壶上设置雾化喷嘴，并且通过分配管连接雾化喷嘴，雾化喷嘴采用盘型布置连接方式。本发明可以提高绝缘冷媒的喷淋覆盖率，增大换热接触面积，延长换热过程中绝缘冷媒的接触时间。本发明通过多制冷支路设计可以实现根据电池产热功率选择适宜制冷支路，系统集成散热和预热功能于一体。本发明可以大大减小整个动力电池热管理系统的换热接触热阻，提高换热系数，增强换热效果。

Claims (4)

1.一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，其特征是：包括喷液壶、冷凝器、压缩机、蒸发器、板式换热器、电子循环泵，压缩机、冷凝器、制冷电磁阀、毛细管和蒸发器串联连接为压缩机组主制冷单元，从压缩机组主制冷单元的制冷电磁阀前的管路上引出喷液手动阀和喷液电磁阀，形成喷淋支路；从压缩机和冷凝器之间的管路上引出热力手动阀和热力电磁阀到蒸发器，形成热旁通支路；蒸发器和板式换热器分别连接第一三通换向阀和第二三通换向阀，第一三通换向阀连接干燥过滤器和调节阀到喷液壶上的回液口，第二三通换向阀连接电子循环泵、温度传感器、流量计、检修阀、循环手动阀和加热器到喷液壶上的进壶嘴，第一三通换向阀、第二三通换向阀、板式换热器、蒸发器、喷液壶并联形成板式换热器副冷却单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，其特征是：电子循环泵与固态变频器连接，加热器与固态继电器连接，冷凝器上连接Y型过滤器和流量开关；板式换热器上连接板式换热器散热翅片强化换热。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，其特征是：所述喷液壶包括壶身和壶盖，壶身和壶盖通过固定螺栓和密封垫圈连接，壶盖上设置压力传感器、报警器、安全阀、除雾器，弹性导热胶垫将电池模组固定于壶身底部，进壶嘴设置在壶身上部，壶身底部侧面分别设置回液口和排污口，壶身内部设置盘型支架，盘型支架连接分配管，分配管上盘型布置雾化喷嘴，雾化喷嘴位于电池模组上方。

4.根据权利要求3所述的一种基于喷嘴盘型布置的喷淋式液冷动力电池热管理系统，其特征是：电池模组产生热量后，压缩机、冷凝器、制冷电磁阀、毛细管和蒸发器配合进行主制冷，绝缘冷媒通过电子循环泵从进壶嘴进入喷液壶，绝缘冷媒依次流经盘型支架上连接的分配管，通过雾化喷嘴喷淋到喷液壶内的电池模组上，通过绝缘冷媒与电池模组换热进行散热；当电池处于寒冷工况下需要加热时，加热器工作，由固态继电器主动控制加热器的加热功率；当压力传感器监测到喷液壶内压力超过阈值，将压力信号传输给安全阀和报警器，安全阀执行泄压动作，报警器发出警报信号。

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