CN112864490A - 一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统 - Google Patents

一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，电池模组上方设置蒸发及冷凝盘管，蒸发及冷凝盘管、吸水过滤器、冷却液循环泵、外循环流量电磁阀和干冷器串联连接，电池液箱上设置进液口和出液口，进液口、活性炭过滤器、吸水过滤器、流量计、内循环流量电磁阀、过滤循环泵、出液口串联连接形成内循环液冷换热单元，电池模组下方设置鼓泡管，电池液箱底部开设进气通道，进气通道连接鼓泡管，鼓泡管上开设鼓泡孔。本发明省略传统液冷板结构，增加设置蒸发及冷凝盘管区域，改传统二次回路液体冷却方式为直接接触式液体冷却方式，整个热管理系统换热热阻小，换热系数高，换热效果显著。

Description

一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式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
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者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、换热边界层薄、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；而采用直接接触式液体冷却方式可以大大降低换热过程中动力电池与冷媒之间的换热接触热阻，并且绝缘冷却液的导热系数高，换热性能佳，系统节能效果显著。目前传统的风冷和液冷单相热管理方式换热系数小，换热效率低，系统能耗大。
综上所述，利用新型冷媒气液两相换热，较于传统液冷或风冷单相热管理方式具有换热系数大，换热效果好的优势；同时鼓泡式改进措施能够加强电池液箱内冷媒的相互掺混，增强扰流，强化换热。因此，动力电池热管理技术领域，迫切需要一种基于新型冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统。
发明内容
本发明的目的在于提供较于传统液冷或风冷单相热管理方式具有换热系数大、换热效果好的一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，其特征是：包括干冷器、电池液箱，电池液箱里设置电池模组，电池模组上方设置蒸发及冷凝盘管，蒸发及冷凝盘管、吸水过滤器、冷却液循环泵、外循环流量电磁阀和干冷器串联连接，形成外循环干冷换热单元，蒸发及冷凝盘管上设置外循环冷却液进口和外循环冷却液出口，电池液箱上设置进液口和出液口，进液口、活性炭过滤器、吸水过滤器、流量计、内循环流量电磁阀、过滤循环泵、出液口串联连接形成内循环液冷换热单元，电池模组下方设置鼓泡管，电池液箱底部开设进气通道，进气通道连接鼓泡管，鼓泡管上开设鼓泡孔，电池液箱上设置报警器、压力传感器、加热器、液位传感器和温度传感器，压力传感器与报警器和膨胀阀相连接，加热器与固态继电器相连接。
本发明还可以包括：
1、电池模组产生热量，过滤循环泵输送液态冷媒，流经吸水过滤器进行吸水过滤干燥后，经过活性炭过滤器，再注入电池液箱给电池模组散热，从进气通道内喷射气体，鼓泡孔鼓泡扰流，当电池液箱内的液态冷媒部分气化，蒸发及冷凝盘管与干冷器换热，气态冷媒流过蒸发及冷凝盘管冷凝成液态重新流回电池液箱。
2、电池液箱内的压力由压力传感器监测，当压力超过设定阈值时报警器发出警报，膨胀阀开启进行泄压；当电池模组处于极寒冷条件下需要加热启动时，固态继电器控制加热器加热电池液箱内的液态冷媒，实现对电池的预热。
本发明的优势在于：
1.本发明通过省略传统液冷板结构，增加设置蒸发及冷凝盘管区域，改传统二次回路液体冷却方式为直接接触式液体冷却方式；基于新型冷媒改进传统冷媒单一相态冷却方式，采用气液两相冷却方式。本发明整个热管理系统换热热阻小，换热系数高，换热效果显著。
2.本发明通过在电池液箱底部开设进气通道，设计留有鼓泡孔的鼓泡管，增强液态冷媒与动力电池换热过程中冷媒的扰动，利于换热冷媒的高效掺混，可以大大提高热管理系统的换热效率。
3.本发明通过利用气态冷媒在蒸发及冷凝盘管冷凝放热，重新流回电池液箱，可以更加有效地利用气态冷媒的余热，节约冷媒，系统实用价值高。
4.本发明通过在电池液箱内增加设置加热器和固态继电器，集成对动力电池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。
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，本发明提供一种基于新型冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，电池液箱与外循环干冷换热单元和内循环液冷换热单元连接。利用电池液箱内的蒸发和冷凝盘管与气态冷媒冷凝放热，回收气态换热工质；内循环液冷单元采用直接接触式液冷热管理方式，换热热阻小、换热系数大、换热效果好。同时在电池液箱底部设计鼓泡管和鼓泡孔，可以增强液态的冷媒扰动，强化冷媒掺混，实用价值高。
如图1所示，本发明一种基于新型冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，蒸发及冷凝盘管1、固定螺栓和密封垫圈2、报警器3、压力传感器4、膨胀阀5、散热翅片6、外循环冷却液进口7、吸水过滤器8、冷却液循环泵9、外循环流量电磁阀10、散热风扇11、干冷器12、外循环冷却液出口13、活性炭过滤器14、吸水过滤器15、流量计16、内循环流量电磁阀17、过滤循环泵18、进气通道19、鼓泡孔20、鼓泡管21、电池液箱22、固态继电器23、加热器24、液位传感器25、温度传感器26、电池模组27、走线口28、电池负极耳29和电池正极耳30。
实施时若干个导电排连接电池负极耳29和电池正极耳30形成电池模组27，电池液箱22内放置电池模组27，电池模组27正上方设置蒸发及冷凝盘管1，蒸发及冷凝盘管1与吸水过滤器8、冷却液循环泵9、外循环流量电磁阀10和干冷器12串联连接，蒸发及冷凝盘管1设置散热翅片6，形成外循环干冷换热单元，外循环干冷换热单元设置一个外循环冷却液进口7和一个外循环冷却液出口13。内循环液冷换热单元设置一个进液口和一个出液口，电池液箱22上的进液口和出液口与活性炭过滤器14、吸水过滤器15、流量计16、内循环流量电磁阀17和过滤循环泵18串联连接形成完整的内循环液冷换热单元。电池液箱22底部开设进气通道19，连接进气通道19到鼓泡管21，鼓泡管21上留有鼓泡孔20。电池液箱22内设置报警器3、压力传感器4、加热器24、液位传感器25和温度传感器26。压力传感器4与报警器3和膨胀阀5相连接，加热器24与固态继电器23相连接。
本实施例中，系统工作时，若干个电池通过导电排连接正极耳和负极耳形成的电池模组27会产热，过滤循环泵18输送液态冷媒，流经吸水过滤器15进行吸水过滤干燥后，紧接着经过活性炭过滤器14，再注入电池液箱22给电池模组27散热。此时可从进气通道19内喷射具有一定压力的气体，鼓泡管21上留有的鼓泡孔20会开始鼓泡扰流。当电池液箱22内的液态冷媒部分气化，蒸发及冷凝盘管1与干冷器12换热，此时气态冷媒流过蒸发及冷凝盘管1冷凝成液态重新流回电池液箱22。整个热管理系统运行过程中电池液箱22内的压力由压力传感器4监测，当压力超过设定阈值时报警器3发出警报，膨胀阀5开启进行泄压。当电池模组27处于极寒冷条件下需要加热启动时，固态继电器23控制加热器24加热电池液箱22内的液态冷媒，实现对电池的高效预热。
本发明为一种基于新型冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，通过在电池液箱内设置蒸发及冷凝盘管，同时增加设置留有鼓泡孔的鼓泡管，利用新型冷媒实现气液两相换热。并且基于鼓泡式动力电池热管理，强化冷媒扰动。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 (3)

1.一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，其特征是：包括干冷器、电池液箱，电池液箱里设置电池模组，电池模组上方设置蒸发及冷凝盘管，蒸发及冷凝盘管、吸水过滤器、冷却液循环泵、外循环流量电磁阀和干冷器串联连接，形成外循环干冷换热单元，蒸发及冷凝盘管上设置外循环冷却液进口和外循环冷却液出口，电池液箱上设置进液口和出液口，进液口、活性炭过滤器、吸水过滤器、流量计、内循环流量电磁阀、过滤循环泵、出液口串联连接形成内循环液冷换热单元，电池模组下方设置鼓泡管，电池液箱底部开设进气通道，进气通道连接鼓泡管，鼓泡管上开设鼓泡孔，电池液箱上设置报警器、压力传感器、加热器、液位传感器和温度传感器，压力传感器与报警器和膨胀阀相连接，加热器与固态继电器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，其特征是：电池模组产生热量，过滤循环泵输送液态冷媒，流经吸水过滤器进行吸水过滤干燥后，经过活性炭过滤器，再注入电池液箱给电池模组散热，从进气通道内喷射气体，鼓泡孔鼓泡扰流，当电池液箱内的液态冷媒部分气化，蒸发及冷凝盘管与干冷器换热，气态冷媒流过蒸发及冷凝盘管冷凝成液态重新流回电池液箱。
3.根据权利要求2所述的一种基于冷媒气液两相换热的鼓泡式动力电池热管理系统，其特征是：电池液箱内的压力由压力传感器监测，当压力超过设定阈值时报警器发出警报，膨胀阀开启进行泄压；当电池模组处于极寒冷条件下需要加热启动时，固态继电器控制加热器加热电池液箱内的液态冷媒，实现对电池的预热。
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