CN116365092A - 新能源电池热管理模块 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及的新能源电池热管理模块包括第一换热部、第二换热部和防冻液通道部。多个第一换热部分别贴设于电池表面的不同部位，第一换热部内设有封闭设置的第一换热腔，第一换热腔内设有均匀分布的工质。第二换热部设于第一换热部的上方，第二换热部设有分别连通多个第一换热腔的第二换热腔，且第一换热腔和第二换热腔均为抽真空状态，防冻液通道部穿设于第二换热腔，防冻液通道部和第一换热腔内的液态工质间隔设置。当电池表面的温度大于预设温度值时，工质能够从液态变为气态并凝结于防冻液通道部的表面。本申请提供的新能源电池热管理模块，解决了不同电池单体无法通过现有的电池热管理模块实现均匀散热的问题。

Description

新能源电池热管理模块
技术领域
本申请涉及一种电池热管理设备，特别是涉及一种新能源电池热管理模块。
背景技术
新能源汽车电池在快充等工况下会产生大量热量，如果对电池的热管理不到位，就会造成电池的热量散不出去，甚至导致电池热失控乃至起火爆炸等严重后果。针对电池的散热问题，现有的电池热管理模块主要通过制冷剂直冷模块对电池的表面进行散热，但是，受制于制冷剂是单向换热，且到达电池不同部位的先后顺序以及制冷剂的流速变化等因素，导致制冷剂对电池不同部位的散热效果不一致，如此，会导致电池表面的温度分布不均匀，甚至直接影响到电池使用寿命。并且，在快充条件下，电池表面不同部位之间较大的温差会造成电池过充或者过放问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种新能源电池热管理模块，以解决不同电芯(电池单体)无法通过现有的电池热管理模块实现均匀散热的问题。
本申请提供的新能源电池热管理模块包括第一换热部、第二换热部和防冻液通道部。防冻液通道部的进液端和出液端能够分别连通防冻液循环设备，以形成防冻液的循环回路。多个第一换热部分别贴设于电池表面的不同部位，且第一换热部内设有封闭设置的第一换热腔，第一换热腔内设有均匀分布的工质。第二换热部设于第一换热部的上方，且第二换热部设有分别连通多个第一换热腔的第二换热腔，且第一换热腔和第二换热腔均为抽真空状态，防冻液通道部穿设于第二换热腔，且防冻液通道部和第一换热腔内的液态工质间隔设置。当电池表面的温度大于预设温度值时，工质能够从液态变为气态经换热后凝结于防冻液通道部的表面。
在其中一个实施例中，液态的工质设于第一换热腔的底端，第一换热腔的内壁贴设有吸液芯，吸液芯一端浸没于液态工质内，另一端朝向第一换热腔的顶部延伸。
在其中一个实施例中，电池包括多个电芯，多个第一换热部沿着预设方向排列，多个电芯沿着预设方向排列，且第一换热部和电芯相互交错排列。
在其中一个实施例中，第一换热部呈薄板状，且第一换热部沿着预设方向的厚度a和电芯沿着预设方向的厚度b，满足，5a≤b。
在其中一个实施例中，多个第一换热腔的底部相连通，并且，多个第一换热腔的底壁的水平高度相同。
在其中一个实施例中，新能源电池热管理模块还包括温度传感器和控制元件，控制元件分别电连接温度传感器和防冻液循环设备。温度传感器设于电池表面，当电池表面的温度大于预设温度值时，控制元件能够控制防冻液循环设备运行并连通防冻液通道部。
在其中一个实施例中，工质为相变冷却液。
在其中一个实施例中，新能源电池热管理模块还包括连通第一换热腔的第一阀门，抽真空机通过第一阀门连通第一换热腔和第二换热腔，以用于抽出第一换热腔和第二换热腔内的不凝气体。
在其中一个实施例中，新能源电池热管理模块还包括连通第一换热腔的第二阀门，充气泵通过第二阀门连通第一换热腔和第二换热腔，以用于向第一换热腔和第二换热腔内充入惰性气体。
在其中一个实施例中，防冻液通道部包括多个并列设置的通道管。或者，防冻液通道部呈薄板状。
与现有技术相比，本申请提供的新能源电池热管理模块，当电池的温度过高(设定为大于预设温度值)时，由于第一换热部贴设于电池的表面，因此，液态的工质能够吸收电池表面的热量并转变为气态的工质，以使电池的温度低于预设温度值。又因为防冻液循环设备能够对防冻液进行制冷，并使低温防冻液进入到防冻液通道部内，并且，防冻液通道部穿设于第二换热腔，因此气态的工质能够在防冻液通道部的表面重新凝结为液态的工质，从而完成工质和防冻液的换热。最终，防冻液通道部内的防冻液会全部回流至防冻液循环设备内。
由于新能源电池热管理模块的第一换热部和第二换热部是热管结构，又因为热管结构具有较好的均温性，具体地，工质的沸点(或者凝结点)的温度是固定的，又因为单位工质相变所吸收的热量也是相同的，并且，电池表面温度越高，工质蒸发带走的热量越多，直至电池表面的温度下降至预设温度值以下，因此，如此设置，可以保证电池的有效冷却及电池表面温度的均匀性。进一步地，由于防冻液通道部和第一换热腔内的工质间隔设置，因此，防冻液通道部不会直接吸收液态工质的热量而导致液态的工质难以达到沸点温度，并且，防冻液通道部不和液态的工质直接进行热交换，有利于保证工质只能通过气化的方式带走的电池产生的热量，因工质只有吸热气化时才有热量传递，温度保持不变，进一步确保了电池不同部位的均温性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一实施例的新能源电池热管理模块的结构示意图；
图2为图1的分解图；
图3为图1的剖视图。
附图标记：100、第一换热部；110、第一换热腔；200、第二换热部；210、第二换热腔；300、防冻液通道部；310、通道管；400、电池；410、电芯；500、工质。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“第一”、“第二”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
新能源汽车电池在快充等工况下会产生大量热量，如果对电池的热管理不到位，就会造成电池的热量散不出去，甚至导致电池热失控乃至起火爆炸等严重后果。针对电池的散热问题，现有的电池热管理模块主要通过制冷剂直冷模块对电池的表面进行散热，但是，受制于制冷剂到达电池不同部位的先后顺序以及制冷剂的流速变化等因素，导致制冷剂对电池不同部位的散热效果不一致，如此，会导致电池表面的温度分布不均匀，甚至直接影响到电池使用寿命。并且，在快充条件下，电池表面不同部位之间较大的温差会造成电池过充或者过放问题。
请参阅图1-图3，为了解决不同电池400单体无法通过现有的电池400热管理模块实现均匀散热的问题，本申请提供一种新能源电池热管理模块，该新能源电池热管理模块包括第一换热部100、第二换热部200和防冻液通道部300。防冻液通道部300的进液端和出液端能够分别连通防冻液循环设备(图未示)，以形成防冻液的循环回路。多个第一换热部100分别贴设于电池400表面的不同部位，且第一换热部100内设有封闭设置的第一换热腔110，第一换热腔110内设有均匀分布的工质500。第二换热部200设于第一换热部100的上方，且第二换热部200设有分别连通多个第一换热腔110的第二换热腔210，且第一换热腔110和第二换热腔210均为抽真空状态，防冻液通道部300穿设于第二换热腔210，且防冻液通道部300和第一换热腔110内的液态工质500间隔设置。当电池400表面的温度大于预设温度值时，工质500能够从液态变为气态并凝结于防冻液通道部300的表面。
需要注意的是，第一换热部100、第二换热部200和防冻液通道部300均采用密封焊接的方式连接，也即，工质500和防冻液之间不会发生直接接触。
需要说明的是，防冻液循环设备指的是对防冻液进行制冷的设备。
进一步地，可以理解的是，每一第一换热腔110内液态工质500的体积小于第一换热腔110的容积，以给工质500提供充足的气化空间。
当电池400的温度过高(设定为大于预设温度值)时，由于第一换热部100贴设于电池400的表面，因此，液态的工质500能够吸收电池400表面的热量并转变为气态的工质500，以使电池400的温度低于预设温度值。又因为防冻液循环设备能够对防冻液进行制冷，并使低温防冻液进入到防冻液通道部300内，并且，防冻液通道部300穿设于第二换热腔210，因此气态的工质500能够在防冻液通道部300的表面重新凝结为液态的工质500，从而完成工质500和防冻液的换热。最终，防冻液通道部300内的防冻液会全部回流至防冻液循环设备内。
由于新能源电池热管理模块的第一换热部100和第二换热部200是热管结构，又因为热管结构具有较好的均温性，具体地，工质500的沸点(或者凝结点)的温度是固定的，又因为单位工质500相变所吸收的热量也是相同的，并且，电池400表面温度越高，工质500蒸发带走的热量越多，直至电池400表面的温度下降至预设温度值以下，因此，如此设置，可以保证电池400的有效冷却及电池400表面温度的均匀性。
进一步地，由于防冻液通道部300和第一换热腔110内的工质500间隔设置，因此，防冻液通道部300不会直接吸收液态工质500的热量而导致液态的工质500难以达到沸点温度，并且，防冻液通道部300不和液态的工质500直接进行热交换，有利于保证工质500只能通过气化的方式带走的电池400产生的热量，进一步确保了电池400不同部位的均温性。
在一实施例中，多个第一换热腔110的底部相连通，并且，多个第一换热腔110的底壁的水平高度相同。
所有的第一换热腔110的底部相连通，如此，可使工质500在任意第一换热腔110内流动，又因为所有的第一换热腔110的底壁的水平高度相同，如此，可保证任意第一换热腔110内的工质500能够保持相同的液位，进而保证任意第一换热腔110内工质500带走的热量相同，进而保证电池400不同部位的温度相同。
在一实施例中，工质500为相变冷却液。
具体地，相变冷却液包括水、碳氟化合物和碳氢化合物。具体包括丙酮、乙醇和氟化液等，碳氟化合物和碳氢化合物的沸点均在-88℃-50℃之间。其中，氟化液的沸点在58℃左右。
在一实施例中，新能源电池热管理模块还包括连通第一换热腔110的第一阀门(图未示)，抽真空机通过第一阀门连通第一换热腔110和第二换热腔210，以用于抽出第一换热腔110和第二换热腔210内的不凝气体。
需要说明的是，不凝气体指的是空气等难以遇冷凝结的气体。
一方面，当工质500和第一换热部100或者第二换热部200的内壁材质发生化学反应产生不凝气体时，可通过抽真空机将不凝气体抽出。
另一方面，当工质500为水等常压下沸点较高的液体时，通过抽真空机抽出第一换热腔110和第二换热腔210内气体，可使水的沸点降低，有利于控制电池400的散热温度。
在一实施例中，新能源电池热管理模块还包括连通第一换热腔110的第二阀门(图未示)，充气泵通过第二阀门连通第一换热腔110和第二换热腔210，以用于向第一换热腔110和第二换热腔210内充入惰性气体。
如此，可以提高第一换热腔110和第二换热腔210内的气压，尤其是当工质500为沸点较低的介质时，提高第一换热腔110和第二换热腔210内的气压，可以显著提高工质500的沸点，有利于控制电池400的散热温度。
需要注意的是，第一阀门、第二阀门和工质500的注入口均可以集成在一个多通阀上面。
在一实施例中，如图2所示，防冻液通道部300包括多个并列设置的通道管310。
如此，有利于降低防冻液通道部300的设置难度。
在另一实施例中，防冻液通道部300呈薄板状。
如此，极大地提高了防冻液通道部300的换热效率。
在一实施例中，每一换热腔内工质500的体积和该换热腔所对应的电池400表面积的比值相同。
需要说明的是，换热腔所对应的电池400表面积指的是，和任一换热部外表面直接接触的电池400外表面的面积。
在一实施例中，液态的工质500设于第一换热腔110的底端，第一换热腔110的内壁贴设有吸液芯(图未示)，吸液芯一端浸没于液态工质500内，另一端朝向第一换热腔110的顶部延伸。
如此，可使整个第一换热腔110的内壁均和液态工质500接触，便于电池400通过第一换热部100及时向液态的工质500释放热量，并且，通过设置吸液芯，不会使液态的工质500占满整个第一换热腔110的空间，从而给工质500气化提供了充足的空间。
在一实施例中，如图2所示，电池400包括多个电芯410，多个第一换热部100沿着预设方向排列，多个电芯410沿着预设方向排列，且第一换热部100和电芯410相互交错排列。
如此设置，大大提高了电池400和第一换热部100的换热效率，并且，降低了第一换热部100和电池400的装配难度。
进一步地，在一实施例中，第一换热部100呈薄板状，且第一换热部100沿着预设方向的厚度a和电芯410沿着预设方向的厚度b，满足，5a≤b。
如此，减小了第一换热部100的厚度，进而减小了整个新能源电池热管理模块的体积。
与之类似的，第二换热部200也呈薄板状。
在一实施例中，电芯410和第一换热部100之间通过导热胶粘接。
在一实施例中，新能源电池热管理模块还包括温度传感器(图未示)和控制元件(图未示)，控制元件分别电连接温度传感器和防冻液循环设备。温度传感器设于电池400表面，当电池400表面的温度大于预设温度值时，控制元件能够控制防冻液循环设备运行并连通防冻液通道部300。
如此，大大提高了新能源电池热管理模块的控制效率和智能化程度。
需要注意的是，制冷组件主要针对汽车快充时电池400过热的情况。并且，本申请涉及的新能源电池热管理模块可以有效将电池400在快充等工况下产生的大量热量及时传递出来，以确保电池400在任何工况在都能处于相对最佳的温度范围。同时，因为第一换热部100的高度均温性特点，还可保证电池400不同部位的温差在2℃以内。
在一实施例中，新能源电池热管理模块还包括固定框架(图未示)，新能源电池热管理模块和电池400均固定装配于固定框架内。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新能源电池热管理模块，其特征在于，包括第一换热部(100)、第二换热部(200)和防冻液通道部(300)；所述防冻液通道部(300)的进液端和出液端能够分别连通防冻液循环设备，以形成防冻液的循环回路；
多个所述第一换热部(100)分别贴设于电池(400)表面的不同部位，且所述第一换热部(100)内设有封闭设置的第一换热腔(110)，所述第一换热腔(110)内设有均匀分布的工质(500)；
所述第二换热部(200)设于所述第一换热部(100)的上方，且所述第二换热部(200)设有分别连通多个所述第一换热腔(110)的第二换热腔(210)，且所述第一换热腔(110)和所述第二换热腔(210)均为抽真空状态，所述防冻液通道部(300)穿设于所述第二换热腔(210)，且所述防冻液通道部(300)和所述第一换热腔(110)内的液态所述工质(500)间隔设置；
当电池(400)表面的温度大于预设温度值时，所述工质(500)能够从液态变为气态经换热后凝结于所述防冻液通道部(300)的表面。
2.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，液态的所述工质(500)设于所述第一换热腔(110)的底端，所述第一换热腔(110)的内壁贴设有吸液芯，所述吸液芯一端浸没于液态所述工质(500)内，另一端朝向所述第一换热腔(110)的顶部延伸。
3.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，电池(400)包括多个电芯(410)，多个所述第一换热部(100)沿着预设方向排列，多个电芯(410)沿着预设方向排列，且所述第一换热部(100)和电芯(410)相互交错排列。
4.根据权利要求3所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，所述第一换热部(100)呈薄板状，且所述第一换热部(100)沿着预设方向的厚度a和电芯(410)沿着预设方向的厚度b，满足，5a≤b。
5.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，多个所述第一换热腔(110)的底部相连通，并且，多个所述第一换热腔(110)的底壁的水平高度相同。
6.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，还包括温度传感器和控制元件，所述控制元件分别电连接所述温度传感器和防冻液循环设备；所述温度传感器设于电池(400)表面，当电池(400)表面的温度大于预设温度值时，所述控制元件能够控制防冻液循环设备运行并连通所述防冻液通道部(300)。
7.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，所述工质(500)为相变冷却液。
8.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，还包括连通所述第一换热腔(110)的第一阀门，抽真空机能够通过所述第一阀门连通所述第一换热腔(110)和所述第二换热腔(210)，以用于抽出所述第一换热腔(110)和所述第二换热腔(210)内的不凝气体。
9.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，还包括连通所述第一换热腔(110)的第二阀门，充气泵能够通过所述第二阀门连通所述第一换热腔(110)和所述第二换热腔(210)，以用于向所述第一换热腔(110)和所述第二换热腔(210)内充入惰性气体。
10.根据权利要求1所述的新能源电池热管理模块，其特征在于，所述防冻液通道部(300)包括多个并列设置的通道管(310)；
或者，所述防冻液通道部(300)呈薄板状。
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