CN116373689A - 电池热量管理系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池热量管理系统及车辆。该电池热量管理系统包括喷淋模块和热量平衡模块，该喷淋模块和热量平衡模块与整车空调系统连接，并与电池接触，利用整车空调系统对电池进行热量管理，包括冷却以及加热电池。该喷淋模块能够在发生热失控时对电池进行喷淋冷却，从而达到快速控制热失控的目的。

Description

电池热量管理系统及车辆
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及电池热量管理系统及车辆技术领域。
背景技术
动力电池组件常用于电动汽车领域，动力电池的温度对于车辆的性能甚至安全性起到关键作用。车辆大功率充放电时会产生较多的热量，而对电池的冷却技术则成为车辆快速充电技术的瓶颈之一。炎热的夏季以及寒冷的冬季等的外部环境等都会使电池在不利的温度条件下工作，若电池温度过低或过高，则容易导致车辆续航能力下降，长此以往还会影响电池使用寿命。此外，电池发生热失控时会急剧释放大量的热，需要对这种情况下的电池热量进行及时有效的控制，以免造成更大的财产损失及人身安全事故。因此，需要对车辆的动力电池组件的温度进行全面有效的控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了电池热量管理系统及车辆，从而可以解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。
根据本发明的一方面，提供一种电池热量管理系统，包括控温部，所述控温部包括喷淋模块和热量平衡模块，其特征在于，所述控温部与整车空调系统连接，所述喷淋模块与电池接触，所述热量平衡模块与电池接触，所述喷淋模块的至少部分由可熔断材料制成。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述喷淋模块的至少部分位于电池顶部并与电池顶部接触，和/或，所述喷淋模块的可熔断材料位于电池排气阀顶部并与电池排气阀顶部接触。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述喷淋模块的至少部分由导热材料制成，其中，所述喷淋模块的至少部分由金属材料和/或绝缘材料制成，其中，所述金属材料的表面经绝缘处理，所述绝缘材料中含有导热材料并具有导热性。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述电池包括至少一个电池单体，所述热量平衡模块与所述电池的至少一个外表面接触，和/或，所述热量平衡模块与至少一个电池单体的至少一个外表面接触。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述热量平衡模块包括侧换热件，所述侧换热件具有至少一个侧换热板，所述侧换热板与所述电池的至少一个侧面进行换热，换热介质通过侧换热件入口流入所述侧换热件并通过侧换热件出口流出，当所述侧换热件具有两个和/或更多个所述侧换热板时，两个和/或更多个所述侧换热板并联在所述侧换热件入口和所述侧换热件出口之间，
和/或，所述热量平衡模块包括底换热件，所述底换热件位于所述电池和壳体之间，所述底换热件包括底换热板，所述底换热板上设置有至少一个S形流路，当所述底换热板上设置有两个和/或更多个所述S形流路时，两个和/或更多个所述S形流路串联和/或并联。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述电池包括至少一个电池单体，所述喷淋模块包括入口歧管、出口歧管以及至少一个喷淋管，换热介质通过所述入口歧管流入所述喷淋模块并流过至少一个所述喷淋管，并通过所述出口歧管流出所述喷淋模块，至少一个所述喷淋管在所述电池单体的顶部与所述电池单体接触，和/或，至少一个所述喷淋管与电池排气阀接触。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述热量平衡模块与所述喷淋模块串联或并联。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述电池热量管理系统还包括温度检测模块、控制器和流量控制模块，所述控制器根据所述温度检测模块传递的信号来调节所述流量控制模块，以调节所述电池的温度。
在根据本发明的电池热量管理系统中，可选地，所述控温部与所述整车空调系统直接连接，所述整车空调系统中的制冷剂作为所述控温部中的换热介质与电池进行热交换，和/或，所述控温部所述整车空调系统通过中间换热器连接，所述控温部中的换热介质通过所述中间换热器与所述整车空调系统中的制冷剂进行热交换。
根据本发明的一方面，提供一种车辆，其包括根据上述任一项所述的电池热量管理系统。
从与附图相结合的以下详细描述中，将清楚地理解根据本发明各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。采用本发明技术方案，通过将电池热量管理系统结合在整车空调系统中，利用车辆原有的空调系统对电池供冷或供热，不增加额外制冷/制热模块，能够对电池以及电池单体实现四面冷却和/或加热并且还具有喷淋功能，其中喷淋模块兼具喷淋与换热的功能，其中“四面”包括顶部、两个侧面、底面，使得对电池的热量管理更加高效，有效提升电池性能并提高发生电池热失控时的安全性，进而提升车辆的性能与可靠性，整个装置简单、高效并且安全。本发明易于实施且效果明显，具有显著的实用性。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的来进行设计，其仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1是本发明的电池热量管理系统的控温部与电池的示意图。
图2是本发明的电池热量管理系统的控温部与电池的布置的示意图。
图3是本发明的电池热量管理系统的控温部与电池的布置的爆炸图。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本发明的电池热量管理系统的组成、特点和优点等，但是应当理解的是，所有描述仅是为了举例说明而给出的，因此不应理解为对本发明形成任何的限制。在本文中，技术术语“第一”、“第二”仅是用于进行区分性表述目的而无意于表示它们的顺序和相对重要性，技术用语“连接(或相连等)”涵盖了特定部件直接连接至另一部件和/或间接连接至另一部件。
此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其它实施例。另外，在本文中不再赘述已被本领域技术人员公知的一般事项。
图1中示意性地示出了电池热量管理系统的控温部与电池的安装位置关系，其中，热量平衡模块20分别与电池40的侧面和底面接触，其能够在侧面和底面与电池40进行换热。喷淋模块30位于电池40的顶部并且至少部分与电池40的顶部接触，能够在顶部对电池40进行喷淋和换热。热量平衡模块20优选地可包括板形换热结构、管形换热结构以及其他本领域中常见换热结构中的一种或多种。该板形换热结构中或该板形换热结构的表面上可设置流路以供换热介质通过，该流路可以具有与电池单体的排列方式和形状相对应的形状，以便与电池单体进行更高效地换热。此外，优选地，该板形换热结构的形状也可依据电池单体的排列方式和形状而形成。本方案中可通过施加压紧力来保证热量平衡模块20和喷淋模块30与电池40之间的良好接触。
图2中，电池热量管理系统的控温部与整车空调系统10连接，利用整车空调系统10对电池进行热量管理，实现对电池的热量管理与温度控制。其中，电池热量管理系统的控温部可以与整车空调系统10直接连接，使整车空调系统10中的制冷剂流经电池热量管理系统的控温部进而与电池进行热交换，控温部也可以通过设置中间换热器与整车空调系统10连接，控温部中的换热介质通过中间换热器与整车空调系统10中的制冷剂进行热交换，并与电池进行热交换。其中，当电池热量管理系统的控温部与整车空调系统10直接连接时，整车空调系统10中的制冷剂既可以对电池进行冷却，也可以对其进行加热；类似地，当电池热量管理系统的控温部与整车空调系统10通过设置中间换热器进行换热时，整车空调系统10中的制冷剂既可以对电池热量管理系统的控温部中的换热介质进行冷却，也可以对其进行加热。
在图2中，控温部与电池单体41设置在壳体50上。换热介质通过控温部入口51流入控温部并通过控温部出口52流出。当控温部与整车空调系统10直接连接时，整车空调系统10中的制冷剂通过控温部入口51流入控温部并通过控温部出口52流出；当控温部通过设置中间换热器与整车空调系统10连接时，控温部中的换热介质通过控温部入口51流入控温部并通过控温部出口52流出。电池40包括多个电池单体41，热量平衡模块20的侧换热板211分别与电池单体41的两个侧面接触以与其进行热交换。至少一个侧换热板211的一端可以与入口歧管31连接，其另一端可以与出口歧管32连接，换热介质从入口歧管31流入侧换热板211并从出口歧管32流出。喷淋模块30包括多个喷淋管33，喷淋管33在电池单体41的顶部与电池单体41接触，以与电池单体进行热交换，该喷淋管33可由可熔断材料制成，当电池温度过高时喷淋管33被熔断，喷淋管33中的换热介质从熔断位置流出以对电池进行喷淋冷却。其中，喷淋管33还可以设置为与电池排气阀(未示出)接触，电池排气阀优选地设置在电池顶部表面。喷淋管33的一端与入口歧管31连接，另一端与出口歧管32连接，换热介质从入口歧管31流入喷淋管33并从出口歧管32流出。
图3是电池热量管理系统的控温部与电池的布置的爆炸图，其清楚地示出了本发明的一种实施例。其中，电池40包括多个电池单体41，热量平衡模块20包括侧换热件21和底换热件22。侧换热件21具有至少一个侧换热板211，侧换热板211可与电池40的至少一个电池单体41的至少一个侧面进行换热。底换热件22可与电池40的至少一个电池单体41的底面进行换热。图3中，底换热件22包括底换热板220，底换热板220内部或外表面上具有两条呈连续“S”形状的流路221、222，流路221与流路222之间串联连接。当然，底换热件22中的流路形状不限于“S”形，其还可以是直线形、其他曲线形等形状，其形状优选地与电池单体41的排列方式和形状相对应。底换热件22中的流路之间还可以采用并联等其他连接方式。
喷淋模块30可包括喷淋管33，喷淋管33的至少部分与电池顶部接触，喷淋管33与电池接触的部分由导热材料制成，以便与电池顶部进行换热。优选地，喷淋管33全部由导热材料制成。该导热材料优选地是表面(例如外表面)绝缘的材料，以避免电池出现拉弧现象。该导热材料可以是金属材料或非金属材料。该非金属材料例如可以是具有导热性的橡胶，其可通过例如在橡胶材料中掺入导热材料颗粒来获得。若采用金属材料作为导热材料，可对其表面进行绝缘化处理，该金属材料例如可以是铝。喷淋管33的横截面的形状优选地大体呈扁平状，这有利于减小在电池高度方向上的尺寸，喷淋管与电池接触的面优选地基本上是平面，以保证喷淋管与电池之间具有足够的换热面积。
电池热失控可能发生于某一个或某几个电池单体处，为了避免热失控的电池单体引发热扩散，喷淋模块在至少一个电池单体顶部由可熔断材料制成，以在电池温度过高时被其熔断。所述可熔断材料还可以设置在排气阀顶部，从而可以被从排气阀排出的高温气流熔断。在发生热失控时，可熔断材料被高温熔断，喷淋模块中的换热介质流出，对电池进行喷淋降温，避免发生热扩散，防止火灾等事故的发生。
需要说明的是，本文中的导热材料和可熔断材料可以是相同的材料，也可以是不同的材料；本文中导热材料与可熔断材料在喷淋模块中所处的位置以及所占的比例可以完全相同、部分相同或完全不同。
可选地，热量平衡模块20和喷淋模块30的流动线路之间可串联也可并联。可选地，热量平衡模块20的侧换热件21和底换热件22之间可串联也可并联。可选地，热量平衡模块20可包括多个流动线路，热量平衡模块20中的各流动线路之间可串联也可并联。可选地，喷淋模块30可包括多个流动线路，喷淋模块30中的各流动线路之间可串联也可并联。本领域技术人员可根据换热效果以及其他因素选择各流动路径之间的连接方式。
电池热量管理系统还可包括温度检测模块，温度检测模块可包括至少一个温度传感器，温度传感器可以直接测量电池的温度，也可通过测量换热介质或电池周围环境等的温度来间接地测量电池温度。温度传感器可设置于控温部的换热介质入口、出口或各流动线路中的任意位置处，也可设置于排气阀、电池极耳、电池表面，本领域技术人员可根据实际情况选择设置在其中的一种或多种位置处。
电池热量管理系统还可包括控制器，控制器接收来自温度检测模块的温度信号。控制器根据所接收的温度信号与预设的温度阈值或温度区间的差值进行判断是否需要对电池温度进行调节以及如何调节，并发出控制指令，和/或，控制器根据温度信号的变化趋势进行判断是否需要对电池温度进行调节以及如何调节，并发出控制指令，从而对喷淋模块和/或热量平衡模块中的换热介质的流量、温度等参数进行调节，以使电池温度保持在最优状态。
电池热量管理系统还可包括流量控制模块，流量控制模块接收控制器的控制指令，调节供应到控温部中的换热介质的流量，从而对换热过程和换热效果进行调节。流量控制模块可以是泵、压缩机、阀等元件。
此外，根据本发明的另一个技术方案还提供了一种车辆，在该车辆上设置了根据本发明所设计提供的电池热量管理系统，以便与现有技术相比较能够更好地解决车辆电池发热的问题，并且能够改善电池在低温环境下续航能力降低等情况，还能够及时地遏制电池热失控情况，从而有效提高车辆的可靠性，发挥出本发明方案所具备的如前所述的这些显著技术优势。
以上仅以举例方式来详细阐明本发明的电池热量管理系统以及车辆，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种电池热量管理系统，包括控温部，所述控温部包括喷淋模块和热量平衡模块，其特征在于，所述控温部与整车空调系统连接，所述喷淋模块与电池接触，所述热量平衡模块与电池接触，所述喷淋模块的至少部分由可熔断材料制成。
2.根据权利要求1所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述喷淋模块的至少部分位于电池顶部并与电池顶部接触，和/或，所述喷淋模块的可熔断材料位于电池排气阀顶部并与电池排气阀顶部接触。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述喷淋模块的至少部分由导热材料制成，其中，所述喷淋模块的至少部分由金属材料和/或绝缘材料制成，其中，所述金属材料的表面经绝缘处理，所述绝缘材料中含有导热材料并具有导热性。
4.根据权利要求1所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述电池包括至少一个电池单体，所述热量平衡模块与所述电池的至少一个外表面接触，和/或，所述热量平衡模块与至少一个电池单体的至少一个外表面接触。
5.根据权利要求4所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述热量平衡模块包括侧换热件，所述侧换热件具有至少一个侧换热板，所述侧换热板与所述电池的至少一个侧面进行换热，换热介质通过侧换热件入口流入所述侧换热件并通过侧换热件出口流出，当所述侧换热件具有两个和/或更多个所述侧换热板时，两个和/或更多个所述侧换热板并联在所述侧换热件入口和所述侧换热件出口之间，
和/或，所述热量平衡模块包括底换热件，所述底换热件位于所述电池和壳体之间，所述底换热件包括底换热板，所述底换热板上设置有至少一个S形流路，当所述底换热板上设置有两个和/或更多个所述S形流路时，两个和/或更多个所述S形流路串联和/或并联。
6.根据权利要求1所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述电池包括至少一个电池单体，所述喷淋模块包括入口歧管、出口歧管以及至少一个喷淋管，换热介质通过所述入口歧管流入所述喷淋模块并流过至少一个所述喷淋管，并通过所述出口歧管流出所述喷淋模块，至少一个所述喷淋管在所述电池单体的顶部与所述电池单体接触，和/或，至少一个所述喷淋管与电池排气阀接触。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述热量平衡模块与所述喷淋模块串联或并联。
8.根据权利要求1所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述电池热量管理系统还包括温度检测模块、控制器和流量控制模块，所述控制器根据所述温度检测模块传递的信号来调节所述流量控制模块，以调节所述电池的温度。
9.根据权利要求1所述的电池热量管理系统，其特征在于，所述控温部与所述整车空调系统直接连接，所述整车空调系统中的制冷剂作为所述控温部中的换热介质与电池进行热交换，和/或，所述控温部所述整车空调系统通过中间换热器连接，所述控温部中的换热介质通过所述中间换热器与所述整车空调系统中的制冷剂进行热交换。
10.一种车辆，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池热量管理系统。
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