CN117748002A - 一种动力电池热管理装置及方法 - Google Patents

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CN117748002A CN202311769097.8A CN202311769097A CN117748002A CN 117748002 A CN117748002 A CN 117748002A CN 202311769097 A CN202311769097 A CN 202311769097A CN 117748002 A CN117748002 A CN 117748002A
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朱秀席
史慧玲
刘铭
张航
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Abstract

本发明提供了一种动力电池热管理装置,应用于动力电池包。该动力电池热管理装置包括:多个电池模组、冷却管道、加热管道、第一四通阀、进液流道、第二四通阀、回液流道、多个第一热管、多个第二热管、电加热膜和相变材料。该动力电池热管理装置加热功能的实现包括:通过电加热膜直接对电池模组进行加热,或通过液体流道经热管带来的车辆其它部件热量,如电机余热等对电池模组进行加热,加热效率高且能减小能量损耗。本发明可以实现高温时对动力电池的高效降温,并包括低温时利用车辆余热对电池系统进行加热和电加热膜加热两种加热方式。

Description

一种动力电池热管理装置及方法
技术领域
本发明涉及动力电池领域,具体涉及一种动力电池热管理装置及方法。
背景技术
动力电池包热管理系统主要功能是在高温下对动力电池进行冷却,并在低温时对电池进行加热,以使得动力电池工作在适宜的温度范围内。
目前对电池包的冷却主要有风冷和液冷两种方式:风冷系统结构简单,成本低,不存在漏液风险,但其换热效率低,无法满足高温下电池在长时间大功率充放电情况下的冷却需求;液冷系统换热系数高、冷却速度快,但通常需要进行复杂的液体流道布置选型。针对动力电池的加热,目前则广泛采用PTC加热器配合液体加热的方案,但存在能耗高等问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种动力电池热管理装置及方法,该动力电池热管理装置的冷却功能通过相变材料与热管组合,将动力电池包的热量传递到冷却液来实现,系统冷却换热效率高且不需要进行复杂的流道设计。该动力电池热管理装置加热功能的实现包括:通过电加热膜直接对电池模组进行加热;通过液体流道经热管带来的车辆其它部件热量,如电机余热等对电池模组进行加热,加热效率高且能减小能量损耗。
本发明提供了一种动力电池热管理装置,应用于动力电池包,所述动力电池热管理装置包括:
多个电池模组,所述多个电池模组沿动力电池包的第一对称轴对称分布;
冷却管道,对称布置于多个电池模组的两侧;
加热管道,布置于第一对称轴所在的多个电池模组之间的间隙中;
第一四通阀,所述第一四通阀上设置有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口,所述第一接口和第二接口与对称布置于多个电池模组的两侧的冷却管道的第一端相接,所述第三接口与加热管道的第一端相接;
进液流道,所述进液流道与第一四通阀的第四接口相接;
第二四通阀,所述第二四通阀上设置有第五接口、第六接口、第七接口和第八接口,所述第五接口和第六接口与对称布置于多个电池模组的两侧的冷却管道的第二端相接,所述第七接口与加热管道的第二端相接;
回液流道,所述回液流道与第二四通阀的第八接口相接;
多个第一热管,所述多个第一热管用于对多个电池模组进行冷却,所述多个第一热管布置于多个电池模组底部,所述多个第一热管的冷凝端与冷却管道相接;
多个第二热管,所述多个第二热管用于对多个电池模组进行加热,所述多个第二热管的蒸发端与加热管道相接,所述多个第二热管的冷凝端布置于多个电池模组底部,所述多个第二热管的冷凝端与所述多个第一热管蒸发端交叉分布;
电加热膜,所述电加热膜布置于每个电池模组的两个侧面,所述电加热膜用于对电池模组进行加热;
相变材料,所述相变材料填充于多个电池模组之间。
在一个实施例中,所述多个电池模组的正负极输出端子位于每个电池模组的顶部或侧部。
在一个实施例中,所述相变材料为石蜡、硬脂酸、聚乙二醇中的一种,或者所述相变材料为石蜡、硬脂酸、聚乙二醇中的几种的复合材料。
在一个实施例中,所述相变材料被填充入多个电池模组之间时留有空腔。
在一个实施例中,所述冷却管道或加热管道的材料为铝合金,所述冷却管道或加热管道的横截面为矩形,冷却液能在所述冷却管道或加热管道的内部流动。
在一个实施例中,所述多个第一热管或第二热管的蒸发端和冷凝端的结构形式为平面。
在一个实施例中,所述进液流道或回液流道的材料为铝合金,所述进液流道或回液流道的横截面为圆形,所述进液流道或回液流道的直径为4-20mm。
在一个实施例中,所述电加热膜的绝缘包覆层为聚酰亚胺、硅胶或环氧树脂。
本发明还提供了一种动力电池热管理方法,应用于如上文所述的动力电池热管理装置,所述动力电池热管理方法包括:
当动力电池包有加热需求时,判断是否加热需求大,若否,则进入第一种加热模式,若是,则进入下一步;
判断是否有余热供回收,若否,则进入第二种加热模式,若是,则进入第三种加热模式。
在一个实施例中,所述第一种加热模式为仅通过加热管道对电池模组加热;
所述第二种加热模式为仅通过电加热膜对电池模组加热;
所述第三种加热模式为通过电加热膜和加热管道同时对电池模组加热。
本发明的动力电池热管理装置及方法具有如下有益效果:
1、本发明提供的动力电池热管理装置,通过将热管蒸发段分别与加热管道和电池模组接触两种布置方式,实现对动力电池包的高效冷却和加热功能。
2、本发明通过相变材料与热管组合,冷却换热效率高且不需要进行复杂的流道设计,同时可在一定程度上实现对电池模组的均温。
3、本发明可根据需求通过电加热膜加热和加热管道加热两种方式选择不同的加热模式,加热效率高,能量利用率高。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中动力电池热管理装置的结构示意图;
图2为本发明的一个实施例中电池模组底部第一热管和第二热管的布置示意图;
图3为本发明的一个实施例中动力电池热管理方法的加热工作的流程示意图。
附图标记
1、电池模组;2、冷却管道;3、加热管道;4、第一四通阀;5、进液流道;6、第二四通阀;7、回液流道;8、第一热管;9、第二热管;10、电加热膜;11、相变材料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施例仅用以解释发明,并不用于限定发明。
为了解决现有技术中低温下动力电池包加热效率低、能耗大及高温下可能存在的冷却能力不足、冷却流道设计复杂等问题,本发明提供了一种动力电池热管理装置及方法。
如图1所示,本发明提供了一种动力电池热管理装置,应用于动力电池包。该动力电池热管理装置包括:多个电池模组1、冷却管道2、加热管道3、第一四通阀4、进液流道5、第二四通阀6、回液流道7、多个第一热管8、多个第二热管9、电加热膜10和相变材料11。每个电池模组内包括多个电芯,这多个电池模组1沿动力电池包的第一对称轴对称分布。冷却管道2对称布置于多个电池模组1的两侧。加热管道3布置于第一对称轴所在的电池模组的间隙中(即第一对称轴附近)。第一四通阀4上设置有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口,第一接口和第二接口与对称布置于多个电池模组1的两侧的冷却管道2的第一端相接,第三接口与加热管道3的第一端相接。进液流道5与第一四通阀4的第四接口相接,供冷却液流入动力电池包。第二四通阀6上设置有第五接口、第六接口、第七接口和第八接口,第五接口和第六接口与对称布置于多个电池模组1的两侧的冷却管道2的第二端相接,第七接口与加热管道3的第二端相接。回液流道7与第二四通阀4的第八接口相接,供冷却液流出动力电池包。多个第一热管8用于对多个电池模组1进行冷却,多个第一热管8布置于多个电池模组1底部,多个第一热管8的冷凝端与冷却管道2相接。多个第二热管9用于对多个电池模组1进行加热,多个第二热管9的蒸发端与加热管道3相接,多个第二热管9的冷凝端布置于多个电池模组1底部,多个第二热管9的冷凝端与多个第一热管8蒸发端交叉分布。电加热膜10布置于每个电池模组的两个侧面,用于对电池模组进行加热。相变材料11填充于多个电池模组1之间。其中,第一四通阀4将冷却管道2和加热管道3和进液流道5相接,第一四通阀4可由电磁信号进行控制,当动力电池包有冷却/加热需求时,可分别控制第一四通阀4以使进液流道5与冷却/加热管道连通。通过第一四通阀4不同的通断状态实现电池包的加热和冷却功能。而第二四通阀6不具备控制通断功能。
本实施例中,多个第一热管9用于对多个电池模组1进行冷却,包括:当电池模组需要冷却时,电池模组产生的热量经相变材料,由多个第一热管的蒸发端传递至冷凝端,再传递至冷却管道以将热量带出,使得电池模组降温。多个第二热管9用于对多个电池模组进行加热,包括:当电池模组需要加热,且有余热供回收时,将加热管道中的热量由多个第二热管的蒸发端传递至冷凝端,经相变材料把热量传递给电池模组,为电池模组升温。
在本发明的基本实施例中,电池模组1主要为方形结构,电池模组沿第一对称轴呈对称分布,每个模组由多个电芯组成,电芯的结构形式为圆柱形、方形或软包电池中的一种或多种。
在本发明的其它实施例中,可不包含有电池模组,电芯被直接集成于电池包内,但仍有明显的分组趋势。
进一步,多个电池模组1的正负极输出端子位于每个电池模组的顶部或侧部。其中,多个电池模组1的正负极输出端子位于每个电池模组的顶部时,不能够被相变材料11所浸没。多个电池模组1的正负极输出端子位于每个电池模组的侧部时,可被具有良好绝缘耐压性能的相变材料11所浸没。
进一步,相变材料11为石蜡、硬脂酸、聚乙二醇中的一种,或者为石蜡、硬脂酸、聚乙二醇中的几种的复合材料。
进一步,相变材料11被填充入多个电池模组之间时留有一定空腔,用于吸收或贮存热量,同时降低电芯温度的不一致性。相变材料11在低温下为固态,通过相变反应吸收、贮存和释放热量,同时在一定程度上实现对电芯的均温。
在本发明的其它实施例中,相变材料11可被直接填充于模组内部。
进一步,冷却管道2或加热管道3的材料为铝合金,冷却管道2或加热管道3的横截面为矩形,冷却液能在冷却管道2或加热管道3的内部流动。冷却管道2或加热管道3的横截面也可以为其它可行的形状。冷却管道2与多个第一热管8的冷凝端直接接触,可在电池有冷却需求时,通过其内部的低温液体带走经由多个第一热管8的蒸发端来自电池的热量。加热管道3与多个第二热管9的蒸发端直接接触,可在电池包有加热需求时,将加热管道3内高温液体的热量经由多个第二热管9传递至电池包。
在本发明的其它实施例中,冷却管道2可仅有单个。
在本发明的其它实施例中,可不具有加热管道3,并对与其相关的其它部件做出适当简化。此时,仅通过电加热膜10实现对电池的加热。
具体地,进液流道5、回液流道7的材料为铝合金,进液流道5、回液流道7的横截面为圆形,进液流道5、回液流道7的直径为4-20mm。
进一步,多个第一热管8或第二热管9的蒸发端和冷凝端结构形式为平面,也可以是其它与冷却管道2模组相贴合的形状。多个第一热管8应具有一定的结构强度以承载部分来自电池模组1和冷却管道2的压力。多个第一热管8的蒸发端与多个电池模组1的底部相贴合,可用于吸收绝大部分贴附面积的热量。多个第一热管8的冷凝端与冷却管道2相贴合。
进一步,多个第二热管9的蒸发端与加热管道9相接,其冷凝端布置于多个电池模组1底部,其冷凝端与多个第一热管8蒸发端交叉分布,用于对多个电池模组1进行加热,分布形式如图2所示。多个第二热管9应具有一定的结构强度以承载部分来自电池模组1和加热管道3的压力。
进一步,电加热膜10贴合于多个电池模组1双侧,当有电流流经电加热膜10时会产生热量,可在电池模组1有较大加热需求时给电池模组1快速加热。电加热膜10的绝缘包覆层为聚酰亚胺、硅胶或环氧树脂。
应理解的是,第一四通阀4与进液流道5、冷却管道2、加热管道3之间的连接方式可以为可拆卸式,也可以为不可拆卸式,第二四通阀6与回液流道7、冷却管道2、加热管道3之间的连接方式可以为可拆卸式,也可以为不可拆卸式。
本发明还提供了一种动力电池热管理方法,应用于如上文所述的动力电池热管理装置。该动力电池热管理方法包括:
当动力电池包有加热需求时,判断是否加热需求大,若否,则进入第一种加热模式,若是,则进入下一步;
判断是否有余热供回收,若否,则进入第二种加热模式,若是,则进入第三种加热模式。
进一步,第一种加热模式为仅通过加热管道对电池模组加热,第二种加热模式为仅通过电加热膜对电池模组加热,第三种加热模式为通过电加热膜和加热管道同时对电池模组加热。
本发明的动力电池热管理装置及方法具有如下有益效果:
1、本发明提供的动力电池热管理装置,通过将热管蒸发段分别与加热管道和电池模组接触两种布置方式,实现对动力电池包的高效冷却和加热功能。
2、本发明通过相变材料与热管组合,冷却换热效率高且不需要进行复杂的流道设计,同时可在一定程度上实现对电池模组的均温。
3、本发明可根据需求通过电加热膜加热和加热管道加热两种方式选择不同的加热模式,加热效率高,能量利用率高。
需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,在本申请的描述中使用的“相接”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解,例如,连接可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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,还可以是两个元件内部的连通,领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用于描述性目的而使用,不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述实施例仅是对本发明的进一步说明,并非对本发明做其他形式的限制,本发明还可有其它多种实施例。在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的修改和变化,但这些相应的修改和变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力电池热管理装置,应用于动力电池包,其特征在于,所述动力电池热管理装置包括:
多个电池模组,所述多个电池模组沿动力电池包的第一对称轴对称分布;
冷却管道,对称布置于多个电池模组的两侧;
加热管道,布置于第一对称轴所在的多个电池模组之间的间隙中;
第一四通阀,所述第一四通阀上设置有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口,所述第一接口和第二接口与对称布置于多个电池模组的两侧的冷却管道的第一端相接,所述第三接口与加热管道的第一端相接;
进液流道,所述进液流道与第一四通阀的第四接口相接;
第二四通阀,所述第二四通阀上设置有第五接口、第六接口、第七接口和第八接口,所述第五接口和第六接口与对称布置于多个电池模组的两侧的冷却管道的第二端相接,所述第七接口与加热管道的第二端相接;
回液流道,所述回液流道与第二四通阀的第八接口相接;
多个第一热管,所述多个第一热管用于对多个电池模组进行冷却,所述多个第一热管布置于多个电池模组底部,所述多个第一热管的冷凝端与冷却管道相接;
多个第二热管,所述多个第二热管用于对多个电池模组进行加热,所述多个第二热管的蒸发端与加热管道相接,所述多个第二热管的冷凝端布置于多个电池模组底部,所述多个第二热管的冷凝端与所述多个第一热管蒸发端交叉分布;
电加热膜,所述电加热膜布置于每个电池模组的两个侧面,所述电加热膜用于对电池模组进行加热;
相变材料,所述相变材料填充于多个电池模组之间。
2.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述多个电池模组的正负极输出端子位于每个电池模组的顶部或侧部。
3.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述相变材料为石蜡、硬脂酸、聚乙二醇中的一种,或者所述相变材料为石蜡、硬脂酸、聚乙二醇中的几种的复合材料。
4.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述相变材料被填充入多个电池模组之间时留有空腔。
5.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述冷却管道或加热管道的材料为铝合金,所述冷却管道或加热管道的横截面为矩形,冷却液能在所述冷却管道或加热管道的内部流动。
6.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述多个第一热管或第二热管的蒸发端和冷凝端的结构形式为平面。
7.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述进液流道或回液流道的材料为铝合金,所述进液流道或回液流道的横截面为圆形,所述进液流道或回液流道的直径为4-20mm。
8.根据权利要求1所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述电加热膜的绝缘包覆层为聚酰亚胺、硅胶或环氧树脂。
9.一种动力电池热管理方法,应用于如权利要求1-8中任一项所述的动力电池热管理装置,其特征在于,所述动力电池热管理方法包括:
当动力电池包有加热需求时,判断是否加热需求大,若否,则进入第一种加热模式,若是,则进入下一步;
判断是否有余热供回收,若否,则进入第二种加热模式,若是,则进入第三种加热模式。
10.根据权利要求9所述的动力电池热管理方法,其特征在于,所述第一种加热模式为仅通过加热管道对电池模组加热;
所述第二种加热模式为仅通过电加热膜对电池模组加热;
所述第三种加热模式为通过电加热膜和加热管道同时对电池模组加热。
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