CN202127079U

CN202127079U - 一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统

Info

Publication number: CN202127079U
Application number: CN 201120217126
Authority: CN
Inventors: 戴海峰; 孙泽昌; 魏学哲; 王佳元
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2021-06-23

Abstract

本实用新型涉及一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，该水冷系统包括电池模块、冷却管道、散热模块、冷却水泵及控制器组合模块、电池管理系统控制中心及冷却系统控制电路，所述的电池模块、冷却管道、散热模块连接形成回路，所述的冷却管道上设有冷却水泵及控制器组合模块，所述的电池管理系统控制中心分别与电池模块、冷却水泵及控制器组合模块、冷却系统控制电路连接，所述的冷却系统控制电路与散热模块连接。与现有技术相比，本实用新型具有可以将电池组的内部温度控制在合理温度范围内等优点。

Description

一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种水冷系统，尤其是涉及一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统。

背景技术

电动汽车的各种性能受到动力电池组的影响巨大，而影响电池组的性能的诸多因素中温度是不容忽视的重要一项。温度对电池有双重的影响：随着的温度的上升，电池的内阻减小，从而提高电池的效率；但是，较高的温度会加速其化学反应，同时也加速了有害反应速度，对电池的性能和内部结构产生很大的影响。另外，高温易损坏极板，也易产生过充电现象，严重影响其使用寿命。电池包的温度条件可归结为两个重要指标：电池包内的极限温度和电池包内电池单体间的温度差。这两个温度指标对电池的影响不同，且两者控制方法和实现的难易程度也不同。

动力电池的极限温度控制和电池单体间的温度差控制统称为电池热管理(Battery Thermal Management)，BTM设计是电动汽车开发过程中的一个重要环节，它是保证电动汽车正常工作的必要措施。

针对以上两个温度控制指标，往往从不同方面来进行电池包的热管理系统设计。对于温度范围的控制主要考虑电池系统的散热，目前主要考虑风冷和水冷的设计。而对于电池包内部温度场分布的控制则一般通过内部结构优化设计来实现。对于风冷系统，流场结构设计尤为重要，而对于水冷系统，由于其固有特性，在流场一致性控制方面较风冷系统容易一些。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以将电池组的内部温度控制在合理温度范围内的基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，该水冷系统包括电池模块、冷却管道、散热模块、冷却水泵及控制器组合模块、电池管理系统控制中心及冷却系统控制电路，所述的电池模块、冷却管道、散热模块连接形成回路，所述的冷却管道上设有冷却水泵及控制器组合模块，所述的电池管理系统控制中心分别与电池模块、冷却水泵及控制器组合模块、冷却系统控制电路连接，所述的冷却系统控制电路与散热模块连接。

所述的至少一个电池模块包括1～5个。

所述的电池模块包括电池单体、电池水冷板及冷却板连接管，所述的电池单体与电池水冷板交错叠放在一起，电池单体与电池水冷板之间设有导热脂，所述的电池单体与导热脂之间设有温度传感器，该温度传感器与电池管理系统控制中心连接，所述的电池水冷板与冷却板连接管连接。

所述的电池水冷板内设有冷却水循环通道，该冷却水循环通道包括冷却水进水口和冷却水出水口，冷却水进水口与冷却板连接管出水端连接，冷却水出水口与冷却板连接管进水端连接。

所述的散热模块包括水冷却组件、热电效应半导体组件及散热片及散热风扇组合件，所述的热电效应半导体组件包括冷端和热端，所述的水冷却组件设置在冷却管道内部，所述的热电效应半导体组件的冷端紧贴水冷却组件，热电效应半导体组件的热端位于冷却管道外部，所述的散热片及散热风扇组合件紧贴热电效应半导体组件的热端。

所述的水冷却组件为发泡石墨。

所述的冷却管道外壁设有隔热层。

与现有技术相比，本实用新型可以将动力电池组的内部温度控制在合理的温度范围之内，并且由于水冷系统的固有优势，动力电池组的内部温度场也能得到较好的控制。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为电池水冷板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1～2所示，一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，该水冷系统包括1～5个电池模块(本实施例选用两个)、冷却管道1、散热模块、冷却水泵及控制器组合模块7、电池管理系统控制中心6及冷却系统控制电路8。电池模块、冷却管道1、散热模块连接形成回路。冷却管道上1设有冷却水泵及控制器组合模块7。电池管理系统控制中心6分别与电池模块、冷却水泵及控制器组合模块7、冷却系统控制电路8连接。冷却系统控制电路8与散热模块连接。冷却管道外壁设有隔热层。

电池模块包括电池单体2、电池水冷板4及冷却板连接管5。电池单体2与电池水冷板4交错叠放在一起，电池单体2与电池水冷板4之间设有导热脂，其具有绝缘导热的作用。电池单体2与导热脂之间设有温度传感器3，以测量电池当前的温度，该温度传感器3与电池管理系统控制中心6连接。电池水冷板4与冷却板连接管5连接。电池模块用拉杆将所有电池单体2、电池水冷板4和温度传感器3拉紧，保证紧密贴合。电池水冷板内4设有冷却水循环通道41，该冷却水循环通道41包括冷却水进水口42和冷却水出水口43，冷却水进水口42与冷却板连接管出水端连接，冷却水出水口43与冷却板连接管进水端连接。

散热模块包括水冷却组件9、热电效应半导体组件10及散热片及散热风扇组合件11。热电效应半导体组件10包括冷端和热端。水冷却组件9设置在冷却管道1内部，热电效应半导体组件10的冷端紧贴水冷却组件9，热电效应半导体组件10的热端位于冷却管道1外部。散热片及散热风扇组合件11紧贴热电效应半导体组件10的热端。水冷却组件为发泡石墨。

电池管理系统控制中心6通过采集电池模块内各个温度测点的当前温度，判断冷却系统的工作状态，并发送相应的指令给冷却系统控制电路8；冷却系统控制电路8在接受到电池管理系统控制中心6发过来的命令之后，控制热电效应半导体组件10、散热片及散热风扇组合件11对电池模块进行热管理；冷却管道1中的冷却水进入电池模块后，经过电池水冷板4，将电池的温度带走，冷却水从电池模块内部流出后，温度升高；温度升高后的冷却水从冷却水循环通道41的冷却水出水口处流出，并经过外围管道达到散热模块，水冷却组件9为发泡石墨，具有良好的导热性和流体通过性；发泡石墨将冷却水的温度传递到热电效应半导体组件10的冷端，由热电效应半导体组件10的工作原理，冷端的冷却水热量将被传递到热电效应半导体组件10的热端；热电效应半导体组件10的热端暴露在外围环境中，通过散热风扇将热端的温度散到环境中，以确保热端温升不致过高。

电池单体2产生的热通过紧贴电池单体2安装的电池水冷板4将热导出。由于电池水冷板4内部加工有冷却水道，因此，电池水冷板4从电池单体2上导出的热会传递到冷却水循环通道41中的冷却水中。冷却水由冷却水泵及控制器组合模块7带动，经过冷却管道1、冷却板连接管5以及冷却板内部冷却水循环通道41形成回路。冷却水将电池单体2发出的热带出，经过水冷却组件9。由于水冷却组件9采用的是发泡石墨材料，其具有很好的导热性及通过性，冷却水中所带出的电池单体2的产热将被导入到水冷却组件9中。水冷却组件9直接紧贴热电效应半导体组件10的冷端，这样将水冷却组件9中所导入的热量传递到热电效应半导体组件10的冷端。根据帕尔贴效应原理，冷却系统控制电路采用桥式驱动电路实现对热电效应半导体组件10的控制，给其通过电流。热热电效应半导体组件10通上电流之后，产生制冷效应，其冷面将由水冷却组件9导入的热量传递到热端。热电效应半导体组件10的热端安装散热片及散热风扇。散热片及散热风扇将热端的热量耗散到周围环境中。

电池单体2和电池水冷板4之间安装有温度传感器3。温度传感器3用于测量电池表面温度。温度传感器3的信号由电池管理系统控制中心6采样，并进行数据处理。池管理系统控制中心6采样得到电池表面温度后，根据内置的温度控制算法，给冷却系统控制电路8和冷却水泵及控制器组合模块7发送温度控制指令。冷却系统控制电路8和冷却水泵及控制器组合模块7收到电池管理系统控制中心6发送的控制指令后，调整其驱动电路输出电流的大小以控制冷却水的流量和热电效应半导体组件10的制冷量，从而控制系统的制冷效果。

利用本实用新型公开的冷却方案，设计出电池模块。电池模块由节动力电池单体组成，电池水冷板4和贴片式温度传感器3紧密贴合在电池单体外壳上。电池水冷板4内部加工有冷却水循环通道，各电池水冷板4之间通过冷却水进口和冷却水出口以及冷却板连接管5串联在一起。冷却板连接管5与冷却板循环水通道相通，保证冷却水的正常流通。电池模块用拉杆将所有动力电池单体、电池水冷板和贴片式温度传感器拉紧，保证紧密贴合。动力电池单体与电池水冷板之间的结合面涂以导热脂以增强导热率。

电池包则有电池模块组成。电池模块按照一定布置需求进行布置，各电池模块内部电池水冷板由冷却板连接管串联在一起，各电池模块之间的冷却回路则由冷却管道串联在一起，冷却管道经过水冷却模块进行换热，并将热量传递到热电效应半导体组件冷端，从而最终实现电池组的冷却。

冷却管道外面采样绝热材料，防止外界环境温度对冷却水温度的影响。在冷却管道中间处开口，用以放置水冷却模块和热电效应半导体组件以及散热片及散热风扇。水冷却组件安装在冷却水管道内部，热电效应半导体组件紧贴着水冷却组件；热电效应半导体组件冷端位于冷却管道内部，热端位于冷却管道外部，散热片及散热风扇紧贴热电效应半导体组件安装在冷却管道外部。

系统冷却过程中热量的走向为：动力电池单体->电池水冷板->冷却板内部的冷却水循环道->冷却板连接管->冷却管道->水冷却组件->热电效应半导体组件->周围环境。

Claims

1.一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，该水冷系统包括至少一个电池模块、冷却管道、散热模块、冷却水泵及控制器组合模块、电池管理系统控制中心及冷却系统控制电路，所述的电池模块、冷却管道、散热模块连接形成回路，所述的冷却管道上设有冷却水泵及控制器组合模块，所述的电池管理系统控制中心分别与电池模块、冷却水泵及控制器组合模块、冷却系统控制电路连接，所述的冷却系统控制电路与散热模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，所述的至少一个电池模块包括1～5个。

3.根据权利要求1所述的一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，所述的电池模块包括电池单体、电池水冷板及冷却板连接管，所述的电池单体与电池水冷板交错叠放在一起，电池单体与电池水冷板之间设有导热脂，所述的电池单体与导热脂之间设有温度传感器，该温度传感器与电池管理系统控制中心连接，所述的电池水冷板与冷却板连接管连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，所述的电池水冷板内设有冷却水循环通道，该冷却水循环通道包括冷却水进水口和冷却水出水口，冷却水进水口与冷却板连接管出水端连接，冷却水出水口与冷却板连接管进水端连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，所述的散热模块包括水冷却组件、热电效应半导体组件及散热片及散热风扇组合件，所述的热电效应半导体组件包括冷端和热端，所述的水冷却组件设置在冷却管道内部，所述的热电效应半导体组件的冷端紧贴水冷却组件，热电效应半导体组件的热端位于冷却管道外部，所述的散热片及散热风扇组合件紧贴热电效应半导体组件的热端。

6.根据权利要求5所述的一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，所述的水冷却组件为发泡石墨。

7.根据权利要求1所述的一种基于热电制冷的电动汽车动力电池包水冷系统，其特征在于，所述的冷却管道外壁设有隔热层。