CN204558621U - 一种水冷式电动汽车动力电池散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，包括换热器、水冷循环回路、冷媒循环回路和控制模块。水冷循环回路和冷媒循环回路相互独立，但共用一台换热器。水冷循环回路包括增压泵和冷却管路。冷媒循环回路包括冷凝器、压缩机、风机和节流阀。控制模块的温度传感器与动力电池组相接触，温度传感器的输出端经信号调理电路与温度模数转换电路的输入端相连，温度模数转换电路的输出端与中央处理器的输入端相连；中央处理器的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接增压泵；中央处理器的输出端还连接压缩机、风机和节流阀。本实用新型采用水冷与风冷相结合，且能够更好实施监控电池温度，并对电池进行有效的散热处理。

Description

一种水冷式电动汽车动力电池散热装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种水冷式电动汽车动力电池散热装置。

背景技术

近些年来，环境保护和能源危机促进电动汽车的发展。电动汽车最大的特点的是在行驶过程中很少甚至没有排放污染、热辐射低、噪声低且环境友好。电动汽车可应用多种能源，能节省甚至不消耗汽油或柴油，解决汽车的能源问题。毫无疑问，电动汽车是一种节能、环保、可持续发展的新型交通工具，具有广阔的发展前景。电动汽车主要分为纯电动汽车(Battery ElectricVehicle，BEV)，混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)和燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)。其中，纯电动汽车和混合动力电动汽车的发展具有很好的潜力。该电动汽车的主要能量来源是锂离子电池，但是锂离子电池在工作过程会产生很大的热量，若这些热量不能及时排除会影响电池的容量、寿命和安全，甚至会产生热失控进而会爆炸。所以，如何解决电池散热问题迫在眉睫。

当前，电动汽车动力电池散热主要是以风冷为主，它可以在一定程度上排除电池箱内的高温气体和有害气体，也通过改变电池的风道、增加电池单体的间隙等对电池进行散热。风冷在一定程度上解决了电池散热问题，但仍然存在以下不足：①电池工作过程中产生的热量较大，风冷不能够有效的对电池进行降温；②风的导热系数较小，不能保证电池工作在适宜的温度范围内；③风冷需增加电池的间隙，使得电池占整车空间较大，导致用户使用空间较小；④风冷对电池散热不均匀，即靠近进风口处电池温度较低，靠近出风口处电池温度较高，造成电池组温差较大，严重影响了电池的一致性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有电动汽车的动力电池在使用过程中，没有对其热量进行有效地控制而使得电池寿命缩短，并导致电动汽车续航里程减少的问题，提供一种水冷式电动汽车动力电池散热装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，由换热器、水冷循环回路、冷媒循环回路和控制模块组成；

水冷循环回路包括增压泵和冷却管路；增压泵的输入端与换热器的水冷输出端相连接，增压泵的输出端与冷却管路的输入端的相连接，冷却管路的输出端与换热器的水冷输入端相连接；冷却管路中充满用于冷却的冷却液体，冷却管路的表面与电动汽车的动力电池组表面接触；

冷媒循环回路包括冷凝器、压缩机、风机和节流阀；压缩机的输入端与换热器的冷媒输出端相连接，压缩机的输出端与冷凝器的输入端相连接，冷凝器的输出端经节流阀与换热器的冷媒输入端相连接；风机的出风口与冷凝器正对；

控制模块包括中央处理器、温度传感器、信号调理电路、温度模数转换电路、脉宽调制电路和通信电路；电动汽车的车载控制器经通信电路连接中央处理器；温度传感器与动力电池组相接触，温度传感器的输出端经信号调理电路与温度模数转换电路的输入端相连，温度模数转换电路的输出端与中央处理器的输入端相连；中央处理器的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接增压泵；中央处理器的输出端还连接压缩机、风机和节流阀。

与动力电池组表面接触的冷却管路的形状为S形或者U形。

所述冷却管路的表面涂有导热硅脂后与动力电池组表面接触。

在排水阀冷却管路与换热器之间设有排水阀，该排水阀与中央处理器相连。

在换热器与增压泵之间设有进水阀，该进水阀经补水泵与进水槽相连；进水阀和补水泵与中央处理器相连。

所述控制模块还包括有显示电路和/或报警电路，该显示电路和报警电路均与中央处理器相连。

与现有技术相比，本实用新型采用水冷与风冷相结合，且能够更好实施监控电池温度，并对电池进行有效的散热处理。温度传感器根据采集到电池箱或者电池表面的温度大小，经过相关的信号调理电路和模数转换电路后，把信号送到中央处理器中，中央处理器根据温度的大小调节水泵的工作频率。这样可以有效的对电池散热并减少电池能量的损耗；采用散热介质水，该介质散热系数较大、易得且环保；管路材质使用黄铜或者铝镁合金，换热系数较高，有效的降低电池的温度；该散热装置使用循环水，减少了用户换水的频率；采用密闭的管路对电池散热，防止水泄露造成短路的发生；管路的形状采用U形或S形，增大了管路与电池表面的接触面积，散热效果更好；在增压泵和补水泵处增设了压力表和温度表，可以实时监控管路中水的压力和温度；该装置显示面板显示水泵工作频率及进出水的压力和温度，电池的温度及其故障信息；当电池长时间处于高温状态时，该装置具有声音报警和声光闪烁报警；建议电池箱的两侧采用百叶窗，排放电池工作产生的有害气体和部分高温气体，且灰尘、害虫等不易进入；管路与电池接触的表面均涂油导热硅脂，可以提高管路与电池间的传热能量；中央处理器采用可编程逻辑控制器PLC，可靠性高，提高了抗干扰能力，有效提高了该电池散热装置的性能。另外，散热介质除用水外，还可以是矿物油或其他冷却剂。该散热装置具有安全可靠、环保，便于维护的特点。

附图说明

图1为一种水冷式电动汽车动力电池散热装置的结构示意图。

图2为控制模块的电路原理图。

具体实施方式

图1为一种水冷式电动汽车动力电池散热装置的结构示意图，该散热模块主要由换热器、水冷循环回路、冷媒循环回路和控制模块组成。水冷循环回路和冷媒循环回路共用一台换热器。

水冷循环回路包括增压泵和冷却管路。增压泵的输入端与换热器的水冷输出端相连接，增压泵的输出端与冷却管路的输入端的相连接，冷却管路的输出端与换热器的水冷输入端相连接。在排水阀冷却管路与换热器之间设有排水阀，排水阀下设有一排水槽，当冷却管路长时间不使用时，可以将排水阀打开，将冷却管路中的液体排出。在换热器与增压泵之间设有补水泵，补水泵经进水阀接入到管路中，为补水泵；补水泵下设有一进水槽，当冷却管路中水较少时，可开始补水泵为冷却管路进行补水。冷却管路中充满用于冷却的冷却液体，冷却管路的表面涂有导热硅脂后与动力电池组表面接触。与动力电池组表面接触的冷却管路的形状可设为S形或者U形，这样冷却管路可以有效的把动力电池组包围，增加动力电池组与冷却管路的接触面积，即增加了动力电池组的散热面积。在本实用新型中，动力电池组的每一块电池的表面都设有与之相贴的冷却管路，以减少各电池间的温差，即使电池温度场一致。冷却管路的外侧设有导热硅脂，冷却管道通过导热硅脂与电池表面接触，以提高散热效率。冷却管路中流动的冷却液体带走动力电池组表面的热量，进而冷却管路中的水温度升高；该冷却管路把温度较高的冷却液体带到换热器中。在换热器中冷煤和冷却液体不接触，在换热器内一个走管内一个走管外，冷却液体与冷媒相互作用，进而使冷却液体温度降低，这样温度较低的冷却液体通过增压泵带到冷却管路，即实现了水冷冷却循环。

冷媒循环回路包括冷凝器、压缩机、风机和节流阀。压缩机的输入端与换热器的冷媒输出端相连接，压缩机的输出端与冷凝器的输入端相连接，冷凝器的输出端经节流阀与换热器的冷媒输入端相连接。风机的出风口与冷凝器正对。在换热器中，冷媒与温度较高的冷却液体相互作用后，导致冷媒温度升高变成气态；气态的冷媒通过压缩机进行压缩，变成高温高压的气态冷媒。经过压缩机处理后得到高温高压气态冷媒经过管路送到冷凝器中，冷凝器对冷媒进行减压、散热、降温处理。其中，该冷凝器中冷媒采用风冷，即用风机对冷凝器作用使得冷媒温度降低。这样得到温度较低的液态冷媒，通过管路把该冷媒送入换热器中再与水相互作用，这样实现了的冷媒冷却循环。

图2为控制模块的电路原理图，该控制模块包括温度传感器、信号调理电路、温度模数转换电路、中央处理器、脉宽调制电路和通信电路。车载控制器经通信电路连接中央处理器。温度传感器与动力电池组相接触，温度传感器的输出端经信号调理电路与温度模数转换电路的输入端相连，温度模数转换电路的输出端与中央处理器的输入端相连。中央处理器的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接增压泵。此外，中央处理器的输出端还连接压缩机、风机、节流阀、排水阀、进水阀和补水泵。为了能够对本散热装置的状态进行显示和报警，所述中央处理器上还接有显示电路和报警电路。显示电路主要显示水泵的工作频率、增压泵、补水泵的进出口水的温度和压力值，同时也显示电池的温度。该显示电路还设有报表打印按钮和历史数据查询按钮。报警电路主要是通过LED液晶闪烁灯提示电池高温报警，蜂鸣器声音报警提示水泵报警。该报警电路还设有强制启、停换热器和水泵的按钮。另外，该报警电路还设有消音、复位按钮。

温度传感器设在动力电池组的电池箱内，也可设在动力电池组的不与冷却管路接触的表面。温度传感器监测电池的温度，把温度信号通过导线送入信号调理电路，信号调理电路对温度的模拟量进行滤波，减少温度传感器的监测误差。通过信号调理电路处理后得到干净的信号，该信号通过温度模数转换电路把模拟量转换成数字量，数字式温度信号通过导线送入中央处理器中。该温度值通过中央处理器后可在显示面板上显示，用户可以实时监测电池的温度。当温度传感器监测到电池温度较低(如<40℃)时，水泵会停止运行；当电池温度较高时(>40℃)时，增压泵工作。中央处理器根据温度传感器监测到电池温度的高低进行调解增压泵的工作频率，即调解增压泵的转速。当与电池接触的冷却管路温度较高时，冷媒循环回路将会工作，对温度较高的水进行降温，进而达到对电池的有效散热的目的。

换热器、冷凝器、压缩机、增压泵、补水泵的输入端和输出端都设有温度表和压力表，可以实时监控换热器、冷凝器、压缩机、水泵的进出冷媒/水温度和压力。该压力值和温度值可以在在显示电路上显示，用户可以根据冷却管路中冷媒/水的压力和温度值对散热装置进行维护和保养。散热模块工作时间较长之后，当冷却管路中的冷却液体会逐渐蒸发而减少，此时需要通过补水泵抽取进水槽中水为冷却管路进行补水。当对冷却管路进行维护或检修时，可以打开排水阀，把冷却管路中的冷却液体排放到密闭的排水槽中。另外，排水阀最好装在管路的支管上，一般处于常闭状态。

Claims (6)

1.一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，其特征在于：由换热器、水冷循环回路、冷媒循环回路和控制模块组成；

水冷循环回路包括增压泵和冷却管路；增压泵的输入端与换热器的水冷输出端相连接，增压泵的输出端与冷却管路的输入端的相连接，冷却管路的输出端与换热器的水冷输入端相连接；冷却管路中充满用于冷却的冷却液体，冷却管路的表面与电动汽车的动力电池组表面接触；

冷媒循环回路包括冷凝器、压缩机、风机和节流阀；压缩机的输入端与换热器的冷媒输出端相连接，压缩机的输出端与冷凝器的输入端相连接，冷凝器的输出端经节流阀与换热器的冷媒输入端相连接；风机的出风口与冷凝器正对；

控制模块包括中央处理器、温度传感器、信号调理电路、温度模数转换电路、脉宽调制电路和通信电路；电动汽车的车载控制器经通信电路连接中央处理器；温度传感器与动力电池组相接触，温度传感器的输出端经信号调理电路与温度模数转换电路的输入端相连，温度模数转换电路的输出端与中央处理器的输入端相连；中央处理器的输出端连接脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的输出端连接增压泵；中央处理器的输出端还连接压缩机、风机和节流阀。

2.根据权利要求1所述的一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，其特征在于：与动力电池组表面接触的冷却管路的形状为S形或者U形。

3.根据权利要求1或2所述的一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，其特征在于：所述冷却管路的表面涂有导热硅脂后与动力电池组表面接触。

4.根据权利要求1所述的一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，其特征在于：在排水阀冷却管路与换热器之间设有排水阀，该排水阀与中央处理器相连。

5.根据权利要求1所述的一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，其特征在于：在换热器与增压泵之间设有进水阀，该进水阀经补水泵与进水槽相连；进水阀和补水泵与中央处理器相连。

6.根据权利要求1所述的一种水冷式电动汽车动力电池散热装置，其特征在于：所述控制模块还包括有显示电路和/或报警电路，该显示电路和报警电路均与中央处理器相连。