CN205141099U - 电池组及电动汽车电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

电池组，多个单体电池之间设置导热管，导热管内部注入导热工质，还包括相变储热材料，相变储热材料填充在单体电池和导热管间的空隙内。电池使用过程产生的热量，先通过相变储热材料进行传导，再通过导热管内的导热工质将热量导出至电池组外部以便在环境中进行换热。本实用新型还提供电动汽车电池组热管理系统，温度检测器设在单体电池外部，控制器的采集端连接温度检测器，控制器的执行端连接散热装置，实现对单体电池散热的实时控制。本实用新型的电池组内部的相变储热材料起到预先吸收电池热量，预先均匀电池组内温度的作用，在固定单体电池的同时还减轻了局部导热管的传热负担。

Description

电池组及电动汽车电池热管理系统

技术领域

本实用新型涉及到动力电池技术领域，尤其是电池组及电动汽车电池热管理系统。

背景技术

电动交通工具主要采用电池组作为动力装置。电池组需要通过外界充电储能后，再对电动交通工具提供电源。电池组通过反复地充电、放电进行工作。电池组充放电时的电流较高，常伴有放热反应发生，导致电池的周围环境温度升高。较高的温度会加速电池组的有害反应速率，易损坏极板，也易产生过充电，严重影响电池组的使用寿命。

针对上述问题，所属领域的技术人员采用在单体电池外部设置散热结构以提高其散热速度。如，在一种技术方案中，在单体电池的外表面设置散热管，散热管的一端流入冷却介质，冷却介质对单体电池进行冷却后，通过散热管的另一端流出。但是上述技术方案中，单体电池的外表面只有部分接触到散热管，大部分的热量还需要通过空气传导到散热管中进行冷却，冷却效率低。

由此可知，现有技术中电池组存在以下缺陷：单体电池的外表面只有部分与冷却介质接触，大部分的热量还需要通过空气传导到散热管中进行冷却，冷却效率低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供的电池组采用如下技术方案：

电池组，包括壳体、多个单体电池和导热管，所述多个单体电池之间设置所述导热管，所述导热管内部注入导热工质，所述壳体的两个相对面开设端口，所述单体电池和导热管从所述端口插入所述壳体内部，且所述导热管的两端从所述端口伸出，还包括相变储热材料，所述相变储热材料填充在所述单体电池和导热管间的空隙内。相变储热材料首先起到固定单体电池的作用，将多个单体电池形成一个大型的固体电池；同时，利用相变储热材料的热特性，还能对单体电池进行前期预冷和均温；相变储热材料与单体电池的外壁之间进行360度无死角的热传导，并保证单体电池的外壁的绝缘性能。

在一种优选的实施方式中，还包括扣板和空心端盖，所述扣板上开设多个连接孔，所述空心端盖一侧开口与所述扣板形成一个空腔，所述端盖开口对侧设有管接头，所述扣板通过连接孔分别与所述导热管的两端连接，导热管内的冷却介质通过连接孔进入端盖的空腔，再通过管接头流到外部进行散热。

在一种优选的实施方式中，还包括散热装置，所述散热装置为采用环境自然冷源强制对流散热的装置，所述散热装置的工质进端和工质出端分别与两个所述端盖上的管接头连接，形成散热回路。散热装置能够及时对升温后的导热工质进行降温。

在一种优选的实施方式中，还包括散热装置，所述散热装置为蒸汽压缩式制冷循环系统，所述蒸汽压缩式制冷循环系统的蒸发器的入口连接一个端盖上的管接头，所述蒸发器的出口连接另一个端盖上的管接头。电池组循环工质与空调系统中的蒸发器进行热交换，从而依靠蒸发器的制冷效果实现散热。

在一种优选的实施方式中，还包括预热元件，所述预热元件与所述工质进端盖、工质出端盖连接，且所述预热元件与所述散热装置并联。当电池组的温度较低时，将回路切换到预热段,通过预热器对导热工质进行加热，并将该热量通过导热工质传导到电池组内部，用于提高单体电池的工作温度。

本实用新型还提供电动汽车电池组热管理系统，使用上述的电池组，包括控制器、温度检测器，所述温度检测器设置在所述单体电池的外部，所述控制器的采集端连接所述温度检测器。温度检测器能够实时检测电池组内部的温度，并将检测到的温度发送到控制器，使操作者能够获知该温度检测数据。

在一种优选的实施方式中，所述控制器的执行端连接散热装置。当温度检测器检测到的温度过高时，控制器控制散热装置工作，使导热工质及时散热。

在一种优选的实施方式中，所述控制器的采集端还连接至所述单体电池，用于检测单体电池的电压和电流，所述控制器的执行端还连接至所述单体电池，用于对单体电池进行充电、降压或降流，所述控制器的执行端还连接至所述预热器。控制器还能通过检测单体电池的电压和电流，对单体电池进行相应的降压、降流控制，防止出现过充电和过放电的现象。当温度检测器检测到的温度过低时，控制器控制预热器工作，使导热工质温度升高，用于提高单体电池的工作温度。

在一种优选的实施方式中，所述温度检测器的数量根据所述单体电池的数量进行设置，至少每十个单体电池中间设置一个温度检测。通过多个温度检测数据保证检测温度的准确性，防止电池组的局部过热但温度检测器检测不到的现象。

本实用新型提供的电池组有益效果为：电池组内部的相变储热材料起到预先吸收电池热量，预先平均电池组内部温度的作用，在固定单体电池的同时还减轻了局部导热管的传热负担。

本实用新型提供的电动汽车电池组热管理系统通过对单体电池的温度进行检测，根据温度情况控制散热装置、预热的工作，使电池组处于适宜的工作温度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是电池组的径向剖视图；

图2是电池组的轴向剖视图；

图3是端盖的结构示意图；

图4是散热装置的结构示意图；

图5是电池组与散热装置的连接示意图；

图6是电动汽车电池热管理系统的结构示意图；

图7是温度检测器在电池组内部的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1所示，本实用新型一种实施方式的电池组10，包括方形壳体4，方形壳体4的两个相对面开设端口，在方形壳体4的内部以10X10阵列的形式安放单体电池1。单体电池1的数量可以根据使用的需要进行增减。壳体4的外形也可以根据单体电池1的数量和排列的形状进行调整。单体电池1的外形为圆柱形。单体电池1之间通过并联方式连接。在单体电池1阵列内部的空隙插放导热管2。为了增强换热以及固定单体电池1、导热管2的位置，在方形壳体4内部灌注液体相变储热材料3，使液体相变储热材料3填充满单体电池1、导热管2与壳体4之间的空隙。液体相变储热材料3冷却后即凝固成固体，并充满壳体4内的全部空隙，与单体电池1、导热管2的外壁直接接触。相变储热材料应具备绝缘、不与电池、导热管材料发生反应的特性。导热管2内注入导热工质。

如图2-3，端盖5包括扣板51和空心端盖52。空心端盖52粘结在扣板51表面，空心端盖52与扣板51之间形成一个空腔。扣板51上开设81个连接孔，空心端盖52上开设管接头521，扣板51分别扣在方形壳体4的开口上，使所有的导热管2都嵌入一个连接孔511内。为了及时对升温后的导热工质进行降温，两个端盖5的管接头521通过管路分别连接到风冷散热装置6的工质进端和工质出端。导热工质吸收单体电池1产生的热量后升温，通过扣板51的连接孔511进入空腔，再经管接头521进入风冷散热装置6，风冷散热装置6中的风机转动，携带电池热量的导热工质通过风冷散热装置6进行冷却，冷却后的导热工质通过管路流入另一侧端盖5,形成循环回路。端盖5可采用复合塑料(PS+ABS)等材料，取代金属密封板减轻系统重量，更易加工，方便与导热管2配合连接，适合各类导热工质，同时也可承受电池系统的高温。

同时在端盖5与风冷散热装置6之间的管路上设置泵或调节阀(图未示)，用于为导热工质的循环提供驱动源或调节控制等。为了保证在低温时单体电池1能够有效工作，需要在低温时对导热工质进行加热，在一种实施方式中还包括预热器7。预热器7与散热装置6并联,预热器7的工质入端、工质出端分别通过管路连接至两个端盖5。导热工质通过端盖5流出再进入预热器7,此时风冷散热装置5不工作。预热器7对导热工质进行加热。升温后的导热工质通过端盖5流入导热管2，将热量传递给单体电池1，用于在低温时提高单体电池1的工作温度。

如图4，在一种实施方式中，散热装置6为蒸汽压缩式制冷循环系统，包括冷凝器61、压缩机62、膨胀阀63和蒸发器64。蒸发器64的入口通过管路连接至端盖5，蒸发器64的出口通过管路连接另一个端盖5。电池组10内导热管2的导热工质通过端盖5流入蒸发器64，蒸发器64内的低温低压液体对进入的导热工质进行冷却。当本实施例运用于汽车时，散热装置6可以为汽车本身的空调系统，也可以为单独设置的蒸汽压缩式制冷循环系统。图4中的虚线箭头表示散热装置6内部的冷却工质的流向，实线箭头表示电池组10与散热装置6间的导热工质的流向。当外部环境和电池温度的温差较小或当环境温度高于电池适宜工作温度时，可启用带有制冷设备的电动汽车电池热管理系统。当环境温度低于电池适宜工作温度时，低温导致电池的极化严重，放电不完全，放电容量减小，电压降低将导致续航里程严重减少，在一种实施方式中，可以在端盖5与蒸发器64的入液口之间连接预热器7。当环境温度较低时，启动预热器7，可对电池加热至适宜温度。

如图5-7，本实用新型还提供电动汽车电池热管理系统，控制器8采用BHMS电池热管理系统。BHMS电池热管理系统为BMS电池管理系统的升级版，在现有的BMS系统中增加对温度的监控，及对散热装置、预热装置的智能启停的功能。电源9用于为控制器8提供电源，并作为单体电池1的充电电源。如图6，每9个单体电池1的矩阵内部中间设置一个温度检测11。温度检测器11的检测头位于在单体电池1的外壁，并通过相变储热材料，将温度检测器11固定。控制器8的采集端82连接温度检测器11的信息输出端，同时采集端82连接并联后的单体电池1的正负电极，用于采集电压。控制器1的执行端81连接到散热装置6、预热器7、单体电池1。

本实用新型电动汽车电池热管理系统的工作原理如下：

温度检测器实时对单体电池的外部温度进行检测，并将检测到的温度发送到控制器。当温度未达到35摄氏度时，散热装置不启动，单体电池产生的热量通过相变储热材料进行冷却。当温度达到35摄氏度以上时，控制器控制散热装置启动。导热工质从导热管进入，单体电池产生的热量经相变储热材料、导热管内的导热工质进行热传导，电池组内部热量均匀分布并传导至其外部，吸热升温后的导热工质再通过端盖流入散热装置。散热装置对升温后的导热工质进行冷却后，再通过另一个端盖回流到导热管。当温度下降到20摄氏度以下时，控制器控制加热系统启动。预热器对导热工质进行加热后，再通过导热管流入，经导热管对单体电池进行热传递后通过端盖流出，再进行加热。

控制器控制电源对单体电池的充电电流。控制器的采集端同时采集单体电池的电压和电流信息，当单体电池的电流或电压过高时，控制器控制充电电流，使单体电池实现降压、降流，防止出现过充电和过放电的现象。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.电池组，包括壳体、多个单体电池和导热管，所述多个单体电池之间设置所述导热管，所述导热管内部注入导热工质，所述壳体的两个相对面开设端口，所述单体电池和导热管从所述端口插入所述壳体内部，且所述导热管的两端从所述端口伸出，其特征在于：还包括相变储热材料，所述相变储热材料填充在所述单体电池和导热管间的空隙内。

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于：还包括扣板和空心端盖，所述扣板上开设多个连接孔，所述空心端盖一侧开口与所述扣板形成一个空腔，所述端盖开口对侧设有管接头，所述扣板通过连接孔分别与所述导热管的两端连接。

3.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于：还包括散热装置，所述散热装置为采用环境自然冷源强制对流散热的装置，所述散热装置的工质进端和工质出端分别与两个所述端盖上的管接头连接，形成散热回路。

4.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于：还包括散热装置，所述散热装置还可为蒸汽压缩式制冷循环系统，所述蒸汽压缩式制冷循环系统的蒸发器的入口连接一个端盖上的管接头，所述蒸发器的出口连接另一个端盖上的管接头。

5.根据权利要求2-4任一所述的电池组，其特征在于：还包括预热元件，所述预热元件与所述工质进端盖、工质出端盖连接，且所述预热元件与所述散热装置并联。

6.使用权利要求1-5任一所述电池组的电动汽车电池热管理系统，其特征在于：包括控制器、温度检测器，所述温度检测器设置所述单体电池的外部，所述控制器的采集端连接所述温度检测器。

7.根据权利要求6所述的电动汽车电池热管理系统，其特征在于：所述控制器的执行端连接散热装置。

8.根据权利要求7所述的电动汽车电池热管理系统，其特征在于：所述控制器的采集端还连接至所述单体电池，用于检测单体电池的电压和电流，所述控制器的执行端还连接至所述单体电池，用于对单体电池进行充电、降压或降流，所述控制器的执行端还连接至预热器。

9.根据权利要求8所述的电动汽车电池热管理系统，其特征在于：所述温度检测器的数量根据所述单体电池的数量进行设置，至少每十个单体电池中间设置一个温度检测器。