CN206628562U - 喷淋式制热制冷一体化安全电池包 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种喷淋式制热制冷一体化安全电池包，包括电池箱和收容于电池箱内的电池；还包括：装于电池箱内的喷淋液，固定在电池箱内的喷淋器，首、尾两端分别与喷淋液和喷淋器相连通的喷淋液循环管，连接在喷淋液循环管上的液泵，与喷淋液循环管相连的换热系统。本实用新型一方面使电池包一直处于适宜的使用环境，及时带走电池包运行过程产生的大量热量。另一方面使电池包内各电池单体之间保持温度均一、避免由于温差过大导致的电池压差，不仅可以有效改善电池的电化学性能和使用寿命，而且可以避免局部过热导致的热失控隐患。
Description
技术领域
本申请涉及一种电池技术领域，尤其是一种喷淋式制热制冷一体化安全电池包。
背景技术
为缓解日趋严重的城市环境(尤其是大气)污染和不可再生能源的枯竭，全球气温上升的危害加剧等问题的不断加深，电动汽车已经成为汽车行业的热门话题。各国政府和国内外汽车企业都普遍认识到电动汽车产业发展的重要性和紧迫性。发展电动汽车从根本上解决汽车产业涉及上述问题最佳解决途径。动力电池是电动汽车的力量之源，在行驶过程中，电池的工作状况和使用寿命不仅与电池本身的结构和原理有关系，而且与其工作环境有密切联系。恶劣的外界环境和错误的使用方法都会给电池本身产生极大的危害，严重时导致电池无法正常工作，此时需要为电池设计热管理系统，以实现对电池组热的状况的监控、管理、保护和报警等功能，实现电池的自动维护，从而提供电池组的使用效率和使用寿命。
目前，液冷是车用电池的冷却的主要方式之一，通过首尾相接的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流设备组成的冷却系统来降温。传统的，液冷方式主要分为两种：一是电池单体或模块沉浸于液体中，二是在电池模块间设置冷却通道或在电池底部采用冷却板。为确保电池组的冷却效果，通常第一种方式需要将电池包完全浸没于制冷剂中，确保每一节电池与制冷剂充分接触，增加热交换面积，以提高温度均一性，这样的方式不仅要保证液体绝缘，而且对液冷系统的气密性要求较高，此外对电池箱的机械强度、耐振动性以及寿命有特殊要求。第二种方式若是单纯靠底部冷却板进行冷却，冷却效果不佳，且在功率不合适的情况下甚至会进一步增加温差；或者在电池单体或者模块间安装冷板，此种方式对于结构较为紧凑的电池包来讲，设计难度较大，同时，蛇形冷板较大程 度上增加了液冷系统的压力损失。所以，此处，提出一种喷淋式的制热制冷一体化的安全电池包，用于解决传统液冷方式的缺陷，有望发展为新一代电池组热管理技术。
发明内容
本申请目的是：为了以解决现有电池包中电池组温度过高、电池组内部温度均一性较差而对电池性能产生影响甚至造成安全事故的问题，提出一种喷淋式制热制冷一体化安全电池包。一方面使电池包一直处于适宜的使用环境，及时带走电池包运行过程产生的大量热量。另一方面使电池包内各电池单体之间保持温度均一、避免由于温差过大导致的电池压差，不仅可以有效改善电池的电化学性能和使用寿命，而且可以避免局部过热导致的热失控隐患。同时还能在电池温度过低时对电池进行加热升温，保证电池正常使用。
本申请的技术方案是：一种喷淋式制热制冷一体化安全电池包，包括：
电池箱，以及
收容于所述电池箱内的电池；
还包括：
喷淋液，其装于所述电池箱内；
喷淋器，其固定在所述电池箱内，且位于所述电池组的上方；
喷淋液循环管，其布置在所述电池箱外部，且其首、尾两端分别与所述电池箱内的喷淋液和所述喷淋器相连通；
液泵，其连接在所述喷淋液循环管上，以将所述电池箱内的喷淋液沿该喷淋液循环管泵取至所述喷淋器；以及
换热系统，其与所述喷淋液循环管相连，以对该喷淋液循环管内的喷淋液进行冷却/加热。
本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述换热系统包括压缩机、第一换热器、节流装置和第二换热器，所述压 缩机、第一换热器、节流装置和第二换热器通过冷媒流通管依次首尾连接而形成闭合回路，所述第二换热器连接在所述喷淋液循环管上。
所述喷淋器的喷淋口朝下布置。
所述喷淋液循环管的进液口设置在所述电池箱的底部。
所述电池箱由顶部敞口的箱体和布置在该箱体顶部敞口处的箱盖构成。
所述喷淋器安装在所述箱盖的内侧。
所述电池为锂电池组结构，其包括若干串并联组合在一起的电池单体。
所述电池箱内的喷淋液至少淹没一部分所述电池单体。
所述喷淋液为非导电液体。
所述喷淋液选自氢氟烃、氢氟醚、全氟化碳中的至少一种。
本申请通过淋洗的方式使每一节电池单体与喷淋液充分接触，进行热量交换，具有以下优点：
1、电池箱内的喷淋液无需完全浸没电池，大大节约了喷淋液的用量，在降低成本的同时可以同样保证电池组的温度均一性。
2、喷淋液用量减少，降低电池包重量，提高电池包的能量密度。
3、设计简单，功能更易实现，对电池包内部模块的结构要求较低，对电池箱的机械强度、耐振动性以及寿命要求无需非常严苛，即使单体电池之间间隙小于5mm，也能实现热量交换。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例中喷淋式制热制冷一体化安全电池包的结构示意图；
其中：1-电池单体，2-喷淋液，3-箱体，4-液滴，5-喷淋器，6-箱盖，7-液泵，8-节流装置，9-第一换热器，10-压缩机，11-第二换热器，12-喷淋液循环管，13-冷媒循环管。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
图1示出了本申请这种喷淋式制热制冷一体化安全电池包的一个具体实施例，与传统电池包相同的是，其包括电池箱和收容在该电池箱内的电池，其中电池箱由上部敞口的箱体3以及封于该箱体敞口处的箱盖6构成，该电池箱完全满足IP67密封要求。电池箱内的电池采用大容量锂电池组结构，其包括众多串并联组合在一起的电池单体1(通常情况下，这些电池单体依靠电池夹具和串并联载流片组合连接在一起)。各个电池单体1之间均会存在一定的间隙，但该间隙一般不大于5mm。
本实施例的关键改进在于，该电池包还包括换热系统、喷淋器5、喷淋液循环管12和液泵7，而且电池箱内装有喷淋液2。其中，
喷淋器5，其固定在电池箱内且位于电池组的上方。为了便于该喷淋器5的装配，本实施例中该喷淋器5具体安装在箱盖6的内侧。
喷淋液循环管12布置在电池箱外部，且喷淋液循环管12的首、尾两端分别与上述喷淋液2和喷淋器5相连通。
液泵7连接在喷淋液循环管12上，以将电池箱内的喷淋液2沿喷淋液循环管12泵取至喷淋器5。
换热系统与喷淋液循环管12相连，以对喷淋液循环管内的喷淋液2进行冷却/加热。
当该电池包进行充电或者放电时，会产生大量的热量，电池箱内的电池和 喷淋液温度均升高，液泵7工作而将电池箱内高温的喷淋液2抽取至喷淋液循环管12，再通过喷淋液循环管12送至喷淋器5。在喷淋液2流经喷淋液循环管12时，换热系统吸收喷淋液循环管12内高温喷淋液的热量，使喷淋液循环管12内喷淋液的温度降低，经吸热而降温的喷淋液2经喷淋液循环管12流入喷淋器5，喷淋器5将低温的喷淋液2喷向电池箱内的电池，从而使电池的温度降低。喷淋液2吸收电池热量后温度再次升高，又被液泵7抽出，如此循环，达到降低电池温度的目的。
而若在严寒季节，电池温度过低会导致其无法正常使用，此时就需要对电池进行适当的加热，而本系统同样能满足这一要求。液泵7抽取电池箱内低温的喷淋液2至喷淋液循环管12，再通过喷淋液循环管12送至喷淋器5。在喷淋液2流经喷淋液循环管12时，换热系统对喷淋液循环管12内低温喷淋液进行加热(喷淋液循环管内低温喷淋液吸收换热系数带来的热量)，使喷淋液循环管12内喷淋液的温度升高，经加热而升温的喷淋液2通过喷淋液循环管12流入喷淋器5，喷淋器5将升温的喷淋液2喷向电池箱内的电池，从而使电池的温度升高，达到使用要求。喷淋液2放出热量给电池后温度再次降低，又被液泵7抽出，如此循环，达到提升电池温度的目的。
在本实施例中，上述换热系统的结构类似空调器(具有制热和制冷两种功能)，其包括压缩机10、第一换热器9、节流装置8和第二换热器11，所述压缩机10、第一换热器9、节流装置8和第二换热器11通过冷媒流通管13依次首尾连接而形成闭合回路，其中第二换热器11连接在喷淋液循环管12上。
制冷模式：压缩机10吸入第二换热器11出口处的制冷剂气体(一般为R134a；即1，1，1，2-四氟乙烷)压缩成高温高压的气体排出至压缩机，高温高压的过热制冷剂气体进入第一换热器9(此时该第一换热器为冷凝器)，第一换热器9排出热量给环境，制冷剂气体冷凝成液体。温度和压力较高的制冷剂液体通过节流装置8后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状(细小液滴) 排出节流装置8，雾状制冷剂液体进入第二换热器11(此时该第二换热器为蒸发器)，由于此时制冷剂沸点低于第二换热器内温度，故制冷剂液体蒸发沸腾成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量，达到降低第二换热器中喷淋液2(喷淋液2流经喷淋液循环管12，而第二换热器与喷淋液循环管12相连，故而喷淋液2也流经该第二换热器)的目的，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机10，如此循环。
制热模式：制冷剂气体被压缩机加压，成为高温高压的制冷剂气体而进入第二换热器11(此时该第二换热器为冷凝器)，从而对第二换热器中喷淋液2进行加热，达到降低喷淋液温度的目的，制冷剂放热而成为液体。液体制冷剂经节流装置8减压，进入第一换热器9(此时该第一换热器为蒸发器)，制冷剂蒸发气化吸热，成为气体，并吸取环境中的热量。成为气体的制冷剂再次进入压缩机开始下一个循环。
上述喷淋液2是可以直接外购的商品，一般该喷淋液需为绝缘物质(非导电液体)，其可以选自氢氟烃、氢氟醚、全氟化碳中的至少一种，即氢氟烃、氢氟醚、全氟化碳中的一种或两种以上的混合物。
本实施例中，上述喷淋器5具有多个喷淋口，而且这些喷淋口均朝下布置，以尽可能将其喷出的喷淋液全部洒向箱内电池。
上述喷淋液循环管12的进液口设置在电池箱的底部，以保证其能够顺利抽取电池箱内的喷淋液。
而且，在本实施例中，电池箱内的喷淋液2淹没了一部分电池单体1，如此使得喷淋液2能够迅速吸收电池的热量。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种喷淋式制热制冷一体化安全电池包，包括：
电池箱，以及
收容于所述电池箱内的电池；
其特征在于，还包括：
喷淋液(2)，其装于所述电池箱内；
喷淋器(5)，其固定在所述电池箱内，且位于所述电池组的上方；
喷淋液循环管(12)，其布置在所述电池箱外部，且其首、尾两端分别与所述电池箱内的喷淋液(2)和喷淋器(5)相连通；
液泵(7)，其连接在所述喷淋液循环管(12)上，以将所述电池箱内的喷淋液(2)沿该喷淋液循环管泵取至所述喷淋器(5)；以及
换热系统，其与所述喷淋液循环管(12)相连，以对该喷淋液循环管内的喷淋液(2)进行冷却/加热。
2.根据权利要求1所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述换热系统包括压缩机(10)、第一换热器(9)、节流装置(8)和第二换热器(11)，所述压缩机(10)、第一换热器(9)、节流装置(8)和第二换热器(11)通过冷媒流通管(13)依次首尾连接而形成闭合回路，所述第二换热器(11)连接在所述喷淋液循环管(12)上。
3.根据权利要求1所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述喷淋器(5)的喷淋口朝下布置。
4.根据权利要求1所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述喷淋液循环管(12)的进液口设置在所述电池箱的底部。
5.根据权利要求1所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述电池箱由顶部敞口的箱体(3)和布置在该箱体顶部敞口处的箱盖(6)构成。
6.根据权利要求5所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述喷淋器(5)安装在所述箱盖(6)的内侧。
7.根据权利要求1所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述电池为锂电池组结构，其包括若干串并联组合在一起的电池单体(1)。
8.根据权利要求7所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述电池箱内的喷淋液(2)至少淹没一部分所述电池单体(1)。
9.根据权利要求1所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述喷淋液为非导电液体。
10.根据权利要求9所述的喷淋式制热制冷一体化安全电池包，其特征在于，所述喷淋液选自氢氟烃、氢氟醚、全氟化碳中的至少一种。
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