CN208570863U - 一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，包括均温冷板、设置在均温冷板底部的若干电池热套管以及设置在均温冷板顶部的散热鳍片。所述均温冷板为中空的，其内腔为第一微流道。所述电池热套管包括中空的环形套管，环形套管的内腔为与第一微流道相连通的第二微流道，环形套管内均匀设置有若干肋片，肋片内设有加热模块。由以上技术方案可知，本实用新型利用均温板与相变工质完成了对于电池包散热功能的实现，同时在套管内加装了电池加热模块，针对冬季电动汽车充电速度慢及续航里程短的问题进行了改进。

Description

一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电池散热技术领域，具体涉及一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构。

背景技术

随着经济、社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，交通行业节能与减排的重要性也将日益突出。电动汽车因具有低能耗与零排放的双重优势，近年来发展势头迅猛。发展电动汽车产业，其关键是动力电池。从传统的铅酸电池到先进的Ni-MH，Li-ion动力电池，温度对电池整体性能都有非常显著的影响。一般来说，温度主要影响动力电池的如下性能：（1）电化学系统运行，（2）充放电效率，（3）电池的可充性，（4）电池的功率和容量，（5）电池的可靠性和安全性，（6）电池的寿命和循环次数。为延长动力电池循环寿命，提升电动汽车整车性能，进而推动电动汽车的发展与应用，动力电池的热管理系统设计研发势在必行。

一般来说，电池温度上升，电池内阻减小，电池效率提高。但温度的升高，又会加速电池内部有害化学反应速率，进而破坏电池。一般来说，温度上升 10℃，化学反应速率增加一倍。Ni-MH 电池在 45℃条件下工作时，其循环寿命缩短 60%;高倍率充电时，温度每上升5℃，其电池寿命衰减一半。Ni-MH 电池的最佳工作温度范围为 20~40℃；对于铅酸电池，是25~45℃。总的来说，铅酸电池、Ni-MH以及 Li-ion 动力电池最佳的工作温度范围是 25~40℃，电池模块之间温度差<5℃。

经过十余年的发展，电池热管理技术主要形成以下几种技术：（1）研究基于电池结构材料的耐温电池材料，包括耐高温以及低温电极、电解液材料等。（2）以空气为介质的电池热管理系统，包括主动式与被动式。（3）以液体为介质的电池热管理系统，包括被动式、轻度主动式和深度主动式。（4）基于相变传热介质/材料的电池热管理。（5）热电、冷板等其它基于制冷制热原理的热管理系统。（6）上述一种或几种方式的耦合。

现有市面上电池组热管理技术主要以强制风冷系统与液冷系统为主。风冷系统结构简单易实现，但其散热能力有限。在现阶段电动汽车动力电池不断提升能量密度的前提下，风冷散热已愈发不能满足产品要求。同时，风冷系统无法兼顾电池组各处的均匀散热，会造成电池组各部分温差过大，造成事故发生。液冷散热系统，依靠换热器内的液体（如水）将电池包热量导出，散热能力及均匀化散热能力较风冷系统强，但在环境温度较高及大倍率放电条件也很难保证散热效果，同时，液冷系统结构复杂，后期维护麻烦，也存在液冷结构泄露损害电池的风险。综合来看，高温工作条件下，现有电池热管理技术散热压力较大。相应的，现行的电池热管理技术只考虑了电池散热工况，而当车辆工作在温度较低（如零下10℃左右的中国北方地区）的冬季工况下，第一，电池低温下活性低内阻增大，零下10℃时容量损失约为10%，车辆续航里程大幅降低；第二，电池在低温下充电速率极低，车辆需要利用电池充电自热对电池进行加热至0℃以上才能完成正常充电，车辆需要更长时间才能完成充电过程，时间成本较高；第三，冬季行驶时车内空调制热一般采用电阻丝加热的方式来实现，电量消耗也十分惊人。综上所述，冷热工况下，电池包则均需要热管理系统对其实现温度调节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，该结构能够解决现有技术中存在的不足，不仅能够实现电池包的均温有效散热，还能够在极端低温情况下对电池包进行预热保温。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，包括均温冷板、设置在均温冷板底部的若干电池热套管以及设置在均温冷板顶部的散热鳍片。所述均温冷板为中空的，其内腔为第一微流道。所述电池热套管包括中空的环形套管，环形套管的内腔为与第一微流道相连通的第二微流道，环形套管内均匀设置有若干肋片，肋片内设有加热模块。

进一步的，所述第二微流道内填充有相变材料。

进一步的，所述散热鳍片为铝制。

进一步的，所述加热模块采用电阻丝。

由以上技术方案可知，本实用新型利用均温板与相变工质完成了对于电池包散热功能的实现，同时在套管内加装了电池加热模块，针对冬季电动汽车充电速度慢及续航里程短的问题进行了改进。在电池高温工况下，本实用新型利用相变材料高潜热的物性结合电池热套管内的肋片强化换热，电池热套管内的微流道能够将相变材料蒸发气体导出至多个电池包共享的均温冷板中以完成扩温，再由均温冷板结合其上方的散热鳍片以强化风冷散热至车外。在电池低温工况下，本实用新型优先开启电池热套管内的加热模块，对电池进行升温处理，此时均温冷板可以起到平衡各电池包温度的作用，保证各个电池脱离低温工作区。当电池工作产热足以保证最低工作温度时，风扇可将电池热量用于辅助空调制热，节能省电。本实用新型在不发生结构变动的前提下能够完成冷热两用的电池热管理设计，成本低廉易实现，节能环保，整体结构设计紧凑，工质需求量小，设备安全可靠易维护。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是电池热套管的俯视剖面示意图；

图3是图2中A部的放大示意图。

其中：

1、电池热套管，2、单体电池包，3、均温冷板，4、散热鳍片，5、肋片，6、第二微流道，7、加热模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-图3所示的一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，包括均温冷板3、设置在均温冷板3底部的若干电池热套管1以及设置在均温冷板3顶部的散热鳍片4。所述均温冷板3为中空的，其内腔为第一微流道。所述电池热套管1包括中空的环形套管，环形套管的内腔为与第一微流道相连通的第二微流道6，环形套管内均匀设置有若干肋片5，肋片5内设有加热模块7。

所述电池热套管1包裹在单体电池包2的周围。所述第一微流道用于接收相变材料吸热后蒸汽均温冷板，目的在于将电池热套管导出的热量进行平衡与扩温。所述散热鳍片4，用于配合风扇进行强迫风冷散热。所述风扇布置在散热鳍片4延伸方向上。所述肋片布置在环形套管与电池接触面的内壁上，也就是布置在环形套管内壁的最内侧，且肋片的外侧与环形套管内壁的最外侧之间设有空隙，用于液态的相变材料流过。所述肋片用于强化散热。

进一步的，所述第二微流道内填充有（工作温度适宜的）相变材料。当电池工作发热时，相变材料能够蒸发吸热来对电池进行冷却。相变工质相对于传统的风冷与液冷散热来说，能够利用工质的潜热充分吸收电池热量。工质吸热蒸发后上升到电池包上方的均温冷板中得到扩散，多个电池包温度得以最大程度的平衡，同时热流密度大幅降低。

进一步的，所述散热鳍片为平直的铝制的鳍片。

进一步的，所述加热模块采用电阻丝。所述电阻丝用于低温工况下对电池包进行加热保温。电阻丝排布方式不限于图3中所示的排布方式，可加以变化以增强加热效果。

本实用新型的工作原理为：

当电池工作发热时，电池热套管1内的相变工质（相变材料）会利用潜热吸热蒸发将电池工作热量通过第二微流道导出至均温冷板5中的第一微流道中。均温冷板3顶部设置有肋片4，由行驶时外界风或配套风扇将均温热板中的热量散去车外。而冬季工况下，电池处于低温启动或低温充电时，汽车会优先启动电池热套管中的加热模块7，将热量优先提供给电池加热，保证其充电性能或续航里程。此时，各个电池套管内的加热模块的启停控制是独立的，检测哪个电池包温度低就打开对应的电阻丝加热模块，不需要同时打开，从而节约电量。当电池工作后自热足以保证其正常工作时，电阻丝加热模块7关闭，配套风扇可将电池自热产生的热量用作空调辅助加热。其中，各种工况下，多个电池包公用的均温冷板3能够保证电池包内各个电池温度保持相对一致，散热阶段与保温阶段均能保证多个电池温度保持差异极小，保证电池安全工作。

综上所述，本实用新型所述的电池包热管理结构不仅能够实现电池包的均温有效散热，还能够在极端低温情况下对电池包进行预热保温。在电池温度较高的情况下，通过相变材料吸收热量扩温至均温冷板，再由风冷散热器带走实现散热；在冬季则使用电池热套管内布置的小型电阻丝，为电池进行加热处理，保障其充电性能以及低温工况下电池的工作性能。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，其特征在于：包括均温冷板、设置在均温冷板底部的若干电池热套管以及设置在均温冷板顶部的散热鳍片；所述均温冷板为中空的，其内腔为第一微流道；所述电池热套管包括中空的环形套管，环形套管的内腔为与第一微流道相连通的第二微流道，环形套管内均匀设置有若干肋片，肋片内设有加热模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，其特征在于：所述第二微流道内填充有相变材料。

3.根据权利要求1所述的一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，其特征在于：所述散热鳍片为铝制。

4.根据权利要求1所述的一种基于相变耦合风冷的冷热两用电池包热管理结构，其特征在于：所述加热模块采用电阻丝。