CN209592252U - 一种动力电池温度控制装置和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种动力电池温度控制装置和电动汽车，所述装置包括控制器、电池蒸发器、多个热电模块和动力电池模组，所述控制器与所述热电模块电连接，所述电池蒸发器内流通有冷媒；每一热电模块的第一接触面与所述电池蒸发器的接触面接触，每一热电模块的第二接触面与所述动力电池模组的接触面接触；所述控制器用于控制多个热电模块接通或关闭，所述多个热电模块至少用于在接通时将所述动力电池模组的热量转移至所述电池蒸发器以冷却所述动力电池模组。所述电动汽车包括所述装置。实施本申请，利用热电模块辅助所述电池蒸发器共同为动力电池冷却，能够克服目前冷媒直冷方式的电池蒸发器的均温设计困难的技术缺陷。

Description

一种动力电池温度控制装置和电动汽车

技术领域

本申请涉及动力电池热管理技术领域，具体涉及一种动力电池温度控制装置和电动汽车。

背景技术

动力电池是电动汽车的主要能源，当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，动力电池会以不同倍率放电，以不同生热速率产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导致电池组运行环境温度复杂多变，如果不及时有效地冷却会影响电池的性能和寿命。动力电池最适宜的工作温度一般为25摄氏度至30摄氏度，同时为了使电池的输出电压、电流、功率尽量一致，充分发挥电池模组的效能，电池模组的温度差异需在5摄氏度范围内，即具有良好的均匀性。

对于动力电池的冷却，液冷技术已经非常成熟，国内外竞争对手大部分也采用或即将采用液冷系统，液冷系统重量和成本高，体积较大。为了满足未来对电池包能量密度的更高要求，为了提高整车轻量化水平，为了降低整车成本，有必要开发相比液冷系统更加轻量化的冷媒直冷系统。冷媒直冷系统的技术难点为电池蒸发器的均温设计非常困难，必须满足电池的均温要求，一般要求是电池系统内电芯之间温差不超过5摄氏度（冷却工况）；整体系统要求蒸发器实现精确控制，系统控制策略难度增大。采用冷媒直冷的方式均匀有效地冷却电池模组，是动力电池热管理领域的一个重大课题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种动力电池冷却装置和电动汽车，以克服目前冷媒直冷方式的电池蒸发器的均温设计困难的技术缺陷。

为了实现本申请目的，本申请第一方面提供一种动力电池温度控制装置，包括控制器、电池蒸发器、多个热电模块和动力电池模组，所述控制器与所述热电模块电连接，所述电池蒸发器内流通有冷媒；每一热电模块的第一接触面与所述电池蒸发器接触，每一热电模块的第二接触面与所述动力电池模组接触；所述控制器用于控制多个热电模块通电或断电，所述多个热电模块至少用于在通电时将所述动力电池模组的热量转移至所述电池蒸发器以冷却所述动力电池模组。

在一些实施例中，所述多个热电模块均匀地设置于所述动力电池模组的接触面上。

在一些实施例中，所述电池蒸发器上设置冷媒流通部，所述冷媒流通部包括设置于所述电池蒸发器表面的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔之间设置一通道，所述冷媒经所述第一通孔流入所述通道并经所述第二通孔流出所述通道。

在一些实施例中，所述电池蒸发器上设置多个冷媒流通部。

在一些实施例中，所述多个热电模块沿着所述冷媒流动方向均匀地设置于所述动力电池模组的接触面上,沿着所述冷媒流动方向，热电模块接通的电流越来越大。

在一些实施例中，还包括冷媒装置，所述冷媒装置设置有出口和入口，所述出口与所述电池蒸发器的第一通孔通过第一管道连接，所述入口与所述电池蒸发器的第二通孔通过第二管道连接，所述冷媒装置用于为所述电池蒸发器提供具有预设温度的液态冷媒，并将所述第二通孔流出的气态冷媒回收处理成具有预设温度的液态冷媒。

在一些实施例中，所述第一管道上设置有电子膨胀阀，所述电子膨胀阀用于控制流入所述冷媒流通部的冷媒流量。

在一些实施例中，所述电池蒸发器与所述热电模块第一接触面接触的部分为平整接触面，所述热电模块的第一接触面为平整面。

在一些实施例中，所述动力电池模组与所述热电模块第二接触面接触的部分为平整接触面，所述热电模块的第一接触面为平整面。

为了实现本申请目的，本申请第二方面提供一种电动汽车，包括所述第一方面所述的动力电池温度控制装置。

以上技术方案至少具有以下有益效果：

利用热电模块通电时产生温差的特性（珀耳帖效应），调控电池蒸发器与动力电池间的温差，提高电动汽车动力电池冷媒直冷时动力电池表面温度分布的均匀性。汽车行驶或者充电时，冷媒在电池蒸发器中相变吸热为动力电池提供稳定的冷端，所述热电模块通电后上下表面形成稳定的温差，温度高的一侧与电池蒸发器接触，温度低的一侧与动力电池模组壁面接触，利用珀耳帖效应为动力电池冷却。由于冷媒的相变吸热剧烈程度不易控制，控制器通过调节热电模块通电电流大小控制温差，据此调控不同区域热电模块的电流大小来精准地保持动力电池模组壁面温度分布的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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为本申请实施例一中所述一种动力电池温度控制装置结构示意图。

图2为本申请实施例一中所述一种动力电池温度控制装置部分结构立体图。

图3为本申请实施例一中所述一种动力电池温度控制装置部分结构拆分图。

附图标记：

控制器1，电池蒸发器2，第一通孔21，热电模块3，动力电池模组4，压缩机5，冷凝器6，电子膨胀阀7，气液分离器8。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

如图1所示，本申请实施例一提供一种动力电池温度控制装置，包括控制器1、电池蒸发器2、多个热电模块3和动力电池模组4，所述控制器1与所述热电模块3电连接，所述电池蒸发器2内流通有冷媒；每一热电模块3的第一接触面与所述电池蒸发器2接触，每一热电模块3的第二接触面与所述动力电池模组4接触；所述控制器1用于控制多个热电模块3通电或断电，所述多个热电模块3至少用于在通电时将所述动力电池模组4的热量转移至所述电池蒸发器2以冷却所述动力电池模组4。

具体而言，动力电池通常以电池模组的形式存在于电动汽车中，液态冷媒在电池蒸发器2中相变吸热为动力电池模组4提供稳定的冷端，热电模块3通电后上下表面形成稳定的温差，温度高的一侧与电池蒸发器2接触，温度低的一侧与动力电池模组4接触面接触，利用热电模块3的珀耳帖效应为动力电池冷却。由于液态冷媒的相变吸热剧烈程度不易控制，热电模块3可通过调节电流大小控制温差。沿着电池蒸发器2中通道流动的方向，上游区域冷媒主要呈液态，相变剧烈，吸热较多。随着换热的进行，冷媒逐渐蒸发，下游区域液态冷媒的量减少，相变逐渐减弱，吸热量降低。布置了热电模块3后，热电模块3辅助冷媒共同为动力电池冷却。沿着冷媒流动方向，上游区域热电模块3接通较小的电流，热电模块3两端形成的温差较小，下游区域接通较大的电流，热电模块3两端形成的温差较大，补偿相变产生温度差异，从而使动力电池接触面的温度分布均匀。

另一方面，当动力电池模组4需要加热时，所述第二电子膨胀阀7阻止液态冷媒进入所述电池蒸发器2中，通过反接热电模块3电源的正负极，改变热电模块3内的电流流向，来交换热电模块3温差的方向来为动力电池模组4加热。

本实施例结合相变吸热和半导体制冷为动力电池提供冷却，因此调控热电模块3的电流用来精准地保持动力电池模组4接触壁温度分布的均匀性，且热电模块3体积小、重量轻、厚度薄故布置灵活，可以在冷却板和电池模组间一部分空间布置或者尽量铺满充分布置，仅需要控制热电模块3中的电流大小，避免了电子膨胀阀7控制策略开发难度高、周期长的问题。

在一些实施例中，如图2-3所示，所述多个热电模块3均匀地设置于所述动力电池模组4的接触面上。

基于液态冷媒在电池蒸发器2内的变化情况，本实施例中所述多个热电模块3沿着电池蒸发器2内冷媒流动方向均匀布置于所述电池蒸发器2与动力电池模组4之间的空间，以便于调节各个热电模块3通电电流大小，从而控制温差，从而更好地满足动力电池模组4的均温要求。

在一些实施例中，所述电池蒸发器2上设置冷媒流通部，所述冷媒流通部包括设置于所述电池蒸发器2表面的第一通孔21和第二通孔，其中，图2-3中只示出了第一通孔21，第二通孔与第一通孔21相对，且位于电池蒸发器2的另一侧面上，所述第一通孔21和第二通孔之间设置一通道，所述冷媒经所述第一通孔21流入所述通道并经所述第二通孔流出所述通道。且为了使得电池蒸发器2能够更好地起到作为冷端的作用，电池蒸发器2的通道应该沿其长度方向设置。

在一些实施例中，所述电池蒸发器2上设置多个冷媒流通部，且多个冷媒流通部均匀设置于所述电池蒸发器2中，使得电池蒸发器2各部分得到均匀冷却，提高其均温性。

在一些实施例中，所述多个热电模块3沿着所述冷媒流动方向均匀地设置于所述动力电池模组4的接触面上,沿着所述冷媒流动方向，热电模块3接通的电流越来越大。

具体而言，主要是因为沿着电池蒸发器2中通道流动的方向，上游区域冷媒主要呈液态，相变剧烈，吸热较多。随着换热的进行，冷媒逐渐蒸发，下游区域液态冷媒的量减少，相变逐渐减弱，吸热量降低。因此本实施例设置沿着所述冷媒流动方向，热电模块3接通的电流越来越大，更好地补偿相变产生温度差异，从而使动力电池接触面的温度分布均匀。

在一些实施例中，所述第一管道上设置有电子膨胀阀7，所述电子膨胀阀7用于控制流入所述冷媒流通部的冷媒流量。

在一些实施例中，所述动力电池温度控制装置还包括冷媒装置，所述冷媒装置设置有出口和入口，所述出口与所述电池蒸发器2的第一通孔21通过第一管道连接，所述入口与所述电池蒸发器2的第二通孔通过第二管道连接，所述冷媒装置用于为所述电池蒸发器2提供具有预设温度的液态冷媒，并将所述第二通孔流出的气态冷媒回收处理成具有预设温度的液态冷媒。

其中，所述第一管道上设置有电子膨胀阀7，所述电子膨胀阀7用于控制流入所述冷媒流通部的冷媒流量。

其中，冷媒装置可以由冷凝器6和压缩机5组成，具体而言，所述压缩机5、冷凝器6、电子膨胀阀7、电池蒸发器2和气液分离器8依次通过管道连接并形成循环回路。

具体而言，本实施例中冷媒的相变及流动过程如下：

冷媒的流动过程如图1中箭头所示，当启动所述压缩机5转动工作，所述压缩器将气态冷媒压缩成高温高压的冷媒气体后排出压缩机5，压缩机5排出的高温高压冷媒气体经管路流入所述冷凝器6后，在冷凝器6内散热、降温，冷凝成高温高压的液态冷媒流出。所述高温高压的液态冷媒经管路进入储液干燥罐（一般与冷凝器6焊接为一体）内，在储液干燥罐内经过干燥、过滤后分流，分别流入所述电子膨胀阀7。所述高温高压的液态冷媒分别经所述电子膨胀阀7节流，其状态发生急剧变化，变成低温低压的液态冷媒，所述低温低压液态的冷媒进而进入所述电池蒸发器2。所述低温低压液态的冷媒在所述电池蒸发器2内发生相变吸收热量产生制冷效果，蒸发成低温低压的气态冷媒经管路流回所述压缩机5，在流回所述压缩机5之前先经所述气液分离器8进行气液分离，避免对所述压缩机5造成液冲，因此实现了冷媒的循环流动，在流动的过程中，冷媒会具有不同压力、温度等状态。

在一些实施例中，所述电池蒸发器2与所述热电模块3第一接触面接触的接触面为平面结构，所述热电模块3的第一接触面为平面结构，使得电池蒸发器2和热电模块3能够紧密贴合接触，便于进行热传导。

在一些实施例中，所述动力电池模组4与所述热电模块3第二接触面接触的接触面为平面结构，所述热电模块3的第一接触面为平面结构。使得动力电池模组4和热电模块3能够紧密贴合接触，便于进行热传导。

具体而言，液态冷媒在电池蒸发器2中相变吸热为动力电池模组4提供稳定的冷端，热电模块3通电后上下表面形成稳定的温差，温度高的一侧与电池蒸发器2接触，温度低的一侧与动力电池模组4接触面接触，利用热电模块3的珀耳帖效应为动力电池冷却。由于液态冷媒的相变吸热剧烈程度不易控制，热电模块3可通过调节电流大小控制温差。沿着电池蒸发器2中通道流动的方向，上游区域冷媒主要呈液态，相变剧烈，吸热较多。随着换热的进行，冷媒逐渐蒸发，下游区域液态冷媒的量减少，相变逐渐减弱，吸热量降低。布置了热电模块3后，热电模块3辅助冷媒共同为动力电池冷却。沿着冷媒流动方向，上游区域热电模块3接通较小的电流，热电模块3两端形成的温差较小，下游区域接通较大的电流，热电模块3两端形成的温差较大，补偿相变产生温度差异，从而使动力电池接触面的温度分布均匀。

另一方面，当动力电池模组4需要加热时，所述第二电子膨胀阀7阻止液态冷媒进入所述电池蒸发器2中，通过反接热电模块3电源的正负极，改变热电模块3内的电流流向，来交换热电模块3温差的方向来为动力电池模组4加热。

本申请实施例二提供一种电动汽车，包括本申请实施例一所述的动力电池温度控制装置。

通过以上实施例的描述可知，本申请实施例利用热电模块通电时产生温差的特性（珀耳帖效应），调控电池蒸发器与动力电池间的温差，提高电动汽车动力电池冷媒直冷时动力电池表面温度分布的均匀性。汽车行驶或者充电时，冷媒在电池蒸发器中相变吸热为动力电池提供稳定的冷端，所述热电模块通电后上下表面形成稳定的温差，温度高的一侧与电池蒸发器接触，温度低的一侧与动力电池模组壁面接触，利用珀耳帖效应为动力电池冷却。由于冷媒的相变吸热剧烈程度不易控制，控制器通过调节热电模块通电电流大小控制温差，据此调控不同区域热电模块的电流大小来精准地保持动力电池模组壁面温度分布的均匀性。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征包含于本申请的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种动力电池温度控制装置，其特征在于，包括控制器、电池蒸发器、多个热电模块和动力电池模组，所述控制器与所述热电模块电连接，所述电池蒸发器内流通有冷媒；每一热电模块的第一接触面与所述电池蒸发器接触，每一热电模块的第二接触面与所述动力电池模组接触；所述控制器用于控制多个热电模块通电或断电，所述多个热电模块至少用于在通电时将所述动力电池模组的热量转移至所述电池蒸发器以冷却所述动力电池模组。

2.根据权利要求1所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述多个热电模块均匀地设置于所述动力电池模组的接触面上。

3.根据权利要求1所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述电池蒸发器上设置冷媒流通部，所述冷媒流通部包括设置于所述电池蒸发器表面的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔之间设置一通道，所述冷媒经所述第一通孔流入所述通道并经所述第二通孔流出所述通道。

4.根据权利要求3所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述电池蒸发器上设置多个冷媒流通部。

5.根据权利要求3所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述多个热电模块沿着所述冷媒流动方向均匀地设置于所述动力电池模组的接触面上,且沿着所述冷媒流动方向，热电模块的通电电流越来越大。

6.根据权利要求3所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，还包括冷媒装置，所述冷媒装置设置有出口和入口，所述出口与所述电池蒸发器的第一通孔通过第一管道连接，所述入口与所述电池蒸发器的第二通孔通过第二管道连接，所述冷媒装置用于为所述电池蒸发器提供具有预设温度的液态冷媒，并将所述第二通孔流出的气态冷媒回收处理成具有预设温度的液态冷媒。

7.根据权利要求6所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述第一管道上设置有电子膨胀阀，所述电子膨胀阀用于控制流入所述冷媒流通部的冷媒流量。

8.根据权利要求1所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述电池蒸发器与所述热电模块第一接触面接触的部分为平整接触面，所述热电模块的第一接触面为平整面。

9.根据权利要求8所述的动力电池温度控制装置，其特征在于，所述动力电池模组与所述热电模块第二接触面接触的部分为平整接触面。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的动力电池温度控制装置。