CN212461818U - 基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，包括单体电池、热管、外部散热板、远程传热热管、远程液体冷却板和热管冷却板；热管冷却板主要由热管和外部散热板组成；单体电池之间设有热管，热管焊接在外部散热板上，热管在与外部散热板的连接处设置弯折区；外部散热板通过远程传热热管连接至远程液体冷却板。本实用新型的有益效果是：本实用新型基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统对于单体电池和电池组均具有良好的热均匀性，能够提高蓄电池寿命和纯电动车运行范围；本实用新型基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统将热量传递到远程液体冷却板，防止水冷系统中的液体进入电池外壳，能够提高热管理系统的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种纯电动车用蓄电池冷却系统，具体涉及一种基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统。
背景技术
纯电动汽车蓄电池系统的热管理对于保持储能能力、行驶里程、电池寿命和系统安全至关重要。目前常用的棱柱形蓄电池模块，包含若干个PHEV-2格式的棱形单元，这些单元在终端处连接，并受到机械支撑的约束。在常规布局中，蓄电池外壳必须相互电绝缘，以防止短路。棱柱形电池通过汇流条在其端子处进行电气连接，电池底部的接口也必须保持电气绝缘，典型热管理系统利用铝冷却板，并需要热接口薄膜、衬垫或间隙填料。单体电池之间的额外热传递通过汇流条进行，汇流条连接到电池终端，同时电池终端连接到铝和铜密集型“胶状棍”。由于蓄电池和冷却板的制造差异和电气绝缘的要求，热接口的制造十分复杂，热效率不高，但这是热管理系统的主要传热途径。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决纯电动车用蓄电池冷却系统中热接口设计复杂，热传递效率不高等缺点，提供一种基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，单体电池之间设置热管冷却板，使热量从电池模块传输到远程液体冷却板，实验测试热负荷高达400W。
这种基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，包括单体电池、热管、外部散热板、远程传热热管、远程液体冷却板和热管冷却板；热管冷却板主要由热管和外部散热板组成；单体电池之间设有热管，热管焊接在外部散热板上，热管在与外部散热板的连接处设置弯折区；外部散热板通过远程传热热管连接至远程液体冷却板。
作为优选：热管嵌入在铜板中，热管的弯折区为弧形结构。
作为优选：外部散热板主要由第一散热板和第二散热板组成，第一散热板和第二散热板均由若干个热管冷凝器组成。
作为优选：热管冷却板外端设有底板。
作为优选：若干个单体电池组成电池组模块。
作为优选：远程液体冷却板设有进水口和出水口。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统对于单体电池和电池组均具有良好的热均匀性，能够提高蓄电池寿命和纯电动车运行范围。
2、本实用新型基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统将热量传递到远程液体冷却板，防止水冷系统中的液体进入电池外壳，能够提高热管理系统的安全性。
3、本实用新型基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统的每个单体电池使用一个或两个缩小尺寸的冷却板，代替单个大尺寸的冷却板，结构简单合理，同时降低远程液体冷却板中冷却液的泵送功率。
附图说明
图1为基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统平面图；
图2为基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统立面图；
图3为热管冷却板示意图(其中图a为热管冷却板立面图，图b为热管冷却板侧面图)；
图4为外部散热板示意图；
图5为基于热管的蓄电池冷却系统热阻网络示意图。
附图标记说明：单体电池1、底板2、热管3、外部散热板4、弯折区5、远程传热热管6、远程液体冷却板7、铜板8、热管冷凝器9、第一散热板10、第二散热板11、热管冷却板12。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
实施例一
本申请实施例一提供一种基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，包括单体电池1、热管3、外部散热板4、远程传热热管6、远程液体冷却板7和热管冷却板12；热管冷却板12主要由热管3和外部散热板4组成；单体电池1之间设有热管3，热管3焊接在外部散热板4上，热管3在与外部散热板4的连接处设置弯折区5；外部散热板4通过远程传热热管6连接至远程液体冷却板7。
1、总体设计
本实用新型基于热管部分的二相分析和冷却板部分的单相分析，对整个冷却系统进行硬件设计和模型建立，详细阐述系统的结构和评估方法。利用8个单体电池模拟电池组进行的受控实验，实验测试该系统能够成功地从每个单体电池释放50W热负荷，同时使用入口温度为25℃、流速为1升/分钟的水冷却剂，将温度保持在给定的55℃门限值以下。如图1、2所示，所述基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统包括三个模块：
(1)抽热模块：用于电池模块热控制。由热管3和外部散热板4组成热管冷却板12(HPCP)，以保持电池温度均匀，并将电池间的热量传递到远程传热热管6。
(2)传热模块：用于将热量从电池组模块传递到远程液体冷却板7。由8个远程传热热管6(RHE-HP)组成，用于将热量从外部散热板4传递到远程液体冷却板7(2片)。设计8个远程传热热管6，有助于将电池组热量从热管冷却板12转移到传热距离为300mm的远程液体冷却板7。
(3)散热模块：用于整个热管系统的热控制。由远程液体冷却板7组成，用于将热量从电池模块和相关电子设备传递到冷却液，冷却液将热量散发到整个热管理系统(例如散热器单元或二次制冷剂回路)。
2、热管冷却板结构设计
如图3a所示，每块热管冷却板12由2毫米厚的铜板8制作而成，面积为91×148毫米，并嵌入4个直径为6毫米的热管3，热管平整至1.2毫米厚度，在外部散热板4处热管3弯曲90°(弯折区)，并焊接到外部散热板4上。如图3b所示，弯折区设计直径为8毫米，长度为572毫米，厚度2毫米，弯曲成弧形。
3、外部散热板结构设计
本实用新型解决热管供热的均匀性问题，并在有限面积上容纳所有热管。由于160×268平方毫米散热板的面积有限，每根热管冷凝器9长度限制在40毫米，这对热管装置的性能至关重要。外部散热板4由两部分组成(第一散热板10和第二散热板11)，每部分由4个交替的热管冷凝器9组成，总长度为160毫米。如图4所示。
4、基于热管的冷却系统工作原理
(1)热流回路通过热管3、外部散热板4和远程传热热管6从蓄电池到远程液体冷却板7。蓄电池通过化学反应和焦耳加热产生热量，并从电池模块传递到HPCP。HPCP将热量从电池传递到第一散热板10，这有助于将HPCP与RHE-HP相结合。
(2)热量从第一散热板10经过RHE-HPS远程传输到第二散热板11，再到远程液体冷却板7。冷却水通过远程液体冷却板7的微通道，进行强制对流传热。该过程中，水被用作冷却液，因为它具有较高的传热系数和优越的热性能(高潜热、高导热性)。
实施例二
本申请实施例二提供一种基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统的电阻计算方法，如图5所示，分为四种热阻元件：界面电阻、扩散电阻、热管热阻和冷却板强制对流电阻。假设单体电池总热量为50W。
(1)界面/接口电阻Ri：
传输元件连接处的温降取决于接口类型(焊料、热糊)、接口质量(平整度、接触压力)、接口间隙gi和接触面积Si。公式1计算界面/接口电阻Ri，其中ki为界面材料的热导率。
(2)扩散电阻Rs
若接触部件具有相同的接触面积，则所涉及的扩散阻力最小，传热为一维，扩散电阻可以忽略不计；若接触部件具有不同的接触面积，扩散电阻计算公式为：
式中，ks为扩散热导率，Ss为涉及热扩散部件的接触面积。
(3)热管热阻Rhp
热管的热阻值来自蒸发过程和冷凝过程，电阻值计算公式为：
式中，hev和hcd分别为蒸发过程和冷凝过程的传热系数，Sev和Scd分别为蒸发器和冷凝器面积。传热系数可以通过热管部件级测试得到。
(4)冷却板强制对流热阻Rcp
冷却板底部对冷却剂的强制对流阻力取决于冷板对流换热系数hcp和有效交换热面积Scp，计算公式为：
强制对流换热系数hcp取决于微通道尺寸(纵横比、间距、厚度)、冷却液流动条件(流量配置、速度)、冷却液特性，并可从努塞尔相关性计算得出。
现有的蓄电池冷却系统，冷却板位于电池底部，对于每个电池产生的50W废热，从电池中间到底部的总温差为18.7℃。本实用新型设计基于热管的冷却系统，在相同热负荷条件下，从电池表面到第一散热板的温差为5.27℃，是现有系统的1/3。
Claims (6)
1.一种基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，其特征在于：包括单体电池(1)、热管(3)、外部散热板(4)、远程传热热管(6)、远程液体冷却板(7)和热管冷却板(12)；热管冷却板(12)主要由热管(3)和外部散热板(4)组成；单体电池(1)之间设有热管(3)，热管(3)焊接在外部散热板(4)上，热管(3)在与外部散热板(4)的连接处设置弯折区(5)；外部散热板(4)通过远程传热热管(6)连接至远程液体冷却板(7)。
2.根据权利要求1所述的基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，其特征在于：热管(3)嵌入在铜板(8)中，热管(3)的弯折区(5)为弧形结构。
3.根据权利要求1所述的基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，其特征在于：外部散热板(4)主要由第一散热板(10)和第二散热板(11)组成，第一散热板(10)和第二散热板(11)均由若干个热管冷凝器(9)组成。
4.根据权利要求1所述的基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，其特征在于：热管冷却板(12)外端设有底板(2)。
5.根据权利要求1所述的基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，其特征在于：若干个单体电池(1)组成电池组模块。
6.根据权利要求1所述的基于热管的纯电动汽车蓄电池冷却系统，其特征在于：远程液体冷却板(7)设有进水口和出水口。
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2020
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