CN213071218U - 一种新型的车用锂电池热管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型的车用锂电池热管理装置，包括电池包箱体、若干锂电池，若干锂电池置于电池包箱体内；还设有液冷装置、电子控制单元；所述液冷装置包括上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道，上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道内设有冷却液，上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道缠绕在锂电池的中间部分；所述上蛇形液冷管道上设有上蛇形液冷管道进液口、上蛇形液冷管道出液口，下蛇形液冷管道上设有下蛇形液冷管道进液口、下蛇形液冷管道出液口；且上蛇形液冷管道进液口位于下蛇形液冷管道出液口的上方；通过本实用新型，将液冷与相变冷却、热管冷却相结合，当复合相变材料发生相变时，可以通过自身巨大的潜热抑制电池的温升。

Description

一种新型的车用锂电池热管理装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型的车用锂电池热管理装置，属于车用锂电池热管理的技术领域。

背景技术

目前，汽车行业正在经历的“新四化”，即电动化、智能化、网联化、共享化。在“新四化”当中，汽车电动化显然已经成为公认的“龙头”，不仅对传统内燃机汽车形成了挑战，更是智能化、网联化与共享化的基本前提条件。然而随着电动汽车越来越普及，其带来的问题也越来越突出，电动汽车最重要的组成结构就是动力电池系统，而动力电池的工作温度会直接影响其寿命与使用性能，当单体电池工作温度过高时，会通过热传导，热对流等方式传到周围电池，使整个电池包发生热失控，造成严重的事故，所以要设计合理的冷却方案，保证电池温度维持在合理范围。

动力电池热管理的冷却方案主要有自然冷却，液冷，相变材料冷却，热管冷却。单一的冷却方案散热效果一般，而且冷却介质利用率不高，很难达到控制电池最高温度与最大温差的目的。

实用新型内容

本实用新型是针对上述问题，为解决现有的冷却方案散热效率低的问题，设计了一种新型的车用锂电池热管理装置，将液冷，相变冷却，热管冷却三者结合，同时用于对电池的散热，确保其工作温度在合理区间内。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，一种新型的车用锂电池热管理装置，包括电池包箱体、若干锂电池，若干锂电池置于电池包箱体内；其特征是，还设有液冷装置、电子控制单元；

所述液冷装置包括上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道，上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道内设有冷却液，上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道缠绕在锂电池的中间部分；所述上蛇形液冷管道上设有上蛇形液冷管道进液口、上蛇形液冷管道出液口，下蛇形液冷管道上设有下蛇形液冷管道进液口、下蛇形液冷管道出液口；且，上蛇形液冷管道进液口位于下蛇形液冷管道出液口的上方；

上蛇形液冷管道的上蛇形液冷管道进液口处设有上闸阀，下蛇形液冷管道的下蛇形液冷管道进液口处设有下闸阀；上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道外部包裹有绝缘的材料膜，且上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道不接触；

所述锂电池上固定有温度传感器，电子控制单元通过导线与温度传感器、上闸阀、下闸阀相连；

所述电池包箱体、锂电池、上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道之间间隙处均匀填充有相变材料；

所述电池包箱体内中心的锂电池四周设有4个热管，4个热管的蒸发端插在电池包箱体内中心的锂电池四周的相变材料中，热管的冷凝端伸出电池包箱体，且热管的冷凝端安装有供热管冷凝端散热的散热翅片；

还设有膨胀水箱、电子水泵、板式散热器，膨胀水箱与电子水泵相连，通过电子水泵将板式散热器冷却的水输送至膨胀水箱，电子水泵的另一端连接板式散热器，对来自于上蛇形液冷管道出液口、下蛇形液冷管道出液口的水进行降温换热。

所述电池包箱体是铝合金箱体，通过螺栓螺母紧固在电动汽车的底盘上。

所述相变材料为含有石蜡与石墨的复合相变材料。

所述热管总共有4个，4个热管呈方形阵列排布，位于电池包箱体内中心的锂电池四周；热管表面涂抹导热硅脂促进传热。

所述冷却液为水。

所述散热翅片为铜制或铝制翅片，被布置到热管的冷凝端，通过散热翅片增加热管与外界的换热面积。

所述温度传感器为K型热电偶。

所述上蛇形液冷管道、下蛇形液冷管道构成蛇形液冷管道，上蛇形液冷管道进液口、下蛇形液冷管道进液口构成蛇形液冷管道进液口，上蛇形液冷管道出液口、下蛇形液冷管道出液口构成蛇形液冷管道出液口。

本实用新型结构合理，通过本实用新型，提供的一种新型的车用锂电池热管理装置，液冷部分主要包括两个蛇形液冷管道，这两个蛇形液冷管道都缠绕在电池的中间部分，上蛇形液冷管道的冷却液入口部分正好位于下蛇形液冷管道的出口部分的上方。所述的电池包箱体是铝合金箱体。通过螺栓螺母将其紧固在电动汽车的底盘上，为保证其可靠性与安全性，应该选择强度等级高，接触电阻小，抗机械冲击与热冲击性能好的螺栓螺母。

所述的相变材料主要是由石蜡与石墨组成的复合相变材料，为了获得复合相变材料最佳的散热效果，通过实验选择好石蜡石墨最佳的配比方案。制备好的复合相变材料被均匀填充在箱体与电池的间隙。

所述的热管总共有四个，四个热管呈方形阵列排布，位于电池组中心电池的四周。热管表面涂抹导热硅脂促进传热。

所述的翅片为铜制或铝制翅片，被布置到热管的冷凝段，通过翅片增加热管与外界的换热面积。

所述的冷却液为水。

所述的蛇形液冷管道主要使用了铝合金材料，外部包裹有绝缘的材料膜。防止冷却液泄漏造成的意外事故。两个蛇形液冷管道不能接触。

所述的温度传感器选择K型热电偶，通过连接导线与电子控制单元连接。

所述的电子控制单元与控制液流通断的闸阀连接。

所述的翅片为铜翅片。

有益效果：本实用新型将液冷与相变冷却、热管冷却相结合，当复合相变材料发生相变时，可以通过自身巨大的潜热抑制电池的温升，但是当相变过程结束后，电池温度会继续上升，这个时候需要开启液冷装置，通过冷却液的流动带走热量，将相变材料恢复为固态，为第二次相变过程做准备。热管与翅片的加入则用于通过与外界的自然对流来辅助散热。

附图说明

图1是本实用新型的横向截面图。

图2是本实用新型的纵向截面图。

图3是本实用新型的侧向截面图。

图4是本实用新型中热管与翅片的布置图。

图5是本实用新型中上蛇形液冷管道的横向截面图。

图6是本实用新型中下蛇形液冷管道的横向截面图。

图7是本实用新型中液冷部分的冷却方案图。

图中：1电池包箱体、2锂电池、3相变材料、4蛇形液冷管道、5蛇形液冷管道进液口、6热管、7蛇形液冷管道出液口、8散热翅片、9温度传感器、10电子控制单元、11上闸阀、12上蛇形液冷管道进液口、13上蛇形液冷管道出液口、14下蛇形液冷管道出液口、15下蛇形液冷管道进液口、16上蛇形液冷管道、17下蛇形液冷管道、18下闸阀、19膨胀水箱、20电子水泵、21板式散热器。

具体实施方式

一种新型的车用锂电池热管理装置，包括电池包箱体1、若干锂电池2，若干锂电池2置于电池包箱体1内；还设有液冷装置、电子控制单元10；液冷装置包括上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17，上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17内设有冷却液，上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17缠绕在锂电池2的中间部分；所述上蛇形液冷管道16上设有上蛇形液冷管道进液口12、上蛇形液冷管道出液口13，下蛇形液冷管道17上设有下蛇形液冷管道进液口15、下蛇形液冷管道出液口14；且，上蛇形液冷管道进液口12位于下蛇形液冷管道出液口14的上方。

上蛇形液冷管道16的上蛇形液冷管道进液口12处设有上闸阀11下蛇形液冷管道17的下蛇形液冷管道进液口15处设有下闸阀18；上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17外部包裹有绝缘的材料膜，且上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17不接触；锂电池2上固定有温度传感器9，电子控制单元10通过导线与温度传感器9、上闸阀11、下闸阀18相连；电池包箱体1、锂电池2、上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17之间间隙处均匀填充有相变材料3；电池包箱体1内中心的锂电池2四周设有4个热管6，4个热管6的蒸发端插在电池包箱体1内中心的锂电池2四周的相变材料3中，热管6的冷凝端伸出电池包箱体1，且热管6的冷凝端安装有供热管6冷凝端散热的散热翅片8。

还设置有膨胀水箱19、电子水泵20、板式散热器21，膨胀水箱19与电子水泵20相连，通过电子水泵20将板式散热器21冷却的水输送至膨胀水箱19，电子水泵20的另一端连接板式散热器21，对来自于上蛇形液冷管道出液口13、下蛇形液冷管道出液口14的水进行降温换热。

进一步的，电池包箱体1是铝合金箱体，通过螺栓螺母紧固在电动汽车的底盘上。相变材料3为含有石蜡与石墨的复合相变材料。热管6总共有4个，4个热管呈方形阵列排布，位于电池包箱体1内中心的锂电池2四周；热管6表面涂抹导热硅脂促进传热。冷却液为水。散热翅片8为铜制或铝制翅片，被布置到热管6的冷凝端，通过散热翅片8增加热管6与外界的换热面积。温度传感器为K型热电偶。上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17构成蛇形液冷管道4，上蛇形液冷管道进液口12、下蛇形液冷管道进液口15构成蛇形液冷管道进液口5，上蛇形液冷管道出液口13、下蛇形液冷管道出液口14构成蛇形液冷管道出液口7。

下面结合附图，对本新型实施例进行说明，使本新型的技术手段，创作特征，功能目的易于理解。

设计的车用锂电池热管理系统主要包括两部分液冷部分与相变冷却部分，液冷部分主要使用了两个铝型材的蛇形液冷管道，即上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17，冷却液采用水。电池包箱体1内部有若干锂电池2，上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17缠绕在锂电池2的中间部位。

上蛇形液冷管道进液口12、上蛇形液冷管道出液口13，其流向如图5所示。

下蛇形液冷管道进液口15、下蛇形液冷管道出液口14，其流向如图6所示。

上蛇形液冷管道进液口12处设有上闸阀11，下蛇形液冷管道进液口处设有下闸阀18，上闸阀11、下闸阀18作为通断液冷装置的执行器；在上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17外部包裹有绝缘的材料膜。防止冷却液泄漏造成的意外事故。上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17不能接触。

温度传感器9为K型热电偶，固定于中心的单体锂电池2上，电子控制单元10通过导线与温度传感器9、上闸阀11、下闸阀18相连。

相变冷却部分主要是相变材料3，它被均匀的填充在锂电池2、蛇形液冷管道（上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17）、电池包箱体1之间的缝隙中。

四个热管6的蒸发端插在中心单体锂电池2的四周的相变材料中，冷凝端伸出电池包箱体1，并且将散热翅片8安装到热管6冷凝端散热。

膨胀水箱19与电子水泵20相连，通过水泵将板式散热器冷却的水输送至膨胀水箱，电子水泵的另一端连接板式散热器，该装置主要对来自于出液口的水进行降温换热。

在环境温度正常，放电倍率较低的工况下，锂电池2的温度会保持在合理的范围内，而且各单体锂电池之间的温差较小，此时液冷部分与相变冷却部分都不起作用。

随着环境温度的升高，锂电池的放电倍率的增大，锂电池的温度会急剧上升，K型热电偶作为温度传感器将锂电池温度转化为电信号传给ECU。当锂电池温度达到了相变材料的熔点时，相变材料会发生相变，并且利用自身潜热抑制锂电池温升。与此同时热管冷凝端的散热翅片8与外部空气进行自然对流散热，给锂电池降温。

当相变材料全部熔化时，将不再对锂电池继续散热，这时，锂电池的温度会继续升高，当达到了ECU设定的记忆温度时，ECU发出指令，开启上闸阀11、下闸阀18，液冷部分开始工作，通过上蛇形液冷管道16、下蛇形液冷管道17的双向流动，不仅可以给复合相变材料，锂电池快速降温，还能够缩小各锂电池之间的温差。此时相变材料又恢复为固态，可以进行下一次相变冷却。

蛇形液冷管道出液口（上蛇形液冷管道出液口13、下蛇形液冷管道出液口14）的水由于带走了相变材料与锂电池的热量，温度将会升高，通过板式散热器对水进行散热降温，然后电子水泵将水输送至膨胀水箱，以便再次使用。

Claims (7)

1.一种新型的车用锂电池热管理装置，包括电池包箱体（1）、若干锂电池（2），若干锂电池（2）置于电池包箱体（1）内；其特征是，还设有液冷装置、电子控制单元（10）；

所述液冷装置包括上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17），上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17）内设有冷却液，上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17）缠绕在锂电池（2）的中间部分；所述上蛇形液冷管道（16）上设有上蛇形液冷管道进液口（12）、上蛇形液冷管道出液口（13），下蛇形液冷管道（17）上设有下蛇形液冷管道进液口（15）、下蛇形液冷管道出液口（14）；且，上蛇形液冷管道进液口（12）位于下蛇形液冷管道出液口（14）的上方；

上蛇形液冷管道（16）的上蛇形液冷管道进液口（12）处设有上闸阀（11），下蛇形液冷管道（17）的下蛇形液冷管道进液口（15）处设有下闸阀（18）；上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17）外部包裹有绝缘的材料膜，且上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17）不接触；

所述锂电池（2）上固定有温度传感器（9），电子控制单元（10）通过导线与温度传感器（9）、上闸阀（11）、下闸阀（18）相连；

所述电池包箱体（1）、锂电池（2）、上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17）之间间隙处均匀填充有相变材料（3）；

所述电池包箱体（1）内中心的锂电池（2）四周设有4个热管（6），4个热管（6）的蒸发端插在电池包箱体（1）内中心的锂电池（2）四周的相变材料（3）中，热管（6）的冷凝端伸出电池包箱体（1），且热管（6）的冷凝端安装有供热管（6）冷凝端散热的散热翅片（8）；

还设有膨胀水箱（19）、电子水泵（20）、板式散热器（21），膨胀水箱（19）与电子水泵（20）相连，通过电子水泵（20）将板式散热器（21）冷却的水输送至膨胀水箱（19），电子水泵（20）的另一端连接板式散热器（21），对来自于上蛇形液冷管道出液口（13）、下蛇形液冷管道出液口（14）的水进行降温换热。

2.根据权利要求1所述的一种新型的车用锂电池热管理装置，其特征是，所述电池包箱体（1）是铝合金箱体，通过螺栓螺母紧固在电动汽车的底盘上。

3.根据权利要求1所述的一种新型的车用锂电池热管理装置，其特征是，所述热管（6）总共有4个，4个热管呈方形阵列排布，位于电池包箱体（1）内中心的锂电池（2）四周；热管（6）表面涂抹导热硅脂促进传热。

4.根据权利要求1所述的一种新型的车用锂电池热管理装置，其特征是，所述冷却液为水。

5.根据权利要求1所述的一种新型的车用锂电池热管理装置，其特征是，所述散热翅片（8）为铜制或铝制翅片，被布置到热管（6）的冷凝端，通过散热翅片（8）增加热管（6）与外界的换热面积。

6.根据权利要求1所述的一种新型的车用锂电池热管理装置，其特征是，所述温度传感器为K型热电偶。

7.根据权利要求1所述的一种新型的车用锂电池热管理装置，其特征是，所述上蛇形液冷管道（16）、下蛇形液冷管道（17）构成蛇形液冷管道（4），上蛇形液冷管道进液口（12）、下蛇形液冷管道进液口（15）构成蛇形液冷管道进液口（5），上蛇形液冷管道出液口（13）、下蛇形液冷管道出液口（14）构成蛇形液冷管道出液口（7）。

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