CN217214877U - 一种基于热电致冷片的风冷电池包总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于热电致冷片的风冷电池包总成。其包括电池箱体、设置在所述电池箱体内的多个电池模组、风冷模块、热电致冷模块和导热体，将热电致冷模块设置在电池箱体内，导热体设置在热电致冷模块和电池模组之间，导热体将电池模组的发热量直接传导到热电致冷模块上实现电池模组冷却，有效地稳定电池模组的温度，使得电池模组在合适的温度下工作，提高了电池模组的工作效率和使用寿命；风冷模块提供强制风冷对流传热，热电致冷模块提高总传热温差，并加大空气侧传热面积，提高了电池模组单位面积的散热功率；而且其结构简单，运行维护成本低，安全可靠，大大提高了可应用风冷的动力电池的能量密度上限，具有低耗节能和应用广等优点。

Description

一种基于热电致冷片的风冷电池包总成

技术领域

本实用新型涉及汽车电池热管理技术领域，尤其涉及一种基于热电致冷片的风冷电池包总成。

背景技术

目前汽车动力电池热管理的实现方式，一般分为风冷，液冷和直冷三种类型，其中风冷由于环境空气与电池目标工作温度间的温差有限，散热量有限，主要应用于低功率的车型。可是随着动力电池能量密度的提高，单位面积的散热功率也越来越高，风冷冷却虽然有结构简单，低耗节能的优点，但已不能适应单位面积高散热功率的需求。如要解决以上风冷的痛点，必须提高风冷冷却的传热温差和单位体积下的换热面积，从而将风冷的散热功率提升到液冷和直冷的水平，同时保留风冷布置方便，自集成程度高的优点。市面上风冷电池也已经出现带换热板翅的形式的风道，但是由于传热温差的限制，增加空气侧换热面积的效用边际下降严重，也不适合大量增加换热板翅。如要最大限度发挥风道空间内板翅的效用，需要同时提高传热温差，普遍的做法是，不直接使用环境空气进行冷却，而是使用经空调降温后的冷空气对电池进行冷却，但增加的空调空气回路造成系统复杂，成本上升等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种基于热电致冷片的风冷电池包总成，通过热电效应在保证电池工作在常规安全目标温度的同时，提高了环境空气与散热模块间的传热温差和换热面积，可直接通过风冷一次冷却的方式，实现单位体积内高功率的散热，避免了多次/多级换热过程中，传热通道上热阻的增加和温压的分摊消耗，保证了热流的密度。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于热电致冷片的风冷电池包总成，电池包包括电池箱体、设置在所述电池箱体内的多个电池模组，风冷模块、热电致冷模块和导热体，所述热电致冷模块设置在所述电池箱体内，所述导热体设置在所述热电致冷模块和所述电池模组之间，且其均与所述热电致冷模块和所述电池模组相接触，所述风冷模块设置在所述电池箱体外，且其风口与所述电池箱体的内部连通。

进一步的，所述热电致冷模块包括多个热电致冷片，若干个所述热电制冷片相互独立设置。

进一步的，所述风冷模块包括风机，所述电池箱体内设置有多个空气通道，多个所述空气通道与所述风机的风口相连通。

进一步的，多个所述空气通道相互独立，每一所述空气通道的两端均设置有风门，使每一所述空气通道于导通状态和封闭状态之间进行切换。

进一步的，所述热电致冷模块还包括多个翅片，所述翅片设置在所述热电致冷片上并插入在与之对应的空气通道中，使该空气通道被隔设成多个子空气通道。

进一步的，至少两个所述翅片插入所述空气通道的深度不同。

进一步的，所述热电致冷片包括电池端绝缘片、半导体芯片和空气测绝缘片，所述半导体芯片设置在所述电池端绝缘片和所述空气测绝缘片之间，所述电池端绝缘片与所述导热体固定连接，所述空气测绝缘片与所述翅片固定连接。

进一步的，用于检测所述多个电池模组不同区域温度的电池温度传感器；用于检测环境温度的环境温度传感器；以及控制器，所述控制器分别与所述热电致冷模块的电极反转装置、所述环境温度传感器、所述风机、每一所述热电致冷片、每一所述风门、每一所述电池温度传感器连接。

进一步的，用于检测每一所述空气通道温度的风道温度传感器；所述控制器分别与每一所述风道温度传感器连接。

进一步的，所述电池模组设有加热膜，所述控制器与所述加热膜连接。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本实用新型的一种基于热电致冷片的风冷电池包总成，其包括电池箱体、设置在电池箱体内的多个电池模组、风冷模块、热电致冷模块和导热体，通过将热电致冷模块设置在电池箱体内，导热体设置在热电致冷模块和电池模组之间，导热体设置在热电致冷模块和电池模组之间，导热体将电池模组的发热量直接传导到热电致冷模块上实现电池模组冷却，有效地稳定电池模组的温度，使得电池模组在合适的温度下工作，提高了电池模组的工作效率和使用寿命；风冷模块提供强制风冷对流传热，热电致冷模块提高总传热温差，并加大空气侧传热面积，提高了电池模组单位面积的散热功率；

(2)本实用新型的风冷电池包总成结构简单，运行维护成本低，安全可靠，能够快速实现电池模组冷却和加热，大大提高了可应用风冷的动力电池的能量密度上限，具有低耗节能和应用广等优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于热电致冷片的风冷电池包总成结构示意图；

图2为图1所示风冷电池包总成的热电致冷片布置剖面示意图；

图3为图1所示风冷电池包总成结构示意图的俯视剖面图；

图4为图1所示风冷电池包总成结构示意图的左视剖面图；

图5为图1所示风冷电池包总成结构示意图的局部剖面示意图；

图6为本实用新型的风冷电池包总成的控制器系统示意图。

图例说明：

1、电池箱体；2、风冷模块；21、风机；22、空气通道；221、风门；3、热电致冷模块；31、热电致冷片；311、电池端绝缘片；312、半导体芯片；313、空气测绝缘片；32、翅片；4、电池模组；5、导热体。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

一种基于热电致冷片的风冷电池包总成，电池包包括电池箱体1、设置在所述电池箱体1内的多个电池模组4、风冷模块2、热电致冷模块3和导热体5，热电致冷模块3设置在电池箱体1内，导热体5设置在热电致冷模块3和电池模组4之间，且其均与热电致冷模块3和电池模组4相接触，风冷模块2设置在电池箱体1外，且其风口与电池箱体1的内部连通。通过将热电致冷模块设置在电池箱体内，导热体设置在热电致冷模块和电池模组之间，导热体将电池模组的发热量直接传导到热电致冷模块上实现电池模组冷却，有效地稳定电池模组的温度，使得电池模组在合适的温度下工作，提高了电池模组的工作效率和使用寿命；风冷模块提供强制风冷对流传热，热电致冷模块提高总传热温差，并加大空气侧传热面积，提高了电池模组单位面积的散热功率。而且该风冷电池包总成结构简单，运行维护成本低，安全可靠，通过提高总传热温差，加大空气侧传热面积等，大大提高了可应用风冷的动力电池的能量密度上限，提高了电池模组单位面积的散热功率，具有低耗节能和应用广等优点。

如图1所示，为了合理利用汽车空间，减小动力电池包的体积，可以将热电致冷模块3设置在电池模组4的底部。

导热体5的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，导热体5的外表面上设置有导热硅脂涂层，有利于热传递提高散热效率。

热电致冷模块3的结构有多种，在这里不做限定。如图2所示，为了提高热电效应促进散热，在本实施例中，热电致冷模块3可以包括多个热电致冷片31，若干个所述热电制冷片相互独立设置。热电致冷片31与导热体5相接触，电池模组4运行中产生的热量透过导热体5传导到热电致冷片31上。

风冷模块2的结构有多种，在这里不做限定，为了提高电池模组单位面积的散热功率，在本实施例中，风冷模块2可以包括风机21，电池箱体1内设置有多个空气通道22，多个空气通道22与风机21的风口相连通。空气通道22是分隔独立并行的，有利于控制调节和实现各风道的风量分配比例，也有利于精细控制电池模组4各区域温度，有效降低不必要的能耗，提高系统节能性。

如图3所示，为了实现风冷对流传热，在本实施例中，多个所述空气通道22相互独立，可以在空气通道22的两端设置风门221，其中一个风门221与风机21的风口相连通。

为了提高总传热温差，加大空气侧传热面积，在本实施例中，所述热电致冷模块3还可以包括还包括多个翅片32，翅片32可以设置在热电致冷片31上并插入在与之对应的空气通道22中，使该空气通道22被隔设成多个子空气通道。使得冷/热量以更高的温压从热电致冷片31外表面向外传导到散热翅片32上，翅片32在空气通道22的强制对流传热作用下，最终把电池模组4的冷/热量排放到空气中。

如图4所示，为了匹配电池模4并提高热传递效率，至少两个翅片32插入空气通道22的深度不同。

热电致冷片31的结构有多种，在这里不做限定，为了提高传热效率和实现电池模组4的冷却和加热，在本实施例中，如图5所示，热电致冷片31包括电池端绝缘片311、半导体芯片312和空气测绝缘片313，半导体芯片312设置在电池端绝缘片311和空气测绝缘片313之间，电池端绝缘片311与导热体5固定连接，空气测绝缘片313与翅片32固定连接。

如图6所示，本实用新型的风冷电池包总成还包括用于检测所述多个电池模组不同区域温度的电池温度传感器；用于检测环境温度的环境温度传感器；以及控制器，控制器分别与热电致冷模块的电极反转装置、环境温度传感器、风机、每一热电致冷片、每一风门、每一电池温度传感器连接。

用于检测每一所述空气通道22温度的风道温度传感器；所述控制器分别与每一所述风道温度传感器连接。

为了实现均温加热效果，电池模组4设有加热膜，控制器与加热膜连接。

优选的，本实用新型还公开了一种基于本热电致冷片的风冷电池包总成的热管理方法，具体如下：

当环境温度传感器检测到环境温度相对较低且处于第一环境阈值和第二环境阈值之间时，如环境温度在0-20℃之间，可不开启热电致冷片31，当电池温度大于第一降温阈值时，仅打开进出风门进行自然冷却。

当电池模组4的温度大于第二降温阈值时，同时开启风机21进行强制风冷，直接依靠电池模组4与环境空气的温差进行散热。在具体实施例中，可标定风冷电池包总成在不同温差和风量档位下的散热量参数Q散，并通过计算现有用电功率下的发热量Q发，如果Q发≤Q散max，则不用开启热电致冷片31。

只有当Q发＞Q散max时，才需要热电致冷片31介入提供更高的传热温差。

当环境温度传感器检测到环境温度高于第二环境阈值时，如环境温度在20℃及以上，电池模组4的目标工作温度极端工况下甚至低于环境空气温度，热量无法散出，此时Q发＞Q散max，需要依靠热电致冷片31冷端从相对低温的电池模组4吸热，通过热电制冷效应，在热端产生高于环境空气的温度，将热量排放到冷却空气中。具体给热电致冷片31的供电功率，可令Q发＝Q散，倒推出所需的温差(热端与环境空气之间的温差)，即可控制供电功率使热端达到目标的温度。

本申请的热电致冷片31不是单片一体的，而是由一定数量的致冷片拼铺在一起，同时对电池电芯一个或者多个侧面进行降温，基于热电致冷片31的特性，电池模组4局部的散热量是独立实时可调的，仅需控制供给各致冷片的功率，就可以方便的控制各致冷片区域的换热量，从而分区独立控制各电池包的温度，可以实现电池模组内部温度的均匀性，这是传统形式的热管理系统所不具备的优势。而且，空气通道22也是分隔独立并行的，可分别控制各空气通道22的风门221的开闭和具体开度，实现各空气通道22的风量分配比例的控制调节，也有利于精细控制电池各区域温度，且配合鼓风机总档位的控制，有利于降低不必要的能耗，提高系统节能性。

热电致冷片31不仅可以实现电池模组4的冷却，也可以对电池模组4进行加热，当环境温度低与第一环境阈值时，如环境温度在0℃及以下，热电致冷片31的电极反转装置翻转后，热电致冷片31的冷热端也会互换，此时与低温空气接触的是冷端，冷端从低温空气中吸热，通过热电效应将热量传递到热端，同时制冷片通电过程中自发热，这部分热量也会传递到热端，热端再通过产生的高温将全部热量传递给温度高于空气但低于致冷片热端的电池包，从而实现利用低温空气为相对高温的电池加热的目的，且加热效率高于一般的PTC加热。

若要实现零下环境下的电池快速加热，可使用多级致冷片，实现低温空气源热泵的功能，也可增加加热膜作为低温工况下的辅助加热元件。

当电池需要保温时，则关闭热电致冷模块3和风冷模块2，同时关闭空气通道的风门，避免热量损失。带加热膜辅助加热的，如在保温模式下，优先开启制冷片加热，来弥补长时间积累的漏热损失。同时均温过程中，可以针对独立风道的具体情况，进行单独的热管理控制操作。

对于中间风道的电池如果电池温度还高，则进行通风降温，对于次外侧风道的电池，温度已进入保温区间，则关闭风门，进行保温，对于外侧风道的电池，往往由于漏热量大，需要加热，则可以在关闭风道的情况下直接利用致冷片进行加热。

只有当风道内空气低于环境温度某一阈值后，才打开风门进行换气。具体使用哪种加热模式，根据电池的具体情况确定，如电池整体温度一致性较好时，可使用加热膜加热，如果电池模组4内部各电芯温度一致性较差时，则启动致冷片进行局部加热。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于热电致冷片的风冷电池包总成，电池包包括电池箱体(1)和设置在所述电池箱体(1)内的多个电池模组(4)，其特征在于：包括风冷模块(2)、热电致冷模块(3)和导热体(5)，所述热电致冷模块(3)设置在所述电池箱体(1)内，所述导热体(5)设置在所述热电致冷模块(3)和所述电池模组(4)之间，且其均与所述热电致冷模块(3)和所述电池模组(4)相接触，所述风冷模块(2)设置在所述电池箱体(1)外，且其风口与所述电池箱体(1)的内部连通。

2.如权利要求1所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：所述热电致冷模块(3)包括多个热电致冷片(31)，若干个所述热电致冷片(31)相互独立设置。

3.如权利要求1或2所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：所述风冷模块(2)包括风机(21)，所述电池箱体(1)内设置有多个空气通道(22)，多个所述空气通道(22)与所述风机(21)的风口相连通。

4.如权利要求3所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：多个所述空气通道(22)相互独立，每一所述空气通道(22)的两端均设置有风门(221)，使每一所述空气通道(22)于导通状态和封闭状态之间进行切换。

5.如权利要求4所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：所述热电致冷模块(3)还包括多个翅片(32)，所述翅片(32)设置在所述热电致冷片(31)上并插入在与之对应的空气通道(22)中，使该空气通道(22)被隔设成多个子空气通道。

6.如权利要求5所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：至少两个所述翅片(32)插入所述空气通道(22)的深度不同。

7.如权利要求5所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：所述热电致冷片(31)包括电池端绝缘片(311)、半导体芯片(312)和空气测绝缘片(313)，所述半导体芯片(312)设置在所述电池端绝缘片(311)和所述空气测绝缘片(313)之间，所述电池端绝缘片(311)与所述导热体(5)固定连接，所述空气测绝缘片(313)与所述翅片(32)固定连接。

8.如权利要求4-7任意一项所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于，还包括：用于检测所述多个电池模组(4)不同区域温度的电池温度传感器；用于检测环境温度的环境温度传感器；以及控制器，所述控制器分别与所述热电致冷模块(3)的电极反转装置、所述环境温度传感器、所述风机(21)、每一所述热电致冷片(31)、每一所述风门(221)、每一所述电池温度传感器连接。

9.如权利要求8所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：还包括：用于检测每一所述空气通道(22)温度的风道温度传感器；所述控制器分别与每一所述风道温度传感器连接。

10.如权利要求9所述的基于热电致冷片的风冷电池包总成，其特征在于：所述电池模组(4)设有加热膜，所述控制器与所述加热膜连接。

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