CN220602278U - 一种基于相变材料的电驱余热利用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于相变材料的电驱余热利用装置。该装置包括：密闭容器，该密闭容器贯穿设置有一冷管以及一热管；相变材料，该相变材料填充于该密闭容器，并包裹冷管以及热管的管道外壁面，且所述相变材料的体积小于该密闭容器体积。本实用新型基于相变材料储能密度高的优点，利用相变材料将电驱动总成在运行过程中产生的热量储存，然后再通过换热管路将热量释放给动力电池热管理系统，利用电驱余热来加热动力电池，从而在低温环境下，也能让动力电池在适宜温度下工作运行。本实用新型利用相变材料可以避免在低温环境下，因使用PTC加热来维持动力电池运行的适宜环境温度而带来的较大的能量损失。
Description
技术领域
本实用新型涉及电驱余热利用技术领域，尤其涉及一种基于相变材料的电驱余热利用装置。
背景技术
近几年，新能源汽车在全世界范围内蓬勃发展，新能源汽车持有量逐年提升，其的核心分别为电控、驱动电机以及动力电池。动力电池作为新能源汽车的驱动动力源，动力电池对于环境温度要求很高，通常动力电池的工作环境温度以20℃—35℃最为适宜。故新能源汽车在中低纬度地区的续航表现要优于其在高纬度地区的续航表现，在低温环境(低于零下10℃)下，新能源汽车尤其是BEV(纯电)其电池性能衰减严重，动力电池的容量和工作电压均会明显降低。
主机厂通常会增加一套动力电池的主动加热系统，即采用PTC(电阻丝加热)的方式来对低温环境下的动力电池加热，给电池人为创造一个适宜的工作环境。这样做的缺点在于电阻丝加热功率大，PTC加热器运行能耗高，从而较大程度地影响到整车在低温环境下的续航表现。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种基于相变材料的电驱余热利用装置，能够利用相变材料将电驱动总成在运行过程中产生的热量储存，然后再通过换热管路将热量释放给动力电池热管理系统，利用电驱余热来加热动力电池，从而在低温环境下，也能让动力电池在适宜温度下工作运行。
根据本实用新型的一个方面，提供一种基于相变材料的电驱余热利用装置，该装置包括：
密闭容器，该密闭容器贯穿设置有一冷管以及一热管；
相变材料，该相变材料填充于该密闭容器，并包裹冷管以及热管的管道外壁面，且所述相变材料的体积小于该密闭容器体积。
在上述技术方案中，涉及油冷三合一电驱总成系统中控制器采用水冷散热，冷却水通常为50％乙二醇溶液，电控中功率模块以及其他电子元件产生的热由冷却水带走。冷却水先流经控制器散热器，再流入油冷器。电机侧与减速器共腔体，采用油冷散热，减速箱油将电机与减速器运转过程中产生的热量带走，经由油冷器换热过程，将热量传递给冷却水。油冷器冷却水出口与本装置的热管进口连接，本装置的热管出口与车载散热系统连接。本装置的冷管进口与动力电池热管理系统的冷却水系统出口相连接，本装置的冷管出口与动力电池热管理系统的冷却水系统进口相连接。高温冷却介质经本装置的热管进口进入本装置内，通过热传导，高温冷却介质的热量传递给相变材料，相变材料相变储热，然后再将储存的热量通过热传导以及对流换热过程传递给冷管中来自动力电池侧的循环冷却介质，实现对循环冷却介质的加热，降低低温环境对动力电池工作稳定性的不良影响。
在一些实施例中，还包括：
模块上盖，以及，
模块壳体，该模块壳体为一面开放的半封闭腔体，该模块上盖与该模块壳体的开放端相配合形成所述密闭容器。
在上述技术方案中，通过可拆卸的方案便于更换不同相变性质的相变材料，有助于该装置满足不同的蓄热需求。
在一些实施例中，所述模块上盖与所述模块壳体接驳处还设置有密封圈。
在上述技术方案中，这样设置的目的在于避免相变材料吸收热量，由固态转化为液态时发生泄漏。
在一些实施例中，还包括：
一腔体，该腔体内部形成所述密闭容器。
在上述技术方案中，腔体内部自然形成密闭容器，避免相变材料吸收热量，由固态转化为液态时发生泄漏。
在一些实施例中，所述相变材料的体积为该密闭容器体积的40％-90％。
在上述技术方案中，相变材料填充于密闭容器内，但并不将密闭容器完全填充满，这样做是为了给相变材料吸热发生相变时体积发生变化预留出空间。
在一些实施例中，所述冷管以及所述热管为曲型管道，且两管道的曲型部分设置于所述密闭容器内部，
或，
所述冷管以及所述热管为直型管道。
在上述技术方案中，曲型管道设置的目的是提高管道与相变材料的接触面积，提高蓄热效率，而直型管道便于加工。
在一些实施例中，所述相变材料的相变温度的上限低于所述热管进口的温度，
或，
所述相变材料的相变温度范围的上限为所述热管进口的温度的105％-120％。
在上述技术方案中，相变材料的选择原则在于材料的相变温度要低于油冷器出口水温，以此来保证相变能够顺利进行。但由于不是所有的相变材料都可满足该种设定，因此可选的相变材料的相变温度范围的上限为所述热管进口的温度的105％-120％。相变材料可根据具体的应用场景进行合成，现在的材料合成技术完全可行，此类的高温相变材料例如金属泡沫/无机盐相变复合材料以及石墨泡沫/无机盐相变复合材料。
在一些实施例中，所述相变材料常温下在密闭容器内呈固态，并伴随温度上升变为液态。
在上述技术方案中，常温下呈固态可以确保装置在运输过程中不会因为外力导致其从密闭容器内泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型基于相变材料的电驱余热利用装置实施例的结构示意图之一；
图2是本实用新型基于相变材料的电驱余热利用装置实施例的结构示意图之二；
图3是本实用新型基于相变材料的电驱余热利用装置实施例的热量传输示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本实用新型，但不对本实用新型的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本实用新型的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种基于相变材料的电驱余热利用装置，能够利用相变材料将电驱动总成在运行过程中产生的热量储存，然后再通过换热管路将热量释放给动力电池热管理系统，利用电驱余热来加热动力电池，从而在低温环境下，也能让动力电池在适宜温度下工作运行。
实施例
请参阅图1、图2，一种基于相变材料的电驱余热利用装置，该装置包括：
密闭容器，该密闭容器贯穿设置有一冷管以及一热管；该冷观包括冷管进口3以及冷管出口4，该热管包括热管进口5以及热管出口6。
在本实施例中，组成该密闭容器的器具包括：模块上盖1，以及，模块壳体2，该模块壳体2为一面开放的半封闭腔体，该模块上盖1与该模块壳体2的开放端相配合形成所述密闭容器。通过可拆卸的方案便于更换不同相变性质的相变材料，有助于该装置满足不同的蓄热需求。
在本实施例中，所述模块上盖1与模块壳体接驳处还设置有密封圈。这样设置的目的在于避免相变材料吸收热量，由固态转化为液态时发生泄漏。
在本实施例中，作为一种可选方案，组成该密闭容器的器具还可以是一腔体，该腔体内部形成密闭容器(图中未绘出)。腔体内部自然形成密闭容器，避免相变材料吸收热量，由固态转化为液态时发生泄漏。需要注意的是，这种封闭式腔体内藏管道以及相变材料的加工方法有很多，例如，利用半封闭腔体先将相变材料以及管道设置于腔体内部，再通过焊接的方式来将半封闭腔体封闭形成封闭腔体。
相变材料7，该相变材料7填充于该密闭容器，并包裹冷管以及热管的管道外壁面，且所述相变材料的体积小于该密闭容器体积。
在本实施例中，所述相变材料7的体积为该密闭容器体积的40％-90％。相变材料填充于密闭容器内，但并不将密闭容器完全填充满，这样做是为了给相变材料吸热发生相变时体积发生变化预留出空间。
在本实施例中，所述冷管以及所述热管为曲型管道(图中未绘出)，且两管道的曲型部分设置于所述密闭容器内部。或，所述冷管以及所述热管为直型管道。需要理解的是，曲型管道在其他领域中较为常用，如蛇形、同心圆型、插指形等，因此未额外绘制其二者在密闭容器内的具体布设示意图，本领域技术人员可以根据需求选择合适的管道布设方式来进行设置。需要注意的是冷管与热管采用高导热材质制成，本实施例不加以限定。这样设置的目的是提高管道与相变材料的接触面积，提高蓄热效率，而直型管道便于加工。同时需要注意的是，为了确保蓄热效果，冷管与热管在密闭容器内不接触，但之间的间隔、管路长度等可根据实际蓄热需求进行设定，本实施例不加以限定。进一步的，热管与冷管的安装方式本领域技术人员可以根据实际需要采用不同手段进行安装，本实施例不加以限定。
在本实施例中，所述相变材料7的相变温度的上限低于所述热管进口5的温度，或，所述相变材料7的相变温度范围的上限为所述热管进口5的温度的105％-120％。作为一种优选的方案，相变材料7的相变温度范围的上限为所述热管进口5的温度的110％。相变材料的选择原则在于材料的相变温度要低于油冷器出口水温，以此来保证相变能够顺利进行。但由于不是所有的相变材料都可满足该种设定，因此可选的相变材料的相变温度范围的上限为所述热管进口的温度的105％-120％。相变材料可根据具体的应用场景进行合成，现在的材料合成技术完全可行，此类的高温相变材料例如金属泡沫/无机盐相变复合材料以及石墨泡沫/无机盐相变复合材料。
在本实施例中，所述相变材料7常温下在密闭容器内呈固态，并伴随温度上升变为液态。常温下呈固态可以确保装置在运输过程中不会因为外力导致其从密闭容器内泄漏。
本实施例的工作原理如下：
相变材料(PCM)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态转变为液态或有液态转化为固态的过程称之为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热，具有储能密度高的优点。常见的相变材料包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡类有机类、陶瓷基复合材料等，为增强相变材料的导热性能，可以在其中加热增强导热材料，例如金属材料、石墨、碳纳米管、泡沫材料等。
本实施例是基于相变材料的一种余热利用装置，余热利用装置结构如图1和图2所示，主要由1模块上盖，2模块壳体，3冷水管进口，4冷水管出口，5热水管进口，6热水管出口，7相变材料，1模块上盖与2模块壳体采用密封圈密封，避免相变材料吸收热量，由固态转化为液态时发生泄漏。余热利用装置壳体的尺寸为40cm*40cm*20cm，冷水管与热水管直径16mm，模块中相变材料的有效体积为28000cm3。
如图2所示，相变材料7填充于模块壳体2内，但并不将模块壳体2内完全填充满，这样做是为了给相变材料7吸热发生相变时体积发生变化预留出空间。通常油冷三合一电驱总成系统中进入油冷器的油温度为100℃～110℃，通过在油冷器中与冷却介质换热后油温降至80℃～90℃后，控制器水道出口水温通常在70℃～80℃之间，经过换热，油冷器出口水温一般会在80℃～90℃之间。本实施例中，相变材料的选择原则在于材料的相变温度要低于油冷器出口水温，以此来保证相变能够顺利进行。本实施例中，推荐使用相变温度在40℃～100℃的高温相变材料，其的相变潜热为196.6J/g，材料密度约为0.97g/cm3，相变材料的理论蓄热量高达500kw，蓄热量是很可观的。此类相变材料可根据具体的应用场景进行合成，现在的材料合成技术完全可行，此类的高温相变材料例如金属泡沫/无机盐相变复合材料以及石墨泡沫/无机盐相变复合材料。在常温下，余热利用装置中的相变材料为固态。
本实施例中设计的余热利用装置与油冷电机三合一总成以及动力电池热管理系统搭配使用，本实施例中涉及油冷三合一电驱总成系统中控制器采用水冷散热，冷却水通常为50％乙二醇溶液，电控中功率模块以及其他电子元件产生的热由冷却水带走。冷却水先流经控制器散热器，再流入油冷器。电机侧与减速器共腔体，采用油冷散热，减速箱油将电机与减速器运转过程中产生的热量带走，经由油冷器换热过程，将热量传递给冷却水。
油冷器冷却水出口与本装置的热管进口5连接，本装置的热管出口6与车载散热系统连接。本装置的冷管进口3与动力电池热管理系统的冷却水系统出口相连接，本装置的冷管出口4与动力电池热管理系统的冷却水系统进口相连接。请参阅图3，高温冷却介质经本装置的热管进口5进入本装置内，通过热传导，高温冷却介质的热量传递给相变材料7，相变材料7相变储热，然后再将储存的热量通过热传导以及对流换热过程传递给冷管中来自动力电池侧的循环冷却介质，实现对循环冷却介质的加热，降低低温环境对动力电池工作稳定性的不良影响。
本实施例具有以下优点：
1、本实施例考虑了一种基于相变材料的电驱余热利用装置，基于相变材料储能密度高的优点，利用相变材料将电驱动总成在运行过程中产生的热量储存，然后再通过换热管路将热量释放给动力电池热管理系统，利用电驱余热来加热动力电池，从而在低温环境下，也能让动力电池在适宜温度下工作运行。
2、本实施例的创新点在于利用相变材料可以避免在低温环境下，因使用PTC加热来维持动力电池运行的适宜环境温度而带来的较大的能量损失。此装置在低温环境中，可以把电驱动总成运行过程中产生的热害能量吸收，然后释放给动力电池的冷却介质，对动力电池加热。
以上所述仅为本实用新型的部分实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，该装置包括：
密闭容器，该密闭容器贯穿设置有一冷管以及一热管；
相变材料，该相变材料填充于该密闭容器，并包裹冷管以及热管的管道外壁面，且所述相变材料的体积小于该密闭容器体积。
2.如权利要求1所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，还包括：
模块上盖，以及，
模块壳体，该模块壳体为一面开放的半封闭腔体，该模块上盖与该模块壳体的开放端相配合形成所述密闭容器。
3.如权利要求2所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，
所述模块上盖与所述模块壳体接驳处还设置有密封圈。
4.如权利要求1所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，还包括：
一腔体，该腔体内部形成所述密闭容器。
5.如权利要求1所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，所述相变材料的体积为该密闭容器体积的40％-90％。
6.如权利要求1所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，
所述冷管以及所述热管为曲型管道，且两管道的曲型部分设置于所述密闭容器内部；
或，
所述冷管以及所述热管为直型管道。
7.如权利要求1所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，
所述相变材料的相变温度的上限低于所述热管进口的温度，
或，
所述相变材料的相变温度范围的上限为所述热管进口的温度的105％-120％。
8.如权利要求1所述的一种基于相变材料的电驱余热利用装置，其特征在于，
所述相变材料常温下在密闭容器内呈固态，并伴随温度上升变为液态。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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