CN220753541U - 复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池热管理技术领域，尤其涉及一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置。包括总箱体，总箱体的内部设置有电池箱，总箱体的内部且位于电池箱的一端固定有第一储液箱，第一储液箱的两侧均安装有第一流通组件。本实用新型提供的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，通过采用冷却管环绕电池的方式，能有效提高散热效率；同时通过双向流道，避免了冷却管两端温差带来的换热效率不一致；同时能够减少换热介质在流动方向上存在的温差，进一步减少介质换热能力的差异，使得单体电池区域综合温度能够尽可能保持一致，有较好的均温性，有效地将复合相变材料的热量导走。

Description

复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置

技术领域

本实用新型涉及电池热管理技术领域，尤其涉及一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置。

背景技术

电动汽车包含多个动力电池包，而单个动力电池包中通常由多个电池以串联或混联方式为整体提供能量。电池包设计需要保证电池始终处在一个比较舒适的温度环境(电池温度范围：15～40℃；电池之间的温差：5～10℃)工作，从而保证整车的长寿命、良好的续航里程、良好的功率性能以及较短充电时间。因此电池热管理是电池包工作的重要影响因素。

电动汽车的电池的热管理问题具有重要意义，电池是纯电动汽车唯一来源，其性能的优劣直接影响电动汽车的性能，而温度又是影响电池性能的主要因素之一，散热不足会使电池发生热失控，造成严重的安全事故，温度过低会大幅度降低电池的效率，且现有电池液冷方式大多采用单向流道，会导致换热介质的温度随着管程的增加越往后越高，换热介质与电池表面之间的温差越来越小，导致制冷效率越来越低；

为此，我们设计一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，用于对上述技术问题提供另一种技术方案。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置。

为了解决上述的技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，包括总箱体，所述总箱体的内部设置有电池箱，所述总箱体的内部且位于电池箱的一端固定有第一储液箱，所述第一储液箱的两侧均安装有第一流通组件，所述总箱体的内部且位于电池箱的另一端固定有第二储液箱，所述第二储液箱的两侧均安装有第二流通组件。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，所述总箱体两侧设置有进通风口。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，所述第一流通组件包括第一流道、第一管程、第二管程、第三管程和第四管程，所述第一流道与第一储液箱贯通，所述第一流道远离第一储液箱的一侧从一端到另一端依次固定有第一管程、第二管程、第三管程和第四管程，且所述第一管程位于靠近第一储液箱的一端。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，其中一个所述第一流道靠近第一储液箱一端的外侧固定有第一微型泵。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，所述第二流通组件包括第二流道、第五管程、第六管程、第七管程和第八管程，所述第二流道与第二储液箱贯通，所述第二流道远离第二储液箱的一侧从一端到另一端依次固定有第五管程、第六管程、第七管程和第八管程，且所述第五管程位于靠近第二储液箱的一端。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，其中一个所述第二流道靠近第二储液箱一端的外侧固定有第二微型泵。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，所述电池箱由复合相变材料、单体电池、箱盖和底座组成，所述底座的顶部滑动连接有箱盖，所述底座的内部设置有多排电池组，每排电池组均由多个单体电池组成，每个所述单体电池均嵌入于复合相变材料的内侧，所述复合相变材料的顶部与箱盖贴合，所述复合相变材料的底部与底座贴合，所述复合相变材料的外侧设置螺旋液冷管。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，所述电池箱中设置热电偶。

作为本实用新型提供的所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置的一种优选实施方式，所述电池箱中还设置有加热件和冷却件，所述加热件为加热圈，用于对第一储液箱和第二储液箱中的换热介质进行加热，所述冷却件为半导体制冷片，设置在第一储液箱和第二储液箱的内壁。

可以毫无疑义的看出，通过本申请的上述的技术方案，必然可以解决本申请要解决的技术问题。

同时，通过以上技术方案，本实用新型至少具备以下有益效果：

本实用新型提供的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，通过采用冷却管环绕电池的方式，能有效提高散热效率；同时通过双向流道，避免了冷却管两端温差带来的换热效率不一致；同时能够减少换热介质在流动方向上存在的温差，进一步减少介质换热能力的差异，使得单体电池区域综合温度能够尽可能保持一致，有较好的均温性，有效地将复合相变材料的热量导走；

通过微型泵作为驱动力在螺旋液冷管中形成导热流道，通过对流换热的原理将储存在复合相变材料中的热量导走，有效提高相变材料复合体对外散热能力；

通过加热冷却模式，可以根据电池组的温度进行调控，适用于高温和寒冷天气，通过内含半导体制冷片与加热圈，可实现制冷与加热功能，实现对电池的高温散热与低温加热，相变材料填充在电池箱体内，包裹电池单体与冷凝管，加强换热效率的同时减少不同电池之间的温度差异，有效避免个别电池出现异常温度导致热失控。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例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为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型底座的结构示意图；

图3为本实用新型螺旋液冷管的结构示意图；

图4为本实用新型的展开示意图；

图5为本实用新型底座的内部结构示意图。

图中：1、总箱体；2、第一储液箱；3、第二储液箱；4、复合相变材料；5、第一微型泵；6、第二微型泵；7、通风口；8、单体电池；9、箱盖；10、螺旋液冷管；11、底座；12、第一流道；13、第一管程；14、第二管程；15、第三管程；16、第四管程；17、第二流道；18、第五管程；19、第六管程；20、第七管程；21、第八管程。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

参照图1-图5，一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，包括总箱体1，总箱体1两侧设置有进通风口7，起到散热通风的作用，总箱体1的内部设置有电池箱，总箱体1的内部且位于电池箱的一端固定有第一储液箱2，第一储液箱2的两侧均安装有第一流通组件，且其中一侧的第一流通组件高于其中另一端的第一流通组件，总箱体1的内部且位于电池箱的另一端固定有第二储液箱3，第二储液箱3的两侧均安装有第二流通组件，且其中一侧的第二流通组件低于其中另一端的第二流通组件，进而让同一侧的第一流通组件和第二流通组件形成一上一下。

第一流通组件包括第一流道12、第一管程13、第二管程14、第三管程15和第四管程16，第一流道12与第一储液箱2贯通，让第一流道12和第一储液箱2内部能够让液体流通，第一流道12远离第一储液箱2的一侧从一端到另一端依次固定有第一管程13、第二管程14、第三管程15和第四管程16，且第一管程13位于靠近第一储液箱2的一端；

本实施例中，其中一个第一流道12靠近第一储液箱2一端的外侧固定有第一微型泵5。

第二流通组件包括第二流道17、第五管程18、第六管程19、第七管程20和第八管程21，第二流道17与第二储液箱3贯通，使得第二储液箱3和第二流道17内部能够让液体流通，第二流道17远离第二储液箱3的一侧从一端到另一端依次固定有第五管程18、第六管程19、第七管程20和第八管程21，且第五管程18位于靠近第二储液箱3的一端；

本实施例中，其中一个第二流道17靠近第二储液箱3一端的外侧固定有第二微型泵6。

电池箱由复合相变材料4、单体电池8、箱盖9和底座11组成，底座11的顶部滑动连接有箱盖9，便于将箱盖9设置在底座11的顶端，底座11的内部设置有多排电池组，每排电池组均由多个单体电池8组成，每个单体电池8均嵌入于复合相变材料4的内侧，从而让单体电池8与复合相变材料4紧密接触，复合相变材料4的顶部与箱盖9贴合，复合相变材料4的底部与底座11贴合；

复合相变材料4的外侧设置螺旋液冷管10，并在螺旋液冷管10的内部填注有换热介质，换热介质为水或乙二醇和水的混合液；且其中一个带有第一微型泵5的第一流通组件中第一管程13、第二管程14、第三管程15和第四管程16靠近底座11的一端贯穿底座11与对应的螺旋液冷管10进液口连接，其中另一个第一流通组件中第一管程13、第二管程14、第三管程15和第四管程16靠近底座11的一端贯穿底座11与对应的螺旋液冷管10出液口连接，同时其中一个带动第二微型泵6的第二流通组件中第五管程18、第六管程19、第七管程20和第八管程21靠近底座11的一端贯穿底座11与对应的螺旋液冷管10进液口连接，其中另一个第二流通组件中第五管程18、第六管程19、第七管程20和第八管程21靠近底座11的一端贯穿底座11与对应的螺旋液冷管10出液口连接，从而能够让两个第一流通组件或者第二流通组件通过对流换热原理将复合相变材料4的热量带走；

能够让第一微型泵5作为驱动力在液冷管中形成导热通路，换热介质从干路进入分成4个支路，也就是第一管程13、第二管程14、第三管程15和第四管程16，后流经螺旋液冷管10吸收复合相变材料4的热量。最终4条支路汇聚于出液口，吸收电池热量后的换热介质回流第一储液箱2；

第二微型泵6作为驱动力在液冷管中形成导热通路，换热介质从干路进入分成4个支路，也就是第六管程19、第七管程20和第八管程21，后流经螺旋液冷管10吸收复合相变材料4的热量。最终4条支路汇聚于出液口，吸收电池热量后的换热介质回流第一储液箱2；

本实施例中，第一流道12和第二流道17中换热介质的流向相反，第一流道12进液口与第一微型泵5相连，第一微型泵5与第一储液箱2相连，第二流道17的进液口与第二微型泵6相连，第二微型泵6与第二储液箱3相连，第一储液箱2和第二储液箱3相对设置，分别在电池箱两侧，实现第一流道12和第二流道17中的换热介质反向流动。设置双向流道可以尽可能地减少换热介质在流动方向上存在的温差，进一步减少介质换热能力的差异，使得单体电池8区域综合温度能够尽可能保持一致，有较好的均温性。

电池箱中设置热电偶，电池箱中还设置有加热件和冷却件，信号传输到控制器，控制加热件和冷却件对电池组进行加热或者冷却，使装置能够适应高温或低温环境；

本实施例中，控制器与第一微型泵5、第二微型泵6、热电偶、半导体制冷片和加热圈相连。热电偶监测电池组的综合温度，当电池组综合温度高于25度时，控制器将电信号传递给第一微型泵5或者第二微型泵6，第一微型泵5或者第二微型泵6作为驱动力在液冷管中形成导热通路。同时半导体制冷片接到信号开始对储液箱中的换热介质进行吸热制冷。当电池组综合温度低于25度时，加热圈接收到信号，对储液箱中的换热介质进行加热，第一微型泵5或者第二微型泵6将加热后的换热介质泵入流道；

电池箱设置有五个热电偶，其中四个热电偶分别设置在电池箱的四个顶角，固定在复合相变材料4之中，剩余一个热电偶设置在电池箱中部，同样也固定在复合相变材料4之中。这样既能测量到换热介质进出口处相变材料的温度，也可以测量到电池箱中间部分相变材料的温度。此外，由于温度影响着电池的循环性能及稳定性，通过进液口出液口安装的热电偶，可以检测两端相变材料的温差，根据温差的变化情况可以判断电池的温度是否稳定。热电偶与控制器相连，五个热电偶位置的平均温度可以反映电池组的综合温度。当温度高于25度，控制器启动冷却装置，当温度低于25度，控制器启动加热装置。可以有效避免电池组各区域温差过大，导致电池热失控。加热件和冷却件与控制器相连。

实施案例1：电池组工作对外供电，同时五个热电偶监测电池组的温度，数据传送至控制器处，当电池组综合温度超过25度，半导体制冷片启动，对储液箱进行制冷，降低换热介质温度，提高换热效率，降低电池工作温度，并在温度降低25度时，调整制冷片的制冷量与微型泵转速，持续制冷，使电池保持最佳工作温度。

实施案例2：电池组工作对外供电，同时五个热电偶监测电池组的温度，数据传送至控制器处，当电池组综合温度低于25度，加热圈启动，对储液箱进行加热，提高冷却管换热介质温度，提高换热效率，提高电池工作温度，并在温度提高至最佳温度时，调整加热圈的加热量与微型泵转速，持续加热使电池保持最佳工作温度。

优选的，加热件指加热圈加热储液箱中的换热介质，通过第一微型泵5或者第二微型泵6施加压力换热介质进入流道对电池组进行加热，冷却件指半导体制冷片吸收储液箱中换热介质的热量，第一微型泵5或者第二微型泵6作为驱动力在液冷管中形成导热通路，通过对流换热将复合相变材料4中的热量导走，半导体制冷片设置在第一储液箱2和第二储液箱3的内壁，壁面与半导体制冷片之间涂有导热硅脂，与壁面相接触一侧吸收热量，与空气接触一侧放热。

本实例中，电池热管理系统中，针对的是圆柱型电池，复合相变材料4与单体电池8相接触，螺旋液冷管10嵌入复合相变材料4中并嵌套单体电池8。

传热路径为：由电池表面壳体→复合相变材料4→螺旋液冷管10。

进一步的，底座11设置均匀排布若干电池限位孔且中间镂空，数量与电池单元数一致。限位孔的半径与圆柱单体电池8半径一致，限位孔中间有一镂空设计，目的在于固定电池位置以及便于电极之间的连接。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，包括总箱体(1)，所述总箱体(1)的内部设置有电池箱，所述总箱体(1)的内部且位于电池箱的一端固定有第一储液箱(2)，所述第一储液箱(2)的两侧均安装有第一流通组件，所述总箱体(1)的内部且位于电池箱的另一端固定有第二储液箱(3)，所述第二储液箱(3)的两侧均安装有第二流通组件。

2.根据权利要求1所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，所述总箱体(1)两侧设置有进通风口(7)。

3.根据权利要求1所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，所述第一流通组件包括第一流道(12)、第一管程(13)、第二管程(14)、第三管程(15)和第四管程(16)，所述第一流道(12)与第一储液箱(2)贯通，所述第一流道(12)远离第一储液箱(2)的一侧从一端到另一端依次固定有第一管程(13)、第二管程(14)、第三管程(15)和第四管程(16)，且所述第一管程(13)位于靠近第一储液箱(2)的一端。

4.根据权利要求3所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，其中一个所述第一流道(12)靠近第一储液箱(2)一端的外侧固定有第一微型泵(5)。

5.根据权利要求1所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，所述第二流通组件包括第二流道(17)、第五管程(18)、第六管程(19)、第七管程(20)和第八管程(21)，所述第二流道(17)与第二储液箱(3)贯通，所述第二流道(17)远离第二储液箱(3)的一侧从一端到另一端依次固定有第五管程(18)、第六管程(19)、第七管程(20)和第八管程(21)，且所述第五管程(18)位于靠近第二储液箱(3)的一端。

6.根据权利要求5所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，其中一个所述第二流道(17)靠近第二储液箱(3)一端的外侧固定有第二微型泵(6)。

7.根据权利要求1所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，所述电池箱由复合相变材料(4)、单体电池(8)、箱盖(9)和底座(11)组成，所述底座(11)的顶部滑动连接有箱盖(9)，所述底座(11)的内部设置有多排电池组，每排电池组均由多个单体电池(8)组成，每个所述单体电池(8)均嵌入于复合相变材料(4)的内侧，所述复合相变材料(4)的顶部与箱盖(9)贴合，所述复合相变材料(4)的底部与底座(11)贴合，所述复合相变材料(4)的外侧设置螺旋液冷管(10)。

8.根据权利要求7所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，所述电池箱中设置热电偶。

9.根据权利要求7所述的一种复合相变材料耦合液冷的电池热管理装置，其特征在于，所述电池箱中还设置有加热件和冷却件，所述加热件为加热圈，用于对第一储液箱(2)和第二储液箱(3)中的换热介质进行加热，所述冷却件为半导体制冷片，设置在第一储液箱(2)和第二储液箱(3)的内壁。