CN221009047U - 电池热管理系统及新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电池热管理系统及新能源汽车，涉及电池技术领域，电池热管理系统包括：电芯，用于存储电能；冷板，冷板为中空结构，其中填充有液体，用于根据不同工况的热交换需求与电芯进行热交换；支架，设置于电芯和冷板之间，与冷板固定连接，用于支撑电芯，使电芯固定在冷板上；液态金属，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中，用于传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换；电磁线圈，浸入液态金属中，用于通入电流后根据不同工况的热交换需求控制液态金属分布到电芯的不同区域。本申请中，通过电磁线圈控制液态金属的分布，利用液态金属的流动性，使电芯和冷板之间的热量传递更加灵活，可以满足电芯在不同工况中的热交换需求。

Description

电池热管理系统及新能源汽车

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池热管理系统及新能源汽车。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的家庭购买汽车作为日常交通工具。由于汽油燃烧会产生大量有害气体，不利于环境保护，因此，以电能提供动力的新能源汽车越来越受欢迎。

新能源汽车通过电池为车辆提供动力，电池一般通过导热胶或导热垫进行热量传递，但是，导热胶、导热垫的导热系数固定，结构不能变动，不利于高温时电芯的散热，低温时电芯的保温。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种电池热管理系统及新能源汽车，以满足不同工况中电芯的热交换需求。

第一方面，本申请实施例提供了一种电池热管理系统，该系统包括：

电芯，电芯用于存储电能；

冷板，冷板为中空结构，其中填充有液体，液体用于根据不同工况的热交换需求与电芯进行热交换；

支架，设置于电芯和冷板之间，与冷板固定连接，支架用于支撑电芯，使电芯固定在冷板上；

液态金属，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中，用于传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换；

电磁线圈，浸入液态金属中，用于通入电流后根据不同工况的热交换需求控制液态金属分布到电芯的不同区域。

在第一方面的一种可能的实现方式中，在冷却工况中，若电芯的第一区域的温度高于第一温度值，则降低冷板中填充液体的温度到第二温度值，第二温度值低于第一温度值；在第一区域对应的电磁线圈中通入电流，通过第一区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与第一区域相接触，以实现第一区域的热量传递到冷板。

在第一方面的一种可能的实现方式中，在加热工况中，若电芯的第二区域的温度低于第三温度值，则提高冷板中填充液体的温度到第四温度值，第三温度值低于第四温度值；在第二区域对应的电磁线圈中通入电流，通过第二区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与第二区域相接触，以实现冷板中填充液体的热量传递到第二区域。

在第一方面的一种可能的实现方式中，在低温保温工况中，将电芯的中央区域对应的电磁线圈中通入电流，通过中央区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与中央区域相接触，以减少电芯的热量从中央区域向边缘区域传递。

在第一方面的一种可能的实现方式中，支架上设置有通孔，电磁线圈的电线通过通孔从空腔的内部穿出连接外部电源。

在第一方面的一种可能的实现方式中，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中的液态金属的体积小于空腔的体积。

在第一方面的一种可能的实现方式中，电芯为方形电池或刀片电池的电芯。

在第一方面的一种可能的实现方式中，电芯为锂电池的电芯。

在第一方面的一种可能的实现方式中，电池热管理系统还包括温度检测模块，与电芯相连接，用于检测电芯的温度。

第二方面，本申请实施例提供了一种新能源汽车，包括如上任一项的电池热管理系统。

与现有技术相比，本申请具有如下优点：

本申请提供了一种电池热管理系统及新能源汽车，电池热管理系统包括：电芯，电芯用于存储电能；冷板，冷板为中空结构，其中填充有液体，液体用于根据不同工况的热交换需求与电芯进行热交换；支架，设置于电芯和冷板之间，与冷板固定连接，支架用于支撑电芯，使电芯固定在冷板上；液态金属，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中，用于传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换；电磁线圈，浸入液态金属中，用于通入电流后根据不同工况的热交换需求控制液态金属分布到电芯的不同区域。本申请实施例中，通过电磁线圈控制液态金属的分布，利用液态金属的流动性，使电芯和冷板之间的热量传递更加灵活，可以满足电芯在不同工况中的热交换需求。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1为本申请一实施例的电池热管理系统的剖面图。

图2为本申请一实施例的电池热管理系统中的液态金属、支架和线圈的俯视图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的构思或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的，而非限制性的。

为便于理解本申请实施例的技术方案，以下对本申请实施例的相关技术进行说明。以下相关技术作为可选方案与本申请实施例的技术方案可以进行任意结合，其均属于本申请实施例的保护范围。

图1为本申请一实施例的电池热管理系统的剖面图。如图1所示，电池热管理系统包括：电芯、两个支架、冷板以及填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中的液态金属。其中，两个截面为“L”形的支架与电芯的两端相接触，将电芯固定在冷板上，电芯的另外两端和冷板之间的空隙密封处理，从而使得电芯的一个面、两个支架和冷板的一个面构成封闭空腔，其中填充液态金属。

其中，电芯用于存储电能；冷板为中空结构，其中填充有液体，液体用于根据不同工况的热交换需求与电芯进行热交换；支架，设置于电芯和冷板之间，与冷板固定连接，支架用于支撑电芯，使电芯固定在冷板上；液态金属，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中，用于传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换；电磁线圈，浸入液态金属中，用于通入电流后根据不同工况的热交换需求控制液态金属分布到电芯的不同区域。

其中，电芯是指电池中最基本的组成部分，可以是一个封装在金属壳体中的电化学装置。它是储存和释放电能的单元，通过化学反应将化学能转化为电能。电芯通常由正极、负极、隔膜和电解质组成。

其中，液态金属是一大类多金属合金功能材料，在常温、常压下呈液体状态，可流动，具有沸点高、导电性强、热导率高等特点。

其中，冷板具体可以是液冷板，冷板中充入任意冷却液，例如，冷却液可以是水。冷板包括但不限于：腔体式水冷板、压管式水冷板、摩擦焊式水冷板、真空钎焊式水冷板。

其中，电磁线圈的数量和位置可以根据具体需要进行设置，本实施例对此不做限定。

本申请实施例提供的电池热管理系统，通过电磁线圈控制液态金属的分布，利用液态金属的流动性，使电芯和冷板之间的热量传递更加灵活，可以满足电芯在不同工况中的热交换需求。

在一种可能的实现方式中，电芯为方形电池或刀片电池的电芯。如图1所示为方形电池的电芯。

在一种可能的实现方式中，电芯为锂电池的电芯。锂电池是一种常见的可充电电池，它使用锂金属或锂化合物作为正极材料，通过电化学反应将锂离子嵌入负极材料中来存储和释放电能。锂电池具有较高的能量密度、较低的自放电率和较长的循环寿命，因此被广泛应用于移动设备、电动工具、电动车辆等领域。与传统的铅酸电池和镍镉电池相比，锂电池具有更轻、更小、更安全的特点。

在一种可能的实现方式中，支架上设置有通孔，电磁线圈的电线通过通孔从空腔的内部穿出连接外部电源。通孔的具体数量和位置可以根据具体需要进行设置，本实施例对此不做限定。

图2为本申请一实施例的电池热管理系统中的液态金属、支架和线圈的俯视图。如图2所示，本实施例中的电池热管理系统中的电磁线圈的数量为2个，电磁线圈1和电磁线圈2浸入液态金属中，为了避免遮挡，便于显示，图2中未示出电芯，电磁线圈2的电线未连接到支架，在实际应用中，电磁线圈的电线需要通过支架上的通孔穿出连接外部电源，以便于根据不同工况的需要通入电流，通入电流的大小与液态金属的聚集程度成正比。

在一种可能的实现方式中，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中的液态金属的体积小于空腔的体积。

在实际应用中，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中的液态金属的体积大于预设值小于空腔的体积，从而使得在静置时液态金属不会与电芯的下表面相接触。不同的工况中，电磁线圈中通入电流时，液态金属聚集之后，液态金属与电芯的下表面相接触，传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换。

在一种可能的实现方式中，电池热管理系统还包括温度检测模块，与电芯相连接，用于检测电芯的温度。

在实际应用中，通过温度检测模块检测电芯的温度，温度检测模块具体可以是温度传感器，根据检测到的电芯的温度结合不同的工况，调节电磁线圈中通入的电流大小，以及冷板中液体的温度，以满足不同工况中电芯和冷板之间的热交换需求。

下面通过多个实施例对不同工况中电池热管理系统如何工作的过程进行介绍。

在一种可能的实现方式中，在冷却工况中，若电芯的第一区域的温度高于第一温度值，则降低冷板中填充液体的温度到第二温度值，第二温度值低于第一温度值；在第一区域对应的电磁线圈中通入电流，通过第一区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与第一区域相接触，以实现第一区域的热量传递到冷板。

其中，冷却工况可以包括电芯快速充电，或者车辆高速驾驶导致的电芯高速放电等场景中，此时，电芯容易局部区域温度过高，高于预设温度阈值，例如，高于30摄氏度，则需要对电芯进行冷却。若冷板中填充的液体为水，则将水温降低，并在电芯的高温区域下方的电磁线圈中通入电流，使电芯的高温区域下方的液态金属聚集，液态金属聚集之后上表面接触到电芯的高温区域的下表面，使电芯的热量通过液态金属传递到冷板，从而实现电芯的冷却。其中，第一区域可以是电芯的任意区域，本实施例对此不做限定。

本实施例中，通过电磁线圈中通入电流，控制液态金属聚集，利用液态金属将电芯中的热量传递到冷板，从而实现电芯的快速冷却。

在实际应用中，电磁线圈的设置位置和数量可以有多种实现方式，例如，如果电芯的中心位置容易温度过高，则在电芯的中心位置的下方设置一个电磁线圈，或者靠近中心位置的下方设置两个电磁线圈，在电磁线圈通电后，电芯的中心位置下方的液态金属聚集，液态金属聚集之后上表面接触到电芯的中心位置的下表面，使中心位置区域的热量通过液态金属传递到冷板，从而降低中心位置区域的温度。

在另一实施例中，如图2所示的两个电磁线圈，若电磁线圈2上方的区域是电芯需要进行降温的区域，则在电磁线圈2中通入电流，电磁线圈1不通电流，则空腔中的液态金属聚集在电磁线圈2附近，液态金属聚集之后上表面接触到电磁线圈2上方区域电芯的下表面，使冷板中的冷水的热量通过液态金属传递到电芯的需要进行降温的区域，使电芯的需要进行降温的区域温度下降。

在一种可能的实现方式中，在加热工况中，若电芯的第二区域的温度低于第三温度值，则提高冷板中填充液体的温度到第四温度值，第三温度值低于第四温度值；在第二区域对应的电磁线圈中通入电流，通过第二区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与第二区域相接触，以实现冷板中填充液体的热量传递到第二区域。

其中，加热工况可以包括冬天户外温度过低的环境中，车辆放置时间长，电池温度较低等场景。此时，电芯容易局部区域温度过低，低于预设温度阈值，则需要对电芯进行加热。若冷板中填充的液体为水，则将水温升高，并在电芯的低温区域下方的电磁线圈中通入电流，使电芯的低温区域下方的液态金属聚集，液态金属聚集之后上表面接触到电芯的低温区域的下表面，使冷板中的热水的热量通过液态金属传递到电芯，从而实现电芯的加热。其中，第二区域可以是电芯的任意区域，本实施例对此不做限定。

本实施例中，通过电磁线圈中通入电流，控制液态金属聚集，利用液态金属将冷板中的热量传递到电芯，从而实现电芯的快速加热。

在实际应用中，电磁线圈的设置位置和数量可以有多种实现方式，例如，如果电芯的中心位置容易温度过低，则在电芯的中心位置的下方设置一个电磁线圈，或者靠近中心位置的下方设置两个电磁线圈，在电磁线圈通电后，电芯的中心位置下方的液态金属聚集，液态金属聚集之后上表面接触到电芯的中心位置的下表面，使使冷板中的热水的热量通过液态金属传递到电芯的中心位置区域，使电芯的中心位置区域的温度升高。

在另一实施例中，如图2所示的两个电磁线圈，若电磁线圈1上方的区域是电芯需要进行加热的区域，则在电磁线圈1中通入电流，电磁线圈2不通电流，则空腔中的液态金属聚集在电磁线圈1附近，液态金属聚集之后上表面接触到电磁线圈1上方区域电芯的下表面，使冷板中的热水的热量通过液态金属传递到电芯的需要进行加热的区域，使电芯的需要进行加热的区域温度升高。

在一种可能的实现方式中，在低温保温工况中，将电芯的中央区域对应的电磁线圈中通入电流，通过中央区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与中央区域相接触，以减少电芯的热量从中央区域向边缘区域传递。

其中，低温保温工况可以包括低温环境中不通过冷板中的液体对电芯进行加热的场景中，此时，需要电池保持温度，避免散热过快，导致温度迅速下降。由于电芯的热量通常情况下是从中心向边缘散热，因此，将电芯的中央区域对应的电磁线圈中通入电流，通过中央区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与电芯的中央区域的下表面相接触，电芯在散热过程中，中央区域的热量传递到冷板的中心区域，再从冷板的中心区域传递到边缘，增加了散热路径的长度，可以减慢电芯的热量从中央区域向边缘区域传递的速度，从而达到保温的效果。

本实施例中，通过电磁线圈中通入电流，控制液态金属聚集，利用液态金属增加电芯的散热路径，从而达到电芯的保温效果。

另外，本申请实施例提供了一种新能源汽车，包括如上任一实施例中的电池热管理系统。其中，电池热管理系统，包括：

电芯，电芯用于存储电能；

冷板，冷板为中空结构，其中填充有液体，液体用于根据不同工况的热交换需求与电芯进行热交换；

支架，设置于电芯和冷板之间，与冷板固定连接，支架用于支撑电芯，使电芯固定在冷板上；

液态金属，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中，用于传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换；

电磁线圈，浸入液态金属中，用于通入电流后根据不同工况的热交换需求控制液态金属分布到电芯的不同区域。

在实际应用中，多个电池热管理系统构成模组，作为电池为新能源汽车提供电能。

其中，电芯是指电池中最基本的组成部分，可以是一个封装在金属壳体中的电化学装置。它是储存和释放电能的单元，通过化学反应将化学能转化为电能。电芯通常由正极、负极、隔膜和电解质组成。

其中，液态金属是一大类多金属合金功能材料，在常温、常压下呈液体状态，可流动，具有沸点高、导电性强、热导率高等特点。

其中，冷板具体可以是液冷板，冷板中充入任意冷却液，例如，冷却液可以是水。冷板包括但不限于：腔体式水冷板、压管式水冷板、摩擦焊式水冷板、真空钎焊式水冷板。

其中，电磁线圈的数量和位置可以根据具体需要进行设置，本实施例对此不做限定。

本申请实施例中的新能源汽车采用电池热管理系统，通过电磁线圈控制液态金属的分布，利用液态金属的流动性，使电芯和冷板之间的热量传递更加灵活，可以满足新能源汽车的电芯在不同工况中的热交换需求。

在一种可能的实现方式中，在冷却工况中，若电芯的第一区域的温度高于第一温度值，则降低冷板中填充液体的温度到第二温度值，第二温度值低于第一温度值；在第一区域对应的电磁线圈中通入电流，通过第一区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与第一区域相接触，以实现第一区域的热量传递到冷板。

在一种可能的实现方式中，在加热工况中，若电芯的第二区域的温度低于第三温度值，则提高冷板中填充液体的温度到第四温度值，第三温度值低于第四温度值；在第二区域对应的电磁线圈中通入电流，通过第二区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与第二区域相接触，以实现冷板中填充液体的热量传递到第二区域。

在一种可能的实现方式中，在低温保温工况中，将电芯的中央区域对应的电磁线圈中通入电流，通过中央区域对应的电磁线圈控制空腔中填充的液态金属聚集，并与中央区域相接触，以减少电芯的热量从中央区域向边缘区域传递。

在一种可能的实现方式中，支架上设置有通孔，电磁线圈的电线通过通孔从空腔的内部穿出连接外部电源。

在一种可能的实现方式中，填充在电芯、支架和冷板构成的空腔中的液态金属的体积小于空腔的体积。

在一种可能的实现方式中，电芯为方形电池或刀片电池的电芯。

在一种可能的实现方式中，电芯为锂电池的电芯。

在一种可能的实现方式中，电池热管理系统还包括温度检测模块，与电芯相连接，用于检测电芯的温度。

以上所述，仅为本申请的示例性实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请记载的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池热管理系统，其特征在于，所述系统包括：

电芯，所述电芯用于存储电能；

冷板，所述冷板为中空结构，其中填充有液体，所述液体用于根据不同工况的热交换需求与电芯进行热交换；

支架，设置于电芯和冷板之间，与所述冷板固定连接，所述支架用于支撑所述电芯，使所述电芯固定在冷板上；

液态金属，填充在所述电芯、所述支架和所述冷板构成的空腔中，用于传递热量，辅助冷板中的液体和电芯之间的热交换；

电磁线圈，浸入所述液态金属中，用于通入电流后根据不同工况的热交换需求控制液态金属分布到电芯的不同区域。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在冷却工况中，若所述电芯的第一区域的温度高于第一温度值，则降低所述冷板中填充液体的温度到第二温度值，所述第二温度值低于所述第一温度值；在所述第一区域对应的电磁线圈中通入电流，通过所述第一区域对应的电磁线圈控制所述空腔中填充的液态金属聚集，并与所述第一区域相接触，以实现所述第一区域的热量传递到所述冷板。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在加热工况中，若所述电芯的第二区域的温度低于第三温度值，则提高所述冷板中填充液体的温度到第四温度值，所述第三温度值低于所述第四温度值；在所述第二区域对应的电磁线圈中通入电流，通过所述第二区域对应的电磁线圈控制所述空腔中填充的液态金属聚集，并与所述第二区域相接触，以实现所述冷板中填充液体的热量传递到所述第二区域。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在低温保温工况中，将所述电芯的中央区域对应的电磁线圈中通入电流，通过所述中央区域对应的电磁线圈控制所述空腔中填充的液态金属聚集，并与所述中央区域相接触，以减少所述电芯的热量从所述中央区域向边缘区域传递。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述支架上设置有通孔，所述电磁线圈的电线通过所述通孔从所述空腔的内部穿出连接外部电源。

6.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，填充在所述电芯、所述支架和所述冷板构成的空腔中的液态金属的体积小于所述空腔的体积。

7.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述电芯为方形电池或刀片电池的电芯。

8.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述电芯为锂电池的电芯。

9.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述电池热管理系统还包括温度检测模块，与所述电芯相连接，用于检测所述电芯的温度。

10.一种新能源汽车，其特征在于，所述新能源汽车包括如权利要求1-9中任一项所述的电池热管理系统。