一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統的製作方法
2023-04-23 17:23:51 1
專利名稱：一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水冷系統，尤其是涉及一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統。
背景技術：
電動汽車的各種性能受到動力電池組的影響巨大，而影響電池組的性能的諸多因素中溫度是不容忽視的重要一項。溫度對電池有雙重的影響隨著的溫度的上升，電池的內阻減小，從而提高電池的效率；但是，較高的溫度會加速其化學反應，同時也加速了有害反應速度，對電池的性能和內部結構產生很大的影響。另外，高溫易損壞極板，也易產生過充電現象，嚴重影響其使用壽命。電池包的溫度條件可歸結為兩個重要指標電池包內的極限溫度和電池包內電池單體間的溫度差。這兩個溫度指標對電池的影響不同，且兩者控制方法和實現的難易程度也不同。動力電池的極限溫度控制和電池單體間的溫度差控制統稱為電池熱管理 (Battery Thermal Management)，BTM設計是電動汽車開發過程中的一個重要環節，它是保證電動汽車正常工作的必要措施。針對以上兩個溫度控制指標，往往從不同方面來進行電池包的熱管理系統設計。 對於溫度範圍的控制主要考慮電池系統的散熱，目前主要考慮風冷和水冷的設計。而對於電池包內部溫度場分布的控制則一般通過內部結構優化設計來實現。對於風冷系統，流場結構設計尤為重要，而對於水冷系統，由於其固有特性，在流場一致性控制方面較風冷系統
容易一些。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可以將電池組的內部溫度控制在合理溫度範圍內的基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，該水冷系統包括電池模塊、冷卻管道、散熱模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊、電池管理系統控制中心及冷卻系統控制電路，所述的電池模塊、冷卻管道、散熱模塊連接形成迴路，所述的冷卻管道上設有冷卻水泵及控制器組合模塊，所述的電池管理系統控制中心分別與電池模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊、冷卻系統控制電路連接，所述的冷卻系統控制電路與散熱模塊連接。所述的至少一個電池模塊包括1 5個。所述的電池模塊包括電池單體、電池水冷板及冷卻板連接管，所述的電池單體與電池水冷板交錯疊放在一起，電池單體與電池水冷板之間設有導熱脂，所述的電池單體與導熱脂之間設有溫度傳感器，該溫度傳感器與電池管理系統控制中心連接，所述的電池水冷板與冷卻板連接管連接。所述的電池水冷板內設有冷卻水循環通道，該冷卻水循環通道包括冷卻水進水口和冷卻水出水口，冷卻水進水口與冷卻板連接管出水端連接，冷卻水出水口與冷卻板連接管進水端連接。所述的散熱模塊包括水冷卻組件、熱電效應半導體組件及散熱片及散熱風扇組合件，所述的熱電效應半導體組件包括冷端和熱端，所述的水冷卻組件設置在冷卻管道內部， 所述的熱電效應半導體組件的冷端緊貼水冷卻組件，熱電效應半導體組件的熱端位於冷卻管道外部，所述的散熱片及散熱風扇組合件緊貼熱電效應半導體組件的熱端。所述的水冷卻組件為發泡石墨。所述的冷卻管道外壁設有隔熱層。與現有技術相比，本實用新型可以將動力電池組的內部溫度控制在合理的溫度範圍之內，並且由於水冷系統的固有優勢，動力電池組的內部溫度場也能得到較好的控制。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為電池水冷板結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例如圖1 2所示，一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，該水冷系統包括1 5個電池模塊(本實施例選用兩個)、冷卻管道1、散熱模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊7、電池管理系統控制中心6及冷卻系統控制電路8。電池模塊、冷卻管道1、散熱模塊連接形成迴路。冷卻管道上1設有冷卻水泵及控制器組合模塊7。電池管理系統控制中心6分別與電池模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊7、冷卻系統控制電路8連接。冷卻系統控制電路8與散熱模塊連接。冷卻管道外壁設有隔熱層。電池模塊包括電池單體2、電池水冷板4及冷卻板連接管5。電池單體2與電池水冷板4交錯疊放在一起，電池單體2與電池水冷板4之間設有導熱脂，其具有絕緣導熱的作用。電池單體2與導熱脂之間設有溫度傳感器3，以測量電池當前的溫度，該溫度傳感器3 與電池管理系統控制中心6連接。電池水冷板4與冷卻板連接管5連接。電池模塊用拉杆將所有電池單體2、電池水冷板4和溫度傳感器3拉緊，保證緊密貼合。電池水冷板內4設有冷卻水循環通道41，該冷卻水循環通道41包括冷卻水進水口 42和冷卻水出水口 43，冷卻水進水口 42與冷卻板連接管出水端連接，冷卻水出水口 43與冷卻板連接管進水端連接。散熱模塊包括水冷卻組件9、熱電效應半導體組件10及散熱片及散熱風扇組合件 11。熱電效應半導體組件10包括冷端和熱端。水冷卻組件9設置在冷卻管道1內部，熱電效應半導體組件10的冷端緊貼水冷卻組件9，熱電效應半導體組件10的熱端位於冷卻管道 1外部。散熱片及散熱風扇組合件11緊貼熱電效應半導體組件10的熱端。水冷卻組件為發泡石墨。電池管理系統控制中心6通過採集電池模塊內各個溫度測點的當前溫度，判斷冷卻系統的工作狀態，並發送相應的指令給冷卻系統控制電路8 ；冷卻系統控制電路8在接受到電池管理系統控制中心6發過來的命令之後，控制熱電效應半導體組件10、散熱片及散熱風扇組合件11對電池模塊進行熱管理；冷卻管道1中的冷卻水進入電池模塊後，經過電池水冷板4，將電池的溫度帶走，冷卻水從電池模塊內部流出後，溫度升高；溫度升高後的冷卻水從冷卻水循環通道41的冷卻水出水口處流出，並經過外圍管道達到散熱模塊，水冷卻組件9為發泡石墨，具有良好的導熱性和流體通過性；發泡石墨將冷卻水的溫度傳遞到熱電效應半導體組件10的冷端，由熱電效應半導體組件10的工作原理，冷端的冷卻水熱量將被傳遞到熱電效應半導體組件10的熱端；熱電效應半導體組件10的熱端暴露在外圍環境中，通過散熱風扇將熱端的溫度散到環境中，以確保熱端溫升不致過高。電池單體2產生的熱通過緊貼電池單體2安裝的電池水冷板4將熱導出。由於電池水冷板4內部加工有冷卻水道，因此，電池水冷板4從電池單體2上導出的熱會傳遞到冷卻水循環通道41中的冷卻水中。冷卻水由冷卻水泵及控制器組合模塊7帶動，經過冷卻管道1、冷卻板連接管5以及冷卻板內部冷卻水循環通道41形成迴路。冷卻水將電池單體2 發出的熱帶出，經過水冷卻組件9。由於水冷卻組件9採用的是發泡石墨材料，其具有很好的導熱性及通過性，冷卻水中所帶出的電池單體2的產熱將被導入到水冷卻組件9中。水冷卻組件9直接緊貼熱電效應半導體組件10的冷端，這樣將水冷卻組件9中所導入的熱量傳遞到熱電效應半導體組件10的冷端。根據帕爾貼效應原理，冷卻系統控制電路採用橋式驅動電路實現對熱電效應半導體組件10的控制，給其通過電流。熱熱電效應半導體組件10 通上電流之後，產生製冷效應，其冷麵將由水冷卻組件9導入的熱量傳遞到熱端。熱電效應半導體組件10的熱端安裝散熱片及散熱風扇。散熱片及散熱風扇將熱端的熱量耗散到周圍環境中。電池單體2和電池水冷板4之間安裝有溫度傳感器3。溫度傳感器3用於測量電池表面溫度。溫度傳感器3的信號由電池管理系統控制中心6採樣，並進行數據處理。池管理系統控制中心6採樣得到電池表面溫度後，根據內置的溫度控制算法，給冷卻系統控制電路8和冷卻水泵及控制器組合模塊7發送溫度控制指令。冷卻系統控制電路8和冷卻水泵及控制器組合模塊7收到電池管理系統控制中心6發送的控制指令後，調整其驅動電路輸出電流的大小以控制冷卻水的流量和熱電效應半導體組件10的製冷量，從而控制系統的製冷效果。利用本實用新型公開的冷卻方案，設計出電池模塊。電池模塊由節動力電池單體組成，電池水冷板4和貼片式溫度傳感器3緊密貼合在電池單體外殼上。電池水冷板4內部加工有冷卻水循環通道，各電池水冷板4之間通過冷卻水進口和冷卻水出口以及冷卻板連接管5串聯在一起。冷卻板連接管5與冷卻板循環水通道相通，保證冷卻水的正常流通。 電池模塊用拉杆將所有動力電池單體、電池水冷板和貼片式溫度傳感器拉緊，保證緊密貼合。動力電池單體與電池水冷板之間的結合面塗以導熱脂以增強導熱率。電池包則有電池模塊組成。電池模塊按照一定布置需求進行布置，各電池模塊內部電池水冷板由冷卻板連接管串聯在一起，各電池模塊之間的冷卻迴路則由冷卻管道串聯在一起，冷卻管道經過水冷卻模塊進行換熱，並將熱量傳遞到熱電效應半導體組件冷端，從而最終實現電池組的冷卻。冷卻管道外面採樣絕熱材料，防止外界環境溫度對冷卻水溫度的影響。在冷卻管道中間處開口，用以放置水冷卻模塊和熱電效應半導體組件以及散熱片及散熱風扇。水冷卻組件安裝在冷卻水管道內部，熱電效應半導體組件緊貼著水冷卻組件；熱電效應半導體組件冷端位於冷卻管道內部，熱端位於冷卻管道外部，散熱片及散熱風扇緊貼熱電效應半導體組件安裝在冷卻管道外部。 系統冷卻過程中熱量的走向為動力電池單體_>電池水冷板_>冷卻板內部的冷卻水循環道_>冷卻板連接管_>冷卻管道_>水冷卻組件_>熱電效應半導體組件_>周圍環境。
權利要求1.一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，該水冷系統包括至少一個電池模塊、冷卻管道、散熱模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊、電池管理系統控制中心及冷卻系統控制電路，所述的電池模塊、冷卻管道、散熱模塊連接形成迴路，所述的冷卻管道上設有冷卻水泵及控制器組合模塊，所述的電池管理系統控制中心分別與電池模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊、冷卻系統控制電路連接，所述的冷卻系統控制電路與散熱模塊連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，所述的至少一個電池模塊包括1 5個。
3.根據權利要求1所述的一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，所述的電池模塊包括電池單體、電池水冷板及冷卻板連接管，所述的電池單體與電池水冷板交錯疊放在一起，電池單體與電池水冷板之間設有導熱脂，所述的電池單體與導熱脂之間設有溫度傳感器，該溫度傳感器與電池管理系統控制中心連接，所述的電池水冷板與冷卻板連接管連接。
4.根據權利要求3所述的一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，所述的電池水冷板內設有冷卻水循環通道，該冷卻水循環通道包括冷卻水進水口和冷卻水出水口，冷卻水進水口與冷卻板連接管出水端連接，冷卻水出水口與冷卻板連接管進水端連接。
5.根據權利要求1所述的一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，所述的散熱模塊包括水冷卻組件、熱電效應半導體組件及散熱片及散熱風扇組合件， 所述的熱電效應半導體組件包括冷端和熱端，所述的水冷卻組件設置在冷卻管道內部，所述的熱電效應半導體組件的冷端緊貼水冷卻組件，熱電效應半導體組件的熱端位於冷卻管道外部，所述的散熱片及散熱風扇組合件緊貼熱電效應半導體組件的熱端。
6.根據權利要求5所述的一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，所述的水冷卻組件為發泡石墨。
7.根據權利要求1所述的一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，其特徵在於，所述的冷卻管道外壁設有隔熱層。
專利摘要本實用新型涉及一種基於熱電製冷的電動汽車動力電池包水冷系統，該水冷系統包括電池模塊、冷卻管道、散熱模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊、電池管理系統控制中心及冷卻系統控制電路，所述的電池模塊、冷卻管道、散熱模塊連接形成迴路，所述的冷卻管道上設有冷卻水泵及控制器組合模塊，所述的電池管理系統控制中心分別與電池模塊、冷卻水泵及控制器組合模塊、冷卻系統控制電路連接，所述的冷卻系統控制電路與散熱模塊連接。與現有技術相比，本實用新型具有可以將電池組的內部溫度控制在合理溫度範圍內等優點。
文檔編號H01M10/50GK202127079SQ20112021712
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月23日 優先權日2011年6月23日
發明者孫澤昌, 戴海峰, 王佳元, 魏學哲 申請人:同濟大學