動力電池渦流管熱管理系統的製作方法

2024-03-08 18:55:15 4

本發明涉及汽車電池溫度管理技術領域，具體涉及一種動力電池渦流管熱管理系統。

背景技術：

鋰離子電池由於具有能量密度高、使用壽命長和運用技術成熟等優勢，廣泛應用於純電動、混合動力等新能源汽車。然而鋰離子動力電池的性能優劣也直接影響純電動汽車的續航能力、動力性及其安全性。動力電池的大型化、成組化使得電池組的散熱能力低於產熱能力，特別在高倍率放電時，電池組散熱效果更差。如散熱不及時造成溫度過高，會引起動力電池內部的連鎖放熱反應，造成電池內部鎳鋁酸鋰等材料分解析出氧氣、過壓形成鋰技晶以及過壓熱失控引起爆炸等問題，危及汽車行駛的安全性；而溫度過低會導致電池釋放的功率、正極損壞短路、低溫充電縮短循環周期而影響電池容量等問題。另外，動力電池組內部的溫度分布很不均勻，溫度不均勻會引起熱電耦合，從而加快電池組的老化。

為了解決以上這些問題，動力電池需要配備高效的熱管理系統。然而傳統電動汽車主要採取主動熱管理系統，如水熱、風冷或空調製冷等，但是這樣的技術方案，會消耗動力電池的能量，降低汽車的續航能力。

如果能夠回收汽車制動的能量作為動力電池熱管理系統的動力源，將是比較合理、科學解決技術問題的理想方案。

技術實現要素：

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種動力電池渦流管熱管理系統，採用渦流管制冷制熱技術，同時具有冷卻與預熱動力電池組的功效，這無形之中增加了純電動汽車的續航裡程，延長動力電池壽命。

本發明解決上述技術問題的方案如下：

動力電池渦流管熱管理系統，包括制動能量回收系統、渦流管制冷制熱系統、動力電池系統和控制系統，

所述制動能量回收系統包括車輪、半軸、皮帶輪、皮帶、電磁離合器和空氣壓縮機；

所述渦流管制冷制熱系統包括儲氣罐、電磁閥、渦流管、冷氣換向閥和熱氣換向閥；

所述動力電池系統包括動力電池、溫度傳感器和平行四邊形電池容器；

所述控制系統包括制動踏板、制動開關、溫控器和12v蓄電池；

所述皮帶輪安裝在車輪的半軸上，皮帶套接在皮帶輪和電磁離合器上，電磁離合器安裝在空氣壓縮機上；

所述空氣壓縮機的出氣口連接儲氣罐，儲氣罐的出氣口連接電磁閥，電磁閥連接渦流管，渦流管連接並聯的冷氣換向閥和熱氣換向閥，並聯的冷氣換向閥和熱氣換向閥連接平行四邊形電池容器的進氣口；

所述動力電池放置在平行四邊形電池容器內，並且，動力電池與平行四邊形電池容器的兩邊側壁都形成楔形的走氣通道，溫度傳感器安裝在動力電池上；

所述制動踏板的上端設置一個撥杆，撥杆頂著制動開關，溫控器連接電磁離合器、制動開關、冷氣換向閥、熱氣換向閥、電磁閥、蓄電池和溫度傳感器，電磁離合器連接制動開關。

所述空氣壓縮機的進氣口設置濾清器。

本發明相對於現有技術具有如下的優點，下面結合工作原理進行描述：

本動力電池渦流管熱管理系統，構建基於制動蓄能的動力電池渦流管熱管理系統裝配模型，在純電動汽車的結構與工作原理上，設計出一種新型的動力電池熱管理系統，通過純電動汽車制動能量的回收，把汽車的動能轉化為空氣壓力能：

1、當汽車在正常行駛時，電磁離合器不工作，空氣壓縮機的皮帶輪處於空轉，不消耗汽車的功率。

2、當駕駛員踩下制動踏板時，電磁離合器接通，空氣壓縮機開始工作，將高壓空氣儲存到儲氣罐中，儲氣罐內空氣壓力保持在0.6—0.7mpa的範圍內，當壓力超過設定數值，則通過限壓閥排出到大氣中。

3、當溫度傳感器檢測到動力電池的溫度高於45℃時，溫控器控制儲氣罐的電磁閥開啟，高壓氣體在噴嘴內膨脹，然後以很高的速度沿切線方向進入渦流管，在渦流室形成內外層渦流，中心層部分的氣流失去能量，速度降低，溫度降低，得到所需的冷氣流；而外層部分的氣流獲得動量，動能增加，形成熱氣流；從而漩渦分離出冷、熱兩股氣流(冷氣流比環境溫度低25℃～45℃，熱氣流為110℃以下)，冷氣流通過冷氣換向閥進入動力電池內部進行冷卻，熱氣流直接從熱氣換向閥中的排氣口排到大氣中。

4、當溫度傳感器檢測到動力電池實際工作溫度低於最佳工作溫度(18℃)時，系統將熱空氣輸送到動力電池組中預熱動力電池，而冷空氣直接排到大氣中。

5、駕駛員長時間未踩下制動踏板，造成儲氣罐中的空氣壓力小於0.6mpa時，且溫度傳感器檢測到動力電池需要降溫或者升溫時，溫控器直接控制電磁離合器閉合，空氣壓縮機開始壓縮空氣(此時消耗汽車的功率)，保證儲氣罐的壓力為正常工作範圍，然後對動力電池進行降溫或者升溫。

綜上，可見，當動力電池組溫度過高時，冷氣換向閥開啟，冷氣流進入動力電池組內部進行冷卻降溫，而熱氣流直接排到大氣中；當動力電池組溫度過低時，熱氣換向閥開啟，使熱氣流進入動力電池組內部進行預熱。另外，本系統採用並行通風方式的熱管理系統，通過楔形的進排氣通道確保不同模塊間縫隙上下的壓力與空氣流量基本保持一致，從而確保了電池組溫度場分布的一致性，使動力電池始終保持在最佳工作狀態；本系統不僅有效的解決了動力電池因溫度過高而引發材料分解析出氧氣、過壓、熱失控起火等安全問題，還解決了溫度過低而造成正極損壞短路、低溫充電縮短循環周期而影響電池容量等問題，有效地提高動力電池的安全性、壽命、續航裡程，達到節能減排的目的。

附圖說明

圖1是本發明的動力電池渦流管熱管理系統的前視圖。

圖2是圖1的仰視圖。

圖3是圖2的工作原理圖。

圖4是圖3的控制原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1-圖4所示的動力電池渦流管熱管理系統，包括制動能量回收系統、渦流管制冷制熱系統、動力電池系統和控制系統，

制動能量回收系統包括車輪1、半軸2、皮帶輪3、皮帶4、電磁離合器5和空氣壓縮機6；渦流管制冷制熱系統包括儲氣罐7、電磁閥8、渦流管9、冷氣換向閥10和熱氣換向閥11；動力電池系統包括動力電池12、溫度傳感器13和平行四邊形電池容器14；控制系統包括制動踏板15、制動開關16、溫控器17和12v蓄電池18；皮帶輪3安裝在車輪1的半軸2上，皮帶4套接在皮帶輪3和電磁離合器5上，電磁離合器5安裝在空氣壓縮機6上；空氣壓縮機6的出氣口連接儲氣罐7，儲氣罐7的出氣口連接電磁閥8，電磁閥8連接渦流管9，渦流管9連接並聯的冷氣換向閥10和熱氣換向閥11，並聯的冷氣換向閥10和熱氣換向閥11連接平行四邊形電池容器14的進氣口；動力電池12放置在平行四邊形電池容器14內，並且，動力電池12與平行四邊形電池容器14的兩邊側壁都形成楔形的走氣通道，溫度傳感器13安裝在動力電池12上；制動踏板15的上端設置一個撥杆19，撥杆19頂著制動開關16，溫控器17連接電磁離合器5、制動開關16、冷氣換向閥10、熱氣換向閥11、電磁閥8、蓄電池18和溫度傳感器13，電磁離合器5連接制動開關16。空氣壓縮機6的進氣口設置濾清器20。

上述為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述內容的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。