一種車用鋰電池組的熱管理系統的製作方法

2023-06-18 08:21:41

一種車用鋰電池組的熱管理系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種車用鋰電池組的熱管理系統，屬於動力電池的熱量管理【技術領域】。本發明在鋰電池組中加設冷卻管路和發熱裝置，冷卻管路和發熱裝置並聯連接於電池組，溫度傳感器實時監測電池組溫度，控制器根據傳感器溫度信息經邏輯運算後發出指令。本系統不僅能使電池組在高溫條件下有效散熱，在低溫條件下對電池有效加熱，使電池組工作在適宜的環境溫度，還能減少對電池組加熱和散熱產生的溫差。此外，系統中冷卻管路與水泵的連接方式簡單多樣、可行性高，能滿足不同電池組的散熱需求。本系統對於提高混合動力汽車使用性能以及使用壽命具有重要的意義。
【專利說明】
一種車用鋰電池組的熱管理系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及動力電池的熱量管理【技術領域】，尤其是一種車用鋰電池組的熱管理系統。

【背景技術】
[0002]動力電池是混合動力汽車重要組成部分。電池的使用性能和壽命都是溫度的函數，溫度對電池使用有重要影響。據實驗研究表明，當電池組環境溫度過低或者過高時，電池組內部不可逆物質生成加快，這些不可逆的物質生成會減少電池的使用循環次數，從而影響電池的使用壽命。此外，電池在低溫條件下工作時，電池的可充入容量和可釋放的容量均降低，直接影響混合動力汽車的續航裡程，而且在低溫條件電池的放電電壓平臺降低，影響電池組的放電效率。
[0003]混合動力汽車電池組是串並聯形式存在的，若某一單體的溫度過高或過低，對成組電池會造成直接影響。若電池組的溫差使電池之間內阻產熱不同，長期的生熱不均，產熱多的電池與產熱少的電池之間會有容量差距,則影響電池組中電池的容量的不均衡。電池組的容量和最差電池的容量是一致的，所以電池組的內部溫差不容忽視。總之，電池組缺少熱管理系統，輕則影響電池性能和壽命，重則引發火災，引起爆炸。
[0004]鋁合金材料是良好的熱導體，由其製成的扁管具有良好的熱導性，管內有若干平行水道，能快速將管壁上的積聚的熱量帶走。
[0005]目前，對電池組的熱量管理方式主要有三種，風冷，液冷和採用相變材料。風冷對流換熱係數較低，降溫效果不是特別理想。相變材料還處在理論研究階段，離實際工程運用還有很多工作要做。而採用液冷方式冷卻，其結構簡單，降溫明顯。因此，採用液冷的熱管理系統對於保證電池使用性能以及使用壽命具有重要的意義。


【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是:在混合動力汽車行駛過程中，鋰電池組常處於在大電流放電(電流可達幾十安培到幾百安培)的狀態，產生熱量巨大。而在某些地區、某些月份混合動力汽車冷啟動時，電池組環境溫度又遠低於適宜工作溫度下限。通過熱管理系統使電池工作在合適的溫度範圍內，保證電池性能和壽命。
[0007]本發明解決該技術問題所採用的技術方案是:一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，包括鋰電池組，冷卻管路，發熱裝置，水泵，控制器，溫度傳感器，水箱，電磁閥A ;所述水箱、水泵和電磁閥A通過水管連接，所述冷卻管路纏繞所述鋰電池組，所述發熱裝置位於所述鋰電池組單電池間，所述冷卻管路與水箱連接，所述溫度傳感器安裝在所述鋰電池組上，所述控制器用來控制所述發熱裝置、水泵和電磁閥A的通斷。
[0008]進一步的，所述冷卻管路是塗有導熱漆的鋁合金扁平管。
[0009]進一步的，所述冷卻管路管內有4?6根平行水道。
[0010]進一步的，所述冷卻管路端部設有接口 a、接口 b、接口 C、接口 d，所述冷卻管路採用雙水泵供水，所述水泵外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A並聯一個電磁閥B，所述接口 a與電磁閥A連接，所述接口 b、接口 c與所述水箱連接，所述接口 d與所述電磁閥B連接，所述冷卻管路內平行水道流向相反。通過將一根冷卻管路分成兩部分，兩者的水流方向相反，形成對流趨勢，能快速地將某一點的熱量分兩個方向帶走。單向冷卻，存在著熱量累計的現象，即越是到管路的後半段越是熱量集中，相比於單向的冷卻水方式冷卻效果更好。
[0011]進一步的，所述冷卻管路是雙層結構，第一層布置在鋰電池組中部，第二層布置在鋰電池組上部。電池的熱量主要集中在電池中上部，這樣的布局更有利於散熱降溫。
[0012]進一步的，所述冷卻管路20設有口 A、口 B、口 C、口 D，所述冷卻管路20採用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A80並聯一個電磁閥B90，所述電磁閥A80與口 A相連，電磁閥B90與口 C相連，口 B、口 D回到水箱。
[0013]進一步的，所述冷卻管路20設有口 A、口 B、口 C、口 D，所述冷卻管路20採用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A80並聯一個電磁閥B90，電磁閥A80與口 A相連，電磁閥B90與口 D相連，口 B、口 C回到水箱。
[0014]進一步的，所述冷卻管路20設有口 A、口 B、口 C、口 D，所述冷卻管路20採用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A80並聯一個電磁閥B90，電磁閥A80與口 A相連，口 B與口 C通過軟管相連，口 D回到水箱。
[0015]進一步的，所述發熱裝置為一種軟性均勻面發熱裝置。系統工作溫度為低於10攝氏度和高於60攝氏度。本發明中所指的發熱裝置，其結構簡單，發熱面廣且效率高。將此柔性面發熱材料運用到電池熱管理系統中，利用其溫升快且面廣的特點，在低溫環境中，迅速將電池組的溫度提升到最佳溫度範圍中確保電池性能和壽命。
[0016]本系統具有如下優點:
(I)冷卻管路採用扁管，內置若干平行水道，布置方便，散熱效果好，能有效保證系統運行的高效性。由於平行水道的存在，使得在不增加扁管外尺寸的條件下，扁管體積變大，力口大了扁管的熱容量，有利於更大程度地帶走電池表面的熱量。扁管內含有若干平行水道，可以根據一定的需求，進行結構改變，實現同一扁管內水流成對流流向，在獲得同樣散熱效果的前提下，減小了水流的流速與壓力，可實現泵結構的進一步優化。
[0017](2)採用雙水泵供水結構，可靠性高。冷卻管路與水泵的連接方式多樣，適合不同組合的電池組散熱。在其中一個水泵出現故障不能工作時候，調節另外一個水泵電壓，保證冷卻系統的冷卻液流量。
[0018](3)發熱裝置熱效率高，溫升快，能耗低。因其柔性特點，適合在電池組狹小的空間中布置。
[0019](4)溫度傳感器實時監測電池組溫度，控制器根據傳感器溫度信息經邏輯運算後發出加熱或冷卻指令。當電池組溫度低於設定溫度下限時，發熱裝置工作，高於設定溫度上限時，水泵工作，冷卻管路帶走電池組熱量，使電池處在最佳的工作溫度中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是鋰電池組的熱管理系統。
[0021]圖2是冷卻管路的截面圖。
[0022]圖3是鋰電池組總成的左視圖。
[0023]圖4是鋰電池組總成的俯視圖。
[0024]圖5是鋰電池組總成的主視圖。
[0025]圖6是水泵連接圖。
[0026]圖7是冷卻管路水流方向圖。
[0027]圖8是冷卻管路接口圖。
[0028]圖中10.電池，20.冷卻管路，30.發熱裝置，40.水泵，50.控制器，60.溫度傳感器，70.水箱，80.電磁閥 A，90.電磁閥 B ,21.口 Α，22.口 B，23.口 C，24.口 D，25.接口 a,
26.接口 b，27.接口 c，28.接口 d。

【具體實施方式】
[0029]下面對本發明的實施舉例進行詳細說明，本實施案例均是在以本發明技術方案為前提下進行實施的，其中給出了具體的實施方式和操作過程。
[0030]一種車用鋰電池組的熱管理系統，如圖所示，包括鋰電池組10，冷卻管路20，發熱裝置30，水泵40，控制器50，溫度傳感器60，水箱70，電磁閥A80，電磁閥B90 ;所述水箱70、水泵40、電磁閥A80和電磁閥B90通過水管連接，所述冷卻管路20採用雙水泵40供水，所述水泵40並聯一個水泵，所述電磁閥A80並聯一個電磁閥B90，所述冷卻管路20纏繞所述鋰電池組10，所述冷卻管路20是塗有導熱漆的鋁合金扁平管，管內有4?6根平行水道。所述冷卻管路20是雙層結構，第一層布置在鋰電池組10中部，第二層布置在鋰電池組10上部。所述發熱裝置30位於所述鋰電池組10單電池間，所述冷卻管路20與水箱70連接，所述溫度傳感器60安裝在所述鋰電池組10上，所述控制器50用來控制所述發熱裝置30、水泵40、電磁閥A80和電磁閥B90的通斷。所述發熱裝置30為一種軟性均勻面發熱裝置。
[0031]如圖4所示，發熱裝置30豎直布置在單體電池間，其與冷卻管路20、單體電池的排列順序為冷卻管路20、發熱裝置30、單體電池。發熱裝置30被冷卻管路20和單體電池包裹，不易掉落。
[0032]如圖5、圖6所示，冷卻管路20採用雙水泵40結構供水，能保證在其中一個不能工作時，通過增加另一個電壓，保證流量。水泵40與冷卻管路20的連接方式有多種，(I)電磁閥A80與口 A21相連，電磁閥B90與口 C23相連，口 B22、口 D24回到水箱。上下兩個冷卻管路獨立，冷卻水在上下兩個平面不存在相交的部分。通過調節水泵電壓實現冷卻水流速的快慢。連接方式簡單，冷卻效果一般。(2)電磁閥A80與口 A21相連，電磁閥B90與口 D24相連，口 B22、口 C23回到水箱。上下兩管路相互獨立，冷卻水在上下兩個平面不存在相交的部分，但水流方向與第一種存在著區別，呈現上順時針，下逆時針流向。連接方式簡單，冷卻效果比第一種好。(3)電磁閥A80與口 A21相連，口 B22與口 C23通過軟管相連，口 D24回到水箱。上下兩管路存在交叉，水流在上下兩管路之間呈現螺旋狀，能實現電池組上下的溫度的均衡，散熱效果最佳。
[0033]如圖7、圖8所示，箭頭方向表示冷卻水流方向。通過將一根冷卻管路分成兩部分，兩者的水流方向相反，形成對流趨勢，能快速地將某一點的熱量分兩個方向帶走。單向冷卻，存在著熱量累計的現象，即越是到管路的後半段越是熱量集中。因此，相比於單向的冷卻水方式冷卻效果更好。所述冷卻管路20端部設有接口 a25、接口 b26、接口 c27、接口d28，所述冷卻管路20採用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A80並聯一個電磁閥B90，所述接口 a25與電磁閥A80連接，所述接口 b26、接口 c27與所述水箱70連接，所述接口 d28與所述電磁閥B90連接。所述冷卻管路內平行水道接口 a流向接口 C，接口 d流向接口 b，平行水道內流向相反。
[0034]本系統的運行方式如下:汽車啟動後，箱體內的溫度傳感器60工作，檢測鋰電池組10的環境溫度。若汽車處在低溫的環境中時，鋰電池組10溫度也較低。當溫度低於單體電池的最佳工作溫度的下限十攝氏度時，此時控制器50收到溫度傳感器60發回的信息，經過邏輯判斷後，發出加熱指令，發熱裝置30工作，鋰電池組10溫度上升。某一時刻，溫度傳感器60檢測到當前溫度信息高於最佳工作溫度下限十攝氏度時，發熱裝置30停止工作。此時鋰電池組10處於一個舒適的溫度環境中。
[0035]汽車行駛過程中，由於大電流放電，鋰電池組10在工作一段時間後溫升較大。當溫度傳感器60檢測到當前溫度信息接近電池舒適工作溫度上限六十攝氏度時，經邏輯判斷後發出指令，電磁閥A80、B90開啟，水泵40開始工作，電池產生的熱量經熱傳導到冷卻管路20，管路內液體流動，帶走熱量。若某時刻，溫度傳感器60測得當前溫度低於電池舒適工作溫度下限，水泵40停止工作，電磁閥A80、電磁閥B90關閉，管路內液體停止。
[0036]通過上述的工作過程，鋰電池組工作在適宜的溫度範圍內，電池使用性能及壽命得到提升，這對混合動力汽車推廣使用具有實際的意義。
【權利要求】
1.一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，包括鋰電池組(10)，冷卻管路(20)，發熱裝置(30 )，水泵(40 )，控制器(50 )，溫度傳感器(60 )，水箱(70 )，電磁閥A (80 );所述水箱(70)、水泵(40)和電磁閥A (80)通過水管連接，所述冷卻管路(20)纏繞所述鋰電池組(10),所述發熱裝置(30 )位於所述鋰電池組(10 )單電池間，所述冷卻管路(20 )與水箱(70 )連接，所述溫度傳感器(60 )安裝在所述鋰電池組(10 )上，所述控制器(50 )用來控制所述發熱裝置(30)、水泵(40)和電磁閥A (80)的通斷。
2.根據權利要求1所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)是塗有導熱漆的鋁合金扁平管。
3.根據權利要求1所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)管內有4?6根平行水道。
4.根據權利要求3所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)端部設有接口 a (25)、接口 b (26)、接口 c (27)、接口 d (28)，所述冷卻管路(20)採用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A (80)並聯一個電磁閥B (90)，所述接口 a (25)與電磁閥A (80)連接，所述接口 b (26)、接口 c (27)與所述水箱(70)連接，所述接口 d (28)與所述電磁閥B (90)連接。
5.根據權利要求1所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)是雙層結構，第一層布置在鋰電池組(10)中部，第二層布置在鋰電池組(10)上部。
6.根據權利要求5所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)設有口 A (21)、口 B (22)、口 C (23)、口 D (24)，所述冷卻管路(20)採用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A (80)並聯一個電磁閥B(90)，所述電磁閥A (80)與口 A (21)相連，電磁閥B (90)與口 C (23)相連，口 B (22)、口D (24)回到水箱。
7.根據權利要求5所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)設有口 A (21)、口 B (22)、口 C (23)、口 D (24)，所述冷卻管路(20)採用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A (80)並聯一個電磁閥B (90)，電磁閥A (80)與口 A (21)相連，電磁閥B (90)與口 D (24)相連，口 B (22)、口 C (23)回到水箱。
8.根據權利要求5所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述冷卻管路(20)設有口 A (21)、口 B (22)、口 C (23)、口 D (24)，所述冷卻管路(20)採用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者並聯，所述電磁閥A (80)並聯一個電磁閥B (90)，電磁閥A (80)與口 A (21)相連，口 B (22)與口 C (23)通過軟管相連，口 D (24)回到水箱。
9.根據權利要求1一8任意一項所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統，其特徵在於，所述發熱裝置(30)為一種軟性均勻面發熱裝置。
【文檔編號】H01M10/613GK104466297SQ201410628010
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】陳龍, 姚勇, 汪波, 袁朝春, 楊軍 申請人:江蘇大學