本公開涉及電動汽車使用的鋰電池熱管理系統(tǒng)，具體涉及一種基于熱管的電動汽車鋰電池熱管理系統(tǒng)。

技術(shù)背景

隨著能源危機和環(huán)境污染的日益加劇，新能源汽車替代傳統(tǒng)發(fā)動機汽車已成為當今世界各國汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。更重要的是，在目前各種新能源汽車技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)中，電動汽車已然成為未來發(fā)展的主力軍。以中國為例，截止2015年底，其電動汽車的保有量占新能源汽車的比例已超過了56％。而鋰離子電池更憑借其優(yōu)良的性能，被視為電動汽車的理想動力源。但另一方面，應(yīng)該看到目前在全社會全面推廣電動汽車的條件還未成熟。這主要是因為一方面充電樁等必要的配套設(shè)施建設(shè)還不完善。另一方面，相關(guān)車用電池其有限的容量及高昂的價格也制約了電動汽車產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模商業(yè)化。就更具體的技術(shù)問題而言，鋰電池是依靠其內(nèi)部的化學反應(yīng)產(chǎn)生能量，作為輸入功率驅(qū)動電動汽車工作。在此過程中，相關(guān)化學反應(yīng)會產(chǎn)生大量熱量。若這些熱量得不到及時排出，則會升高鋰電池表面和電池箱體內(nèi)部的運行溫度，并在鋰電池表面形成明顯的溫度梯度，嚴重影響鋰電池的充、放電效率和使用壽命。同時，積聚過多熱量的鋰電池箱也會給電動汽車的運行帶來嚴重的安全隱患。近年來，多起電動汽車自燃事件都與車用電池充、放電時過多的產(chǎn)熱緊密相關(guān)。因此，開發(fā)電動汽車車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)鋰電池表面及電池箱內(nèi)工作溫度，縮小鋰電池表面溫度梯度，成為電動汽車研發(fā)中必不可少的內(nèi)容。

目前主流的電動汽車鋰電池組熱管理方式主要有風冷、液冷及使用相變材料冷卻。風冷熱管理系統(tǒng)主要依靠空氣在鋰電池箱內(nèi)流動，從而將鋰電池產(chǎn)生的熱量散發(fā)到外界環(huán)境中。通常，風冷熱管理系統(tǒng)造價低、易實現(xiàn)，現(xiàn)被各大汽車廠商所青睞。但風冷熱管理系統(tǒng)所用工質(zhì)為空氣，其對流換熱系數(shù)低，傳熱效果并不理想。已有文獻研究表明盡管風冷熱管理系統(tǒng)能滿足并聯(lián)式電池組的散熱要求，但該系統(tǒng)卻不適合串聯(lián)排布和大尺寸的電池組。液冷熱管理系統(tǒng)是使用液體來代替空氣進行散熱。很顯然，該系統(tǒng)有更好的散熱效果。但由于將液體與電池組直接接觸，會存在因液體泄露而造成電池短路的風險。同時，液冷熱管理系統(tǒng)較空冷熱管理系統(tǒng)復(fù)雜且設(shè)備笨重，造價也偏高。除此之外，使用相變材料也是目前正在研發(fā)的以期能用于鋰電池組熱管理的一種技術(shù)手段。該技術(shù)主要是利用特殊材料相變時需要吸收熱量的原理，從而帶走電池產(chǎn)生的熱量。但相變材料熱管理系統(tǒng)在材料完全融化后會喪失吸熱能力。同時，相關(guān)相變材料在相變過程中可控性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本公開揭示了一種基于熱管的電動汽車鋰電池熱管理系統(tǒng)，

所述系統(tǒng)包括：鋰電池組、鋰電池箱體、加熱回路、散熱回路、溫度傳感器和控制單元；

所述鋰電池箱體用于放置鋰電池組及熱管；

所述溫度傳感器用于檢測鋰電池箱體內(nèi)鋰電池所處環(huán)境的溫度值，并將所述溫度值反饋給控制單元；

所述控制單元，用于根據(jù)反饋的所述溫度值來控制加熱回路或散熱回路工作：

在所述控制單元的控制下，所述加熱回路利用熱管實現(xiàn)對鋰電池表面及鋰電池所處環(huán)境的加熱；

所述散熱回路利用熱管實現(xiàn)對鋰電池表面及鋰電池所處環(huán)境的散熱。

本公開具有以下有益效果：

1、本公開設(shè)計的是一套完備的鋰電池控溫熱管理系統(tǒng)。它能根據(jù)鋰電池不同的工作條件對其進行加熱或冷卻。由于采用了熱管，本公開既能在寒冷惡劣天氣條件下對電動汽車進行冷啟動，同時也能在電動汽車進行一些大功率行駛時(如連續(xù)加速或爬坡)對電池及時進行散熱，有效保證其鋰電池組工作在合理的溫度范圍之內(nèi)。

2、本公開采用的熱管，具有較高的傳熱效率，所述熱管與液體的充分接觸強化了本系統(tǒng)的熱響應(yīng)能力，能快速抑制鋰電池表面及電池箱內(nèi)溫度波動，降低鋰電池表面的溫度梯度。

3、本公開所涉及的熱管豎直段采用扁平管形，可以有效減小鋰電池箱的體積，并能保證車輛顛簸行進時，熱管與鋰電池表面的充分接觸。

4、本公開利用熱管作為主要傳熱部件，具有布置靈活的優(yōu)勢。所涉液體槽的形狀和位置可根據(jù)實際空間條件進行調(diào)配、改變。

5、本公開所包含的鋰電池熱管理控制單元，能對鋰電池表面及電池箱內(nèi)溫度變化進行動態(tài)調(diào)節(jié)，有利于節(jié)約相關(guān)設(shè)備的運行能耗，提高系統(tǒng)能效。

附圖說明

圖1為本公開一個實施例中基于熱管的電動汽車鋰電池熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本公開一個實施例中的熱管和鋰電池的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本公開一個實施例中的熱管外形示意圖；

其中，1-液體槽保溫層，2-液體槽，3-電池箱體，4-電池箱保溫層，5-熱管，6-溫度傳感器，7-鋰電池，8-加熱器，9-泵，10-管道，11-散熱器，12-風扇，13-控制單元。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1-4和具體的實施例對本公開進行詳細說明。

在一個實施例中，本公開揭示了一種基于熱管的電動汽車鋰電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：鋰電池箱體、加熱回路、散熱回路、溫度傳感器和控制單元；

所述系統(tǒng)包括：鋰電池組、鋰電池箱體、加熱回路、散熱回路、溫度傳感器和控制單元；

所述鋰電池箱體用于放置鋰電池組及熱管；

所述溫度傳感器用于檢測鋰電池箱體內(nèi)鋰電池所處環(huán)境的溫度值，并將所述溫度值反饋給控制單元；

所述控制單元，用于根據(jù)反饋的所述溫度值來控制加熱回路或散熱回路工作：

在所述控制單元的控制下，所述加熱回路利用熱管實現(xiàn)對鋰電池表面及鋰電池所處環(huán)境的加熱；

所述散熱回路利用熱管實現(xiàn)對鋰電池表面及鋰電池所處環(huán)境的散熱。

在本實施例中，所述的熱管將既使用于加熱回路，也使用于散熱回路。所述熱管為內(nèi)部具有毛細結(jié)構(gòu)的可逆熱管，熱量在熱管兩端根據(jù)實際工況條件進行傳遞。

在加熱工況條件下，在所述控制單元作用下，熱管將作為所述加熱回路的一部分，將液體槽中液體中的熱量導(dǎo)入至鋰電池表面，從而提高鋰電池及電池箱體內(nèi)的環(huán)境溫度；

在散熱工況下，熱管將作為所述散熱回路的一部分，將鋰電池表面及電池箱體內(nèi)的熱量導(dǎo)出至液體槽中的液體中。

在本實施例中，如圖1和圖2所示，所述系統(tǒng)利用熱管的優(yōu)良傳熱特性，在避免液體與電池組進行直接接觸的前提下，在鋰電池表面及電池箱與液體槽中液體間進行有效熱量傳遞。從而保證復(fù)雜工況下，合理控制鋰電池工作溫度，減小鋰電池表面溫度梯度，提高鋰電池充、放電效率和使用壽命。

更優(yōu)的，所述加熱回路包括加熱器、熱管和液體槽；

所述加熱器用于對液體槽中的液體進行加熱，液體槽中加熱后的液體通過熱管將熱量傳導(dǎo)至鋰電池表面，實現(xiàn)對鋰電池表面及電池箱體內(nèi)鋰電池所處環(huán)境的加熱。

更優(yōu)的，所述散熱回路包括散熱器、熱管和液體槽；

所述熱管將鋰電池表面熱量傳至液體槽內(nèi)的液體中。

更優(yōu)的，所述散熱回路還包括風扇、泵和管道；

所述風扇用于強化散熱器空氣側(cè)的熱量散發(fā)；

所述管道用于將液體在液體槽和散熱器間進行傳輸；

所述泵用于驅(qū)動液體槽中液體在管道及散熱器中流動。

在本實施例中，所述鋰電池箱體外部設(shè)置有保溫層，用于給鋰電池箱提供一個溫度穩(wěn)定的環(huán)境。

在一個實施例中，所述熱管為l型熱管。

在本實施例中，如果電動汽車的空間安排有特殊要求，如只有電池箱上方有空間，而下方無空間。液體槽可安放于電池箱上方，相關(guān)熱管布置將采用倒l型。

在本實施例中，所述鋰電池組由多個單體鋰電池組成。所述鋰電池箱的一端開有與熱管數(shù)目相同的小孔，所述孔洞用于通過所述l型熱管。

在一個實施例中，所述l型熱管由豎直段和水平段兩部分構(gòu)成。豎直段熱管部分經(jīng)壓扁工藝制成為扁平管形。而水平段部分仍采用圓柱管形。

所述l型熱管的豎直段用導(dǎo)熱墊固定在兩個鋰電池中間，并穿過鋰電池箱體底部的小孔，伸入液體槽的液體中。

所述l型熱管的水平段連接于熱管豎直段尾部，并浸沒在液體槽液體中。

在本實施例中，如圖3和圖4所示：所述熱管豎管段夾在電池與電池的縫隙中，呈扁平狀，以增大接觸面積并適應(yīng)電池箱的空間要求；熱管的水平段則浸沒在液體槽中的液體里，呈圓形截面。較扁平管形，圓柱管形換熱效果更好。所述熱管內(nèi)部有多孔結(jié)構(gòu)，冷凝段和蒸發(fā)段在不同使用工況下在熱管兩端進行功能互換。因此本公開中的熱管既可以將多余熱量從鋰電池表面及電池箱箱內(nèi)部散發(fā)至外部環(huán)境，同時也可以將外界熱量傳遞至鋰電池表面及電池箱內(nèi)部。

在一個實施例中，所述液體槽包括液體槽外殼，所述液體槽外殼包括里層和外層。里層和外層中間填充有保溫材料。

在本實施例中，所述保溫材料包括保溫棉或硬質(zhì)聚氨酯，所述硬質(zhì)聚氨酯既有保溫性，還有防火和阻燃性；所述保溫棉(也有防火性)比較柔軟，容易改變形狀。

在一個實施例中，所述液體槽內(nèi)的液體為車用冷卻液。

在本實施例中，所述車用冷卻液能夠保證在冬天寒冷的室外不結(jié)冰。從而，保證電池在冷啟動時熱管理系統(tǒng)迅速反應(yīng)，有效應(yīng)對。

在一個實施例中，所述加熱器由一個小型蓄電池驅(qū)動，用于在電動汽車冷啟動時，對車用鋰電池組進行預(yù)熱。

在本實施例中，所述加熱器不做限制，只要能對液體槽中的液體進行加熱即可。

加熱器位于液體槽底部，散熱器與液體槽通過管道連接；

溫度傳感器位于鋰電池箱體中。

控制單元位于鋰電池箱體外部和液體槽外部。

在一個實施例中，所述風扇布置在散熱器一側(cè)。泵的一端與液體槽相連，另一端與散熱器連接。

更優(yōu)的，所述控制單元與加熱器、風扇、泵以及溫度傳感器相連。根據(jù)溫度傳感器采集到的溫度值，對加熱器、泵和風扇進行控制。

在本實施例中，在整個加熱或散熱過程中，鋰電池箱內(nèi)的溫度傳感器實時監(jiān)測箱內(nèi)溫度變化，并及時反饋給控制單元。控制單元將依據(jù)接收到的溫度信號，作出判斷。一旦達到實施控制策略的條件，熱管理系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備將會迅速應(yīng)對。

在一個實施例中，當電動汽車冷啟動時，溫度傳感器將檢測鋰電池表面及電池箱內(nèi)鋰電池所處環(huán)境溫度，若溫度低于25℃，則控制單元啟動加熱器開始工作。加熱器生成的熱量由液體槽內(nèi)液體傳遞給熱管，然后再傳遞至鋰電池表面。當鋰電池表面及電池箱內(nèi)鋰電池所處環(huán)境溫度達到理想溫度范圍后，控制單元則切斷加熱器的電源，加熱器停止供熱。

當鋰電池組開始工作時，泵和風扇都處于關(guān)閉狀態(tài)。溫度傳感器實時監(jiān)測鋰電池表面及電池箱內(nèi)鋰電池所處環(huán)境的溫度值，并反饋給控制單元進行判斷。若檢測溫度超過40℃時，控制單元會發(fā)出信號，開啟泵并同時打開風扇。鋰電池表面的熱量將通過熱管傳至液體槽內(nèi)的液體，受熱后的液體在泵的驅(qū)動下，流經(jīng)散熱器，將熱量散發(fā)到外界環(huán)境中。當鋰電池表面及電池箱內(nèi)鋰電池所處環(huán)境的溫度重新回落到理想的工作溫度范圍后，控制單元會關(guān)閉泵和風扇，散熱過程結(jié)束。

在本公開中，熱管形狀呈l形。熱管受熱一端定義為蒸發(fā)段，受冷一端為冷凝段。熱管內(nèi)部有其獨有工質(zhì)，當一端受熱時，熱管內(nèi)部工質(zhì)就會蒸發(fā)，其蒸汽到達另一端后，受冷凝結(jié)。冷凝后的工質(zhì)液體依靠重力或毛細力等作用回流到蒸發(fā)段，繼續(xù)受熱蒸發(fā)，如此往復(fù)。由于熱管傳熱伴隨著其內(nèi)部工質(zhì)的相變，因此熱管傳遞熱量的能力很高。同時由于相變過程中工質(zhì)溫度保持不變，故熱管兩端的溫度差別也很小。本公開的熱管理系統(tǒng)設(shè)計正是充分利用了上述熱管傳熱特性。

必須指出的是在本實施例中，在不同工況條件下，熱管既參與向鋰電池表面及電池箱內(nèi)提供熱量的加熱過程，也參與將鋰電池表面及電池箱內(nèi)熱量傳遞到外界的散熱過程。因此，熱管首、尾兩端在不同工況下將充當蒸發(fā)段或冷凝段。如果熱管僅依靠重力使液體從冷凝段回流至蒸發(fā)段，其蒸發(fā)段必須放置在下，冷凝段在上。這樣將使得固定放置后的熱管無法同時滿足本公開所述熱管理系統(tǒng)對電動汽車鋰電池進行加熱或散熱的雙重功能要求。因此，在本公開中，熱管內(nèi)部將有毛細多孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部工質(zhì)將依靠毛細力進行回流，不受熱管蒸發(fā)段在下，冷凝段在上的放置限制，將同時滿足本公開所設(shè)計熱管理系統(tǒng)的加熱、散熱功能。另外，帶有毛細多孔結(jié)構(gòu)的熱管還能更好滿足電動汽車空間要求。比如，在某種電動汽車中，要求液體槽只能布置于鋰電池箱上方。在該條件下，熱管將采用倒l型放置。由于具備毛細多孔結(jié)構(gòu)，即使倒l型放置的熱管也能實施加熱、散熱功能，滿足相關(guān)熱管理要求。由此可見，本公開中的熱管能夠根據(jù)實際空間要求進行前后左右、正l型或倒l型放置。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解；其依然可以對上述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替代；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)所述的精神范圍。