一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力電池保護(hù)裝置，尤其涉及一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源問題以及環(huán)境污染問題日益突出，人類對環(huán)保節(jié)能的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，依靠動力電池驅(qū)動的電動汽車及混合動力車必將成為汽車行業(yè)的主流。我國公布了一系列利好政策促進(jìn)新能源汽車的研究和發(fā)展，并取得一定成效。然而，電動汽車的核心部件動力電池在充放電過程中大量產(chǎn)熱，引起電池溫度上升。高溫導(dǎo)致電池性能下降甚至爆炸，而低溫環(huán)境下電池溫度過低無法工作，這些問題始終制約著電動汽車的發(fā)展。高效節(jié)能的熱管理方案能有效保證電池處于最佳工作溫度區(qū)間，從而大幅提高電池性能和壽命，同時(shí)確保電池安全工作。因此，熱管理系統(tǒng)的改進(jìn)已經(jīng)成為進(jìn)一步提高動力電池性能和發(fā)展電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)
[0003]目前，已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的熱管理技術(shù)有空氣冷卻和液體冷卻，但這兩者都具有難以克服的不足，如空氣導(dǎo)熱系數(shù)低，以及液冷的密封性和過重等問題?；谙嘧儾牧侠鋮s的熱管理技術(shù)雖然具有一定優(yōu)越性，但相變材料導(dǎo)熱差，儲熱速度低。此外，目前大多熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)并未考慮熱量的循環(huán)利用問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、使用安全可靠的動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)及其方法。解決不同工作環(huán)境下，如動力電池高溫散熱、低溫加熱等技術(shù)問題。使電池在各種工作環(huán)境下都能發(fā)揮其最佳性能。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，包括盛裝有循環(huán)液的水箱4、用于驅(qū)動循環(huán)液流動的循環(huán)栗、水箱4的密封蓋板5、固定安裝在密封蓋板5上方的由多個(gè)單體電池I組成的電池組陣列；在各個(gè)單體電池I的表面均粘貼有一均溫板3和一熱管2，均溫板3的中部具有一缺口，該熱管2的蒸發(fā)段2-1呈扁平狀，并置于該缺口內(nèi)，蒸發(fā)段2-1通過該缺口與單體電池I的表面相互貼合;熱管2冷卻段2-2穿過密封蓋板5置于水箱4內(nèi)的循環(huán)液中；所述水箱4的一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液入口 4-1，另一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液出口 4-2。
[0007]所述水箱4內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu);該循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)包括分別相互間隔、且交錯(cuò)布置在水箱4內(nèi)側(cè)壁上的多個(gè)擾流隔板8，在水箱循環(huán)液出口 4-2的一部分?jǐn)_流隔板8上焊接有擾流柱7，即循環(huán)液入口 4-1側(cè)的擾流隔板8不安裝擾流柱7;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使循環(huán)液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2。
[0008]所述熱管2的冷卻段2-2的軸線垂直于循環(huán)液在擾流隔板8間的流動方向。
[0009 ]所述擾流柱7的布置方向與冷卻段2-2的軸線平行。
[0010]在臨近水箱4循環(huán)液入口4-1的側(cè)壁，設(shè)有對循環(huán)液進(jìn)行加熱的加熱部件，該加熱部件連接有溫控元件及加熱裝置;水箱4的外部包覆有保溫層。
[0011]所述冷卻段2-2與蒸發(fā)段2-1的軸線相互垂直，冷卻段2-2截面形狀為圓形。
[0012]所述循環(huán)栗設(shè)置有流量控制裝置;所述循環(huán)液為冷卻液體。
[0013]本發(fā)明動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括電池組散熱步驟和電池組加熱步驟:
[0014]所述電池組散熱步驟:啟動循環(huán)栗，使冷卻液體在水箱4內(nèi)循環(huán)流動;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使冷卻液體以曲線的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2;不斷流動的冷卻液體在冷卻段2-2間流動，此時(shí)，電池組產(chǎn)生的熱量通過均溫板3及蒸發(fā)段2-1傳遞給冷卻段2-2以實(shí)現(xiàn)熱交換，最終由流動的冷卻液體將電池組產(chǎn)生的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)電池組散熱；
[0015]所述電池組加熱步驟:啟動循環(huán)栗、加熱裝置，使冷卻液體在水箱4內(nèi)循環(huán)流動，此時(shí)冷卻液體被加熱，轉(zhuǎn)換成熱液體;在擾流隔板8的阻擋作用下改變熱液體在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使熱液體以曲線的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口 4-1流至循環(huán)液出口 4-2;此時(shí)熱管2的原蒸發(fā)段2-1轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s段，原冷卻段2-2轉(zhuǎn)變?yōu)檎舭l(fā)段;不斷流動的熱液體在蒸發(fā)段間循環(huán)流動，在熱管的換熱作用下，將熱液體的熱量傳給電池組，實(shí)現(xiàn)電池組的加熱。
[0016]在電池組散熱和加熱步驟中，通過設(shè)置循環(huán)栗的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，對冷卻液體或者熱液體的流動速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電池組的加速散熱或者加速升溫；
[0017]通過溫控元件控制熱液體的溫度。
[0018]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0019]本發(fā)明將燒結(jié)式熱管應(yīng)用于電池?zé)峁芾怼峁芫哂袠O高的導(dǎo)熱率，能及時(shí)吸收電池產(chǎn)熱;熱管重量輕，應(yīng)用中對車身的重量影響小。熱管蒸發(fā)段與均溫板組成熱管陣列與電池粘合，均溫板有效促進(jìn)電池溫度均勻分布。熱管冷卻段與液冷結(jié)合，水箱位于電池下面，并且冷卻液與電池有蓋板隔離，有效避免液體泄漏引起的電池安全問題。
[0020]本發(fā)明的水箱內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)，使液冷結(jié)構(gòu)大大簡化，有效降低設(shè)計(jì)制造成本，使得本發(fā)明動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，占用空間小。水箱內(nèi)循環(huán)液曲線形流動，充分吸收熱量，為熱量循環(huán)利用創(chuàng)造條件；同時(shí)，僅在水箱循環(huán)液出口的一部分?jǐn)_流隔板上焊接擾流柱，提高了換熱速率，有效抵消冷卻液溫度升高導(dǎo)致的傳熱惡化，既能實(shí)現(xiàn)熱量循環(huán)利用，又能避免電池包溫差過大。
[0021]本發(fā)明具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。既可在低溫環(huán)境下無需重新調(diào)整結(jié)構(gòu)，通過溫控元件、加熱裝置，加熱循環(huán)液實(shí)現(xiàn)電池組的預(yù)熱及加熱，也可通過改變循環(huán)液和熱管類型適應(yīng)不同產(chǎn)熱強(qiáng)度的電池組。
[0022]本發(fā)明易于安裝、制造成本低、維護(hù)方便、環(huán)保節(jié)能、安全可靠、簡單易控、靈活性強(qiáng)，可滿足不同工況下電池的散熱要求，同時(shí)，通過與余熱利用裝置的配合，可實(shí)現(xiàn)余熱循環(huán)利用，適用于各種動力電池驅(qū)動的的設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0023]本發(fā)明可解決電池在不同工作條件下的散熱、降低電池包溫差、預(yù)熱電池以及熱量循環(huán)利用等技術(shù)問題，具有技術(shù)手段簡便易行，安裝維護(hù)方便，符合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及電動汽車的發(fā)展趨勢，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為圖1前側(cè)示意圖。
[0026]圖3為圖2左側(cè)不意圖。
[0027]圖4為擾流隔板、擾流柱7在水箱中的分布立體示意圖。
[0028]圖5為熱管的局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖所示。本發(fā)明公開了一種動力電池復(fù)合熱管理系統(tǒng)，包括盛裝有循環(huán)液的水箱4(材料為輕質(zhì)低導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金)、用于驅(qū)動循環(huán)液流動的循環(huán)栗、水箱4的密封蓋板
5、固定安裝在密封蓋板5上方的由多個(gè)單體電池I組成的電池組陣列；在各個(gè)單體電池I的表面均粘貼有一均溫板3(厚度為3-5mm)和一熱管2，均溫板3的中部具有一缺口，該熱管2(銅粉燒結(jié)式，厚度為2_5mm)的蒸發(fā)段2-1呈扁平狀，并置于該缺口內(nèi)，蒸發(fā)段2-1通過該缺口與單體電池I的表面相互貼合;熱管2冷卻段2-2穿過密封蓋板5置于水箱4內(nèi)的循環(huán)液中；所述水箱4的一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液入口 4-1，另一側(cè)端設(shè)有循環(huán)液出口 4-2。
[0032]水箱4與密封蓋板5之間設(shè)有密封墊圈。均溫板3的材料為輕質(zhì)高導(dǎo)的鋁材或高導(dǎo)熱銅材。熱管2采用燒結(jié)式熱管，燒結(jié)式熱管燒結(jié)毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)可提供較大的毛細(xì)力，在一定熱負(fù)荷范圍內(nèi)，在反重力方向上仍能保證較大的熱管內(nèi)部冷凝液回流速率，從而確保熱管的換熱速率。利用燒結(jié)式熱管的抗重力性，可把水箱4布置在電池組下方，兩者的科學(xué)結(jié)合，有效避免極端情況引起的液體泄漏對電池安全性的不良影響。
[0033]所述水箱4內(nèi)設(shè)有循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu);該循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)包括分別相互間隔、且交錯(cuò)布置在水箱4內(nèi)側(cè)壁上的多個(gè)擾流隔板8，以形成若干個(gè)槽道;在水箱循環(huán)液出口 4-2的一部分?jǐn)_流隔板8上焊接有多排擾流柱7，即循環(huán)液入口 4-1側(cè)的擾流隔板8不安裝擾流柱7;在擾流隔板8的阻擋作用下改變循環(huán)液在水箱4內(nèi)的流動軌跡，使循環(huán)液以曲線(或者S形)的流動方式由水箱4的循環(huán)液入口4-1流至循環(huán)液出口4-2。循環(huán)液擾流結(jié)構(gòu)，有效節(jié)省了水箱4的內(nèi)部空間，縮小整個(gè)熱管理系統(tǒng)的體積，且有利于保證循環(huán)液整體處于流動狀態(tài)，避免產(chǎn)生過大的流動靜止區(qū)。
[0034]在循環(huán)液入口4-1側(cè)的擾流隔板8不安裝擾流柱7主要目的為;在靠近循環(huán)液入口4-1的流道，由于循環(huán)液溫度較低，能保證較好的冷卻效果。隨著循環(huán)液流動，液體溫度升高會削弱流道末端(即靠近循環(huán)液出口 4-2端)熱管的換熱效果。在水箱循環(huán)液出口 4-2的一部分?jǐn)_流隔板8上焊接有擾流柱7，擾流柱7與冷卻段2-2呈叉排布置，可有效減弱循環(huán)液溫度升高而引起的傳熱惡化，保證水箱4循環(huán)液出口 4-2附近單體電池I的散