一種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括冷卻器、冷卻水循環(huán)泵、冷凝器、發(fā)生器、余熱回收裝置、溶液循環(huán)泵、冷媒循環(huán)泵、動(dòng)力電池箱、蒸發(fā)器和吸收器。所述冷卻器、吸收器、冷凝器、冷卻水循環(huán)泵構(gòu)成冷卻水回路；冷劑循環(huán)泵、動(dòng)力電池箱、蒸發(fā)器構(gòu)成電池冷卻回路；所述發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液循環(huán)泵構(gòu)成溶液回路；本發(fā)明具有運(yùn)轉(zhuǎn)安靜，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，將吸收式制冷的高能源利用率和微通道換熱器的高傳熱性進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，結(jié)構(gòu)結(jié)合加工成耦合組件應(yīng)用到電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，提高能源利用率的同時(shí)能對電池進(jìn)行高效熱管理。
【專利說明】
一種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于余熱回收的汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，其巨大的能源消耗和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，為此，發(fā)展電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)成為了應(yīng)對能源危機(jī)及保護(hù)環(huán)境下經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的必然選擇。其中，電動(dòng)車中的動(dòng)力電池是非常重要的部件，其性能好壞和壽命長短直接決定了汽車的駕駛體驗(yàn)和成本。電動(dòng)車中常采用多個(gè)電池單體通過串并聯(lián)方式組成的電池組，從而得到足夠的能量，但電池組中的電池單體在工作過程中，會(huì)各自產(chǎn)生熱量并相互影響。如果電池組在工作中散熱不均勻，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部溫度快速上升，造成電池一致性的惡化，甚至?xí)斐呻姵責(zé)崾Э囟l(fā)嚴(yán)重的后果。
[0003]目前，電池組的熱管理方式主要以空氣冷卻和液體冷卻為主。市場上多采用最為簡單的空氣冷卻方式，但純電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，由于空氣冷卻的換熱系數(shù)低，換熱效率低，降溫速度慢，所以很難滿足快速冷卻的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用微通道式換熱器并結(jié)合余熱回收裝置對電池進(jìn)行高效熱管理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)固、能源利用率高、安全性高，散熱性能好。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，所述電磁熱管理系統(tǒng)由余熱回收循環(huán)回路、散熱循環(huán)回路以及熱管理循環(huán)回路三組各自獨(dú)立的循環(huán)回路組成。所述余熱回收循環(huán)回路將汽車上(主要針對發(fā)動(dòng)機(jī))的多余熱量轉(zhuǎn)化為電池?zé)峁芾硌h(huán)回路所需要的冷量。所述散熱循環(huán)回路作為余熱回收循環(huán)回路的輔助，主要用于吸收余熱回收循環(huán)回路轉(zhuǎn)化時(shí)的熱量，幫助余熱回收循環(huán)回路散熱。所述熱管理循環(huán)回路主要利用微通道式散熱管將電池的溫度快速控制在合理的范圍內(nèi)。
[0007]所述余熱回收循回路環(huán)主要由用于收集汽車發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的余熱回收裝置、發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器以及溶液循環(huán)栗組成，所述余熱回收裝置吸收汽車上的余熱并通過循環(huán)管道將余熱送進(jìn)發(fā)生器。所述發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和溶液循環(huán)栗之間通過管道連接，管道內(nèi)設(shè)有溶液工質(zhì)。所述溶液循環(huán)栗驅(qū)動(dòng)溶液工質(zhì)在發(fā)生器內(nèi)吸收余熱的熱量，使溶液工質(zhì)內(nèi)的水分蒸發(fā)，水蒸氣到達(dá)冷凝器內(nèi)并冷凝成水釋放熱量，冷凝水流到蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量而再次汽化，汽化后的水蒸氣到達(dá)吸收器后，在吸收器內(nèi)釋放熱量并再次凝結(jié)成水流進(jìn)發(fā)生器。該循環(huán)利用了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的余熱，在溶液循環(huán)栗的驅(qū)動(dòng)下不斷吸收電磁熱管理循環(huán)回路所產(chǎn)生的熱量，使電池箱溫度控制在合適的范圍內(nèi)。
[0008]所述散熱循環(huán)回路主要用于輔助余熱回收循環(huán)回路進(jìn)行散熱，包括冷卻器、水冷管道和水冷循環(huán)栗。所述冷卻器、水冷循環(huán)栗、冷凝器和吸收器之間通過水冷管道連接，水冷管道內(nèi)裝有冷卻水，冷卻水吸收了冷凝器和吸收器上產(chǎn)生的熱量并通過水冷循環(huán)栗到達(dá)冷卻器，由冷卻器對冷卻水進(jìn)行散熱和降溫。通過該散熱循環(huán)回路，余熱回收循環(huán)回路可以更快地排出多余熱量，使熱管理系統(tǒng)工作更穩(wěn)定、可靠。
[0009]所述熱管理循環(huán)回路用于對電池箱進(jìn)行快速降溫，確保電池單體工作在合適的溫度范圍內(nèi)，所述熱管理循環(huán)回路包括電池箱、冷媒管道和冷媒循環(huán)栗。所述電池箱、冷媒循環(huán)栗和蒸發(fā)器之間通過冷媒管道連接，冷媒管道內(nèi)設(shè)有冷媒介質(zhì)，冷媒介質(zhì)在電池箱內(nèi)吸收電池單體工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，并通過冷媒循環(huán)栗的驅(qū)動(dòng)到達(dá)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)釋放吸收的熱量。
[0010]所述電池箱包括電池單體、箱蓋、箱體和換熱器。若干所述電池單體之間相互連接并安裝在箱體內(nèi)組成電池組。所述箱蓋安裝在箱體上，位于電池組上方，所述換熱器安裝在箱體內(nèi)，換熱管道穿過電池單體之間的空隙，使電池單體與換熱管道更貼近，接觸面積更大，換熱管道吸收的熱量更多，電池溫度下降的速度更快。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述換熱器由兩個(gè)集流室和位于集流室之間的微通道扁管組成。換熱管設(shè)置為扁管，有助于穿過空間更窄的電池間隙，同時(shí)也可以增大與電池的接觸面積，吸收更多的熱量。所述第一集流室和第二集流室之間平行設(shè)置，微通道扁管垂直于集流室并與第一集流室和第二集流室連通。所述第一集流室上設(shè)有冷媒入口，第二集流室上設(shè)有冷媒出口，冷媒進(jìn)入第一集流室后均勻分配到各條微通道扁管中，冷媒吸收熱量后到達(dá)第二集流室匯集，并從冷媒出口排出，集流室用于暫存冷媒介質(zhì)，使冷媒均勻的分散或匯合。
[0012]進(jìn)一步的，所述箱體相對的兩側(cè)上分別設(shè)有微通道管孔，所述微通道扁管設(shè)置在微通道管孔中。箱體內(nèi)裝配好電池后，換熱器可以從下往上卡進(jìn)微通道管孔中，使微通道扁管與電池單體貼近并接觸，結(jié)構(gòu)簡單，安裝和拆卸都十分方便。
[0013]優(yōu)選的，由于換熱管的尺寸較小、形狀特殊、加工要求較高，因此選用延展性好、導(dǎo)熱性好、成本較低的鋁作為原料制作成微通道扁管，用鋁制成的微通道扁管重量輕、耐腐蝕，可以有效延遲換熱管的使用壽命。
[0014]優(yōu)選的，為了提高換熱管與電池單體之間的熱交換效率，所述微通道扁管的通道當(dāng)量直徑范圍設(shè)為ΙΟμπι至ΙΟΟΟμπι之間，減小換熱管的直徑可以容納更多的換熱管，使接觸面積更大，熱交換效率更高。
[0015]優(yōu)選的，為了提高微通道扁管與電池單體的接觸面積，所述微通道扁管的表面上還設(shè)有用于增大接觸面積的翅片，使微通道扁管與空氣和電池單體的接觸面積更大、散熱更快。
[0016]本發(fā)明的工作過程和原理是:本發(fā)明利用汽車上(主要指發(fā)動(dòng)機(jī))產(chǎn)生的余熱來驅(qū)動(dòng)余熱回收循環(huán)回路工質(zhì)，使循環(huán)回路中的溶液工質(zhì)吸收電池?zé)峁芾硌h(huán)回路中的熱量，能有效且快速降低電池箱中的溫度，使電池工作在合理的溫度范圍，確保電池性能的正常發(fā)揮。另外，通過散熱循環(huán)回路的輔助散熱，可以將余熱回收循環(huán)回路的多余熱量散發(fā)出去，使熱管理系統(tǒng)工作更穩(wěn)定、可靠。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、運(yùn)轉(zhuǎn)安靜、工作安全可靠，將吸收式制冷的高能源利用率和微通道式換熱器的高導(dǎo)熱性進(jìn)行結(jié)合，加工成耦合組件并應(yīng)用到電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，可以明顯提高電池?zé)峁芾硇实耐瑫r(shí)，其能源利用率也得到顯著提升。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)本發(fā)明采用微通道鋁扁管作為電池?zé)峁芾矸绞?，因其通道?dāng)量直徑在10-1000μπι之間，當(dāng)管道當(dāng)量直徑小到0.5-lmm時(shí)，對流換熱系數(shù)可增大50%-100%，另外應(yīng)用翅片增強(qiáng)散熱，極大提高電池?zé)峁芾淼纳嵝屎碗姵氐难h(huán)壽命。
[0019](2)本發(fā)明的微通道式換熱器具有優(yōu)良的耐壓性能，大大提高了動(dòng)力電池模組的電力學(xué)性能，從而提高了整車的安全性。
[0020](3)本發(fā)明所提供的熱管理系統(tǒng)對外界條件的適應(yīng)性強(qiáng)，冷媒工質(zhì)出水溫度可以在較寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安靜，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，安裝方便，極大完善了電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
[0021](4)本發(fā)明將吸收式制冷的高能源利用率和微通道式換熱器的高傳熱性進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，加工成耦合組件應(yīng)用到電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，提高能源利用率的同時(shí)能對電池進(jìn)行高效熱管理。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的工作原理圖。
[0023]圖2是本發(fā)明所提供的電池箱的立體示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明所提供的電池箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明所提供的換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5是本發(fā)明所提供的換熱器的俯視圖。
[0027]圖6是本發(fā)明所提供的箱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]上述附圖中的標(biāo)號(hào)說明:1_冷卻器，2-水冷循環(huán)栗，3-冷凝器，4-發(fā)生器，5-余熱回收裝置，6-溶液循環(huán)栗，7-冷媒循環(huán)栗，8-電池箱，9-蒸發(fā)器，10-吸收器;801-電池，802-上蓋，803-微通道式換熱器，804-箱體，8031-集流室，8032-微通道鋁扁管，8033-進(jìn)液口，8034-出液口，8041_微通道管孔。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括冷卻器1、水冷循環(huán)栗2、冷凝器3、發(fā)生器4、余熱回收裝置5、溶液循環(huán)栗6、冷媒循環(huán)栗7、電池箱8、蒸發(fā)器9和吸收器1。
[0032]上述部件構(gòu)成本系統(tǒng)余熱回收循環(huán)回路、散熱循環(huán)回路以及熱管理循環(huán)回路的三大循環(huán)回路，具體是余熱回收循環(huán)回路由所述發(fā)生器4、冷凝器3、蒸發(fā)器9、吸收器10、溶液循環(huán)栗6通過管道連接構(gòu)成，利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的余熱驅(qū)動(dòng)發(fā)生器4內(nèi)的溶液工質(zhì)(本實(shí)施例以溴化鋰水溶液作為余熱回收循環(huán)回路的工質(zhì))，使其在蒸發(fā)器9內(nèi)汽化吸熱，以降低熱管理循環(huán)回路的冷媒的溫度;散熱循環(huán)回路由冷卻器1、吸收器10、冷凝器3、水冷循環(huán)栗2通過管道連接構(gòu)成，該循環(huán)主要用于吸收冷凝器3和吸收器10的熱量，幫助余熱回收循環(huán)回路散熱；熱管理循環(huán)回路由冷媒循環(huán)栗7、電池箱8、蒸發(fā)器9通過管道連接構(gòu)成，用于給電池箱快速降溫。
[0033]本實(shí)施例中，如圖2和圖3所示，所述電池箱包括電池801、上蓋802、微通道式換熱器803、以及箱體804。微通道式換熱器803置于箱體804中；若干電池801相鄰排列形成電池組(圖中未標(biāo)出)置于箱體804中，與微通道式換熱器803緊密接觸；上蓋802與箱體804通過螺栓(圖中未標(biāo)出)緊密連接。
[0034]本實(shí)施例中，如圖4和圖5所示，所述微通道式換熱器803包括集流室8031、微通道鋁扁管8032、進(jìn)液口 8033和出液口 8034。兩端的集流室8031之間布置多根微通道鋁扁管8032，微通道鋁扁管8032之間的距離與電池801厚度相匹配。微通道鋁扁管8032的寬度與電池801高度相匹配。集流室8031用于使工質(zhì)(圖中未標(biāo)出)均勻分布在微通道鋁扁管8032中；
[0035]本實(shí)施例中，如圖6所示，所述箱體804中含有微通道管孔8041，微通道管孔8041大小與微通道鋁扁管8032大小相匹配。微通道鋁扁管8032從微通道管孔8041穿過箱體804與電池801緊密接觸，吸收電池801放出的熱量。
[0036]本實(shí)施例中，所述微通道鋁扁管8032的個(gè)數(shù)可以根據(jù)電池模組大小的需要進(jìn)行合理的增減。
[0037]本實(shí)施例中，如圖1至圖6所示，一種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的工作原理如下:
[0038]所述余熱回收裝置5將熱量輸送到發(fā)生器4中，稀溶液中的工質(zhì)在發(fā)生器4中被蒸發(fā)流入冷凝器3，在冷凝器3中凝結(jié)后流入蒸發(fā)器9，在蒸發(fā)器9中蒸發(fā)制冷并將冷量傳遞給電池冷卻回路(圖中未標(biāo)出)中的冷媒工質(zhì)(圖中未標(biāo)出)后，進(jìn)入吸收器10被從發(fā)生器4來的濃溶液吸收變成稀溶液，完成溶液工作的循環(huán)回路(圖中未標(biāo)出)。冷卻水由水冷循環(huán)栗2提供動(dòng)力帶走吸收器10和冷凝器3中的熱量并在冷卻器I內(nèi)放熱，完成冷卻水的循環(huán)回路(圖中未標(biāo)出)；冷媒工質(zhì)(圖中未標(biāo)出)吸收冷量后由冷媒循環(huán)栗7提供動(dòng)力給電池箱8散熱，完成電池冷卻的循環(huán)回路(圖中未標(biāo)出)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、運(yùn)轉(zhuǎn)安靜、工作安全可靠，將吸收式制冷的高能源利用率和微通道式換熱器的高導(dǎo)熱性進(jìn)行結(jié)合，加工成耦合組件并應(yīng)用到電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，可以明顯提高電池?zé)峁芾硇实耐瑫r(shí)，其能源利用率也得到顯著提升。
[0039]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述電磁熱管理系統(tǒng)由余熱回收循環(huán)回路、散熱循環(huán)回路以及熱管理循環(huán)回路三組各自獨(dú)立的循環(huán)回路組成;所述余熱回收循環(huán)回路將汽車上的多余熱量轉(zhuǎn)化為電池?zé)峁芾硌h(huán)回路所需要的冷量，所述散熱循環(huán)回路用于吸收余熱回收循環(huán)回路轉(zhuǎn)化時(shí)所產(chǎn)生的熱量，所述熱管理循環(huán)回路用于將電池溫度控制在合理的范圍內(nèi)； 所述余熱回收循環(huán)回路包括余熱回收裝置、發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器以及溶液循環(huán)栗;所述余熱回收裝置吸收汽車上的余熱并通過循環(huán)管道將余熱送進(jìn)發(fā)生器;所述發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和溶液循環(huán)栗之間通過管道連接，管道內(nèi)設(shè)有溶液工質(zhì)，所述溶液循環(huán)栗驅(qū)動(dòng)溶液工質(zhì)在發(fā)生器內(nèi)吸收余熱，在冷凝器內(nèi)釋放熱量，在蒸發(fā)器內(nèi)制冷，在吸收器內(nèi)再次釋放熱量； 所述散熱循環(huán)回路包括冷卻器、水冷管道和水冷循環(huán)栗；所述冷卻器、水冷循環(huán)栗、冷凝器和吸收器之間通過水冷管道連接，水冷管道內(nèi)裝有冷卻水，冷卻水吸收了冷凝器和吸收器上產(chǎn)生的熱量并通過水冷循環(huán)栗到達(dá)冷卻器，由冷卻器對冷卻水進(jìn)行散熱降溫； 所述熱管理循環(huán)回路包括電池箱、冷媒管道和冷媒循環(huán)栗;所述電池箱、冷媒循環(huán)栗和蒸發(fā)器之間通過冷媒管道連接，冷媒管道內(nèi)設(shè)有冷媒介質(zhì)，冷媒介質(zhì)在電池箱內(nèi)吸收熱量，并通過冷媒循環(huán)栗的驅(qū)動(dòng)到達(dá)蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)釋放吸收的熱量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述電池箱包括電池單體、箱蓋、箱體和換熱器，若干所述電池單體之間相互連接并安裝在箱體內(nèi)組成電池組，所述箱蓋安裝在箱體上，位于電池組上方，所述換熱器安裝在箱體內(nèi)，換熱管道穿過電池單體之間的空隙，用于快速吸收電池產(chǎn)生的熱量，使電池組的溫度快速降低。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述換熱器由兩個(gè)集流室和位于集流室之間的微通道扁管組成，所述第一集流室和第二集流室之間平行設(shè)置，微通道扁管垂直于集流室并與第一集流室和第二集流室連通;所述第一集流室上設(shè)有冷媒入口，第二集流室上設(shè)有冷媒出口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述箱體相對的兩側(cè)上分別設(shè)有微通道管孔，所述微通道扁管設(shè)置在微通道管孔中。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述微通道扁管由招制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于余熱回收的微通道電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述溶液工質(zhì)設(shè)為溴化鋰水溶液。
【文檔編號(hào)】H01M10/6569GK105895992SQ201610348350
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】司徒文甫, 張國慶, 呂又付
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)