[發明專利]具有溫度自適應功能的熱管與單相液體回路耦合換熱的電池熱管理系統

無效

• 申請號: 201410161464.0
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103928728A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 王成安;劉福東;馬蘭新;王程超;譚建宇;王富強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/6552;H01M10/6567
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種電池熱管理系統，具體涉及一種具有溫度自適應功能的熱管與單相液體回路耦合換熱的電池熱管理系統。

背景技術

在能源與環境問題的巨大挑戰下，發展新能源汽車已成為必然趨勢，因此各個國家對新能源汽車的開發十分重視。目前，新能源汽車主要包括混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車及太陽能汽車等各類新能源汽車。而作為新能源汽車的代表，電動汽車因具備直接電機驅動，零排放的環境可靠性成為目前新能源汽車發展的熱點。

動力電池是電動汽車運行的動力源，其工作時存在最佳溫度范圍，如鋰離子電池，常規的工作溫度為-20～60℃，而最佳工作溫度為25℃，在此最佳工作溫度下，鋰離子電池工作在最穩定的狀態下，且使用壽命最長。在運行實際中，往往因為工作條件惡劣，造成動力電池溫度過高。電動汽車在某些運行工況下，如高速行駛或爬坡，電池發熱量增大，若內部發熱量不能及時排出會造成電池內部溫度升高超出工作溫度范圍；外部環境溫度過高，如炎熱的夏季，同樣會使動力電池溫度升高超出最佳工作溫度范圍。以上情形不僅縮短了電池的使用壽命、影響電池的容量，而且還會影響汽車的穩定運行甚至引發爆炸等安全事故。

結合目前國內外的一些動力電池熱管理控制方法，發現仍存在很多不足，單純采用被動熱控制方式，如相變材料、熱管等，僅能保證動力電池在一般情況下正常工作，在惡劣條件下往往失效。相變材料在完全相變的狀態下，不僅無法發揮其儲熱的性能，還會因為低熱導率造成電池熱量導出困難；熱管不僅有自然失效的可能，而且在電動汽車經歷崎嶇路面發生振蕩時極易損壞，在高溫環境下，傳熱性能也會降低甚至失效。

因此，對車用動力電池進行合理全面的熱管理控制，使其工作在合理的溫度范圍內，是本領域技術人員需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，進而提供一種具有溫度自適應功能的熱管與單相液體回路耦合換熱的電池熱管理系統。目的在于：動力電池在常規運行工況下，熱管理系統僅被動熱控制部分工作即可滿足電池的工作溫度要求；一旦運行工況較為惡劣，熱管理系統自發轉換為主動熱控制方式，為動力電池降溫，以保證動力電池工作在合理的溫度范圍內。

本發明為了解決上述技術問題所采取的技術方案是：

本發明所述具有溫度自適應功能的熱管與單相液體回路耦合換熱的電池熱管理系統包括動力電池箱，動力電池箱包括電池箱外殼和電池箱頂蓋以及動力電池箱內部的電池卡槽，電池箱頂蓋和電池箱外殼配合，電池熱管理系統還包括冷板、熱管和熱管蒸發段；

動力電池箱的中央內嵌有冷板，多個單體動力電池安裝在動力電池箱的卡槽內且分列在冷板左右兩側，單體動力電池卡緊在電池卡槽與冷板之間，且單體動力電池與冷板相鄰的側面與冷板的側面接觸；單體動力電池除與冷板相鄰的側面之外的其余側面上均貼附有熱管蒸發段，前后相鄰的兩個單體動力電池相鄰面共用一個熱管蒸發段，單體動力電池除與冷板相鄰的側面之外的其余側面上均鋪設有熱管，所述熱管的下端插在熱管蒸發段內，熱管的上端穿出電池箱頂蓋，熱管內設有相變工質；在動力電池箱剩余空間內填充相變材料；

所述電池熱管理系統還包括管件、換熱器和水泵，冷板的外形為長方體，冷板的內部加工有液體流道，所述液體流道為連續彎曲的蛇形流道，蛇形流道的進出口與動力電池箱外部的管件相連；冷板與管件和水泵共同組成單相液體回路，單相液體回路通過換熱器與電動汽車的制冷系統耦合在一起；

單相液體回路與電動汽車的制冷系統耦合時，只需在電動汽車的制冷系統的管路上加裝換熱器即可，不涉及對制冷系統的其他改進，所述的電動汽車的制冷系統形式可以根據電動汽車的不同而不同；

所述電池熱管理系統還包括可編程自動調溫器和溫度傳感器，可編程自動調溫器與水泵電連接，可編程自動調溫器用于控制水泵工作，溫度傳感器的探頭貼附在單體動力電池上，并與可編程自動調溫器電連接，溫度傳感器用于檢測電池溫度并將溫度信號輸送至可編程自動調溫器。

單相液體回路工作時，汽車的制冷系統可由可編程自動調溫器控制開啟或關閉，也可由駕駛員手動開啟或關閉。

優選的：所述相變材料為固-液相變材料，相變溫度為20℃～35℃，可選用單一的相變材料，如石蠟或硝酸鋰三水化合物，也可選用其他復合相變材料，如泡沫銅/石蠟復合相變材料或石墨/石蠟復合相變材料。

優選的：所述熱管內的相變工質的相變溫度為20℃～35℃，根據相變溫度選擇相變工質，如氟利昂或戊烷；

優選的：所述熱管為鋁合金金屬管，可彎曲以配合動力電池在汽車中的安放位置；