[發明專利]基于壓縮空氣的動力電池的蓄能型熱管理系統和方法

有效

• 申請號: 201810873835.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109244601B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 果晶晶;李運澤;解海濱
• 申請（專利權）人: 邢臺職業技術學院
• 主分類號: H01M10/63
• 分類號: H01M10/63;H01M10/613;H01M10/617;H01M10/625;H01M10/6564;H01M10/6565;B60L58/24
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

本發明公開了一種基于壓縮空氣的電動汽車動力電池的蓄能型熱管理系統，主要包括動力電池散熱及再循環系統、冷熱氣流調質系統、能量回收系統、氣源儲能系統四部分。動力電池散熱及再循環系統包括動力電池、切斷閥、文丘里管，實現電池單體合理散熱、排氣再循環；冷熱氣流調質系統包括蓄氣罐、切斷閥、冷卻器、膨脹渦輪機、混合閥，形成低溫加熱、開放空氣制冷、精確控溫三種熱管理模式，滿足電池的控溫需求；能量回收系統包括膨脹渦輪機、連接軸、發電機、超級電容器，實現超級電容器儲能；氣源儲能系統包括電動機、空氣壓縮機、切斷閥、蓄氣罐，實現蓄氣瓶儲氣蓄能。本發明不僅有效地解決動力電池散熱問題；還可蓄能，解決能量管理的復合沖突。

技術領域

本發明涉及一種基于壓縮空氣的電動汽車動力電池的蓄能型熱管理系統和方法。

背景技術

隨著經濟社會的發展，全球汽車保有量每年以3000萬輛的速度遞增。汽車保有量的快速增長，致使我國交通運輸業汽油、柴油消費量分別占全社會消費總量的50.3％、56.5％，這不但造成國內能源短缺，而且尾氣排放的有害物質，加劇了環境惡化。在此情況下，新能源汽車越來越受到政府和各汽車企業的重視。新能源汽車中的電動汽車以電能取代石油等化石燃料作為動力，具有高效、節能、低噪音、零排放等特點，已經成為各國汽車工業發展的重中之重。

動力電池作為電動汽車能量源的關鍵部件，工作時要求電池單元的最高溫度＜55℃，各電池單元體之間的溫差≤5℃，每個單體內部溫差在5～10℃。而當電動汽車在運行時，其動力電池會產生大量熱量，不及時排出，將產生不均勻熱量聚集。由于動力電池單體擺放密集，造成中間區域電池的熱量聚集較多，邊緣區域散熱快、熱量聚集較少，電池各單體溫度分布不均；長時間積累會影響電池的壽命和性能；嚴重時可能造成電池熱失控，甚至出現爆炸、火災的危險。因此電動汽車動力電池的均勻散熱問題是亟待解決的核心技術難題。

電池組的主動式散熱系統主要有空冷、液冷、相變材料冷卻三種。空冷換熱系數低，冷卻能力不足；液冷換熱系數大,冷卻能力強，但是密封性要求高；相變材料冷卻換熱系數小，非穩態熱流的調制能力強，可以控制溫度的變化幅度，但設計難度大。而空冷散熱是目前最常見的電動汽車電池熱管理系統。普通的空氣散熱系統效果欠佳，已無法將電池組溫度控制在適宜的溫度范圍內和/或無法保證電池單體間的溫度均勻性。因此需要尋求冷卻效果優良的電池組熱管理系統，來保證動力電池始終處于理想的工作溫度范圍，保證每一個電池單體在溫度上的一致性。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種基于壓縮空氣的電動汽車動力電池的蓄能型熱管理系統，其特征在于包括：

動力電池散熱及再循環系統，

冷熱氣流調質系統，

能量回收系統，

氣源儲能系統，

其中：

所述的動力電池散熱及再循環系統包括動力電池散熱系統和再循環系統；其中：

所述的動力電池散熱系統包括與混合閥連接的動力電池，用于實現對動力電池的熱管理，保證電池始終工作在理想的溫度范圍；

所述的再循環系統包括在動力電池的進氣管路上加裝的文丘里管，其中通過第一切斷閥將文丘里管的引射口與動力電池的出風口相連接，實現排氣循環再利用，

所述的冷熱氣流調質系統包括熱氣流傳遞系統和冷氣流傳遞系統；其中

所述的熱氣流傳遞系統用于為動力電池的熱管理系統提供高溫壓縮空氣，并包括兩條路徑：

一條路徑包括連接的蓄氣罐、第二切斷閥、混合閥；

另一條路徑包括連接的空氣壓縮機、第三切斷閥，混合閥，其中當蓄氣罐中的空氣量不足時，通過控制第三切斷閥使空氣壓縮機直接給管路供給高溫壓縮空氣；