基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法，该系统包括：相变蒸发冷却循环系统、加热系统、控制系统三部分。相变蒸发冷却循环系统，包括储液器、吸附相变蒸发冷却装置、连通管、送气管道、单向阀、汽包、冷凝管道、电磁阀、电动节流阀、冷凝器、回流管道、冷却风扇；加热系统，包括吸附相变蒸发冷却装置、加热器；控制系统，包括：控制器、温度传感器、热流密度传感器、压力传感器。本发明专利技术的有益效果为：通过控制系统实时监测吸附相变蒸发冷却装置的温度、热流密度和汽包的压力，有效控制了动力电池的工作温度和温差，提高了动力电池的热可靠性和工作寿命。

Heat dissipation and temperature control system and method of electric vehicle battery based on liquid gas phase change thermal storage

The invention discloses a heat dissipation and temperature control system and method for electric vehicle battery based on liquid-gas phase change heat storage. The system comprises three parts: phase change evaporative cooling cycle system, heating system and control system. Phase change evaporative cooling cycle system, including liquid reservoir, adsorption phase change evaporative cooling device, connecting pipe, gas pipeline, one-way valve, steam drum, condensing pipe, solenoid valve, electric throttle valve, condenser, reflux pipe, cooling fan; heating system, including adsorption phase change evaporative cooling device, heater control system; It includes: controller, temperature sensor, heat flux sensor and pressure sensor. The beneficial effect of the present invention is that the temperature, heat flux density and drum pressure of the adsorption phase change evaporative cooling device are monitored in real time by the control system, the working temperature and temperature difference of the power battery are effectively controlled, and the thermal reliability and working life of the power battery are improved.

【技术实现步骤摘要】
基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法
本专利技术涉及电动汽车动力电池均匀散热系统
，具体而言，涉及一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法。
技术介绍
据统计，机动车尾气排放成为环境污染的主要来源，2016年全国机动车保有量达2.95亿辆，机动车排放污染物初步核算为4472.5万吨，机动车尾气排污已成为PM2.5最主要来源。因此，发展低污染新能源汽车替代传统燃油汽车，成为解决汽车尾气污染的重要途径，是汽车行业未来发展的新趋势。其中电动汽车更是目前新能源汽车工业发展的主流趋势。电动汽车最主要能量元件是动力电池包，动力电池包的使用寿命和安全性直接影响整车的使用成本和安全性。动力电池包的使用寿命和安全性取决于动力电池工作温度、电池单体间温差和电池单体不同部位间温差；动力电池工作温度过高、电池单体间温差和电池单体不同部位间温差过大，将导致动力电池热管理失控，从而影响动力电池工作寿命，缩短行车里程，增加运输成本，甚至引发安全事故。以磷酸铁锂电池示例，其工作在温度18℃～43℃之间，电池单体间温差和电池单体不同部位间温差低于5℃时，电池工作寿命明显提高。因此，对动力电池包进行热管理，使动力电池工作在理想的温度范围，保持电池组件间的温度均匀性，是提高动力电池包工作性能的关键技术。目前，动力电池主要散热方式有：空气冷却、液体冷却和相变材料冷却。空气冷却方式相对于液体冷却方式的优势在于结构简单、成本低，应用程度高，但其换热系数和传热速度低于液体冷却方式。相变材料冷却方式的优势在于相变潜能大，劣势在于导热系数低，温度主动调控性能差，设计难度大。为确保动力电池工作在理想温度范围，并保持电池组件间温度均匀，有必要开发动力电池高效热管理系统。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于一种提供基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法，实现动力电池的均匀恒温吸热，使电池形成均匀的外侧面冷却和较均匀的轴向温度分布，有效的控制动力电池的工作温度和电池组件间的温差。本专利技术提供了一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法，该系统包括：相变蒸发冷却循环系统、加热系统、控制系统三部分。相变蒸发冷却循环系统包括：依次连接的储液器、单向阀、汽包、电磁阀、电动节流阀、冷凝器以及位于储液器内部的吸附相变蒸发冷却装置；加热系统包括：吸附相变蒸发冷却装置和包裹在吸附相变蒸发冷却装置外侧的加热器；控制系统包括：设置在吸附相变蒸发冷却装置上的温度传感器和热流密度传感器，设置在汽包上的压力传感器，以及与温度传感器、热流密度传感器和压力传感器电连接的控制器。作为本专利技术进一步的改进，吸附相变蒸发冷却装置包括下部置于储液器内部的金属烧结材料蒸发冷却器、位于金属烧结材料蒸发冷却器内部的若干金属隔离腔体、位于金属烧结材料蒸发冷却器上面的密封盖板以及环绕设置在若干金属隔离腔体周围的若干集气管。作为本专利技术进一步的改进，储液器依次连接连通管、送气管道和汽包的进口，若干集气管均接至连通管上，构成汽包蓄热回路；汽包的出口依次连接冷凝管道、冷凝器、回流管路和储液器，构成汽包散热回路。作为本专利技术进一步的改进，在送气管道上设置单向阀。作为本专利技术进一步的改进，电磁阀、电动节流阀设置在冷凝管道上且与控制器电连接。作为本专利技术进一步的改进，加热器包括隔热箱、位于隔热箱内侧且与控制器电连接的加热层以及位于加热层内侧的绝缘层。作为本专利技术进一步的改进，冷凝器外部设置冷却风扇。本专利技术还提供了一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温方法，该方法控制过程是，当电动汽车电池温度低于预先设定的低温度值时，控制器控制开启加热层加热电池；当电动汽车电池工作温度升高到冷却器相变温度时，吸附相变蒸发冷却装置内的金属烧结材料蒸发冷却器中液态冷却剂受热液汽相为蒸汽，冷却剂蒸汽在集气管聚集，经过单向阀流至所述汽包中，控制器接收并分析温度传感器、热流密度传感器和压力传感器反馈的信息，控制电磁阀和电动节流阀开启，冷却剂蒸汽进入冷凝器冷凝成液态，液态冷却剂受重力作用流回储液器中，再由金属烧结材料蒸发冷却器毛细吸附上升，进入下次循环。该控温方法包括以下步骤：步骤1：控制器分析热流密度传感器的监测值，根据监测值，控制是否开启电磁阀和调节电动节流阀；步骤2：控制器分析温度传感器的监测值，根据监测值，控制是否开启加热层、电磁阀和调节电动节流阀；步骤3：控制器分析压力传感器的监测值，根据监测值，控制是否开启所述电磁阀和调节电动节流阀。作为本专利技术进一步的改进，步骤1中，当热流密度传感器监测值不小于热流密度设定值，控制器控制电磁阀开启，电控节流阀调整至大流量值；当热流密度传感器监测值小于热流密度设定值，进入步骤2；作为本专利技术进一步的改进，步骤2中，温度传感器监测值小于最小理想工作温度时，控制器控制接通加热层电路，利用加热层对动力电池加热；温度传感器监测值不小于最小理想工作温度时，进入步骤3；作为本专利技术进一步的改进，步骤3中，温度传感器监测值不小于最小理想工作温度且小于最大理想工作温度时，压力传感器监测的汽包蒸汽压力值小于低压设定值时：电磁阀关闭，所述电控节流阀关闭；压力传感器监测的汽包蒸汽压力值不小于低压设定值且小于中压设定值时：电磁阀开启，电控节流阀开启小流量值；压力传感器监测的汽包蒸汽压力值不小于中压设定值且小于高压设定值时：电磁阀开启，电控节流阀开启中流量值；压力传感器监测的汽包蒸汽压力值不小于高压设定值时：电磁阀开启，电控节流阀开启大流量值；温度传感器监测值不小于最大理想工作温度时，压力传感器监测的汽包蒸汽压力值小于低压设定值时：电磁阀开启，电控节流阀开启小流量；压力传感器监测的汽包蒸汽压力值不小于低压设定值且小于中压设定值时：电磁阀开启，电控节流阀开启中流量值；压力传感器监测的汽包蒸汽压力值不小于中压设定值且小于高压设定值时：电磁阀开启，电控节流阀开启大流量值；压力传感器监测的汽包蒸汽压力值不小于高压设定值时：高温提示。本专利技术的有益效果为：通过吸附相变蒸发冷却装置不仅实现了对液态冷却剂的吸附，还完成了对动力电池热量的快速传递和扩散，并使液态冷却剂处于液/气相变状态，从而实现动力电池外侧面均匀冷却，形成较均匀的轴向温度分布；汽包实时收集冷却剂蒸汽，实现了动力电池热量的快速转移，并稳定冷却剂蒸汽压力和温度；同时汽包蓄热和散热过程的分离，有效地控制了汽包内蒸汽压力波动，保证了蒸汽温度的稳定性；另外的，当动力电池工作温度低于最低理想工作温度时，可通过加热器加热动力电池；整个过程控制系统实时监测吸附相变蒸发冷却装置的温度、热流密度和汽包的压力，主动调控汽包内冷却剂蒸汽压力和温度，从而确保动力电池均压恒温吸热，有效的控制了动力电池工作温度和温差。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法的工作过程流程简图。图2为本专利技术实施例所述的一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法的系统装配示意图。图3为图2俯视图。图4为图2的A-A截面图。图5为本专利技术实施例所述的一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统及方法的控制系统控制过程流程图。图中：1、储液器；2、隔热箱；3、加热层；4、绝缘层；5、金属烧结材料蒸发冷却器；6、金属隔离腔体；7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，该系统包括：相变蒸发冷却循环系统A，包括：依次连接的储液器(1)、单向阀(11)、汽包(12)、电磁阀(14)、电动节流阀(15)、冷凝器(16)以及位于所述储液器(1)内部的吸附相变蒸发冷却装置(101)；加热系统B，包括：吸附相变蒸发冷却装置(101)和包裹在所述吸附相变蒸发冷却装置(101)外侧的加热器(102)；所述控制系统C，包括：设置在所述吸附相变蒸发冷却装置(101)上的温度传感器(18)和热流密度传感器(19)，设置在所述汽包(12)上的压力传感器(20)，以及与所述温度传感器(18)、所述热流密度传感器(19)和所述压力传感器(20)电连接的控制器(103)。

【技术特征摘要】
1.一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，该系统包括：相变蒸发冷却循环系统A，包括：依次连接的储液器(1)、单向阀(11)、汽包(12)、电磁阀(14)、电动节流阀(15)、冷凝器(16)以及位于所述储液器(1)内部的吸附相变蒸发冷却装置(101)；加热系统B，包括：吸附相变蒸发冷却装置(101)和包裹在所述吸附相变蒸发冷却装置(101)外侧的加热器(102)；所述控制系统C，包括：设置在所述吸附相变蒸发冷却装置(101)上的温度传感器(18)和热流密度传感器(19)，设置在所述汽包(12)上的压力传感器(20)，以及与所述温度传感器(18)、所述热流密度传感器(19)和所述压力传感器(20)电连接的控制器(103)。2.根据权利要求1所述的基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，所述吸附相变蒸发冷却装置(101)包括下部置于所述储液器(1)内部的金属烧结材料蒸发冷却器(5)、位于所述金属烧结材料蒸发冷却器(5)内部的若干金属隔离腔体(6)、位于所述金属烧结材料蒸发冷却器(5)上面的密封盖板(7)以及环绕设置在所述若干金属隔离腔体(6)周围的若干集气管(9)。3.根据权利要求2所述的基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，所述储液器(1)依次连接连通管(8)、送气管道(10)和所述汽包(12)的进口，所述若干集气管(9)均接至所述连通管(8)上，构成汽包蓄热回路；所述汽包(12)的出口依次连接冷凝管道(13)、冷凝器(16)、回流管路(17)和所述储液器(1)，构成汽包散热回路。4.根据权利要求3所述的基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，在所述送气管道(10)上设置所述单向阀(11)。5.根据权利要求3所述的基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，所述电磁阀(14)、电动节流阀(15)设置在所述冷凝管道(13)上且与所述控制器(103)电连接。6.根据权利要求1所述的基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，所述加热器包括隔热箱(2)、位于所述隔热箱(2)内侧且与所述控制器(103)电连接的加热层(3)以及位于所述加热层(3)内侧的绝缘层(4)。7.根据权利要求3所述的基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温系统，其特征在于，所述冷凝器(16)外部设置冷却风扇(106)。8.一种基于液气相变蓄热的电动汽车电池散热控温方法，其特征在于，当电动汽车动力电池温度低于预先设定低温度值时，控制器(103)控制开启加热器(102)的加热层(3)加热电池；当电动汽车电池工作温度高于预先设定的理想工作温度时，吸附相变蒸发冷却装置(101)内的金属烧结材料蒸发冷却器(5)中的液态冷却剂受热液汽相为蒸汽，冷却剂蒸汽在集气管(9)聚集，经过单向阀(11)流至汽包(12)中，所述控制器(103)接收并分析设置在吸附相变蒸发冷却装置(101)上的温度传感器(18)、热流密度传感器(19)和设置在汽包(12)上的压力传感器(20)反馈的信息，控制电磁阀(14)和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：高利军，李运泽，解婧妍，毕艳军，
申请(专利权)人：邢台职业技术学院，
类型：发明
国别省市：河北,13