一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统技术方案

一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，包括电池组模块、电池组支撑模块，所述电池组支撑模块为中空结构，电池组支撑模块内部的中空部分填充有相变材料，电池组模块的各电池单元嵌入电池组支撑模块的孔洞中；液体冷却模块包括内部充满冷却介质的冷却板、循环泵、恒温介质箱体。热电模块包括上导热板、下导热板，下导热板紧贴于电池组支撑模块，上导热板紧贴于冷却板。电池组模块连接核心控制模块，核心控制模块连接供电模块，供电模块分别连接热电模块、液体冷却模块。该系统对电池组进行冷却散热；当电池组处于低温环境时，对电池组进行预热。实现热电模块制冷、停工和制热三种工作模式的切换，很好地满足电池组在不同工况下的散热或预热要求。散热或预热要求。散热或预热要求。

【技术实现步骤摘要】
一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统


[0001]本专利技术一种电池热管理
，具体涉及一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统。

技术介绍

[0002]近年来，纯电动、混合动力和插电式混合动力汽车得到了快速的发展，动力电池作为新能源汽车的核心部件也受到了越来越多的关注。研究发现，动力电池的工作温度对其性能的影响是巨大的，过高或者过低的工作温度都会导致电池寿命和工作效率降低，但在动力电池的实际工作中，很难仅仅通过电池自身的散热和保温来维持其处在合适的工作温度范围之内。因此，设计高效的电池热管理系统对于新能源汽车非常重要。
[0003]风冷、液冷和PCM冷却是目前最为常见的电池热管理方式。风冷以空气为冷却介质，具有结构简单、无泄漏风险的优点，但由于其冷却效率低，在高温环境和电池高放电率时将难以满足电池组的散热要求。液冷依靠液体冷却介质的不断循环带走电池组发出的热量，但在高温环境下液体冷却并不能达到很好的散热效果。PCM冷却是一种全被动的电池热管理方式，相变材料通过相变潜热吸收电池组发出的热量对电池组进行散热，PCM冷却具有成本低、潜热高、相变过程中体积变化小的优点，但是相变材料在相变过程完成后就不能再继续吸收电池组发出的热量。另外，目前大多数的电池热管理系统仅考虑在高温环境时对电池组进行散热，但电池组在实际工作中不仅会遇到高温环境也会遇到低温环境，这就对电池热管理系统在冷热环境下提出了相反的要求，即高温时对电池组进行散热，低温时对电池组进行预热。

技术实现思路

[0004]为解决目前电池热管理系统散热效率、以及只能对电池组进行散热而不能预热的问题。本专利技术提供一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，将相变、热电元件和液体冷却耦合来完成对动力电池组的热管理，在高温环境时，该系统对电池组进行冷却散热；当电池组处于低温环境时，热电模块的冷热端将会发生转换，对电池组进行预热。实现热电模块制冷、停工和制热三种工作模式的切换，可以很好地满足电池组在不同工况下的散热或预热要求。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，包括电池组模块、电池组支撑模块、热电模块、液体冷却模块；
[0007]所述电池组支撑模块为中空结构，电池组支撑模块内部的中空部分填充有相变材料，电池组支撑模块上分布有孔洞，孔洞大小与电池组模块中的各电池单元大小相匹配，电池组模块的各电池单元嵌入电池组支撑模块的孔洞中；
[0008]所述液体冷却模块包括内部充满冷却介质的冷却板、循环泵、恒温介质箱体，冷却板通过循环泵连接恒温介质箱体，循环泵用于将恒温介质箱体中的冷却介质泵入到冷却板
内，恒温介质箱体用于将冷却介质的温度保持在一定范围内；
[0009]所述热电模块包括上导热板、下导热板，所述下导热板紧贴于电池组支撑模块，所述上导热板紧贴于冷却板；
[0010]所述电池组模块连接核心控制模块，核心控制模块连接供电模块，供电模块分别连接热电模块、液体冷却模块。
[0011]所述电池组支撑模块为为铝制的密闭中空结构，电池组支撑模块上分布有蜂窝状孔洞，各电池单元紧密嵌入电池组支撑模块的蜂窝状孔洞中。
[0012]所述热电模块包括半导体组件，半导体组件由多个尺寸相等的P型半导体和N型半导体经金属导体板交叉串联组成，半导体组件上、下分别设置上导热板、下导热板，上导热板和下导热板由陶瓷导热板构成。
[0013]所述热电模块的下导热板紧贴于电池组支撑模块的正上方，冷却板紧贴于热电模块的上导热板上，电池组模块、电池组支撑模块、热电模块和冷却板之间均设有导热硅脂层，以消除空气间隙并提高传热效率。
[0014]所述液体冷却模块的冷却板为铝制冷板，铝制冷板内部为中空结构，其进水口和出水口设置在同一侧。
[0015]所述核心控制模块包括温度监测单元、决策部署单元，其中，温度监测单元包括设置在每个电池单元表面的温度传感器，决策部署单元用来对温度监测单元采集到的各电池单元温度求取平均值，并通过既定程序进行下一步判定。
[0016]一种集成相变及热电制冷的电池热管理方法，通过核心控制模块控制供电模块实现三种工作模式的相互切换，核心控制模块的温度监测单元以
△
t的时间步长将各个温度传感器检测到的电池单元温度传输给决策部署单元，决策部署单元接收之后求取温度平均值T，并对温度平均值T进行判定得到决策信号，供电模块根据接收的决策信号调整流入热电模块和液体冷却模块的电流大小、以及流入热电模块的电流方向。
[0017]三种工作模式包括：
[0018](1)：当决策部署单元判定温度监测单元的各温度传感器的温度平均值T大于等于T
1min
时，供电模块向热电模块通入正向电流，热电模块靠近电池组模块的下导热板的温度开始降低成为冷端，热电模块以制冷模式工作，热电模块结合相变材料对电池组模块散热，同时，热电模块的上导热板的温度开始升高成为热端，考虑到上导热板的温度过高将会影响热电模块的制冷效率，所以使用液体冷却模块对上传热板进行冷却处理；
[0019](2)：当决策部署单元判定温度监测单元的温度平均值T大于T
2max
小于T
1min
时，供电模块停止向热电模块供电，此时热电模块处以停工状态，仅依靠相变材料对电池组模块散热；
[0020](3)：当决策部署单元判定温度监测单元的温度平均值T小于等于T
2max
时，供电模块向热电模块通入反向电流，热电模块靠近电池组模块的下热交换板的温度开始升高成为热端，实现热电模块冷热端的转换，热电模块以制热模式工作，热电模块结合相变材料对电池组模块预热，同时，热电模块的上导热板的温度开始降低成为冷端，考虑到上导热板的温度过低也会影响热电模块的制热效率，所以使用液体冷却模块对上导热板进行保温处理。
[0021]所述热电模块在制冷模式和制热模式下的工作功率的大小，会随着电池组模块工况的变化而发生变化：
[0022]a:当热电模块以制冷模式工作，决策部署单元判定温度监测单元的温度平均值T大于T
1min
小于T
1max
时，供电模块向热电模块通入正向的小电流，热电模块以低功率进行制冷，决策部署单元判定温度监测单元的温度平均值T大于等于T
1max
时，供电模块向热电模块通入正向的大电流，热电模块以高功率进行制冷；
[0023]b:当热电模块以制热模式工作，决策部署单元判定温度监测单元的温度平均值T小于T
2max
大于T
2min
时，供电模块向热电模块通入反向的小电流，热电模块以低功率进行制热，决策部署单元判定温度监测单元的温度平均值T小于等于T
2min
时，供电模块向热电模块通入反向的大电流，热电模块以高功率进行制热。
[0024]液体冷却模块的循环泵与热电模块的工作功率相关联，即供电模块向循环泵和热电模块通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，其特征在于包括：电池组模块(1)、电池组支撑模块(2)、热电模块(3)、液体冷却模块(4)；所述电池组支撑模块(2)为中空结构，电池组支撑模块(2)内部的中空部分填充有相变材料(102)，电池组支撑模块(2)上分布有孔洞，孔洞大小与电池组模块(1)中的各电池单元大小相匹配，电池组模块(1)的各电池单元嵌入电池组支撑模块(2)的孔洞中；所述液体冷却模块(4)包括内部充满冷却介质的冷却板(401)、循环泵(402)、恒温介质箱体(403)，冷却板(401)通过循环泵(402)连接恒温介质箱体(403)，循环泵(402)用于将恒温介质箱体(403)中的冷却介质泵入到冷却板(401)内，恒温介质箱体(403)用于将冷却介质的温度保持在一定范围内；所述热电模块(3)包括上导热板(301)、下导热板(302)，所述下导热板(302)紧贴于电池组支撑模块(2)，所述上导热板(301)紧贴于冷却板(401)；所述电池组模块(1)连接核心控制模块(5)，核心控制模块(5)连接供电模块(6)，供电模块(6)分别连接热电模块(3)、液体冷却模块(4)。2.根据权利要求1所述一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，其特征在于：所述电池组支撑模块(2)为为铝制的密闭中空结构，电池组支撑模块(2)上分布有蜂窝状孔洞，各电池单元紧密嵌入电池组支撑模块(2)的蜂窝状孔洞中。3.根据权利要求1所述一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，其特征在于：所述热电模块(3)包括半导体组件(303)，半导体组件(303)由多个尺寸相等的P型半导体和N型半导体经金属导体板交叉串联组成，半导体组件(303)上、下分别设置上导热板(301)、下导热板(302)。4.根据权利要求1所述一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，其特征在于：所述热电模块(3)的下导热板(302)紧贴于电池组支撑模块(2)的正上方，冷却板(401)紧贴于热电模块(3)的上导热板(301)上，电池组模块(1)、电池组支撑模块(2)、热电模块(3)和冷却板(401)之间均设有导热硅脂层(101)。5.根据权利要求1所述一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，其特征在于：所述液体冷却模块(4)的冷却板(401)为铝制冷板，铝制冷板内部为中空结构，其进水口和出水口设置在同一侧。6.根据权利要求1所述一种集成相变及热电制冷的电池热管理系统，其特征在于：所述核心控制模块(5)包括温度监测单元(501)、决策部署单元(502)，其中，温度监测单元(501)包括设置在每个电池单元表面的温度传感器，决策部署单元(502)用来对温度监测单元(501)采集到的各电池单元温度求取平均值，并通过既定程序进行下一步判定。7.采用如权利要求1～6任意一种电池热管理系统的电池热管理方法，其特征在于：通过核心控制模块(5)控制供电模块(6)实现三种工作模式的相互切换，核心控制模块(5)的温度监测单元(501)以
△
t的时间步长将各个温度传感器检测到的电池单元温度传输给决策部署单元(502)，决策部署单元(502)接收之后求取温度平均值T，并对温度平均值T进行判定得到决策信号，供电模块(6)根据接收的决策信号调整流入热电模块(3)和液体冷却模块(4)的电流大小、以及流入热电模块(3)的电流方向。8.根据权利要求7所述电池热管理方法，其特征在于：三...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗丁，吴子豪，杨学林，代德明，张露露，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：