动力电池热管理系统技术方案

本实用新型专利技术涉及动力电池热管理系统，属于电池管理系统组成部分。它主要由电池箱、热管、液流板、液体箱、半导体加热/制冷元件、液体循环泵、电池控制单元、温度传感器、散热器、风扇组成，除散热器及风扇安装于电池箱外部，其余均位于电池箱内，与电池模块有机结合，在电池模块间插入热管，热管与电池模块及位于电池模块上方的液流板紧密贴合，液流板内带有液体循环管道，其与液体循环泵连接，液体循环泵又与充有循环液的液体箱连接，半导体加热/制冷元件与液体箱接触，又与散热器贴合；电池箱内还安装有与电池控制单元连接的温度传感器，由电池控制单元控制液体循环泵、半导体加热/制冷元件及风扇工作。本实用新型专利技术结构合理，可实现快速加热和冷却。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种动力电池的热管理系统，属于动力电池管理系统的组成部分。
技术介绍
目前，世界能源危机和环境污染问题日趋严重，一次性能源不断减少、原油价格不断上涨，各国均加紧研制开发新能源交通工具，纯电动汽车和混合动力汽车已成为节约能源、减小污染物排放的未来重点发展的交通工具。而动力电池是纯电动汽车和混合动力汽车驱动的能量载体。为了满足快速充电和续驶里程的要求，以及爬坡、加速等工况下的车辆性能，动力电池必须具备高功率输出和大容量。为了保证动力电池的高容量、大功率，通常是将大量单体动力电池通过并联、串联的方式组成电池模块使用。动力电池模块在快速充电、放电过程中各个单体都会产生大量的热量，产生热量会不断累积、叠加，使得动力电池 温度急剧升高，并且由于每个单体电池所处的位置不同，散热条件有很大差异，造成单体电池间的严重温度不均匀性。而大多数动力电池对运行温度条件有着非常苛刻的要求，在高温条件下，极有可能造成动力电池的热失控，出现冒烟、起火和爆炸等安全事故，对车辆及乘客造成伤害。并且，严重、长期的温度不均匀会极大降低动力电池组的使用寿命。一些动力电池在低温条件下放电效率非常低，甚至低温下难以启动运行，严重影响了车辆的正常使用。电池热管理系统可以对电池模块的温度进行控制和调节，可以极大地弥补动力电池自身的缺陷，扩大电池的适用温度范围，提高电池的使用寿命和安全性。现有的电池热管理系统的设计多采用以下几种方式在电池箱内安装风扇，以加强电池箱空气对流的方式对电池组进行降温；或将电池箱与汽车空调管道连接，在车辆运行时通过汽车空调对电池组进行加热或冷却；也有在电池模块之间布置液体管道，通过流动的液体对电池组进行加热或冷却；还有利用热管极强的导热能力，在电池模块之间安插热管将电池热量直接导出到电池箱外。以上的电池热管理系统虽然能够起到散热效果，但设计存在着以下的弊端风扇散热方式在电池温度快速波动时，很难在短时间内将温度调节平衡，并且由于电池箱内各处风阻不同，导致不同电池模块散热不均，温度出现很大差异，也容易使灰尘进入电池箱；采用汽车空调对电池降温、加热的方式对汽车空调有着较大的依赖，电池热管理系统不能自身独立运行，在车辆空调发生故障时，可能会造成电池热管理系统失控；采用液体循环对电池加热或冷却的方式，当电池模块间的循环管道在电池受到碰撞或挤压时容易发生破裂，造成电池短路的危险；而在电池模块之间安插热管的散热方式虽然结构简单，但是仍然受到环境温度的影响，如果外界环境温度很高，热管无法将电池温度降低到环境温度以下，电池自身仍存在高热危险。因此，现有的电池热管理系统无法实现电池在低温条件下快速加热、在高温条件下主动冷却，独立运行并且保持电池温度均匀一致的调节功能。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本技术设计出一种动力电池热管理系统，可实现对电池模块的快速加热或冷却，热管理系统能够独立运行，以保证电池的温度均匀一致性，并且结构合理、可靠性高，延长电池寿命。为实现上述目的，本技术所设计的动力电池热管理系统主要由电池箱、热管、液流板、液体箱、半导体加热/制冷元件、液体循环泵、电池控制单元、温度传感器、散热器、风扇组成，散热器与风扇安装于电池箱外部，散热器主要由导热面及散热片两部分组成，散热器固定安装于电池箱的外表面，风扇相安装对于散热器带有散热片的一侧；热管、液流板、液体箱、半导体加热/制冷元件、液体循环泵、电池控制单元及温度传感器固定于电池箱内，与平行排列安装于电池箱的电池模块有机结合，在每相邻的电池模块之间的缝隙插 入一根或一根以上的热管，热管为倒“L”形状，由竖管及横管组成，热管的截面为矩形，热管的竖管侧表面与相邻电池模块的表面紧密贴合，在电池箱内位于电池模块上方固定有液流板，热管的横管搭接在液流板上，与液流板紧密贴合，液流板为内部带有液体循环管道的金属板，液体循环管道带有进液口及出液口，液体循环管道的进液口及出液口通过管路与液体循环泵的出口及进口连接，液体循环泵又通过导液管与液体箱连接，液体箱为内部充有循环液体的密闭金属箱体，液体箱安装在靠近电池箱的内侧壁位置，在液体箱靠近电池箱的外侧表面安装有半导体加热/制冷元件，半导体加热/制冷元件的一侧面与液体箱紧密贴合，电池箱上与半导体加热/制冷元件对应的位置设置开口，半导体加热/制冷元件通过开口穿过电池箱与电池箱外侧的散热器的导热面紧密贴合；在电池箱内的相邻电池模块之间的空隙处还安装有用于采集电池模块间温度的温度传感器，固定安装于电池箱内的电池控制单元通过连接线路接收温度传感器采集的温度数据并进行处理，电池控制单元通过导线与液体循环泵、半导体加热/制冷元件及风扇连接，电池控制单元根据温度数据处理结果通过有线信号控制液体循环泵的开、关、控制半导体加热/制冷元件的开、关和加热或制冷工况以及控制风扇的开、关。上述的热管为内部具备毛细管的可逆热管。上述的散热器为铝合金翅片式散热器，在散热器的翅片式散热片外侧安装风扇。为达到更好的热管理效果，在电池箱的内外表面涂有隔热涂层，可有效隔绝环境温度对电池温度的影响。在电池箱内，电池模块与所述电池箱之间还可以安装有弹性隔热材料制成的垫片，如橡胶垫，以隔绝电池模块与电池箱的热传递。在安装热管时，可在热管表面涂抹导热硅胶，使得热管与电池模块表面紧密贴合；相邻电池模块之间可以插入I 4支热管，具体数量根据电池模块的发热量及使用热管的传热能力确定。所述液体箱最好为铝合金液体箱。所述液流板为铝合金液流板，其上带有可穿入热管的孔。在选择安装半导体加热/制冷元件时，根据电池的生热功率选择半导体加热/制冷元件的使用个数，电池生热功率较大时可以两个或两个以上的半导体加热/制冷元件并联连接，以增加整体的加热/冷却效果。本技术在应用时，当电池模块启动工作后，动力电池热管理系统中位于电池模块之间的温度传感器开始采集电池温度，并将采集到的温度信号通过连接线路传送到电池控制单元。电池控制单元将温度信号进行分析，判断电池模块运行的温度状态。如果电池模块运行温度在设定的电池模块最佳工作温度范围内，电池控制单元向温度传感器返回信号，温度传感器继续采集信号；如果电池模块运行温度高于设定的电池模块最佳工作温度沮围，电池控制单兀向液体循环栗、风扇发出启动彳目号，向半导体加热/制冷兀件发出制冷功能启动信号，半导体加热/制冷元件紧贴液体箱的一侧开始制冷，将液体箱内的循环液冷却，液体循环泵将冷却的循环液泵入到液流板内的液体循环管道中进行循环，冷却液流板，进而通过与液流板贴合的热管进行快速热交换将电池箱内的电池模块降温，半导体加热/制冷元件在紧贴液体箱一侧制冷时，另一侧会产生大量热量，产生的热量传递到与半导体加热/制冷元件另一侧紧密贴合的散热器导热面上，导热面又将热量传递到散热片一侧，通过散热片外侧的风扇作用，吹动空气强制性快速流动，将热量迅速传导散发到电池箱外的空气中；但如果电池运行温度低于设定的电池最佳温度范围，则电池控制单元向液 体循环泵发出启动信号，向半导体加热/制冷元件发出加热功能启动信号，半导体加热/制冷元件紧贴液体箱的一侧开始升温，将液体箱内的循环液加热，液体循环泵将加热的循环液泵入到液流板内的液体循环管道中进行循环，加热液流板，进而通过与液流板贴合的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力电池热管理系统，其特征是：主要由电池箱、热管、液流板、液体箱、半导体加热/制冷元件、液体循环泵、电池控制单元、温度传感器、散热器、风扇组成，散热器与风扇安装于电池箱外部，散热器主要由导热面及散热片两部分组成，散热器固定安装于电池箱的外表面，风扇相对安装于散热器带有散热片的一侧；热管、液流板、液体箱、半导体加热/制冷元件、液体循环泵、电池控制单元及温度传感器固定于电池箱内，与平行排列安装于电池箱的电池模块有机结合，在每相邻的电池模块之间的缝隙插入一根或一根以上的热管,热管为倒“L”形状，由竖管及横管组成，热管的截面为矩形，热管的竖管侧表面与相邻电池模块的表面紧密贴合，在电池箱内位于电池模块上方固定有液流板，热管的横管搭接在液流板上，与液流板紧密贴合，液流板为内部带有液体循环管道的金属板，液体循环管道带有进液口及出液口，液体循环管道的进液口及出液口通过管路与液体循环泵的出口及进口连接，液体循环泵又通过导液管与液体箱连接，液体箱为内部充有循环液的密闭金属箱体，液体箱安装在靠近电池箱的内侧壁位置，在液体箱靠近电池箱的外侧表面安装有半导体加热/制冷元件，半导体加热/制冷元件的一侧面与液体箱紧密贴合，电池箱上与半导体加热/制冷元件对应的位置设置开口，半导体加热/制冷元件通过开口穿过电池箱与电池箱外侧的散热器的导热面紧密贴合；在电池箱内的相邻电池模块之间的空隙处还安装有用于采集电池模块间温度的温度传感器，固定安装于电池箱内的电池控制单元通过连接线路接收温度传感器采集的温度数据并进行处理，电池控制单元通过导线与液体循环泵、半导体加热/制冷元件及风扇连接，根据温度数据处理结果通过有线信号控制液体循环泵的开、关、控制半导体加热/制冷元件的开、关和加热或制冷工况以及控制风扇的开、关。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付垚，唐海波，卢世刚，胡博，薛轶，邹春龙，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：实用新型
国别省市：