專利名稱:一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，屬于動力電池的熱量管理【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型在鋰電池組中加設(shè)冷卻管路和發(fā)熱裝置，冷卻管路和發(fā)熱裝置并聯(lián)連接于電池組，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測電池組溫度，控制器根據(jù)傳感器溫度信息經(jīng)邏輯運(yùn)算后發(fā)出指令。本系統(tǒng)不僅能使電池組在高溫條件下有效散熱，在低溫條件下對電池有效加熱，使電池組工作在適宜的環(huán)境溫度，還能減少對電池組加熱和散熱產(chǎn)生的溫差。此外，系統(tǒng)中冷卻管路與水泵的連接方式簡單多樣、可行性高，能滿足不同電池組的散熱需求。本系統(tǒng)對于提高混合動力汽車使用性能以及使用壽命具有重要的意義。
【專利說明】
一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力電池的熱量管理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]動力電池是混合動力汽車重要組成部分。電池的使用性能和壽命都是溫度的函數(shù)，溫度對電池使用有重要影響。據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)電池組環(huán)境溫度過低或者過高時(shí)，電池組內(nèi)部不可逆物質(zhì)生成加快，這些不可逆的物質(zhì)生成會減少電池的使用循環(huán)次數(shù)，從而影響電池的使用壽命。此外，電池在低溫條件下工作時(shí)，電池的可充入容量和可釋放的容量均降低，直接影響混合動力汽車的續(xù)航里程，而且在低溫條件電池的放電電壓平臺降低，影響電池組的放電效率。
[0003]混合動力汽車電池組是串并聯(lián)形式存在的，若某一單體的溫度過高或過低，對成組電池會造成直接影響。若電池組的溫差使電池之間內(nèi)阻產(chǎn)熱不同，長期的生熱不均，產(chǎn)熱多的電池與產(chǎn)熱少的電池之間會有容量差距,則影響電池組中電池的容量的不均衡。電池組的容量和最差電池的容量是一致的，所以電池組的內(nèi)部溫差不容忽視?？傊?，電池組缺少熱管理系統(tǒng)，輕則影響電池性能和壽命，重則引發(fā)火災(zāi)，引起爆炸。
[0004]鋁合金材料是良好的熱導(dǎo)體，由其制成的扁管具有良好的熱導(dǎo)性，管內(nèi)有若干平行水道，能快速將管壁上的積聚的熱量帶走。
[0005]目前，對電池組的熱量管理方式主要有三種，風(fēng)冷，液冷和采用相變材料。風(fēng)冷對流換熱系數(shù)較低，降溫效果不是特別理想。相變材料還處在理論研究階段，離實(shí)際工程運(yùn)用還有很多工作要做。而采用液冷方式冷卻，其結(jié)構(gòu)簡單，降溫明顯。因此，采用液冷的熱管理系統(tǒng)對于保證電池使用性能以及使用壽命具有重要的意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:在混合動力汽車行駛過程中，鋰電池組常處于在大電流放電(電流可達(dá)幾十安培到幾百安培)的狀態(tài)，產(chǎn)生熱量巨大。而在某些地區(qū)、某些月份混合動力汽車?yán)鋯訒r(shí)，電池組環(huán)境溫度又遠(yuǎn)低于適宜工作溫度下限。通過熱管理系統(tǒng)使電池工作在合適的溫度范圍內(nèi)，保證電池性能和壽命。
[0007]本實(shí)用新型解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，包括鋰電池組，冷卻管路，發(fā)熱裝置，水泵，控制器，溫度傳感器，水箱，電磁閥A ;所述水箱、水泵和電磁閥A通過水管連接，所述冷卻管路纏繞所述鋰電池組，所述發(fā)熱裝置位于所述鋰電池組單電池間，所述冷卻管路與水箱連接，所述溫度傳感器安裝在所述鋰電池組上，所述控制器用來控制所述發(fā)熱裝置、水泵和電磁閥A的通斷。
[0008]進(jìn)一步的，所述冷卻管路是涂有導(dǎo)熱漆的鋁合金扁平管。
[0009]進(jìn)一步的，所述冷卻管路管內(nèi)有4?6根平行水道。
[0010]進(jìn)一步的，所述冷卻管路端部設(shè)有接口 a、接口 b、接口 C、接口 d，所述冷卻管路采用雙水泵供水，所述水泵外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A并聯(lián)一個(gè)電磁閥B，所述接口 a與電磁閥A連接，所述接口 b、接口 c與所述水箱連接，所述接口 d與所述電磁閥B連接，所述冷卻管路內(nèi)平行水道流向相反。通過將一根冷卻管路分成兩部分，兩者的水流方向相反，形成對流趨勢，能快速地將某一點(diǎn)的熱量分兩個(gè)方向帶走。單向冷卻，存在著熱量累計(jì)的現(xiàn)象，即越是到管路的后半段越是熱量集中，相比于單向的冷卻水方式冷卻效果更好。
[0011]進(jìn)一步的，所述冷卻管路是雙層結(jié)構(gòu)，第一層布置在鋰電池組中部，第二層布置在鋰電池組上部。電池的熱量主要集中在電池中上部，這樣的布局更有利于散熱降溫。
[0012]進(jìn)一步的，所述冷卻管路20設(shè)有口 A、口 B、口 C、口 D，所述冷卻管路20采用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A80并聯(lián)一個(gè)電磁閥B90，所述電磁閥A80與口 A相連，電磁閥B90與口 C相連，口 B、口 D回到水箱。
[0013]進(jìn)一步的，所述冷卻管路20設(shè)有口 A、口 B、口 C、口 D，所述冷卻管路20采用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A80并聯(lián)一個(gè)電磁閥B90，電磁閥A80與口 A相連，電磁閥B90與口 D相連，口 B、口 C回到水箱。
[0014]進(jìn)一步的，所述冷卻管路20設(shè)有口 A、口 B、口 C、口 D，所述冷卻管路20采用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A80并聯(lián)一個(gè)電磁閥B90，電磁閥A80與口 A相連，口 B與口 C通過軟管相連，口 D回到水箱。
[0015]進(jìn)一步的，所述發(fā)熱裝置為一種軟性均勻面發(fā)熱裝置。系統(tǒng)工作溫度為低于10攝氏度和高于60攝氏度。本實(shí)用新型中所指的發(fā)熱裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)熱面廣且效率高。將此柔性面發(fā)熱材料運(yùn)用到電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，利用其溫升快且面廣的特點(diǎn)，在低溫環(huán)境中，迅速將電池組的溫度提升到最佳溫度范圍中確保電池性能和壽命。
[0016]本系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)冷卻管路采用扁管，內(nèi)置若干平行水道，布置方便，散熱效果好，能有效保證系統(tǒng)運(yùn)行的高效性。由于平行水道的存在，使得在不增加扁管外尺寸的條件下，扁管體積變大，加大了扁管的熱容量，有利于更大程度地帶走電池表面的熱量。扁管內(nèi)含有若干平行水道，可以根據(jù)一定的需求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變，實(shí)現(xiàn)同一扁管內(nèi)水流成對流流向，在獲得同樣散熱效果的前提下，減小了水流的流速與壓力，可實(shí)現(xiàn)泵結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化。
[0018](2)采用雙水泵供水結(jié)構(gòu)，可靠性高。冷卻管路與水泵的連接方式多樣，適合不同組合的電池組散熱。在其中一個(gè)水泵出現(xiàn)故障不能工作時(shí)候，調(diào)節(jié)另外一個(gè)水泵電壓，保證冷卻系統(tǒng)的冷卻液流量。
[0019](3)發(fā)熱裝置熱效率高，溫升快，能耗低。因其柔性特點(diǎn)，適合在電池組狹小的空間中布置。
[0020](4)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測電池組溫度，控制器根據(jù)傳感器溫度信息經(jīng)邏輯運(yùn)算后發(fā)出加熱或冷卻指令。當(dāng)電池組溫度低于設(shè)定溫度下限時(shí)，發(fā)熱裝置工作，高于設(shè)定溫度上限時(shí)，水泵工作，冷卻管路帶走電池組熱量，使電池處在最佳的工作溫度中。

【附圖說明】

[0021]圖1是鋰電池組的熱管理系統(tǒng)。
[0022]圖2是冷卻管路的截面圖。
[0023]圖3是鋰電池組總成的左視圖。
[0024]圖4是鋰電池組總成的俯視圖。
[0025]圖5是鋰電池組總成的主視圖。
[0026]圖6是水泵連接圖。
[0027]圖7是冷卻管路水流方向圖。
[0028]圖8是冷卻管路接口圖。
[0029]圖中10.電池，20.冷卻管路，30.發(fā)熱裝置，40.水泵，50.控制器，60.溫度傳感器，70.水箱，80.電磁閥 A，90.電磁閥 B ,21.口 Α，22.口 B，23.口 C，24.口 D，25.接口 a,26.接口 b，27.接口 c，28.接口 d。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面對本實(shí)用新型的實(shí)施舉例進(jìn)行詳細(xì)說明，本實(shí)施案例均是在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施的，其中給出了具體的實(shí)施方式和操作過程。
[0031]一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，如圖所示，包括鋰電池組10，冷卻管路20，發(fā)熱裝置30，水泵40，控制器50，溫度傳感器60，水箱70，電磁閥A80，電磁閥B90 ;所述水箱70、水泵40、電磁閥A80和電磁閥B90通過水管連接，所述冷卻管路20采用雙水泵40供水，所述水泵40并聯(lián)一個(gè)水泵，所述電磁閥A80并聯(lián)一個(gè)電磁閥B90，所述冷卻管路20纏繞所述鋰電池組10，所述冷卻管路20是涂有導(dǎo)熱漆的鋁合金扁平管，管內(nèi)有4?6根平行水道。所述冷卻管路20是雙層結(jié)構(gòu)，第一層布置在鋰電池組10中部，第二層布置在鋰電池組10上部。所述發(fā)熱裝置30位于所述鋰電池組10單電池間，所述冷卻管路20與水箱70連接，所述溫度傳感器60安裝在所述鋰電池組10上，所述控制器50用來控制所述發(fā)熱裝置30、水泵40、電磁閥A80和電磁閥B90的通斷。所述發(fā)熱裝置30為一種軟性均勻面發(fā)熱裝置。
[0032]如圖4所示，發(fā)熱裝置30豎直布置在單體電池間，其與冷卻管路20、單體電池的排列順序?yàn)槔鋮s管路20、發(fā)熱裝置30、單體電池。發(fā)熱裝置30被冷卻管路20和單體電池包裹，不易掉落。
[0033]如圖5、圖6所示，冷卻管路20采用雙水泵40結(jié)構(gòu)供水，能保證在其中一個(gè)不能工作時(shí)，通過增加另一個(gè)電壓，保證流量。水泵40與冷卻管路20的連接方式有多種，(I)電磁閥A80與口 A21相連，電磁閥B90與口 C23相連，口 B22、口 D24回到水箱。上下兩個(gè)冷卻管路獨(dú)立，冷卻水在上下兩個(gè)平面不存在相交的部分。通過調(diào)節(jié)水泵電壓實(shí)現(xiàn)冷卻水流速的快慢。連接方式簡單，冷卻效果一般。(2)電磁閥A80與口 A21相連，電磁閥B90與口 D24相連，口 B22、口 C23回到水箱。上下兩管路相互獨(dú)立，冷卻水在上下兩個(gè)平面不存在相交的部分，但水流方向與第一種存在著區(qū)別，呈現(xiàn)上順時(shí)針，下逆時(shí)針流向。連接方式簡單，冷卻效果比第一種好。(3)電磁閥A80與口 A21相連，口 B22與口 C23通過軟管相連，口 D24回到水箱。上下兩管路存在交叉，水流在上下兩管路之間呈現(xiàn)螺旋狀，能實(shí)現(xiàn)電池組上下的溫度的均衡，散熱效果最佳。
[0034]如圖7、圖8所示，箭頭方向表示冷卻水流方向。通過將一根冷卻管路分成兩部分，兩者的水流方向相反，形成對流趨勢，能快速地將某一點(diǎn)的熱量分兩個(gè)方向帶走。單向冷卻，存在著熱量累計(jì)的現(xiàn)象，即越是到管路的后半段越是熱量集中。因此，相比于單向的冷卻水方式冷卻效果更好。所述冷卻管路20端部設(shè)有接口 a25、接口 b26、接口 c27、接口d28，所述冷卻管路20采用雙水泵40供水，所述水泵40外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A80并聯(lián)一個(gè)電磁閥B90，所述接口 a25與電磁閥A80連接，所述接口 b26、接口 c27與所述水箱70連接，所述接口 d28與所述電磁閥B90連接。所述冷卻管路內(nèi)平行水道接口 a流向接口 C，接口 d流向接口 b，平行水道內(nèi)流向相反。
[0035]本系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下:汽車啟動后,箱體內(nèi)的溫度傳感器60工作，檢測鋰電池組10的環(huán)境溫度。若汽車處在低溫的環(huán)境中時(shí)，鋰電池組10溫度也較低。當(dāng)溫度低于單體電池的最佳工作溫度的下限十?dāng)z氏度時(shí)，此時(shí)控制器50收到溫度傳感器60發(fā)回的信息，經(jīng)過邏輯判斷后，發(fā)出加熱指令，發(fā)熱裝置30工作，鋰電池組10溫度上升。某一時(shí)刻，溫度傳感器60檢測到當(dāng)前溫度信息高于最佳工作溫度下限十?dāng)z氏度時(shí)，發(fā)熱裝置30停止工作。此時(shí)鋰電池組10處于一個(gè)舒適的溫度環(huán)境中。
[0036]汽車行駛過程中，由于大電流放電，鋰電池組10在工作一段時(shí)間后溫升較大。當(dāng)溫度傳感器60檢測到當(dāng)前溫度信息接近電池舒適工作溫度上限六十?dāng)z氏度時(shí)，經(jīng)邏輯判斷后發(fā)出指令，電磁閥A80、B90開啟，水泵40開始工作，電池產(chǎn)生的熱量經(jīng)熱傳導(dǎo)到冷卻管路20，管路內(nèi)液體流動，帶走熱量。若某時(shí)刻，溫度傳感器60測得當(dāng)前溫度低于電池舒適工作溫度下限，水泵40停止工作，電磁閥A80、電磁閥B90關(guān)閉，管路內(nèi)液體停止。
[0037]通過上述的工作過程，鋰電池組工作在適宜的溫度范圍內(nèi)，電池使用性能及壽命得到提升，這對混合動力汽車推廣使用具有實(shí)際的意義。
【權(quán)利要求】
1.一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，包括鋰電池組(10)，冷卻管路(20)，發(fā)熱裝置(30)，水泵(40)，控制器(50)，溫度傳感器(60)，水箱(70)，電磁閥A (80);所述水箱(70 )、水泵(40 )和電磁閥A (80 )通過水管連接，所述冷卻管路(20 )纏繞所述鋰電池組(10),所述發(fā)熱裝置(30 )位于所述鋰電池組(1 )單電池間，所述冷卻管路(20 )與水箱(70 )連接，所述溫度傳感器(60 )安裝在所述鋰電池組(10 )上，所述控制器(50 )用來控制所述發(fā)熱裝置(30)、水泵(40)和電磁閥A (80)的通斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)是涂有導(dǎo)熱漆的鋁合金扁平管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)管內(nèi)有4?6根平行水道。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)端部設(shè)有接口 a (25)、接口 b (26)、接口 c (27)、接口 d (28)，所述冷卻管路(20)采用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A (80)并聯(lián)一個(gè)電磁閥B (90)，所述接口 a (25)與電磁閥A (80)連接，所述接口 b (26)、接口 c (27)與所述水箱(70)連接，所述接口 d (28)與所述電磁閥B (90)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)是雙層結(jié)構(gòu)，第一層布置在鋰電池組(10)中部，第二層布置在鋰電池組(10)上部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)設(shè)有口 A (21)、口 B (22)、口 C (23)、口 D (24)，所述冷卻管路(20)采用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A (80)并聯(lián)一個(gè)電磁閥B(90)，所述電磁閥A (80)與口 A (21)相連，電磁閥B (90)與口 C (23)相連，口 B (22)、口D (24)回到水箱。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)設(shè)有口 A (21)、口 B (22)、口 C (23)、口 D (24)，所述冷卻管路(20)采用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A (80)并聯(lián)一個(gè)電磁閥B (90)，電磁閥A (80)與口 A (21)相連，電磁閥B (90)與口 D (24)相連，口 B (22)、口 C (23)回到水箱。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管路(20)設(shè)有口 A (21)、口 B (22)、口 C (23)、口 D (24)，所述冷卻管路(20)采用雙水泵(40)供水，所述水泵(40)外有第二水泵，兩者并聯(lián)，所述電磁閥A (80)并聯(lián)一個(gè)電磁閥B (90)，電磁閥A (80)與口 A (21)相連，口 B (22)與口 C (23)通過軟管相連，口 D (24)回到水箱。9.根據(jù)權(quán)利要求1一8任意一項(xiàng)所述的一種車用鋰電池組的熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)熱裝置(30)為一種軟性均勻面發(fā)熱裝置。
【文檔編號】H01M10-625GK204289651SQ201420666952
【發(fā)明者】陳龍, 姚勇, 汪波, 袁朝春, 楊軍 [申請人]江蘇大學(xué)