一種電池熱管理系統及控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種電池熱管理系統及控制方法，所述電池箱包括電池箱體，所述電池箱體內設置電池模組，所述電池模組由N×M個電池單體構成，電池模組中間設置冷板，所述冷板通過開孔外套在電池單體上，并均勻布置液體通道，相鄰電池單體之間填充復合相變材料，所述電池箱體設置進液口及出液口，進液口及出液口與液體通道連接；所述外部循環設備包括電加熱器、水泵、熱交換器、駕駛艙蒸發器、壓縮機、冷凝器、第一節流閥及第二節流閥。本發明專利技術具有整體結構緊湊、簡單、穩固、效率高等優點；可以對電池模組進行散熱、保溫和加熱，使電池工作在合適的溫度范圍，并可以集成到整車熱管理系統中，完善了電動汽車電池熱管理系統。

A Battery Thermal Management System and Control Method

The invention discloses a battery thermal management system and a control method. The battery box comprises a battery box body, in which a battery module is arranged. The battery module is composed of N*M battery monomer, and a cold plate is arranged in the middle of the battery module. The cold plate is arranged on the battery monomer through an opening jacket, and the liquid is evenly arranged through the opening jacket. A channel is filled with composite phase change material between adjacent battery monomers, and the battery box body is provided with an inlet and outlet, which are connected with a liquid channel; the external circulation equipment includes an electric heater, a water pump, a heat exchanger, a cockpit evaporator, a compressor, a condenser, a first throttle valve and a second throttle valve. \u3002 The invention has the advantages of compact overall structure, simplicity, stability and high efficiency; it can heat, insulate and heat the battery module, make the battery work in an appropriate temperature range, and can be integrated into the vehicle thermal management system, and improve the battery thermal management system of electric vehicles.

【技術實現步驟摘要】
一種電池熱管理系統及控制方法
本專利技術涉及電池領域，具體涉及一種電池熱管理系統及控制方法。
技術介紹
作為電動汽車的核心部件，電池的工作性能受溫度的影響很大。溫度過高會影響電池的電壓，充放電效率和電池壽命等；溫度過低則會使內阻增大，影響放電容量，在充電時則可能導致析鋰發生，造成內短路；在極端條件下，甚至可能會出現漏液、放氣、冒煙等現象，嚴重時發生劇烈燃燒和爆炸，大大降低電動汽車的可靠性和安全性。目前，電池熱管理方式按傳熱介質可分為空氣、液體以及相變材料三種方式。三種方式各有優缺點，單一方式難于滿足全部的加熱、保溫和散熱要求。市場上多采用空氣或液體介質方式，空氣介質的優點是結構簡單，但其散熱和均溫效率低；而液體介質方式的優點是傳熱能力高，缺點是結構復雜而且耗能較高。相變材料具有恒溫吸/放熱的特性，利用其相變潛熱可以延緩電池溫度升高或降低，從而起到被動控溫的功能，這種方式的主要問題是向外散熱能力較低，當材料相變完成后，如果不能及時將熱量導出，會使電池處于過高的溫度環境。所以將相變材料的高蓄熱性和液體介質的高導熱性進行耦合，并在電池模組層面進行結構設計，是一種行之有效的方法。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的缺陷，本專利技術提供一種電池熱管理系統及控制方法。該系統不僅具有高效的散熱、保溫和加熱性能，而且結構簡單穩固、容積效率和能量效率高。本專利技術采用如下技術方案：一種電池熱管理系統，包括電池箱及外部循環設備；所述電池箱包括電池箱體，所述電池箱體內設置電池模組，所述電池模組由N×M個電池單體構成，電池模組中間設置冷板，所述冷板通過開孔外套在電池單體上，并均勻布置液體通道，相鄰電池單體之間填充復合相變材料，所述電池箱體設置進液口及出液口，進液口及出液口與液體通道連接；所述外部循環設備包括電加熱器、水泵、熱交換器、駕駛艙蒸發器、壓縮機、冷凝器、第一節流閥及第二節流閥；所述電加熱器通過管道連接進液口，按照液體流動方向，所述電加熱器、冷板、熱交換器及水泵通過管道連接構成第一循環回路；按照液體流動方向：熱交換器、壓縮機、冷凝器及第一節流閥通過管道連接構成第二循環回路；按照液體流動方向：壓縮機、冷凝器、第二節流閥及駕駛艙蒸發器連接構成第三循環回路。所述開孔的個數為N×M個。所述液體通道內流通的液體介質為水、防凍液或乙二醇-水混合液。所述復合相變材料的相變溫度在38-45度之間。所述復合相變材料由石蠟/高分子聚合物/阻燃劑/膨脹石墨復合而成。所述液體通道的橫截面為圓形或方形。一種電池熱管理系統的控制方法，包括三種工況，分別為：散熱工況：電池模組充放電產生熱量，被復合相變材料吸收，當溫度低于相變熔點時，利用復合相變材料顯熱進行吸熱；當溫度達到相變熔點時，則以潛熱方式吸熱，上述過程液體通道內的液體介質不流動；當復合材料完全融化后，啟動外部循環設備，液體介質從進液口流入，通過對流換熱后變為高溫液體從出液口流出，此時電加熱器不工作，液體介質由水泵輸送到換熱器進行熱交換，此時第二循環回路開始工作，當溫度降低后再進入進液口完成循環；加熱工況：當電池溫度較低，不能滿足低溫充電或持續放電的要求時，電加熱器啟動對液體介質進行加熱，利用第一循環回路將升溫后的液體介質送入進液口，此時第二循環回路不工作；保溫工況：在環境溫度較低時，以顯熱/潛熱儲存在復合相變材料的熱量對電池模組進行保溫，此時第一循環回路及第二循環回路不工作；第三循環回路與汽車駕駛艙空調系統連接，當駕駛艙需要進行制冷時進行工作。本專利技術的有益效果：1、相變材料的高蓄熱性和液體介質的高導熱性進行耦合，可以有效控制電池的溫度，通過控制外部循環系統的工作方式，可以使本系統同時具有散熱、保溫和加熱功能。2、在電池模組層面進行結構設計，液體冷板可以集成到電池箱體并起到結構支撐的作用，從而提高熱管理系統的空間利用率；此外，液體冷板置于電池模組中間位置，均勻布置的液體通道更有利于液體介質進行熱量交換。3、采用液體管路將電池箱和外部循環系統進行連接，有利于電池系統和整車融合，提高電池熱管理系統和其它子系統的協同作用，從而降低耗能，提高整車性能。附圖說明圖1是本專利技術示意圖；圖2是電池模組結構爆炸圖；圖3是冷板結構示意圖；圖4為圖3的A-A向剖視圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖，對本專利技術作進一步地詳細說明，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例如圖1-圖4所示，一種電池熱管理系統，具有高效散熱、保溫及加熱功能，包括電池箱及外部循環設備。所述電池箱1包括電池箱體2，電池箱體內設置電池模組，所述電池模組由N×M個電池單體構成，電池單體根據實際情況進行串并聯構成電池模組，在各個電池單體間填充復合相變材料3，復合相變材料可以用模具直接壓制成型直接套在各個電池單體上，或者通過壓制成塊體材料后通過機械加工所需尺寸。所述復合相變材料由石蠟/高分子聚合物/阻燃劑/膨脹石墨復合而成，其相變溫度在38-45度之間。所述電池模組中間設置冷板4，所述冷板上開有與對應電池模組中電池單體的N×M個通孔，直接套在電池單體上，冷板內均勻設置液體通道41，液體通道分別與電池箱的進液口及出液口連接，液體介質通過進液口流入冷板內的液體通道，經過對流換熱后由出液口流出，電池箱通過管道與外部循環設備連接。所述冷板可以和電池箱體一體成型，作為結構支撐件。所述復合相變材料與電池單體和冷板的接觸面通過導熱膠結合。所述液體通道內流通的液體介質為為水，防凍液或乙二醇-水混合液。所述外部循環設備包括電加熱器5、水泵6、熱交換器7、駕駛艙蒸發器9、壓縮機12、冷凝器11、第一節流閥8及第二節流閥10；所述電加熱器通過管道連接進液口，按照液體流動方向，所述電加熱器5、冷板4、熱交換器7、水泵6、通過管道連接構成第一循環回路；按照液體流動方向：熱交換器7、壓縮機12、冷凝器11及第一節流閥8通過管道連接構成第二循環回路；按照液體流動方向：壓縮機12、冷凝器11、第二節流閥10及駕駛艙蒸發器9連接構成第三循環回路。第二循環回路和第三循環回路共用冷凝器11和壓縮機12部件，根據實際工況啟用熱交換器7或駕駛艙蒸發器9。所述液體通道的橫截面為圓形或方形。在不同工況下，本專利技術具有高效散熱、保溫、加熱功能的效果，包括如下工況：散熱工況：電池箱內電池充放電產生大量熱量，產生的熱量被復合相變材料吸收，當溫度低于相變熔點時，主要是利用復合相變材料3的顯熱進行吸熱；當溫度達到相變熔點時，則以潛熱方式吸熱，在這個過程中液體介質不流動，以零耗能的被動方式對電池溫度進行控制。當復合相變材料3完全融化后，則啟動外部循環系統進行液體介質輔助散熱，溫度較低的液體介質從進液口13流入，通過對流換熱后變為高溫液體并從出液口流出，此時，電加熱器5不工作，液體介質由水泵6輸送到熱交換器7進行熱交換，溫度降低后再進入進液口完成循環。加熱工況：在冬天或高緯度地區，電池溫度較低，不能滿足低溫充電或持續放電的要求時，電加熱器5啟動并對液體介質進行加熱，利用第一循環回路將溫度較高的液體介質從進液口流入，對電池模組和復合相變材料進行加熱，此時第二循環回路不工作。保溫工況：在環境溫度較低時，以顯熱/潛熱儲存在復合相變材料模塊的熱量可以對電池模組進行長時間的保溫，此時第一循環回路和第二循環回路不工作。第三循環本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種電池熱管理系統，其特征在于，包括電池箱及外部循環設備；所述電池箱包括電池箱體，所述電池箱體內設置電池模組，所述電池模組由N×M個電池單體構成，電池模組中間設置冷板，所述冷板通過開孔外套在電池單體上，并均勻布置液體通道，相鄰電池單體之間填充復合相變材料，所述電池箱體設置進液口及出液口，進液口及出液口與液體通道連接；所述外部循環設備包括電加熱器、水泵、熱交換器、駕駛艙蒸發器、壓縮機、冷凝器、第一節流閥及第二節流閥；所述電加熱器通過管道連接進液口，按照液體流動方向，所述電加熱器、冷板、熱交換器及水泵通過管道連接構成第一循環回路；按照液體流動方向：熱交換器、壓縮機、冷凝器及第一節流閥通過管道連接構成第二循環回路；按照液體流動方向：壓縮機、冷凝器、第二節流閥及駕駛艙蒸發器連接構成第三循環回路。

【技術特征摘要】
1.一種電池熱管理系統，其特征在于，包括電池箱及外部循環設備；所述電池箱包括電池箱體，所述電池箱體內設置電池模組，所述電池模組由N×M個電池單體構成，電池模組中間設置冷板，所述冷板通過開孔外套在電池單體上，并均勻布置液體通道，相鄰電池單體之間填充復合相變材料，所述電池箱體設置進液口及出液口，進液口及出液口與液體通道連接；所述外部循環設備包括電加熱器、水泵、熱交換器、駕駛艙蒸發器、壓縮機、冷凝器、第一節流閥及第二節流閥；所述電加熱器通過管道連接進液口，按照液體流動方向，所述電加熱器、冷板、熱交換器及水泵通過管道連接構成第一循環回路；按照液體流動方向：熱交換器、壓縮機、冷凝器及第一節流閥通過管道連接構成第二循環回路；按照液體流動方向：壓縮機、冷凝器、第二節流閥及駕駛艙蒸發器連接構成第三循環回路。2.根據權利要求1所述的一種電池熱管理系統，其特征在于，所述開孔的個數為N×M個。3.根據權利要求1所述的一種電池熱管理系統，其特征在于，所述液體通道內流通的液體介質為水、防凍液或乙二醇-水混合液。4.根據權利要求1所述的一種電池熱管理系統，其特征在于，所述復合相變材料的相變溫度在38-45度之間。5.根據權利要求1所述的一種電池...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪雙鳳，吳偉雄，吳偉，洪思慧，賴永鑫，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44