[发明专利]具有温度自适应功能的热管与单相液体回路耦合换热的电池热管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池热管理系统，具体涉及一种具有温度自适应功能的热管与单相液体回路耦合换热的电池热管理系统。

背景技术

在能源与环境问题的巨大挑战下，发展新能源汽车已成为必然趋势，因此各个国家对新能源汽车的开发十分重视。目前，新能源汽车主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车及太阳能汽车等各类新能源汽车。而作为新能源汽车的代表，电动汽车因具备直接电机驱动，零排放的环境可靠性成为目前新能源汽车发展的热点。

动力电池是电动汽车运行的动力源，其工作时存在最佳温度范围，如锂离子电池，常规的工作温度为-20～60℃，而最佳工作温度为25℃，在此最佳工作温度下，锂离子电池工作在最稳定的状态下，且使用寿命最长。在运行实际中，往往因为工作条件恶劣，造成动力电池温度过高。电动汽车在某些运行工况下，如高速行驶或爬坡，电池发热量增大，若内部发热量不能及时排出会造成电池内部温度升高超出工作温度范围；外部环境温度过高，如炎热的夏季，同样会使动力电池温度升高超出最佳工作温度范围。以上情形不仅缩短了电池的使用寿命、影响电池的容量，而且还会影响汽车的稳定运行甚至引发爆炸等安全事故。

结合目前国内外的一些动力电池热管理控制方法，发现仍存在很多不足，单纯采用被动热控制方式，如相变材料、热管等，仅能保证动力电池在一般情况下正常工作，在恶劣条件下往往失效。相变材料在完全相变的状态下，不仅无法发挥其储热的性能，还会因为低热导率造成电池热量导出困难；热管不仅有自然失效的可能，而且在电动汽车经历崎岖路面发生振荡时极易损坏，在高温环境下，传热性能也会降低甚至失效。

因此，对车用动力电池进行合理全面的热管理控制，使其工作在合理的温度范围内，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，进而提供一种具有温度自适应功能的热管与单相液体回路耦合换热的电池热管理系统。目的在于：动力电池在常规运行工况下，热管理系统仅被动热控制部分工作即可满足电池的工作温度要求；一旦运行工况较为恶劣，热管理系统自发转换为主动热控制方式，为动力电池降温，以保证动力电池工作在合理的温度范围内。

本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明所述具有温度自适应功能的热管与单相液体回路耦合换热的电池热管理系统包括动力电池箱，动力电池箱包括电池箱外壳和电池箱顶盖以及动力电池箱内部的电池卡槽，电池箱顶盖和电池箱外壳配合，电池热管理系统还包括冷板、热管和热管蒸发段；

动力电池箱的中央内嵌有冷板，多个单体动力电池安装在动力电池箱的卡槽内且分列在冷板左右两侧，单体动力电池卡紧在电池卡槽与冷板之间，且单体动力电池与冷板相邻的侧面与冷板的侧面接触；单体动力电池除与冷板相邻的侧面之外的其余侧面上均贴附有热管蒸发段，前后相邻的两个单体动力电池相邻面共用一个热管蒸发段，单体动力电池除与冷板相邻的侧面之外的其余侧面上均铺设有热管，所述热管的下端插在热管蒸发段内，热管的上端穿出电池箱顶盖，热管内设有相变工质；在动力电池箱剩余空间内填充相变材料；

所述电池热管理系统还包括管件、换热器和水泵，冷板的外形为长方体，冷板的内部加工有液体流道，所述液体流道为连续弯曲的蛇形流道，蛇形流道的进出口与动力电池箱外部的管件相连；冷板与管件和水泵共同组成单相液体回路，单相液体回路通过换热器与电动汽车的制冷系统耦合在一起；

单相液体回路与电动汽车的制冷系统耦合时，只需在电动汽车的制冷系统的管路上加装换热器即可，不涉及对制冷系统的其他改进，所述的电动汽车的制冷系统形式可以根据电动汽车的不同而不同；

所述电池热管理系统还包括可编程自动调温器和温度传感器，可编程自动调温器与水泵电连接，可编程自动调温器用于控制水泵工作，温度传感器的探头贴附在单体动力电池上，并与可编程自动调温器电连接，温度传感器用于检测电池温度并将温度信号输送至可编程自动调温器。

单相液体回路工作时，汽车的制冷系统可由可编程自动调温器控制开启或关闭，也可由驾驶员手动开启或关闭。

优选的：所述相变材料为固-液相变材料，相变温度为20℃～35℃，可选用单一的相变材料，如石蜡或硝酸锂三水化合物，也可选用其他复合相变材料，如泡沫铜/石蜡复合相变材料或石墨/石蜡复合相变材料。

优选的：所述热管内的相变工质的相变温度为20℃～35℃，根据相变温度选择相变工质，如氟利昂或戊烷；

优选的：所述热管为铝合金金属管，可弯曲以配合动力电池在汽车中的安放位置；