[发明专利]一种基于仿生热学的动力电池热管理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于仿生热学的动力电池热管理系统及方法，属于热控的均温传热技术领域。

背景技术

电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。

电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，保证全域内温度场的均匀性，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。其中第三点是决定电池综合性能的关键，国际著名电动车厂商将其视为关键的核心技术。

现有先进的电池热管理系统为了防止冷却液流动过程中温度逐渐升高，使末端散热能力不佳，热管理系统采用了双向流动的流场设计，冷却管道的两个端部既是进液口，也是出液口，使得温度场的均匀度得到改善，根据传热学相关理论，这种长程对置模式可冲抵稳态传热的温度不均匀度，目前已做到电池的温度差异不超过±2℃；而对动态变化造成的不均匀度无能为力或作用及其有限，电池工作状态处于随机的动态，其输出功率热耗也是不断变化的，这就需要更新更好的电池热管理系统。

发明内容

为了实现稳态及动态条件下的更高的温度场均匀度，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于仿生热学的动力电池热管理系统及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于仿生热学的动力电池热管理系统，包括进口干管、出口干管、若干进口支管、若干进口分管、若干出口支管、若干出口分管、传热管束、均温冷板、动力电池包，其中，动力电池包的单体电池被组合成电池组，每组电池组之间留有间隙，每个间隙内插入一个均温冷板；冷源流体通过进口干管均匀分配至传热管束的每根传热管内；传热管束内的传热管通过不同方位的进口支管进行分流，每个进口支管内的传热管再通过进口分管进行分流，由进口分管而出的传热管束直接进入均温冷板；由均温冷板而出的传热管束再依次经由出口分管、出口支管合流；冷源流体由合流后的传热管束汇入出口干管后流出。

作为本发明的进一步技术方案，传热管束内的传热管相同，且传热管束的多少依据热负荷确定。

作为本发明的进一步技术方案，均温冷板为对称多路间隔逆向流动的构型，其大小尺寸根据热流密度及热载荷不同而设计。

作为本发明的进一步技术方案，冷源流体是气体或液体单相温差换热。

作为本发明的进一步技术方案，冷源流体是液体相变换热。

作为本发明的进一步技术方案，均温冷板直接包裹电池表面。

作为本发明的进一步技术方案，均温冷板表面为平面或曲面。

作为本发明的进一步技术方案，还包括一个外部冷源，由出口干管流出的冷源流体经过所述外部冷源后流回进口干管。

另一方面，本发明还提供一种基于仿生热学的动力电池热管理系统的管理方法，冷源流体通过进口干管均匀分配至传热管束的每根传热管内，传热管束内的传热管通过不同方位的进口支管进行分流，每个进口支管内的传热管再通过进口分管进行分流，由进口分管而出的传热管束以对称多路间隔逆向流动的方式直接进入均温冷板，均温冷板的换热面保持均匀的温度，通过管内对流换热、传热管束与均温冷板的导热、均温冷板与电池的导热或对流完成传热过程，由均温冷板而出的传热管束再依次经由出口分管、出口支管合流；冷源流体由合流后的传热管束汇入出口干管后流出。

作为本发明的进一步技术方案，由出口干管流出的冷源流体经过外部冷源热交换后流回进口干管，再进入传热管束形成一个循环，如此往复不已。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明基于仿生热学的动力电池热管理系统及方法，模拟仿真动物的散热特性，通过类似皮肤热交换的机理，本发明可实现平衡静态、随机动态热耗条件下的均温要求，使得电池组基本在同样的热舒适条件下工作。

附图说明

图1为基于仿生热学的动力电池热管理系统原理图；

图2为基于仿生热学的动力电池热管理系统局部原理图；

其中，1、动力电池组；2、进口干管；3、支管；4、分管；5、均温冷板；6、分管、7、支管；8、出口干管；9、冷源流体；10、传热管束；11、电池包。

具体实施方式