[发明专利]一种大型动力电池的高效热管理系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种大型动力电池的高效热管理系统及控制方法；包括电池组以及扁平热管；电池组的一侧设置有一冷却风箱；扁平热管由多根构成，它们被分成多排热管阵列，它们的各蒸发段有序的被各单体电池夹持并贴合在各单体电池之间，各冷却段有序的穿过冷却风箱的壁板伸入冷却风箱内部；在冷却风箱内的各冷却段之间设置有隔板，形成该冷却段独立的分支冷却通道；本系统还设有射流换热、风热换热等系统。本系统及其方法可解决电池在不同工作条件下的散热、降低大型电池组温差、迅速预热电池等技术问题，同时系统工作性能稳定，控制方式灵活、安装维护方便，优化空间大，符合电池热管理系统及电动汽车的发展趋势，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及动力电池保护装置，尤其涉及一种大型动力电池的高效热管理系统及控制方法。

背景技术

近年来，能源危机和环境问题日益成为许多国家在工业化道路上遇到的一个大问题。随着汽车的保有量日益升高，传统内燃机汽车汽油消耗量占到全球汽油消耗量的三分之一以上，而在我国预计超过一半的石油将用于汽车行业。此外，传统内燃机汽车高污染、噪音等弊病已经严重影响到人们的生活质量。挪威、德国、法国等欧美发达国家都已经相继公布了禁售燃油车的截止年限，以促进相关行业寻找新的动力代替品。电动汽车有着低排放、高效率等优点，且近年来电池能量密度不断提高以及电池成本不断下降，电动汽车将已经大部分汽车公司的选择。丰田、宝马等传统车企已推出了相应的电动车型。此外，汽车电气化也有利于实现基于人工智能的自动驾驶，正逐渐受到互联网科技公司的关注。

电池在工作过程中，内部由于一些物理或电化学反应会产生大量的热量，使电池的温度升高，过高的温度会影响到电池的效率，降低电池循环寿命。在电池成组安装时，电池组温度不均匀将导致放电不一致，影响电池组的功率输出。在某些极端情况，过高温度甚至导致爆炸事故的发生。此外，在较低环境温度中，电池的容量会急剧衰减，内阻会持续增大，电动汽车甚至无法直接启动。因此，电池热管理对于电池的安全高效运行有重要意义，已经逐渐引起了车企和相关研究人员的重视。

热管理技术主要分为风冷、液冷、相变材料(PCM)等。风冷虽然成本较低，但散热速率慢，很多情况下均无法满足电池的散热需求。液冷冷却速率较高，但实际中冷却板刚性接触易损等问题导致漏液的可能性较大，此外也存在结构复杂、压降较大等不利因素。PCM在电池温度均匀性方面表现较为出色，但是其导热速率较低，需辅以相应的增强措施。同时，PCM热管理作为一种被动式的系统，难以灵活应对电动汽车工况多变的情况。热管是一种十分高效的传热装置，其导热效率高于目前所知的一切金属，热管的换热原理是内部工作液在热管蒸发段吸热蒸发，通过内部蒸汽压差以及毛细力的作用形成工作液循环。采用热管与液冷或风冷结合，能有效兼顾电池包紧凑性与热管理系统的高散热效率。

目前，电池主要由圆柱形、方形、软包型三种形状，圆柱形电池虽然加工工艺较为成熟，一般体积较小，因此成组安装时，数量较多，空间利用率较低，且热管理以及电池管理都较为复杂。方形和软包等大型电池则空间利用率较高，同样储能量的前提下，布置数量较之圆柱形电池更少，因而电池管理和热管理相对简单。但是大型电池单体产热较不均匀，单体温度差异性较大。对于针对这类电池组的热管理，较之纯液冷结构，结合热管使得流道结构大为简化。然而，整个水流结构重量仍较大，且冷却水在整个电池系统中流动，压力损失较大，部分冷却水利用率较低，难以根据工况进行灵活控制以及消除电池局部热点。此外，整个流动系统要保证良好的气密性，否则不凝性气体的进入将恶化热管冷却段与冷却流体的换热。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、热控制精确的大型动力电池的高效热管理系统及控制方法。能有效提高大型动力电池温度均匀性，减小能耗。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大型动力电池的高效热管理系统，包括多个单体电池1构成的电池组，以及扁平热管2；电池组的一侧设置有一冷却风箱4；