[发明专利]一种基于正压直吹式风冷优化的动力电池热管理系统

说明书

本发明的目的在于提供一种基于正压直吹式风冷优化的动力电池热管理系统，包括电池模组、集气腔、射风孔、压缩机、冷凝器、蒸发器、内循环风机、外循环风机，加热器。系统采用正压直吹式射风，冷风在集气腔内温度一致，集气腔内开有射风孔，出风孔正对电芯最大面，可平衡传统风冷温度沿流动方向逐渐积累的效应，提高温度均匀性；压缩机组采用制冷、热旁通、喷液冷却三种回路结合的方式，配合智能控制器，对压缩机组气路各段进行温度、压力主动调节；内循环回路设有加热器，可集成散热和预热功能；电池箱内装有导流板，可减小风阻，增强扰流，强化换热。

技术领域

本发明涉及的是一种动力电池热管理系统。

背景技术

2011-2018年，国际国内新能源汽车产业得到井喷式发展。动力设计电动化、能源布局低碳化、系统结构智能化已成为行业公认的发展大势，新能源汽车行业正朝着电动化和智能化方向发展。2019年电动汽车冒烟、自燃、起火等事故频发。动力电池作为电动汽车的重要组成部分，电池系统不仅为电动汽车提供动力，而且也是参与新能源汽车整车控制和能量调度的核心环节。动力电池作为整车核心部件，正朝着高能量密度、长续航里程、短充电时间、高安全性、高空间利用率、轻质化、长循环寿命的方向发展。但动力电池有合适的工作温度范围，在偏离最佳工作温度的工况下使用，均会影响电池的安全性、动力性、可靠性和经济性。过冷工况下使用电池易导致电池充/放电效率与电池可用容量大大降低；过热工况下使用电池易导致电池加速老化、电池化学性能衰减、电解液泄露等现象，严重情况下甚至导致如上述的电池冒烟、燃烧、爆炸等热失控事故。因此需要采用高能效、低功耗的电池热管理系统，来保证电池包在使用的过程中系统温度处于最佳工作温度范围，普遍认为25～40℃，保证电芯与电芯之间，模组与模组之间的温度均匀性。

目前市场上已经应用的电池热管理方式主要有：风冷、液冷和直冷三种，还有可能应用到市场的有相变材料冷却和热管冷却。液冷电池热管理方式，所采用的冷媒有比热容大、热导率高、传热系数大、边界层薄、换热能力强、可集成散/预热、温度均匀性能好等优点；但液冷系统体积大、重量沉、成本高、密封性和绝缘性要求高(直接液冷)、辅助部件能耗大、易发生冷却液泄露事故。直冷电池热管理方式，利用制冷工质相变冷却，散热效率高，能更好应对更大倍率的快充问题，但直冷方式难以集成散/预热功能，系统复杂。相变材料热管理方式虽结构简单，冷却方便，散热速率快，不需额外泵功；但相变材料导热率低，相变潜热小，换热量有限，需额外增加体积，质量较重，且相变材料热管理方式预热困难的问题更难以解决。热管技术虽传热系数高，导热性能好，温度均匀性高，热流密度可变，热流方向可逆，适应温度范围广，但热管和电池形状适应性要求高，结构较复杂，管内结构换热性差，绝缘性要求高，加工工艺要求高，成本高昂。相变材料和热管技术离商业化应用到电池热管理领域还有较长的发展时间。

相比较而言，风冷电池热管理方式因其系统结构简单、占用空间小、重量轻、能耗低、成本低、无有害气体积压、易于维护而被广泛应用；然而，在风冷系统中，由于空气的比热容较小、导热系数低、对流换热系数小、散热所需时间长、高放电倍率冷却效果差、进出口压差大、流场不均匀，电池组中电池间冷却条件的差异将导致电池组产生较大的温差。传统动力电池风冷热管理系统设计中，往往冷风直接吹进电池风箱，由于冷风温度会随其流过电池风箱，沿着流动方向而逐渐积累，从而造成风冷散热系统电芯与电芯之间，模组与模组之间的温度不均匀，因此，需要对风冷电池热管理系统进行优化设计，从而减小电池温差。很多学者通过调整风冷系统的结构改善系统内部空气流动情况，从而提高风冷系统的散热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供可以有效提高动力电池热管理系统温度均匀性、保证电池工作于最佳工作温度范围的一种基于正压直吹式风冷优化的动力电池热管理系统。

本发明的目的是这样实现的：