[发明专利]一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法

摘要

本发明涉及一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法，包括电池箱体，电池箱体内并列设若干电池模组群，电池模组群配合设热管组，热管组的两端部穿过电池箱体，热管组的两端部连接散热翅片；模式选择方法包括建立热管组和散热翅片的等效热阻模型，对建立等效热阻模型后的主传热路径建立集中参数化的1D传热模型，构建每个元件的传热过程的偏微分方程，确定出系统所需要的对流换热系数h后选择冷却方案。本发明可以可以兼有冷却效率高、系统复杂程度低和安全性高的优势，同时可扩展性强，冷却方式可以依据产品的实际需求随机调整，标准化程度高；轻松实现电池箱体的IP67设计，节省了空间与成本，提高了动力电池系统的安全性。

主权项

1.一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置的模式选择方法，其特征在于：所述模式选择方法包括以下步骤：步骤1.1：所述动力电池系统存在自电池开始、顺次经过导热硅胶片、电池模组外壳、导热胶层、热管组和散热翅片的主传热路径；所述热管组存在传热路径，所述传热路径包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，所述第一路径和第二路径串联，所述第三路径和第四路径并联后与所述第二路径串联，所述第一路径为热量从导热胶层与热管组的接触面传递到热管组径向中心面的路径，所述第二路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域以外的区域沿着热管组轴向传递的路径，所述第三路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域从热管组沿着径向传递到热管组与散热翅片接触面的路径，所述第四路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域从热管组沿着轴向传递到热管组与散热翅片接触面的路径；所述第一路径、第二路径、第三路径和第四路径对应的传热量分别为q1、q2、q3和q4，q1＝q2＝q3+q4；传热路径起点的温度为T1，传热路径终点的温度为T2；步骤1.2：建立等效热阻模型，所述等效热阻模型的传热路径的传热量为q5，q1＝q2＝q3+q4＝q5，所述等效热阻模型的传热路径的起点温度为T3，终点温度为T4，T1‑T2＝T3‑T4；步骤1.3：建立等效热阻模型前后，热管组的热阻相等建立等效热阻模型前的热阻为R_Pipe，建立等效热阻模型后的热阻为其中，δ_Pipe为建立等效热阻模型后热管组的厚度，λ_Pipe为建立等效热阻模型后热管组的导热系数，S_Pipe为建立等效热阻模型后热管组的横截面积，由于R_Pipe＝R_Pipe‑Model，步骤1.4：所述散热翅片存在传热路径，所述传热路径包括第五路径和第六路径，所述第五路径为热量从散热翅片的基板底面传递到散热翅片的翅片顶面的路径，所述第六路径为热量从散热翅片基板底面传递到基板顶面的路径；建立散热翅片的等效热阻模型，在通过相同热量时，建立散热翅片的等效热阻模型前后的散热翅片的温差相等，故建立等效热阻模型前散热翅片的热阻R_Fin与建立等效热阻模型后散热翅片的热阻R_Fin‑Model相等，其中，δ_Fin为建立散热翅片的等效热阻模型之后散热翅片的厚度，λ_Fin为建立散热翅片的等效热阻模型之后散热翅片的导热系数，S_Fin为建立散热翅片的等效热阻模型之后散热翅片的横截面积，步骤1.5：对建立步骤1.2和步骤1.3所述的等效热阻模型后的主传热路径建立集中参数化的1D传热模型，每个元件的传热过程以偏微分方程描述为：电池传热过程：其中，ρ_Cell为电池密度，V_Cell为电池体积，Cp_Cell为电池比热容，T_Cell为电池温度，为电池的发热功率，λ_Cell为电池导热系数，L₁为电池的厚度；导热硅胶片传热过程：其中，ρ_Glue1为导热硅胶片密度，V_Glue1为导热硅胶片体积，Cp_Glue1为导热硅胶片比热容，T_Glue1为导热硅胶片温度，λ_Glue1为导热硅胶片导热系数，L₂为导热硅胶片的厚度；电池模组外壳传热过程：其中，ρ_Plate为电池模组外壳密度，V_Plate为电池模组外壳体积，Cp_Plate为电池模组外壳比热容，T_Plate为电池模组外壳温度，λ_Plate为电池模组外壳导热系数，L₃为电池模组外壳的厚度；导热胶层传热过程：其中，ρ_Glue2为导热胶层密度，V_Glue2为导热胶层体积，Cp_Glue2为导热胶层比热容，T_Glue2为导热胶层温度，λ_Glue2为导热胶层导热系数，L₄为导热胶层的厚度；热管组传热过程：其中，ρ_Pipe为热管组密度，V_Pipe为热管组体积，Cp_Pipe为热管组比热容，T_Pipe为热管组温度，λ_Pipe为热管组导热系数，L₅为热管组的厚度；散热翅片传热过程：其中，ρ_Fin为散热翅片密度，V_Fin为散热翅片体积，Cp_Fin为散热翅片比热容，T_Fin为散热翅片温度，h为对流换热系数，A_Fin为建立等效热阻模型前散热翅片与冷却工质接触的面积，T_f为冷却工质温度；以上偏微分方程中，t为时间，A为横截面积，x为传热方向上的坐标；步骤1.6：计算步骤1.5，以电池的发热功率、冷却工质温度求解出不同对流换热系数对应的电池温度，根据对电池最高温度的限制确定出系统所需要的对流换热系数h；当h＝20～60w/m2·k时选择自然冷却方案，直接通过散热翅片散热，且散热翅片与环境空气存在相对运动；当h＝20～100w/m2·k时，选择强制风冷散热，在散热翅片外设置风道外壳；当h＝500～15000w/m2·k时，选择液冷散热，在散热翅片外设置液冷流道外壳。