一种新能源汽车的电池预热及废热利用系统

技术领域

本申请涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种新能源汽车的电池预热及废热利用系统。

背景技术

目前，随着国家新能源政策的大力推行，纯电动汽车市场也随之快速发展，在纯电动汽车领域中，电池组的蓄电量是制约其发展的最主要瓶颈，纯电动汽车的电池组在放电过程中会释放大量热量，这是导致电池组性能衰减及使用寿命缩短的主要原因之一，并且热量的释放还容易造成火灾隐患，因此，在纯电动汽车运行过程中，需要对其电池组进行有效散热。同时，纯电动汽车没有发动机，不能像传统燃油汽车那样利用发动机在运转过程中产生的废热作为空调的热源，在冬季，现有的电动汽车多采用PTC加热的方式进行取暖，然而这会导致车载电池的负荷大大增加，严重削减纯电动汽车的续航里程。同时，新能源汽车大多使用锂电池作为能量来源，在寒冷的冬季，尤其是在北方地区，新能源汽车存在冷启动现象，即在低温环境下蓄电池在短时间内大电流放电的现象，冷启动会严重削减蓄电池的使用寿命。

因此如何提供一种能够有效地对蓄电池进行预热以尽量减弱冷启动所带来的不利影响及有效利用蓄电池在工作过程中产生的废热是一项亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：本发明提供一种新能源汽车的电池预热及废热利用系统，包括：

电池仓、换热箱体；

所述电池仓的上表面固定连接有第一加热板，所述电池仓的下表面固定连接有第二加热板；

所述第一加热板的一端固定连接有用于给所述第一加热板通电加热的第一极柱部件；

所述第二加热板的一端固定连接有用于给所述第二加热板通电加热的第二极柱部件；

所述第一加热板背离所述电池仓的一侧固定连接有第一散热板；

所述第二加热板背离所述电池仓的一侧固定连接有第二散热板；

所述第一散热板和所述第二散热板的换热介质入口均通过管道与第一电动水泵连接；

所述第一散热板和所述第二散热板的换热介质出口均通过管道与第二电动水泵连接；

所述换热箱体设置有第一换热管道；所述第一换热管道的一部分位于所述换热箱体的内部空间内，所述第一换热管道的一部分位于所述换热箱体的外部空间；

位于所述换热箱体的外部空间的所述第一换热管道连接箱体的出口，所述箱体用于容纳换热介质；所述箱体的入口通过管道与所述第二电动水泵连接，所述第二电动水泵和所述箱体之间连接有流量调节阀；

所述换热箱体设置有第二换热管道，所述第二换热管道的一部分位于所述换热箱体的内部空间内，所述第二换热管道的一部分位于所述换热箱体的外部空间；

位于所述换热箱体的外部空间的所述第二换热管道通过管道依次连接有第三电动水泵和废热排放散热器；

所述换热箱体的内部空间内填充有蓄热相变材料。

优选的，所述蓄热相变材料是将石蜡、石墨和活性炭进行混合所制得的混合物。

优选的，所述换热箱体的外壳中充满保温材料，所述保温材料为无机纤维。

优选的，所述第一散热板包括第一主体结构、第一盖体结构和第二盖体结构；所述第一主体结构的一端具有第一凹槽，所述第一主体结构的另一端具有第二凹槽；所述第一盖体结构安装在所述第一主体结构的一端后，与所述第一凹槽形成第一换热介质流入腔体；所述第二盖体结构安装在所述第一主体结构的另一端后，与所述第二凹槽形成第一换热介质流出腔体；

所述第一盖体结构上设有第一进水口，所述第二盖体结构上设有第一出水口；

所述第一凹槽与所述第二凹槽之间的实心部分具有第一若干通孔，所述第一若干通孔用作换热介质流通的通道。

优选的，所述第一若干通孔包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔与所述第一若干通孔的中间位置的距离为第一距离，所述第二通孔与所述第一若干通孔的中间位置的距离为第二距离，所述第一距离大于所述第二距离，所述第一通孔的横截面积大于所述第二通孔的横截面积。

优选的，所述第一散热板包括第二主体结构、第三盖体结构和第四盖体结构；所述第二主体结构的一端具有第三凹槽，所述第二主体结构的另一端具有第四凹槽；所述第三盖体结构安装在所述第二主体结构的一端后，与所述第三凹槽形成第二换热介质流入腔体；所述第二盖体结构安装在所述第一主体结构的另一端后，与所述第四凹槽形成第二换热介质流出腔体；

所述第三盖体结构上设有第二进水口，所述第四盖体结构上设有第二出水口；

所述第三凹槽与所述第四凹槽之间的实心部分具有第二若干通孔，所述第二若干通孔用作换热介质流通的通道。

优选的，所述第二若干通孔包括第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与所述第二若干通孔的中间位置的距离为第三距离，所述第三通孔与所述第二若干通孔的中间位置的距离为第四距离，所述第三距离大于所述第四距离，所述第三通孔的横截面积大于所述第四通孔的横截面积。

优选的，所述第一若干通孔和所述第二若干通孔中均设有搅流翅片。

优选的，所述废热排放散热器附近设置有风机。

优选的，所述风机采用轴流风机。

本说明书一个实施例实现了能够达到以下有益效果：本发明从系统思维的角度出发，将电动汽车的电池仓的散热需求和冬季车内的取暖需求这两个本来不相关的电动汽车的子系统的设计需求有机结合在一起，通过在电池仓表面设置降温装置，一方面能够有效地将电池仓内的车载电池在化学能转化为电能时放出的热量导出，避免热量在电池仓表面蓄积进而影响车载电池性能，另一方面有效地将导出的热量作为冬季车内取暖的热源，从而与传统的电动汽车采用车载电池对电阻丝进行加热进而取暖的方式相比，能够有效延长电动汽车的续航里程，用户体验好，适宜推广。同时在电池仓的两侧设置有预热装置，在冬季天气能够将电池仓内的蓄电池进行预热，有效解决蓄电池的冷启动导致的性能下降问题。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的新能源汽车的电池预热及废热利用系统的各部件连接关系示意图；

图2为本发明提供的新能源汽车的电池预热及废热利用系统中以爆炸图形式表示的电池仓、第一加热板、第二加热板、第一散热板和第二散热板的堆叠关系示意图；

图3为本发明提供的新能源汽车的电池预热及废热利用系统中散热板的分解图；

图4为本发明提供的新能源汽车的电池预热及废热利用系统中盖体结构的另一角度的示意图。

具体实施方式

为使本说明书一个或多个实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书一个或多个实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书一个或多个实施例保护的范围。

在电动汽车行驶过程中，车载电池的化学能转化为电能，进而驱动电动汽车的电动机运转，从而带动电动汽车行驶，车载电池在化学能转化为电能的过程中，会释放出大量的热量，因此需要对其进行散热，否则热量聚积会导致车载电池的使用性能及使用寿命下降，同时纯电动汽车没有发动机，不能像传统燃油汽车那样利用发动机在运转过程中产生的废热作为空调的热源，在冬季，现有的电动汽车多采用PTC加热的方式进行取暖，然而这会导致车载电池的负荷大大增加，严重削减纯电动汽车的续航里程。同时，在寒冷的冬季，尤其是在北方地区，新能源汽车存在冷启动现象，即在低温环境下蓄电池在短时间内大电流放电的现象，冷启动会严重削减蓄电池的使用寿命。本发明提供一种电动汽车电动仓降温风暖转化系统，能够将电池仓表面聚积的热量有效传导出去作为汽车车内的取暖用热风，从而与传统的采用PTC加热取暖的方式相比，能够有效地延长电动汽车的续航里程，用户体验好。

本发明提供一种新能源汽车的电池预热及废热利用系统，如图1所示，1为电动汽车的电池仓，14为换热箱体，在电池仓1的上表面固定连接有第一加热板2，在电池仓1的下表面固定连接有第二加热板4，第一加热板2的一端固定连接有用于给第一加热板2通电加热的第一极柱部件3，其中如图2所示，第一极柱部件3包括第一正极柱301和第一负极柱302；第二加热板4的一端固定连接有用于给第二加热板4通电加热的第二极柱部件5，其中第二极柱部件5包括第二正极柱501和第二负极柱502。第一加热板2背离电池仓1的一侧固定连接有第一散热板17；第二加热4背离电池仓1的一侧固定连接有第二散热板6。第一散热板17和第二散热板6的换热介质入口通过管道与第一电动水泵7连接，第一散热板17和第二散热板6的换热介质出口通过管道与第二电动水泵8连接。

换热箱体14设置有第一换热管道11，第一换热管道11的一部分位于换热箱体14的内部空间内，如图1所示，13表示第一换热管道11位于换热箱体14的内部空间内的那部分，第一换热管道11的另一部分位于换热箱体14的外部空间，位于换热箱体14的外部空间的第一换热管道11连接箱体10的出口，箱体10用于容纳换热介质；箱体10的入口通过管道与第二电动水泵8连接，第二电动水泵8和箱体10之间连接有流量调节阀9。

换热箱体14设置有第二换热管道18，第二换热管道18的一部分位于换热箱体14的内部空间内，如图1所示，16表示第二换热管道18位于换热箱体14的内部空间内的那部分，第二换热管道18的另一部分位于换热箱体14的外部空间。

位于换热箱体14的外部空间的第二换热管道18通过管道依次连接有第三电动水泵27和废热排放散热器20。换热箱体14的内部空间内填充有蓄热相变材料12。

如图2所示，图2为本发明提供的新能源汽车的电池预热及废热利用系统中以爆炸图形式表示的电池仓1、第一加热板2、第二加热板4、第一散热板17和第二散热板6的堆叠关系示意图。21表示第一散热板17的换热介质的流入口，22表示第一散热板17的换热介质的流出口。24表示第二散热板6的换热介质的流入口，23表示第二散热板6的换热介质的流出口。第一散热板17和第二散热板6的主体结构相同，所以下面如图3所示，只以第一散热板17为例对此主体结构进行说明。

如图3所示，本实施例中散热板为长方体金属板形结构，此长方体金属板形结构包括主体结构、第一盖体结构22和第二盖体结构(第二盖体结构和第一盖体结构22的结构相同，故在图3中未对第二盖体结构进行示意)。主体结构的一端加工有第一凹槽25，主体结构的另一端加工有第二凹槽(未在图3中进行示意)。第一盖体结构22与主体结构加工有第一凹槽25的一端固定连接时可形成换热介质流入腔体，第二盖体结构与主体结构加工有第二凹槽的一端固定连接可形成换热介质流出腔体。长方体金属板形结构的主体结构采用将导热性能良好的金属作为原料进行铸造的方式制得，此长方体金属板形结构的一端为第一凹槽25，其另一端为第二凹槽，这两段凹槽结构形式相同。以第一凹槽25为例进行说明，其四个外表面上采用先钻孔再攻丝的方式加工有若干螺孔24，第一凹槽25一侧设有第一盖体结构22，第二凹槽一侧设有第二盖体结构。第一盖体结构22和第二盖体结构都采用铸造的加工工艺制得，第一盖体结构22的外表面上也通过先钻孔再攻丝的方式设有若干螺孔23，同时这些螺孔的大小和第一凹槽25外表上加工的若干螺孔的位置对应，大小相等，并且其螺孔上的螺旋线的螺旋方向一致，从而可通过先将第一盖体结构22与第一凹槽25上的螺孔先对齐再通过螺丝紧固的方式将第一盖体结构22与第一凹槽25紧固在一起，第一盖体结构22上设置有进水口21，换热介质可通过进水口21流通到第一盖体结构22上的凹槽结构26中，再进一步流动到第一凹槽25中。

在主体结构的第一凹槽25和第二凹槽之间的实心部分加工有若干通孔，此若干通孔用于作为换热介质流通的通道，本实施例中重点对不同位置的通孔的横截面积进行了针对性的设计，从而对通过不同位置的通孔的换热介质的流量进行了针对性的控制。在本实施例的电动汽车电池仓降温风暖转化系统中，以中间位置的中央通孔为基准，随着距离中央通孔的距离越远，通孔的横截面积越大；同时，以中央通孔为对称基准，中央通孔左边的第N个通孔的横截面积和中央通孔右边的第N个通孔的横截面积应尽可能相同，在具体加工时其加工精度应保证二者面积之差的绝对值与中央通孔左边的第N个通孔的横截面积的比例不超过5％，举例进行说明，如果中央通孔左边的第1个通孔的横截面积为10平方厘米，则与其对应的中央通孔右边的第1个通孔的横截面积应在9.5-10.5平方厘米之间。通过这样的设置，远离中央通孔的通孔的横截面积越来越大，同时，以中央通孔为对称基准，左右对称的两个通孔的横截面积大致相当。之所示这样设置，是因为发明人经过大量实验，对换热介质流入腔体内的流体的速度场进行分析后发现，当通过第一盖体结构22上设置的进水口21通入换热介质后，换热介质流入腔体内不同位置的换热介质的流速是不一样的，越靠近中间位置，其流动速度越大，越远离中间位置，由于阻力作用，其流动速度越小，如果不同位置的通孔的横截面积设置的相同，则中央通孔附近的部分通孔的换热介质的流量较大，而远离中央通孔的部分通孔的换热介质的流量较小，从而，电池仓中间位置的对流换热强度明显高于电池仓两端位置的换热强度，从而导致电池仓内不同位置的车载电池1的温度明显不一致，进而由于电池仓1内不同位置的电池单元的温度明显不一致导致其使用性能下降，影响其使用寿命。而本发明技术方案中，通过对不同位置的通孔的横截面积进行针对性的设计，能够尽可能保证不同位置的通孔的换热介质的流量大致相同，进而保证电池仓1内的车载电池的不同位置的电池单元的温度尽可能相同，从而使电池仓1内车载电池的不同位置的电池单元稳定地将化学能转化为电能，其使用性能优良，使用寿命较长。

更进一步优化方案，所述蓄热相变材料是将石蜡、石墨和活性炭进行混合所制得的混合物。

更进一步优化方案，所述换热箱体的外壳中充满保温材料15，所述保温材料15为无机纤维。

更进一步优化方案，所述第一散热板包括第一主体结构、第一盖体结构和第二盖体结构；所述第一主体结构的一端具有第一凹槽，所述第一主体结构的另一端具有第二凹槽；所述第一盖体结构安装在所述第一主体结构的一端后，与所述第一凹槽形成第一换热介质流入腔体；所述第二盖体结构安装在所述第一主体结构的另一端后，与所述第二凹槽形成第一换热介质流出腔体；

所述第一盖体结构上设有第一进水口，所述第二盖体结构上设有第一出水口；

所述第一凹槽与所述第二凹槽之间的实心部分具有第一若干通孔，所述第一若干通孔用作换热介质流通的通道。

更进一步优化方案，所述第一若干通孔包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔与所述第一若干通孔的中间位置的距离为第一距离，所述第二通孔与所述第一若干通孔的中间位置的距离为第二距离，所述第一距离大于所述第二距离，所述第一通孔的横截面积大于所述第二通孔的横截面积。

更进一步优化方案，所述第一散热板包括第二主体结构、第三盖体结构和第四盖体结构；所述第二主体结构的一端具有第三凹槽，所述第二主体结构的另一端具有第四凹槽；所述第三盖体结构安装在所述第二主体结构的一端后，与所述第三凹槽形成第二换热介质流入腔体；所述第二盖体结构安装在所述第一主体结构的另一端后，与所述第四凹槽形成第二换热介质流出腔体；

所述第三盖体结构上设有第二进水口，所述第四盖体结构上设有第二出水口；

所述第三凹槽与所述第四凹槽之间的实心部分具有第二若干通孔，所述第二若干通孔用作换热介质流通的通道。

更进一步优化方案，所述第二若干通孔包括第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与所述第二若干通孔的中间位置的距离为第三距离，所述第三通孔与所述第二若干通孔的中间位置的距离为第四距离，所述第三距离大于所述第四距离，所述第三通孔的横截面积大于所述第四通孔的横截面积。

优选的，所述第一若干通孔和所述第二若干通孔中均设有搅流翅片。

更进一步优化方案，所述废热排放散热器附近设置有风机19。

优选的，所述风机采用轴流风机。

本发明的工作原理：在冬季寒冷天气下，如果电池仓1的温度很低，如果此时冷启动会对电池仓1内的蓄电池的性能产生损害，则此时通过车内预先放置的蓄电池通过第一极柱部件3和第一极柱部件5对电池仓1进行预热，直到电池仓1的温度达到预定温度，此时启动电池仓内的车载电池不会产生冷启动现象，然后断开蓄电池和第一极柱部件3和第一极柱部件5的连接。

在车辆行驶过程中，电池仓1内的车载电池会产生大量热量，此时需要对电池仓1内的车载电池进行降温，同时在冬季存在对车内空间进行加热以取暖的需要。下面以第一散热板17为例，对此过程进行阐述，第二散热板6工作过程类似。

第一电动水泵7工作时，换热介质通过管道流向第一散热板17的换热介质的流入口21，流入第一电动水泵7的换热介质，一部分通过管道流向第一散热板17，其余的流向第二散热板6，换热介质分别在第一散热板17和第二散热板6内的通孔内流动(第一散热板17和第二散热板6的结构形式相同，换热介质通过第一盖体结构22上设置的进水口21进入换热介质流入腔体后进一步分流，流向第一凹槽25处不同位置的通孔，进一步在第二凹槽处汇流，再通过第二盖体结构上的出水口流出降温装置)，从而通过第一散热板17和第二散热板6与电池仓1分别接触的换热面的导热作用，再通过对流换热作用将电池仓1表面蓄积的热量导出，流出第一散热板17和第二散热板6的换热介质流入第二三通阀门9后汇流，汇流并流出流量调节阀9后通过管道流入箱体10，进而通过箱体10流入换热箱体14。在换热箱体14内，对第二换热管道18内流动的换热介质进行加热，然后通过废热排放散热器20处的风机19对车内空气进行加热，这样通过换热介质的循环流动达到对电池仓1降温的同时对车内空气进行加热的目的，从而满足冬季车内空间取暖的需求。

本发明从系统思维的角度出发，将电动汽车的电池仓的散热需求和冬季车内的取暖需求这两个电动汽车本来不相关的子系统的设计需求有机结合在一起，通过在电池仓表面设置降温装置，一方面能够有效地将电池仓内的车载电池在化学能转化为电能时放出的热量导出，避免热量在电池仓表面蓄积进而影响车载电池性能，另一方面有效地将导出的热量作为冬季车内取暖的热源，从而与传统的电动汽车采用车载电池对电阻丝进行加热进而取暖的方式相比，能够有效延长电动汽车的续航里程，用户体验好。同时，本发明在电池仓两侧设置了能够对电池仓进行预热的加热板，在冬季寒冷天气，尤其是在北方冬季，在新能源电动汽车进行启动是通过加热板对电池仓进行预热，能够有效解决蓄电池启动时冷启动对蓄电池性能造成的损害，适宜推广。

上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定必须按照示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。