一种电池包复合热管理装置及热管理方法

技术领域

本发明属于电动汽车电池包热管理技术领域，具体涉及一种电池包复合热管理装置及热管理方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着能源短缺和环境问题的日益严峻，节能减排已成为十分重要的社会课题。相比于传统汽车，以电能为动力的纯电动汽车，具有清洁、高效、低污染以及无噪声等优点，更加符合节能减排的理念，受到了越来越多的重视。动力电池是电动汽车的唯一动力源，其性能的优劣直接影响到整车的动力性、安全性和经济性。动力电池的性能、寿命和安全性对温度十分敏感，温度过高、过低以及在各电池模块间或电池单体间分布不均都将对电池产生影响，尤其在温度过高时，甚至还会引起燃烧、爆炸等安全性问题。因此对电池进行热管理是十分必要的，电池包的热管理技术也成为了制约电动汽车发展的关键技术。目前的电池包热管理方式主要有风冷、液冷、相变材料冷却、利用热管散热、热电制冷和电加热，但发明人发现，现有的各种热管理方式都有其局限性，如，对于车速较低或较低功率等电池发热量较小的情况，风冷技术尚可满足散热要求，但对于发热量较大的情况，其冷却效果却不理想。而液冷系统需要加入水箱、泵等附加设备，不利于整体布局及汽车轻量化。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种电池包复合热管理装置和热管理方法。

为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电池包复合热管理装置，包括电池组件、半导体制冷片组件、复合相变体组件、热管组件和散热翅片组件，其中，

相邻两个电池的相对的两个面上均设置有半导体制冷片，两个半导体制冷片之间夹持设置复合相变体，热管的一端插入相变材料中，另一端向外延伸，与散热翅片组件连接。

第二方面，本发明提供一种电池包复合热管理方法，包括如下步骤：

电池组放电并产生热量，若环境温度较低时，半导体制冷片不通电，电池产生的热量通过半导体制冷片传到复合相变体，部分热量存储于相变材料中，多余热量通过热管和翅片向外传递，并由自然风带走；

电池组的环境温度较高时，向半导体制冷片中通入电流进行制冷，半导体制冷片吸收电池产生的热量，并向相变材料放热，多余热量通过热管和翅片向外传递，并由自然风带走；

电池组的环境温度较低时，向半导体制冷片通入反向电流，半导体制冷片从相变材料吸热对电池进行加热。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：

本发明中加入的半导体制冷片，可以满足电池组不同程度的散热需求，防止热失控及其导致的安全性问题，同时还可以在低温环境下对电池组进行加热，防止电池能量和效率的降低；加入的热管和翅片辅助散热装置可以防止相变材料热失效后导致的半导体制冷片制冷效果降低；可闭合的箱盖可以减少低温环境下电池组热量的散失。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例的箱盖可移式电池包复合热管理装置的外部结构示意图；

图2为本发明实施例的电池包中电池组的侧面结构示意图；

图3为本发明实施例中的箱体的结构示意图；

图4为本发明实施例中的箱盖的结构示意图；

图5为本发明实施例中的翅片的结构示意图；

图6为本发明实施例中箱盖开启时电池包复合热管理装置的结构示意图。

其中：1-箱体，11-凹槽，12-长孔；

2-箱盖，21-突边；

3-电动推杆，4-电池，5-半导体制冷片，6-复合相变体，7-热管，8-散热翅片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，本发明提供一种电池包复合热管理装置，包括电池组件、半导体制冷片组件、复合相变体组件、热管组件和散热翅片组件，其中，

相邻两个电池的相对的两个面上均设置有半导体制冷片，两个半导体制冷片之间夹持设置复合相变体，热管的一端插入复合相变体中，另一端向外延伸，与散热翅片组件连接。

相变材料在相变过程中可以保持温度不变或变化范围很小，但能吸收或释放大量的潜热。利用这一性质将其利用在电池热管理中，可以保持电池温度的相对稳定和均匀。但相变材料通常具有导热率较低的缺点，而且单纯的被动式相变材料热管理系统的作用时间有限，同时难以实现对电池温度的主动控制。

半导体制冷利用帕尔贴效应，当电流通过不同半导体材料串联而成的电偶时，可以实现一端从外界吸热、另一端向外界放热。其制冷量和制冷速度可以通过电流的大小来调节。而且当电流方向相反时，热端会变为冷端，并从外界吸热，但如果半导体制冷片的热端散热不及时，则容易发生热失控，因此还需要对热端进行有效的散热。当半导体制冷与相变材料配合使用时，可以实现半导体制冷片的及时散热，并且，当环境温度较低时，还可以成为半导体制冷片的热源，更容易实现对电池温度的良好调节。

热管是一种高效换热元件，具有良好的导热性，热管工作时，可以实现不断地将蒸发端的热量传递到冷凝端。热管与相变材料和翅片的配合使用，可以将多余的热量迅速转移，可以有效提高电池包热管理的效率。

在一些实施例中，所述热管为扁平状热管。

在一些实施例中，散热翅片组件中的多个散热翅片相叠加设置，相邻散热翅片之间留有间隙。预留的间隙，便于使自然风通过，提高散热效率。

进一步的，同一热管与散热翅片组件中的多个散热翅片均接触。

在一些实施例中，还包括箱体和箱盖，电池组件、半导体制冷片组件、复合相变体组件、热管组件和散热翅片组件均安装于箱体内。

进一步的，箱盖相对于箱体的开合角度可调节。

更进一步的，箱盖的四个角处均通过电动推杆与箱体连接。电动推杆动作，用于将箱盖推离箱体或将箱盖拉向箱体。

箱盖相对于箱体的开合角度可调节，当需要散热时，将箱盖打开，汽车行驶过程中形成的自然风可以进入箱体内，有利于提高电池组的散热效率。当外界环境温度较低，需要对电池组进行加热时，可以将箱盖关闭，以减少热量的散失。

再进一步的，箱盖的两侧分别设置有突边，电动推杆与箱盖的突边连接。设置突边，便于实现电动推杆的连接。

进一步的，所述箱体的底部设置有凹槽。用于固定电池组。

进一步的，所述箱体的侧面设置有通槽。用于对电池组进行布线。

在一些实施例中，所述复合相变体包括导热骨架和附在导热骨架上的相变材料。

第二方面，本发明提供一种电池包复合热管理方法，包括如下步骤：

电池组放电并产生热量，若环境温度较低时，半导体制冷片不通电，电池产生的热量通过半导体制冷片传到复合相变体，部分热量存储于相变材料中，多余热量通过热管和翅片向外传递，并由自然风带走；

电池组的环境温度较高时，向半导体制冷片中通入电流进行制冷，半导体制冷片吸收电池产生的热量，并向相变材料放热，多余热量通过热管和翅片向外传递，并由自然风带走；

电池组的环境温度较低时，向半导体制冷片通入反向电流，半导体制冷片从相变材料吸热对电池进行加热。

在一些实施例中，当对电池组进行散热时，还包括将箱盖打开的步骤。

在一些实施例中，当对电池组进行加热时，还包括将箱盖关闭的步骤。

实施例

如图1和图2所示，一种箱盖可移式电池包复合热管理装置，该装置包括：箱体1、箱盖2、电动推杆3、电池4、半导体制冷片5、复合相变体6、热管7、散热翅片8。

如图3所示，箱体内底部设有固定电池的凹槽11，两侧设有方便电池组布线的长孔12，无长孔的两侧每一侧都固定了两个电动推杆3。

如图1所示，电动推杆3固定在箱体1侧面靠近侧边线和上边线的位置。

如图4所示，箱盖2对应固定有电动推杆3的箱体1的两侧有突边，四个电动推杆3通过突边21与箱盖2相连，控制箱盖2的开合。

如图2所示，半导体制冷片5一侧紧贴电池4，另一侧紧贴复合相变体6。复合相变体6两侧均与半导体制冷片5相接。扁平状热管7的蒸发端插入复合相变体内，其冷凝端伸出电池组外与散热翅片8相连。多层平板散热翅片8由固定件进行连接，每层散热翅片8都设有若干可插入扁平状热管7的孔，散热翅片8面积与电池组顶面总面积相近，且小于箱盖2的顶面积。

如图1和图6所示，电池包复合热管理方法为：电动汽车运行时，动力电池放电并产生热量，若环境温度不高，当散热需求不高时，此时利用电动推杆打开电池箱盖，半导体制冷片不通电，电池产生的热量通过制冷片传到复合相变体，以显热或者相变潜热的形式储存在相变材料中，同时多余的热量通过热管和翅片由车速形成的自然风带走；处于高温环境下或电池组大倍率充放电，电池组有进一步的散热需求，当电池组温度高于40℃时，保持电池箱盖打开，并向半导体制冷片通电流，电流的大小可以控制制冷量和制冷速度的大小，半导体制冷片吸收电池产生的热量并向相变材料放热，热管和翅片可以增强半导体制冷片热端的散热效果，防止相变材料热失效而造成半导体制冷片制冷效果的降低。处于寒冷环境下，电池组需要加热，当电池组内温度低于10℃，向半导体制冷片通反向电流，此时，半导体制冷片从相变材料吸热对电池进行加热，此时，利用电动推杆关闭电池箱体，减少不必要的热量损失。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。