CN107302119B - 一种电动汽车电池箱空气冷却装置及方法 - Google Patents

一种电动汽车电池箱空气冷却装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池箱空气冷却装置及方法，电池箱设有进风风道和出风口；电池箱的进风风道上从进风口至电池箱方向依次设有空气温度传感器、空气滤网、风机、空气冷却板；空气冷却板与步进电机相连；空气冷却板上加工有圆锥形孔道，圆锥形孔道进风面的圆孔面积大于出风面的圆孔面积；电池箱内放置电池组，电池组之间具有间隔，每个电池组表面均安装电池温度传感器；夏季外界环境温度较高时，直接引入外界空气对电池组进行散热效果往往不佳，如果对外界空气进行降温处理后再引入电池箱，散热效果就会大大增强。本发明在风机与电池箱之间设置空气冷却板，在不增加空调***制冷负荷的情况下，降低进入电池箱的空气温度。

Description

一种电动汽车电池箱空气冷却装置及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池箱空气冷却降温领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，国内汽车的保有量逐年上升，预计到2020年中国汽车保有量将会突破2亿辆。当前汽车耗油量约占整个石油消费量的1/3，预计到2020年这个比例将上升到57％，消耗成品油约4亿吨。汽车发动机燃烧汽油，排放的尾气中含有二氧化碳等温室气体。汽车尾气的大量排放造成全球变暖加剧。因此，国家正大力提倡发展新能源汽车，尤其是纯电动汽车，来减少汽车尾气排放的问题。电池作为电动汽车的动力来源，其性能好坏直接关系到电动汽车的行驶里程。一般电动汽车使用的锂电池最佳工作温度为0-40℃，温度过高或过低对电池的容量和寿命都有很大影响。
目前，现有的电池冷却方式包括空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和热管冷却，其中空气冷却最为简单和方便，因此被大多数汽车厂商采用。但是空气冷却也有一个缺点，就是受外界环境温度影响大，外界空气温度较高时，空气冷却的效果往往很难把电池温度控制在合理的范围内。现有的解决方案有一种是引入一部分乘客舱内的冷空气到电池箱中冷却电池组；另一种是在电池箱之前的风道内设置辅助蒸发器，给引入电池箱的室外空气降温，这种方法需要使一部分制冷剂流过辅助蒸发器，这样会增加制冷剂的使用量，增加压缩机的功耗。同时，这两种方法也都会增加空调***的制冷负荷，电池消耗加快，也就会降低电动汽车的行驶里程。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种简单、方便、可靠、便宜的电动汽车电池空气冷却装置及其实现方法，在不增加空调***制冷负荷的情况下，降低进入电池箱的空气温度。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种电动汽车电池箱空气冷却装置，电池箱设有进风风道和出风口；电池箱的进风风道上从进风口至电池箱方向依次设有空气温度传感器、空气滤网、风机、空气冷却板；所述空气冷却板与步进电机相连，通过步进电机控制空气冷却板的开启或关闭；空气冷却板上加工有圆锥形孔道，圆锥形孔道进风面的圆孔面积大于出风面的圆孔面积；所述电池箱内放置电池组，电池组之间具有间隔，每个电池组表面均安装电池温度传感器；所述空气温度传感器、电池温度传感器和步进电机均连接控制器；控制器接收空气温度传感器和电池温度传感器的温度信号，控制风机的转速与步进电机的运动。
进一步地，所述空气冷却板的形状根据进风风道的形状调整，圆锥形孔道均匀分布在空气冷却板上；进风面圆孔直径与出风面圆孔直径比为4-6倍，空气冷却板厚度为3-5厘米。
进一步地，所述风机为离心风机。
一种电动汽车电池箱空气冷却方法，包括：
当空气温度传感器检测到室外空气温度到达或高于温度T或者电池温度传感器检测到电池组表面温度达到或高于温度T时，控制器控制步进电机运动，开启空气冷却板；室外空气从进风口进入进风风道，经空气过滤网过滤以后进入风机，被风机加压以后输送到空气冷却板，空气经过空气冷却板温度降低，然后进入电池箱中，在电池箱中空气与电池进行对流换热，带走电池的热量，为电池散热，把电池温度控制在合理的范围内，最后吸收热量后的空气从出风口排到室外环境中；
当空气温度传感器检测到室外空气温度低于温度T，同时电池温度传感器检测到电池组表面温度低于温度T时，控制器控制步进电机运动，关闭空气冷却板；室外空气从进风口进入进风风道，经空气过滤网过滤以后进入风机，被风机加压以后输送到电池箱中，在电池箱中空气与电池进行对流换热，带走电池的热量，为电池散热，把电池温度控制在合理的范围内，最后吸收热量后的空气从出风口排到室外环境中。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种简单、方便、可靠、便宜的电动汽车电池空气冷却装置及其实现方法；当室外空气温度较高或者电池组表面温度较高时，开启空气冷却板，空气冷却板给进入电池箱的空气降温，同时空气流速也增加，这些都有利于加强空气与电池的对流换热；当室外空气温度低于空气温度阈值，同时电池组表面温度温度低于电池组温度阈值时，关闭空气冷却板，空气不经过空气冷却板，这样有利于减少空气压降，同时减少风机功耗。本发明装置及方法可在不增加空调***制冷负荷的情况下，有效地降低进入电池箱的空气温度。
附图说明
图1是空气冷却板处于开启位置的装置示意图。
图2是空气冷却板处于关闭位置的装置示意图。
图3是本发明空气冷却板的结构示意图。
图4是空气冷却板位置的控制流程图。
图中：1-进风口，2-空气温度传感器，3-空气滤网，4-风机，5-空气冷却板，6-步进电机，7-电池组，8-出风口，9-电池温度传感器，10-控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，藉由以下实例来说明本发明的内容，而非限制本发明的范围。
如图1-3所示，本发明提供的一种电动汽车电池箱空气冷却装置，电池箱设有进风风道和出风口8；电池箱的进风风道上从进风口1至电池箱方向依次设有空气温度传感器2、空气滤网3、风机4、空气冷却板5；所述空气冷却板5与步进电机6相连，通过步进电机6控制空气冷却板5的开启或关闭；空气冷却板5上加工有圆锥形孔道，圆锥形孔道进风面的圆孔面积大于出风面的圆孔面积；所述电池箱内放置电池组7，电池组7之间具有间隔，每个电池组7表面均安装电池温度传感器9；所述空气温度传感器2、电池温度传感器9和步进电机6均连接控制器10；控制器10接收空气温度传感器2和电池温度传感器9的温度信号，控制风机4的转速与步进电机6的运动；风机4可采用离心风机。
室外空气从进风口1进入进风风道；温度传感器2检测从进风口1进入的室外空气的温度；空气滤网3过滤室外空气中的灰尘等杂质；风机4为空气增压，驱动其在进风风道内流动，使空气能够进入电池箱给电池组7散热；电池温度传感器9用来检测电池组表面温度；风机4风量大小可以根据电池组7表面温度进行调节，使电池组7温度控制在合理的阈值内；空气冷却板5利用空气节流膨胀使温度降低的原理给空气进行降温；进入电池箱的空气温度降低，这样更有利于电池组7的散热，尤其是室外温度较高时；电池箱内电池组之间成一定距离间隔分布，使电池之间形成空气流路；空气从空气流路中经过与电池表面进行对流换热，带走电池的热量；吸收热量以后的空气再从出风口8排出到室外环境中。
所述空气冷却板5的形状根据进风风道的形状调整，可以采用方形或矩形薄板，圆锥形孔道均匀分布在空气冷却板5上；进风面圆孔直径与出风面圆孔直径比为4-6倍，空气冷却板5厚度为3-5厘米。空气在流过圆锥形孔道时，由于流道截面积逐渐缩小，空气流速增加。该过程为绝热流动(
Figure BDA0001319276920000031
H＝U+Wf＝f(T)，其中E表示***总能量，H表示焓，m表示质量，c表示速度，g表示重力加速度，z表示位置高度，U表示内能，Wf表示流动功)，空气动能增加，焓值减小，温度也就降低。
如图4所示，当空气温度传感器2检测到室外空气温度到达或高于温度T1或者电池温度传感器9检测到电池组7表面温度达到或高于温度T2时，控制器10控制步进电机6运动，开启空气冷却板5；室外空气从进风口1进入进风风道，经空气过滤网3过滤以后进入风机4，被风机4加压以后输送到空气冷却板5，空气经过空气冷却板5温度降低，然后进入电池箱中，在电池箱中空气与电池进行对流换热，带走电池的热量，为电池散热，把电池温度控制在合理的范围内，最后吸收热量后的空气从出风口8排到室外环境中；该种情况下，开启空气冷却板5，空气冷却板5给进入电池箱的空气降温，同时空气流速也增加，这些都有利于加强空气与电池的对流换热。
如图4所示，当空气温度传感器2检测到室外空气温度低于温度T1，同时电池温度传感器9检测到电池组7表面温度低于温度T2时，控制器10控制步进电机6运动，关闭空气冷却板5；室外空气从进风口1进入进风风道，经空气过滤网3过滤以后进入风机4，被风机4加压以后输送到电池箱中，在电池箱中空气与电池进行对流换热，带走电池的热量，为电池散热，把电池温度控制在合理的范围内，最后吸收热量后的空气从出风口8排到室外环境中；该种情况下，关闭空气冷却板5，空气不经过空气冷却板5，这样有利于减少空气压降，同时减少风机4功耗。
以上所述仅为说明本发明所具的实例，并非限定本发明的实施方式，凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电动汽车电池箱空气冷却装置，其特征在于，电池箱设有进风风道和出风口（8）；电池箱的进风风道上从进风口（1）至电池箱方向依次设有空气温度传感器（2）、空气滤网（3）、风机（4）、空气冷却板（5）；所述空气冷却板（5）与步进电机（6）相连，通过步进电机（6）控制空气冷却板（5）的开启或关闭；空气冷却板（5）上加工有圆锥形孔道，圆锥形孔道进风面的圆孔面积大于出风面的圆孔面积；所述电池箱内放置电池组（7），电池组（7）之间具有间隔，每个电池组（7）表面均安装电池温度传感器（9）；所述空气温度传感器（2）、电池温度传感器（9）和步进电机（6）均连接控制器（10）；控制器（10）接收空气温度传感器（2）和电池温度传感器（9）的温度信号，控制风机（4）的转速与步进电机（6）的运动；
所述空气冷却板（5）的形状根据进风风道的形状调整，圆锥形孔道均匀分布在空气冷却板（5）上；进风面圆孔直径与出风面圆孔直径比为4-6倍，空气冷却板（5）厚度为3-5厘米。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池箱空气冷却装置，其特征在于，所述风机（4）为离心风机。
3.一种利用权利要求1-2任一项所述 装置进行电动汽车电池箱空气冷却的方法，其特征在于，包括：
当空气温度传感器（2）检测到室外空气温度到达或高于温度T1或者电池温度传感器（9）检测到电池组（7）表面温度达到或高于温度T2时，控制器（10）控制步进电机（6）运动，开启空气冷却板（5）；室外空气从进风口（1）进入进风风道，经空气过滤网（3）过滤以后进入风机（4），被风机（4）加压以后输送到空气冷却板（5），空气经过空气冷却板（5），空气冷却板（5）利用空气节流膨胀使温度降低的原理给空气进行降温，降温后的空气进入电池箱中，在电池箱中空气与电池进行对流换热，带走电池的热量，为电池散热，把电池温度控制在合理的范围内，最后吸收热量后的空气从出风口（8）排到室外环境中；
当空气温度传感器（2）检测到室外空气温度低于温度T1，同时电池温度传感器（9）检测到电池组（7）表面温度低于温度T2时，控制器（10）控制步进电机（6）运动，关闭空气冷却板（5）；室外空气从进风口（1）进入进风风道，经空气过滤网（3）过滤以后进入风机（4），被风机（4）加压以后输送到电池箱中，在电池箱中空气与电池进行对流换热，带走电池的热量，为电池散热，把电池温度控制在合理的范围内，最后吸收热量后的空气从出风口（8）排到室外环境中。
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