CN107946694B - 一种动力电池冷却***及其冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动力电池冷却***，所述电池包括多个电芯，所述电芯于电池箱体内呈矩阵形式排列，所述冷却***包括水泵、水道、散热器，所述水泵设置于所述水道内，所述散热器与所述水道联通，所述水道包括外部水道和环电芯水道，所述环电芯水道设置于所述电芯周围，所述外部水道包括主循环水道和微循环水道，通过设置两套水道，能够根据需求选取循环水道，有效降低能耗，并且通过设置相变材料冷却设备，进一步保障电芯的温度稳定性及一致性。

Description

一种动力电池冷却***及其冷却方法
技术领域
本发明涉及电池冷却***，具体涉及汽车用动力电池的水冷却***及其冷却方法。
背景技术
随着环境问题的日益突出，新能源汽车的发展也是越来越快，作为新能源汽车的核心部件，车用动力电池的发展前景越来越广阔，同时急需电池热管理***的快速发展，动力电池的工作温度过高或过低都会降低其充放电效率以及整体使用寿命，并且车用动力电池单体温度不均匀容易导致电池整体寿命的快速衰减，因而，不仅要控制电池在合理温度范围内工作，同时要保持电池包内部各个电池单体温度的一致性，使其处于最佳温度范围并且具有高工作效率，同时提高电池的可靠性及延长其寿命，现有的电池冷却***多是风冷、水冷两种，风冷***安全性高、成本低，但是其散热效果较差，特别是单体电池之间的温度差较为明显，而水冷***虽然散热效果好，但是其结构复杂并且能耗较高，从而，影响了电池整体的充放电寿命及充放电能力，不利于新能源汽车的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述新能源汽车动力电池散热不好的问题，提出一种动力电池冷却***，所述电池包括多个电芯，所述电芯于电池箱体内呈矩阵形式排列，所述冷却***包括水泵、水道、散热器，所述水泵设置于所述水道内，所述散热器与所述水道联通，所述水道包括外部水道和环电芯水道，所述环电芯水道设置于所述电芯周围，所述外部水道包括主循环水道和微循环水道，通过设置两套水道，能够根据需求选取循环水道，有效降低能耗，并且通过设置相变材料冷却设备，进一步保障电芯的温度稳定性及一致性。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种动力电池冷却***，所述电池包括多个电芯，所述电芯于电池箱体内呈矩阵形式排列，所述冷却***包括水泵、水道、散热器，所述水泵设置于所述水道内，所述散热器与所述水道连通，所述水道包括外部水道和环电芯水道，所述环电芯水道设置于所述电芯周围。
所述外部水道包括主循环水道和微循环水道，分别用以构成所述冷却***的主循环冷却回路与微循环冷却回路，所述主循环冷却回路包括主循环水道、环电芯水道、所述散热器，所述微循环冷却回路包括微循环水道、环电芯水道，所述水泵设置于所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路的共同水道上。
所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路的共同水道上设置阀门，用以切换所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路，所述阀门为电磁阀，并且所述阀门为三通阀门。
所述冷却***还包括相变材料冷却设备，所述相变材料冷却设备设置于所述电芯周围。
一种动力电池冷却方法，所述冷却方法是基于上述的动力电池冷却***，所述动力电池启动时，所述水泵不启动，由所述相变材料冷却设备维持所述动力电池的最优工作温度。
所述动力电池温度上升至某一特定值t1时，启动所述水泵并切换所述阀门开启所述微循环冷却回路，由所述微循环冷却回路给所述动力电池散热。
所述动力电池温度上升至某一特定值t2时，启动所述水泵并切换所述阀门开启所述主循环冷却回路，由所述主循环冷却回路给所述动力电池散热。
本发明的有益效果为：
1.使用本发明动力电池冷却***，通过设置主循环冷却回路与微循环冷却回路，根据动力电池的需求开启其中一个回路，既能够满足动力电池的散热效果，也能减少水泵的功耗，节省能源；
2.使用本发明动力电池冷却***，通过设置相变材料冷却设备，在动力电池停止工作后由其给动力电池保温，并且在动力电池启动初期热交换给动力电池散热。
附图说明
图1为本发明动力电池冷却***结构示意图；
图2为本发明动力电池冷却***电池端立体结构示意图；
图3为本发明动力电池冷却***相变材料冷却设备结构示意图；
图4为本发明动力电池冷却***相变材料冷却设备横截面示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种动力电池冷却***及其冷却方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
作为新能源汽车的核心部件之一的动力电池，由于其工作环境要求较高，特别是温度要求，温度过低会导致动力电池充放电能力降低，并且寿命衰减也较快，而温度过高也会加速寿命衰减，甚至可能造成安全事故，因此，动力电池需要在一个最佳的工作温度范围内，目前很多车用动力电池也做到了将其工作温度控制在一个较为合理的范围内，然而，由于动力电池都是由多个单体组成，单体之间由于位置不同，其散热效率不同，也就造成其温度会出现差异，单体电池的工作温度不同也会影响其充放电能力，同时温度不均衡的动力电池***会导致整体性能的降低，并且加速其寿命的衰减，为了解决该问题，本发明提出了一种动力电池冷却***及其冷却方法，具体结合附图说明该冷却***及冷却方法：
图1为本发明动力电池冷却***的结构示意图，图2为本发明动力电池冷却***电池端立体结构示意图，所述电池包括多个电芯1，所述电芯1于电池箱体内呈矩阵形式排列，所述冷却***包括水泵3、水道、散热器4，所述水泵3设置于所述水道内，所述散热器4与所述水道连通，所述水道包括外部水道和环电芯水道2，所述环电芯水道2设置于所述电芯1周围。
所述外部水道包括主循环水道5和微循环水道6，分别用以构成所述冷却***的主循环冷却回路与微循环冷却回路，所述主循环冷却回路包括主循环水道5、环电芯水道2、所述散热器4，所述微循环冷却回路包括微循环水道6、环电芯水道2，所述水泵3设置于所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路的共同水道上。
所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路的共同水道上设置阀门7，用以切换所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路，所述阀门7为电磁阀，并且所述阀门7为三通阀门，即所述阀门7可以实现所述主循环冷却回路的导通、所述微循环冷却回路的关断，或者实现所述微循环冷却回路的导通、所述主循环冷却回路的关断。
图3为本发明动力电池冷却***相变材料冷却设备结构示意图，图4为本发明动力电池冷却***相变材料冷却设备横截面示意图，所述冷却***还包括相变材料冷却设备8，所述相变材料冷却设备8设置于所述电芯1周围，所述相变材料冷却设备8为微型柱状胶囊型结构，所述电芯之间空隙内放置多个所述相变材料冷却设备8，所述相变材料冷却设备8包括外部壳体结构81和内部空腔结构82，所述内部空腔结构82内填充相变材料，所述外部壳体结构81为导热率高的聚合物材质或者金属材质。
基于上述动力电池冷却***，本发明还给出了一种动力电池冷却方法，所述冷却方法具体为，所述动力电池启动时，所述水泵3不启动，由所述相变材料冷却设备8与所述电芯1进行热交换维持所述动力电池的最优工作温度，当所述动力电池长时间停止工作后，特别是在冬天室外温度低的情况下，所述动力电池温度会很快下降，如果不对其加热，将会影响到下次启动时所述动力电池的工作性能，由于所述相变材料冷却设备8在上次所述动力电池工作后已经吸收了较多热量而液化，并且存储热量用以在所述动力电池停止工作后为所述动力电池提供热量，保证了所述动力电池在停止工作后的保温，并且所述相变材料冷却设备8也会随着提供所述动力电池保温释放热量而温度降低，在所述动力电池刚开始工作后，随着其温度的上升，所述动力电池的热量也会被所述相变材料冷却设备8吸收，从而短时间内维持所述动力电池的温度值。
当所述动力电池温度上升至某一特定值t1时，启动所述水泵3并切换所述阀门7开启所述微循环冷却回路并关断所述主循环冷却回路，由所述微循环冷却回路给所述动力电池散热，所述微循环冷却回路如图1中的实线箭头方向，即所述微循环冷却回路为①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→①，其中④为经过所述相变材料冷却设备8的水道，⑦为环电芯水道。
当所述动力电池温度上升至某一特定值t2时(t2>t1)，启动所述水泵3并切换所述阀门7开启所述主循环冷却回路并关断所述微循环冷却回路，由所述主循环冷却回路给所述动力电池散热，所述主循环冷却回路如图1中的虚线箭头方向，即所述微循环冷却回路为①→⑧→⑨→⑦→①。
本发明通过主循环冷却回路与微循环冷却回路的切换使用，在微循环冷却时，所述水泵3仅会间歇性运转，大幅减少所述水泵3的能耗，在所述动力电池工作时间不长的情况下，使用微循环冷却就已经足够，同时，由于所述相变材料冷却设备8的相变温度为一确定的值，在所述相变材料冷却设备8周围的冷却液的温度也较为恒定，所述环电芯水道2周围冷却液的温度的一致性得到较好的保证，从而提高了所述电芯1的温度一致性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种动力电池冷却***，所述电池包括多个电芯，所述电芯于电池箱体内呈矩阵形式排列，其特征在于，所述冷却***包括水泵、水道、散热器，所述水泵设置于所述水道内，所述散热器与所述水道连通，所述水道包括外部水道和环电芯水道，所述环电芯水道设置于所述电芯周围，所述外部水道包括主循环水道和微循环水道，分别用以构成所述冷却***的主循环冷却回路与微循环冷却回路，所述主循环冷却回路包括主循环水道、环电芯水道、所述散热器，所述微循环冷却回路包括微循环水道、环电芯水道，所述水泵设置于所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路的共同水道上，所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路的共同水道上设置阀门，用以切换所述主循环冷却回路与所述微循环冷却回路。
2.根据权利要求1所述的动力电池冷却***，其特征在于，所述阀门为电磁阀。
3.根据权利要求2所述的动力电池冷却***，其特征在于，所述阀门为三通阀门。
4.根据权利要求3所述的动力电池冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括相变材料冷却设备，所述相变材料冷却设备设置于所述电芯周围。
5.一种动力电池冷却方法，其特征在于，所述冷却方法是基于权利要求4所述的动力电池冷却***，所述动力电池启动时，所述水泵不启动，由所述相变材料冷却设备维持所述动力电池的最优工作温度。
6.根据权利要求5所述的动力电池冷却方法，其特征在于，所述动力电池温度上升至某一特定值t1时，启动所述水泵并切换所述阀门开启所述微循环冷却回路，由所述微循环冷却回路给所述动力电池散热。
7.根据权利要求6所述的动力电池冷却方法，其特征在于，所述动力电池温度上升至某一特定值t2时，启动所述水泵并切换所述阀门开启所述主循环冷却回路，由所述主循环冷却回路给所述动力电池散热。
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