CN109638388A - 一种电动汽车电池包用蓄热储能装置 - Google Patents

一种电动汽车电池包用蓄热储能装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于电动汽车零部件技术领域的电动汽车电池包用蓄热储能装置，所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的装置内层壳体(1)内的换热管(3)内设置蓄热材料(4)，换热管(3)内的蓄热加热电芯(5)与充电接口(6)连接，装置内层壳体(1)分别与蓄热储能装置进液口(7)和蓄热储能装置出液口(8)连通，蓄热储能装置进液口(7)和电动汽车电池包的温控腔体的腔体出口连通，蓄热储能装置出液口(8)和电动汽车电池包的温控腔体的腔体入口连通，本发明的电动汽车电池包用蓄热储能装置，在电池包低温环境下充、放电时进行预热以提高电池包的充、放电性能和电池包使用寿命，同时不需消耗电池包电能，提高电动汽车的续航里程。

Description

一种电动汽车电池包用蓄热储能装置
技术领域
本发明属于电动汽车零部件技术领域，更具体地说，是涉及一种电动汽车电池包用蓄热储能装置。
背景技术
在全球能源局势越来越紧张，而各国汽车保有量又持续飙升的大背景下，新能源汽车被推到了风口浪尖上，新能源汽车的一个关键技术就在于动力电池，且动力电池的性能和安全可靠性受温度影响巨大，所以电池包热管理***十分重要。新能源汽车电池包热管理***是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。电池包热管理***的主要功能包括：(1)在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；(2)在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；(3)减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。针对电池包低温预热功能，现有的解决方案一般采用PTC对电池包冷却液进行加热或者采用PTC直接对电芯进行加热来实现，这样做的弊病在于既需要配置大功率PTC电加热装置及控制***，预热时又消耗电池本身的电能，与电池包轻量化及整车轻量化的设计思路背道而驰，严重制约电池性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种结构简单，能够替代现有的大功率PTC电加热装置，在电池包低温环境下充、放电时进行预热以提高电池包的充、放电性能和电池包使用寿命，同时在给电池包低温充、放电预热时不需要消耗电池包自身电能，可以提高电动汽车的续航里程的电动汽车电池包用蓄热储能装置。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种电动汽车电池包用蓄热储能装置，所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置包括装置内层壳体、装置外层壳体，所述的装置内层壳体内设置换热管，换热管内设置蓄热材料，换热管内还设置蓄热加热电芯，蓄热加热电芯与充电接口连接，装置内层壳体分别与蓄热储能装置进液口和蓄热储能装置出液口连通，蓄热储能装置进液口和电动汽车电池包的温控腔体的腔体出口连通，蓄热储能装置出液口和电动汽车电池包的温控腔体的腔体入口连通，所述的电动汽车电池包的温控腔体的空腔内注入换热流体。
所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置还包括循环泵，循环泵设置在电动汽车电池包的温控腔体内，循环泵设置在靠近蓄热储能装置进液口位置，电动汽车电池包的温控腔体内设置温度传感器，温度传感器与控制部件连接。
所述的装置内层壳体和装置外层壳体之间设置壳体间隙部，壳体间隙部为真空状态，蓄热储能装置进液口穿过装置外层壳体与装置内层壳体连通，蓄热储能装置出液口穿过装置外层壳体与装置内层壳体连通。
所述的装置内层壳体外表面设置内层壳体防散热涂层，所述的装置外层壳体内表面设置外层壳体防散热涂层。
所述的装置内层壳体的中空腔体内设置多道换热管，多道换热管按间隙布置，每道换热管内分别设置蓄热材料，蓄热材料设置为与蓄热加热电芯贴合的结构。
所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热管内的蓄热加热电芯设置为位于蓄热材料内部的结构。
所述的装置内层壳体内还设置多道折流板，多道折流板包括多个上侧折流板和多个下侧折流板，多个上侧折流板按间隙设置在内层壳体上表面位置，多个下侧折流板按间隙设置在内层壳体下表面位置。
所述的折流板的多个上侧折流板和多个下侧折流板交错布置，每个下侧折流板设置为位于两个相邻的上侧折流板中间位置的结构，每个上侧折流板设置为能够延伸到靠近内层壳体下表面位置的结构，每个下侧折流板设置为能够延伸到靠近内层壳体上表面位置的结构。
所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热流体为乙二醇水溶液，乙二醇水溶液中乙二醇的份数比在50％以上；所述的蓄热材料为二元复合熔盐或三元复合熔盐或一元熔盐
所述的装置内层壳体外表面和装置外壳体内表面设置的涂层优选黑镍镀层。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明的电动汽车电池包用蓄热储能装置，当电动汽车停车充电时，利用外部电能能源向蓄热体加热电芯供电(图中未示出)，从而对蓄热材料进行加热蓄能，使蓄热材料先升温储存显热，再发生相变储存潜热，这样，电动汽车电池包用蓄热储能装置能够可靠实现热能的储备，以备使用。当电动汽车在低温环境下进行充电或者放电时，只要检测到电池包的温度低于预热启动设置温度，电动汽车电池包用蓄热储能装置开始工作，首先是循环泵启动，将位于电池包的温控腔体内的换热流体打入装置内层壳体内，与换热管接触，换热流体进行吸热，吸热完成后的换热流体进入电池包，对电芯模组进行预热，换热流体放热降温后，再被循环泵循环打入装置内层壳体重新吸热，循环往复，直至电池包中的电芯模组温度达到预热终止设定值或者装置内层壳体中的热能释放结束为止，这时电动汽车电池包用蓄热储能装置，从而实现电池包低温充、放电工作时预热的目标。本发明的装置，能够完全替代现有PTC电加热装置及控制***对电池包进行低温环境下的充、放电预热，使得电池包的电芯模组处于效率较高的温度区间进行充、放电，提高电池包的电芯模组的输入、输出效率，另外提高电池包使用寿命；除此之外，本发明的装置还能带来以下PTC电加热装置不具备的有益效果：即不消耗电池包中储存的电能，还可以提高电动汽车续航里程或者电池包容量减配，实现电池包轻量化设计。本发明所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，能够替代现有的大功率PTC电加热装置，在电池包低温环境下充、放电时进行预热以提高电池包的充、放电性能和电池包使用寿命，同时在给电池包低温充、放电预热时不需消耗电池包电能，可以提高电动汽车的续航里程。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的整体结构示意图；
图2为本发明所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热管的局部剖视结构示意图；
附图中标记分别为：1、装置内层壳体；2、装置外层壳体；3、换热管；4、蓄热材料；5、蓄热加热电芯；6、充电接口；7、蓄热储能装置进液口；8、蓄热储能装置出液口；9、壳体间隙部；10、折流板；11、上侧折流板；12、下侧折流板；13、内层壳体上表面；14、内层壳体下表面。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1、附图2所示，本发明为一种电动汽车电池包用蓄热储能装置，所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置包括装置内层壳体1、装置外层壳体2，所述的装置内层壳体1内设置换热管3，换热管3内设置蓄热材料4，换热管3内还设置蓄热加热电芯5，蓄热加热电芯5与充电接口6连接，装置内层壳体1分别与蓄热储能装置进液口7和蓄热储能装置出液口8连通，蓄热储能装置进液口7和电动汽车电池包的温控腔体的腔体出口连通，蓄热储能装置出液口8和电动汽车电池包的温控腔体的腔体入口连通，所述的电动汽车电池包的温控腔体的空腔内注入换热流体。上述结构，当电动汽车停车充电时，利用外部电能能源向蓄热体加热电芯供电(图中未示出)，从而对蓄热材料进行加热蓄能，使蓄热材料先升温储存显热，再发生相变储存潜热，这样，电动汽车电池包用蓄热储能装置能够可靠实现热能的储备，以备使用。当电动汽车在低温环境下进行充电或者放电时，只要检测到电池包的温度低于预热启动设置温度，电动汽车电池包用蓄热储能装置开始工作，首先是循环泵启动，将位于电池包的温控腔体内的换热流体打入装置内层壳体内，与换热管接触，换热流体进行吸热，吸热完成后的换热流体进入电池包，对电芯模组进行预热，换热流体放热降温后，再被循环泵循环打入装置内层壳体重新吸热，循环往复，直至电池包中的电芯模组温度达到预热终止设定值或者装置内层壳体中的热能释放结束为止，这时电动汽车电池包用蓄热储能装置，从而实现电池包低温充、放电工作时预热的目标。本发明的装置，能够完全替代现有PTC电加热装置及控制***对电池包进行低温环境下的充、放电预热，使得电池包的电芯模组处于效率较高的温度区间进行充、放电，提高电池包的电芯模组的输入、输出效率，另外提高电池包使用寿命；此外，本发明的装置还能带来以下PTC电加热装置不具备的有益效果：即不消耗电池包中储存的电能，还可以提高电动汽车续航里程或者电池包容量减配，实现电池包轻量化设计。本发明所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，结构简单，能够替代现有的大功率PTC电加热装置，在电池包低温环境下充、放电时进行预热以提高电池包的充、放电性能和电池包使用寿命，同时在给电池包低温充、放电预热时不需消耗电池包自身电能，可提高电动汽车的续航里程。
所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置还包括循环泵，循环泵设置在电动汽车电池包的温控腔体内，循环泵设置在靠近蓄热储能装置进液口位置，电动汽车电池包的温控腔体内设置温度传感器，温度传感器与控制部件连接；蓄热储能装置进液口7上设置电磁阀Ⅰ，蓄热储能装置出液口8上设置电磁阀Ⅱ，电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ分别与控制部件连接。上述结构，通过温度传感器对电池包内的换热流体的温度进行监控(换热流体的温度反应电池包的温度)，而监控的温度数据反馈给控制部件，控制部件根据温度数据控制循环泵启动与否。电池包的温控腔体内的换热流体低于控制部件内设置的标准温度数值时，控制部件控制循环泵启动，控制电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ同时打开，循环泵将电池包的温控腔体内的换热流体通过蓄热储能装置进液口7泵送到装置内层壳体内，换热流体与换热管接触，换热流体进行吸热，完成热交换，吸热完成后的换热流体通过蓄热储能装置出液口8再进入电池包的温控腔体，对电池包进行加热，实现电池包低温充、放电工作时预热的目标，确保电池包始终在适当温度范围工作，提高寿命。
所述的装置内层壳体1和装置外层壳体2之间设置壳体间隙部9，壳体间隙部9为真空状态，蓄热储能装置进液口7穿过装置外层壳体2与装置内层壳体1连通，蓄热储能装置出液口8穿过装置外层壳体2与装置内层壳体1连通。装置内层壳体1和装置外层壳体2之间间隙部的真空状态设置，有效起到隔绝作用，有效避免装置内层壳体储存的热能损失，从而提高热能储存效果，满足电动汽车实际需求。
所述的装置内层壳体1外表面设置内层壳体防散热涂层，所述的装置外层壳体2内表面设置外层壳体防散热涂层。上述结构，通过两道涂层的设置，能够有效削弱装置内层壳体内的换热换内的热辐射向周围环境的散热，实现热能长时间保存。另外，壳体间隙部进行抽真空处理，起到隔绝作用，隔绝热传导和热对流，进一步提高热能保存。
所述的装置内层壳体1的中空腔体内设置多道换热管3，多道换热管3按间隙布置，每道换热管3内分别设置蓄热材料4，蓄热材料4设置为与蓄热加热电芯5贴合的结构。换热管侧面可以与装置内层壳体侧壁连接，实现换热管的分别固定。上述结构，通过多道换热管的设置，换热管能够有效分布在装置内层壳体内，增大储热面积，提高储能总量，满足电动汽车长时间实际预热需求，不再需要频繁储能。
所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热管3内的蓄热加热电芯5设置为位于蓄热材料4内部的结构。上述结构，作为蓄热加热电芯布置的另一种方式，设置在蓄热材料内部，有效提高热能传递。
所述的装置内层壳体1内还设置多道折流板10，多道折流板10包括多个上侧折流板11和多个下侧折流板12，多个上侧折流板11按间隙设置在内层壳体上表面13位置，多个下侧折流板12按间隙设置在内层壳体下表面14位置。所述的折流板10的多个上侧折流板11和多个下侧折流板12交错布置，每个下侧折流板12设置为位于两个相邻的上侧折流板11中间位置的结构，每个上侧折流板设置为能够延伸到靠近内层壳体下表面14位置的结构，每个下侧折流板12设置为能够延伸到靠近内层壳体上表面13位置的结构。每个上侧折流板和内层壳体下表面14之间设置下折流板缺口，每个下侧折流板和内层壳体上表面13之间设置上折流板缺口，折流板缺口位置的设置是用来给换热流体流动通过用的，折流板缺口高度尺寸相当于内层壳体上表面13和内层壳体下表面14之间高度尺寸的15％-35％左右。上述结构，多个上侧折流板11和多个下侧折流板12的设置，使得装置内层壳体内形成往复弯曲的蛇形的便于换热流体流动的通道，使得换热流体绕着折流板流动，有效增加换热面积，强化换热效率。不同部位的换热管分别与对应部位的折流板固定连接，实现换热管固定。
所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热流体为乙二醇水溶液，乙二醇水溶液中乙二醇的份数比在50％以上；所述的蓄热材料4为二元复合熔盐或三元复合熔盐或一元熔盐。
所述的装置内层壳体1外表面和装置外壳体2内表面设置的涂层优选黑镍镀层。涂层的选择主要考虑材料的黑度，即辐射发射率，要求涂层材料的辐射发射率越低越好，此处不妨推荐0.077mg/cm2厚度的黑镍镀层，辐射发射率低至0.07，从而能够有效满足性能需求。
本发明的装置中，换热管优选铝管、铜管等导热系数大的材料，换热管的壁厚在保证运行可靠性和寿命的前提下尽量取小值(如1mm)，以减小换热时的热阻；折流板、装置内层壳体、装置外层壳体、进液口、出液口等可以采用不锈钢材料制成；装置内层壳体和装置外层壳体之间的间隙部保证高的真空度，且涂层材料保证尽可能低的黑度ε；换热流体优选汽车冷却液，乙二醇水溶液；蓄热材料优选既可以利用其显热又可以利用其潜热(相变潜热值越大越好)的材料，如二元复合熔盐、三元复合熔盐、一元熔盐中任意一种，便于热能储备。
本发明的电动汽车电池包用蓄热储能装置，当电动汽车停车充电时，利用外部电能能源向蓄热体加热电芯供电(图中未示出)，从而对蓄热材料进行加热蓄能，使蓄热材料先升温储存显热，再发生相变储存潜热，这样，电动汽车电池包用蓄热储能装置能够可靠实现热能的储备，以备使用。当电动汽车在低温环境下进行充电或者放电时，只要检测到电池包的温度低于预热启动设置温度，电动汽车电池包用蓄热储能装置开始工作，首先是循环泵启动，将位于电池包的温控腔体内的换热流体打入装置内层壳体内，与换热管接触，换热流体进行吸热，吸热完成后的换热流体进入电池包，对电芯模组进行预热，换热流体放热降温后，再被循环泵循环打入装置内层壳体重新吸热，循环往复，直至电池包中的电芯模组温度达到预热终止设定值或者装置内层壳体中的热能释放结束为止，这时电动汽车电池包用蓄热储能装置，从而实现电池包低温充、放电工作时预热的目标。本发明的装置，能够完全替代现有PTC电加热装置及控制***对电池包进行低温环境下的充、放电预热，使得电池包的电芯模组处于效率较高的温度区间进行充、放电，提高电池包的电芯模组的输入、输出效率，另外提高电池包使用寿命；除此之外，本发明的装置还能带来以下PTC电加热装置不具备的有益效果：即不消耗电池包中储存的电能，还可以提高电动汽车续航里程或者电池包容量减配，实现电池包轻量化设计。本发明所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，能够替代现有的大功率PTC电加热装置，在电池包低温环境下充、放电时进行预热以提高电池包的充、放电性能和电池包使用寿命，同时在给电池包低温充、放电预热时不需消耗电池包电能，可以提高电动汽车的续航里程。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置包括装置内层壳体(1)、装置外层壳体(2)，所述的装置内层壳体(1)内设置换热管(3)，换热管(3)内设置蓄热材料(4)，换热管(3)内还设置蓄热加热电芯(5)，蓄热加热电芯(5)与充电接口(6)连接，装置内层壳体(1)分别与蓄热储能装置进液口(7)和蓄热储能装置出液口(8)连通，蓄热储能装置进液口(7)和电动汽车电池包的温控腔体的腔体出口连通，蓄热储能装置出液口(8)和电动汽车电池包的温控腔体的腔体入口连通，所述的电动汽车电池包的温控腔体的空腔内注入换热流体。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置还包括循环泵，循环泵设置在电动汽车电池包的温控腔体内，循环泵设置在靠近蓄热储能装置进液口(7)位置，电动汽车电池包的温控腔体内设置温度传感器，温度传感器与控制部件连接。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：装置内层壳体(1)和装置外层壳体(2)之间设置壳体间隙部(9)，壳体间隙部(9)为真空状态，蓄热储能装置进液口(7)穿过装置外层壳体(2)与装置内层壳体(1)连通，蓄热储能装置出液口(8)穿过装置外层壳体(2)与装置内层壳体(1)连通。
4.根据权利要求1或2所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的装置内层壳体(1)外表面设置内层壳体防散热涂层，所述的装置外层壳体(2)内表面设置外层壳体防散热涂层。
5.根据权利要求1或2所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的装置内层壳体(1)的中空腔体内设置多道换热管(3)，多道换热管(3)按间隙布置，每道换热管(3)内分别设置蓄热材料(4)，蓄热材料(4)设置为与蓄热加热电芯(5)贴合的结构。
6.根据权利要求1所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热管(3)内的蓄热加热电芯(5)设置为位于蓄热材料(4)内部的结构。
7.根据权利要求1或2所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的装置内层壳体(1)内还设置多道折流板(10)，多道折流板(10)包括多个上侧折流板(11)和多个下侧折流板(12)，多个上侧折流板(11)按间隙设置在内层壳体上表面(13)位置，多个下侧折流板(12)按间隙设置在内层壳体下表面(14)位置。
8.根据权利要求7所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的折流板(10)的多个上侧折流板(11)和多个下侧折流板(12)交错布置，每个下侧折流板(12)设置为位于两个相邻的上侧折流板(11)中间位置的结构，每个上侧折流板(11)设置为能够向内层壳体下表面(14)方向延伸的结构，每个下侧折流板(12)设置为能够向内层壳体上表面(13)方向延伸的结构。
9.根据权利要求1或2所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置的换热流体为乙二醇水溶液，乙二醇水溶液中乙二醇的份数比在50％以上；所述的蓄热材料(4)为二元复合熔盐或三元复合熔盐或一元熔盐。
10.根据权利要求1或2所述的电动汽车电池包用蓄热储能装置，其特征在于：所述的装置内层壳体(1)外表面和装置外壳体(2)内表面设置的涂层优选黑镍镀层。
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