CN113571798A - 一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，包括密封箱、储液罐、管式冷凝器、板式蒸发器，所述密封箱包括箱体，箱体上面为密封盖，箱体里充有冷却液，冷却液里放置电池模组，电池模组各相邻电池之间设置喷射支路，各喷射支路相通，各喷射支路的端部为喷射嘴，冷却液与加热器相通，箱体底部开设出口、第一进口和第二进口，出口连接出口管路，出口管路上设置第一三通阀、第二三通阀。本发明实现了采用不同的循环路径，对不同温度下的电池模组进行热管理，并且能够更好解决各个电池模组狭缝间的温度集中现象，同时向上喷射的液柱下降时，还可以达到二次冷却的效果，增强了整个换热系统的换热效果。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电池热管理装置。
背景技术
随着社会的进步和经济的发展，全球能源短缺和环境污染问题日益突出。在交通运输领域，相比于传统汽车，电动汽车和混合动力汽车具有更高的能源利用率，更低的噪音和更少的环境影响的优势。为了满足人们对电动汽车能够作为清洁能源运输的期望，必须提高电动汽车的性能，尤其是电池的性能。电动汽车由于低廉的运营成本，高速和高能效的电池技术而成为最有前途的交通工具，其中电池热管理系统是电动汽车的最关键要素。
电池组热管理系统的主要功能是将电池组电池的平均温度保持在最佳工作温度范围内，其中电池组中单个电池组温度的变化小于5℃。当前，主要的电池热管理系统主要为空气冷却，液体冷却、相变材料冷却。在三者之中，液体冷却由于其散热效率高，结构体积小，温度均匀性好等优势成为了主流的电池热管理方式。
液体冷却通常分为两类，直接接触冷却和间接接触冷却。非直接接触式液冷需要在电池周围或者底部设置冷却管道，让冷却液在管道内循环流动，带走电池
工作时产生的热量；相较于间接冷却，直接接触式液冷将电池置于冷却介质中，冷却液体直接与电池模组接触，散热效果更好，电池模块温度均一性更好。
发明内容
本发明的目的在于提供结合直接接触液冷和沸腾蒸发冷却两者优势的一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，其特征是：包括密封箱、储液罐、管式冷凝器、板式蒸发器，所述密封箱包括箱体，箱体上面为密封盖，箱体里充有冷却液，冷却液里放置电池模组，电池模组各相邻电池之间设置喷射支路，各喷射支路相通，各喷射支路的端部为喷射嘴，冷却液与加热器相通，箱体底部开设出口、第一进口和第二进口，出口连接出口管路，出口管路上设置第一三通阀、第二三通阀，第一三通阀通过第一液泵连接储液罐，储液罐连接箱体底部的第二进口，第二三通阀分别连接管式冷凝器和板式蒸发器，管式冷凝器和板式蒸发器均连接第三三通阀，第三三通阀通过第二液泵连接箱体底部的第一进口。
本发明还可以包括：
1、还包括翅片盘管冷凝器，翅片盘管冷凝器的一端依次连接高压保护器、高压表、压缩机、低压表、低压保护器、板式蒸发器，翅片盘管冷凝器的另一端依次连接干燥过滤器、制冷电磁阀、膨胀阀，从高压保护器与翅片盘管冷凝器之间的管路伸出支路与膨胀阀后的管路相连并连接板式蒸发器，高压保护器与翅片盘管冷凝器之间的管路伸出的支路上设置热力电磁阀。
2、密封盖为带有翅片的密封盖。
3、箱体底部的出口与第一三通阀之间设置第一电磁阀，第二液泵与箱体底部的第一进口之间设置第二电磁阀，储液罐与箱体底部的第二进口之间设置第三电磁阀。
本发明的优势在于：
1、本发明采用了和电池模组直接接触的液冷冷却方式，相较于一般的液冷板这种间接接触方式，增强了换热效果，提高了电池模组温度的一致性。
2、本发明采用了在电池模间隙间布置喷射液管，增大了冷却液和电池模组的接触面积。位于冷却液液面下的喷射嘴，开始向上喷射冷却液时，既可以增大箱体里冷却液的扰动，落下的液体又再一次和电池模组接触，提高了换热效率。
3、本发明采用不同的循环路径，实现在低温、常温、常温下对电池温度的控制，提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为密封箱的示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，本发明解决的技术问题在于提供了一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，将电池模组半沉浸于冷却液中，且在各个单体电池的的间隙中安装喷射管道。喷射管道可以直接向上喷射液体，向上喷射的液体会和电池壁碰撞，落下时会和再和电池壁接触，增加了和电池模组的接触范围和接触时间，增强了换热效果。该发明基于直接接触液冷和沸腾蒸发冷却机制的优势，集电池预热和冷却功能为一体。
如图1所示，本发明一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，包括喷射模块、低温主加热模块、低温副加热模块、常温冷却模块、高温冷却模块、冷却液供给模块、主路循环模块、喷射模块，具体为压力阀1、报警器2、压力传感器3、风扇4、密封件5、带有翅片的密封盖6、箱体7、电池模组8、喷射嘴9、喷射支路10、冷却液11、电磁阀12、三通阀13、三通阀14a、b、低压保护器15、低压表16、压缩机17、高压表18、高压保护器19、翅片盘管冷凝器20、冷凝风机21、干燥过滤器22、制冷电磁阀23a、热力电磁阀23b、膨胀阀24、板式蒸发器25、管式冷凝器26、流量传感器27、液泵28、液泵29、储液罐30、电磁阀31、电磁阀32、加热器33、固态继电器34、温度传感器35、液位传感器36。
当电池模组处于低温环境时，根据需要可以选择低温主加热模块、低温副加热模块、喷射模块和主路循环模块，各个模块相配合使用。首先采用低温主加热模块对电池模组进行预热，此时若需要加速电池模块的预热，可以开启低温副加热模块、主路循环模块和喷射模块相结合的方式，进一步加热电池模组。
低温主加热模块包括箱体7、多块电池单体构成的电池模组8、冷却液10、加热器33、固态继电器34、温度传感器35、液位传感器36。每个单体电池左右两侧分布有向上喷射液体的喷液管道，且沿着单体电池长度方向等间距分布；电池模组8固定于喷液分配管道上；喷射嘴9和喷射支路10均为位于冷却液界面之下。箱体7上安装有温度传感器35，液位传感器36、加热器33和固态继电器34。密封箱包括箱体7和密封盖6，二者用密封件进行连接；密封盖6的内外两侧均匀布置着翅片；压力传感器3、警报器2、压力阀1都安装在密封盖6上；在密封盖6外侧翅片一侧有冷凝风机4。当系统处于低温环境时，加热器33和固态继电器34开始工作发热，热量传递给冷却液10，冷却液10在被加热的同时会将热量进一步传递给电池模组8。同时当冷却液10加热到沸腾状态时，气态的冷却液10可以进一步加热冷却液界面以上的电池组的部分。
低温副加热模块包括低压保护器15、低压表16、压缩机17、高压表18、高压保护器19、热力电磁阀23b、板式蒸发器25。喷射模块包括喷射嘴9、喷射支管11。主路循环模块包括流量传感器27、循环泵29、电池阀32。当需要进一步加热电池模块时，上述三个模块构成完整循环。箱体外部左侧管道上的电磁阀12将会打开，箱体内的的冷却液会流到板式蒸发器25内，进行换热，加热后的冷却液会流经流量传感器27、循环泵29、电磁阀31到达主管道分配到喷射支路11中，通过喷射嘴9向上喷射冷却液，喷射出去的冷却液和电池模组充分接触，进行加热。同时，下落的冷却液能够二次加热电池模组。
当电池模组处于常温环境时，喷射模块、主路循环模块和常温冷却模块串联起来对系统进行加热。
常温冷却模块包括两个三通阀14a、14b和管式换热器26。电池模组开始产热时，箱体里的冷却液吸收热量，流出箱体通过三通阀14a,进入管式换热器26进行换热。冷却后的冷却液经过循环水泵，到达主管道里分配进入喷射支路11，通过喷射嘴9向上喷射冷却液，与暴露在冷却液外的电池模组8部分进行换热，吸收热量落回到冷却液中，继续开始循环。同样的，这种向上喷射冷却液的方式可以增加液体扰动，多次与电池模组接触换热，提高了换热效率。冷却液在冷却过程中会发生气化，气态冷却液逐渐上升与带翅片的密封盖6接触，热量通过翅片散发到箱体外部，风扇4进一步将热量带走，气态变成液态。液态冷却液落下，继续参与循环。。
当电池模组处于高温时，喷射模块、主路循环模块和高温加热模块串联起来冷却电池组。
高温加热模块包括：低压保护器15、低压表16、压缩机17、高压表18、高压保护器19、翅片盘管冷凝器20、冷凝风机21、干燥过滤器22、制冷电磁阀23、膨胀阀24、板式蒸发器25。高温下的电池模组冷却循环相较于常温时的电池模组冷却循环，区别在于使用了高温冷却模块，冷却效果更好。
整个系统中的冷却液供给单元包括三通阀13、水泵28、储液罐30、电磁阀32。该装置通过流量传感器27反馈的信息，控制三通阀13、电磁阀32的开关，为整个系统供给冷却液，提高装置的热管理效率。
本发明为一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，将电池模组半沉浸于冷却液中，且在各个单体电池的的间隙中安装喷射管道。喷射管道可以直接向上喷射液体，向上喷射的液体会和电池壁碰撞，落下时会和再和电池壁接触，增加了和电池模组的接触范围和接触时间，增强了换热效果。该发明结合各个模块完成了电池模组的预热和加热，且根据实际情况的不同，采用不同的循环路径，提高能源利用效率，降低了能耗。
Claims (5)
1.一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，其特征是：包括密封箱、储液罐、管式冷凝器、板式蒸发器，所述密封箱包括箱体，箱体上面为密封盖，箱体里充有冷却液，冷却液里放置电池模组，电池模组各相邻电池之间设置喷射支路，各喷射支路相通，各喷射支路的端部为喷射嘴，冷却液与加热器相通，箱体底部开设出口、第一进口和第二进口，出口连接出口管路，出口管路上设置第一三通阀、第二三通阀，第一三通阀通过第一液泵连接储液罐，储液罐连接箱体底部的第二进口，第二三通阀分别连接管式冷凝器和板式蒸发器，管式冷凝器和板式蒸发器均连接第三三通阀，第三三通阀通过第二液泵连接箱体底部的第一进口。
2.根据权利要求1所述的一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，其特征是：还包括翅片盘管冷凝器，翅片盘管冷凝器的一端依次连接高压保护器、高压表、压缩机、低压表、低压保护器、板式蒸发器，翅片盘管冷凝器的另一端依次连接干燥过滤器、制冷电磁阀、膨胀阀，从高压保护器与翅片盘管冷凝器之间的管路伸出支路与膨胀阀后的管路相连并连接板式蒸发器，高压保护器与翅片盘管冷凝器之间的管路伸出的支路上设置热力电磁阀。
3.根据权利要求1或2所述的一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，其特征是：密封盖为带有翅片的密封盖。
4.根据权利要求1或2所述的一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，其特征是：箱体底部的出口与第一三通阀之间设置第一电磁阀，第二液泵与箱体底部的第一进口之间设置第二电磁阀，储液罐与箱体底部的第二进口之间设置第三电磁阀。
5.根据权利要求3所述的一种半沉浸式喷射液冷电池热管理装置，其特征是：箱体底部的出口与第一三通阀之间设置第一电磁阀，第二液泵与箱体底部的第一进口之间设置第二电磁阀，储液罐与箱体底部的第二进口之间设置第三电磁阀。
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