一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法，包括电池箱体，电池箱体内并列设若干电池模组群，电池模组群配合设热管组，热管组的两端部穿过电池箱体，热管组的两端部连接散热翅片；模式选择方法包括建立热管组和散热翅片的等效热阻模型，对建立等效热阻模型后的主传热路径建立集中参数化的1D传热模型，构建每个元件的传热过程的偏微分方程，确定出系统所需要的对流换热系数h后选择冷却方案。本发明专利技术可以可以兼有冷却效率高、系统复杂程度低和安全性高的优势，同时可扩展性强，冷却方式可以依据产品的实际需求随机调整，标准化程度高；轻松实现电池箱体的IP67设计，节省了空间与成本，提高了动力电池系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用于直接转变化学能为电能的方法或装置、例如电池组的
，特别涉及一种能提高动力电池系统的散热效率、提升散热效果、以不同的模式完成不同的电池模组的散热问题的动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法。
技术介绍
近年来，在国家的支持和市场的利好等条件下，动力锂离子电池行业发展非常迅速，其应用已经扩展到了电动大巴、电动小汽车、微公交和储能等领域。随着动力锂离子电池的大规模应用，越来越多的问题日益凸显，尤其是动力电池系统的散热问题。电动汽车行驶的驱动力来源于动力电池系统，动力电池系统在充/放电过程中产生的大量的热量会使电池温度升高，进而使动力电池系统的性能大幅下降。研究表明，当锂电池的温度超过45℃时，其循环寿命将大幅下降；此外，由于高温会使锂离子电池的副反应增加，出于保护电池的目的，会对电池的充/放电功率进行限制。现有技术中的冷却方式基本是单一的自然冷却、风冷和液冷。常规的自然冷却方式对动力电池系统冷却的效率比较低，难以满足大部分情况下的散热要求，而冷却效率比较高的强制风冷和液冷等方式成本较高、系统较为复杂以及存在一定的安全风险；常规的强制风冷存在着散热效率低、散热均匀性差和风道复杂等问题，此外，目前的强制风冷设计难以满足箱体IP67设计的要求；常规的液冷系统一般都是将液冷管路和液冷板放置在电池箱体内部，这样的设计不仅使得整个液冷系统结构复杂，而且将冷却液引入电池箱体内，存在着冷却液泄漏的安全风险；同时，现有技术中的冷却方式为固定式，没有扩展性，针对一种产品只能固定采用一种冷却模式。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，现有技术中，冷却方式基本是单一的自然冷却、风冷和液冷，而导致的无法兼顾冷却效率、系统复杂程度高和存在安全风险，同时，现有技术中的冷却方式为固定式，没有扩展性，存在着针对一种产品只能固定采用一种冷却模式的问题，进而提供了一种优化的动力电池系统用热管翅片的冷却装置及模式选择方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体，所述电池箱体内并列设有若干电池模组群，所述电池模组群配合设有热管组，所述热管组的两端部穿过电池箱体，所述热管组的两端部连接有散热翅片。优选地，所述电池模组群包括并列设置的2排电池模组，所述热管组设于2排电池模组间，所述热管组和任一电池模组间还设有导热胶层。优选地，所述散热翅片外侧包覆设有液冷流道外壳，所述任一液冷流道外壳上设有冷却液入口和冷却液出口，所述2个液冷流道外壳上的冷却液入口通过分流管连接冷却液输入管，所述2个液冷流道外壳上的冷却液出口通过汇流管连接冷却液输出管。优选地，所述冷却液入口和冷却液出口均设置在液冷流道外壳的前端部。优选地，所述散热翅片外侧包覆设有风道外壳，所述任一风道外壳上设有冷却风入口和冷却风出口。优选地，所述冷却风入口设于风道外壳的前端，所述冷却风出口设于风道外壳的后端。优选地，所述冷却风出口处配合设有风扇。一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置的模式选择方法，所述模式选择方法包括以下步骤：步骤1.1：所述动力电池系统存在自电池开始、顺次经过导热硅胶片、电池模组外壳、导热胶层、热管组和散热翅片的主传热路径；所述热管组存在传热路径，所述传热路径包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，所述第一路径和第二路径串联，所述第三路径和第四路径并联后与所述第二路径串联，所述第一路径为热量从导热胶层与热管组的接触面传递到热管组径向中心面的路径，所述第二路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域以外的区域沿着热管组轴向传递的路径，所述第三路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域从热管组沿着径向传递到热管组与散热翅片接触面的路径，所述第四路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域从热管组沿着轴向传递到热管组与散热翅片接触面的路径；所述第一路径、第二路径、第三路径和第四路径对应的传热量分别为q1、q2、q3和q4，q1＝q2＝q3+q4；传热路径起点的温度为T1，传热路径终点的温度为T2；步骤1.2：建立等效热阻模型，所述等效热阻模型的传热路径的传热量为q5，q1＝q2＝q3+q4＝q5，所述等效热阻模型的传热路径的起点温度为T3，终点温度为T4，T1-T2＝T3-T4；步骤1.3：建立等效热阻模型前后，热管组的热阻相等建立等效热阻模型前的热阻为RPipe，建立等效热阻模型后的热阻为其中，δPipe为建立等效热阻模型后热管组的厚度，λPipe为建立等效热阻模型后热管组的导热系数，SPipe为建立等效热阻模型后热管组的横截面积，由于RPipe＝RPipe-Model，步骤1.4：所述散热翅片存在传热路径，所述传热路径包括第五路径和第六路径，所述第五路径为热量从散热翅片的基板底面传递到散热翅片的翅片顶面的路径，所述第六路径为热量从散热翅片基板底面传递到基板顶面的路径；建立散热翅片的等效热阻模型，在通过相同热量时，建立散热翅片的等效热阻模型前后的散热翅片的温差相等，故建立等效热阻模型前散热翅片的热阻RFin与建立等效热阻模型后散热翅片的热阻RFin-Model相等，其中，δFin为建立散热翅片的等效热阻模型之后散热翅片的厚度，λFin为建立散热翅片的等效热阻模型之后散热翅片的导热系数，SFin为建立散热翅片的等效热阻模型之后散热翅片的横截面积，步骤1.5：对建立步骤1.2和步骤1.3所述的等效热阻模型后的主传热路径建立集中参数化的1D传热模型，每个元件的传热过程以偏微分方程描述为：电池传热过程：其中，ρCell为电池密度，VCell为电池体积，CpCell为电池比热容，TCell为电池温度，为电池的发热功率，λCell为电池导热系数，L1为电池的厚度；导热硅胶片传热过程：其中，ρGlue1为导热硅胶片密度，VGlue1为导热硅胶片体积，CpGlue1为导热硅胶片比热容，TGlue1为导热硅胶片温度，λGlue1为导热硅胶片导热系数，L2为导热硅胶片的厚度；电池模组外壳传热过程：其中，ρPlate为电池模组外壳密度，VPlate为电池模组外壳体积，CpPlate为电池模组外壳比热容，TPlate为电池模组外壳温度，λPlate为电池模组外壳导热系数，L3为电池模组外壳的厚度；导热胶层传热过程：其中，ρGlue2为导热胶层密度，VGlue2为导热胶层体积，CpGlue2为导热胶层比热容，TGlue2为导热胶层温度，λGlue2为导热胶层导热系数，L4为导热胶层的厚度；热管组传热过程：其中，ρPipe为热管组密度，VPipe为热管组体积，CpPipe为热管组比热容，TPipe为热管组温度，λPipe为热管组导热系数，L5为热管组的厚度；散热翅片传热过程：其中，ρFin为散热翅片密度，VFin为散热翅片体积，CpFin为散热翅片比热容，TFin为散热翅片温度，h为对流换热系数，AFin为建立等效热阻模型前散热翅片与冷却工质接触的面积，Tf为冷却工质温度；以上偏微分方程中，t为时间，A为横截面积，x为传热方向上的坐标；步骤1.6：计算步骤1.5，以电池的发热功率、冷却工质温度求解出不同对流换热系数对应的电池温度，根据对电池最高温度的限制确定出系统所需要的对流换热系数h；当h＝20～60w/m2-k时选择自然冷却方案，直接通过散热翅片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体，其特征在于：所述电池箱体内并列设有若干电池模组群，所述电池模组群配合设有热管组，所述热管组的两端部穿过电池箱体，所述热管组的两端部连接有散热翅片。

【技术特征摘要】
1.一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，包括电池箱体，其特征在于：所述电池箱体内并列设有若干电池模组群，所述电池模组群配合设有热管组，所述热管组的两端部穿过电池箱体，所述热管组的两端部连接有散热翅片。2.根据权利要求1所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述电池模组群包括并列设置的2排电池模组，所述热管组设于2排电池模组间，所述热管组和任一电池模组间还设有导热胶层。3.根据权利要求2所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述散热翅片外侧包覆设有液冷流道外壳，所述任一液冷流道外壳上设有冷却液入口和冷却液出口，所述2个液冷流道外壳上的冷却液入口通过分流管连接冷却液输入管，所述2个液冷流道外壳上的冷却液出口通过汇流管连接冷却液输出管。4.根据权利要求3所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述冷却液入口和冷却液出口均设置在液冷流道外壳的前端部。5.根据权利要求2所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述散热翅片外侧包覆设有风道外壳，所述任一风道外壳上设有冷却风入口和冷却风出口。6.根据权利要求5所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述冷却风入口设于风道外壳的前端，所述冷却风出口设于风道外壳的后端。7.根据权利要求6所述的一种动力电池系统用热管翅片的冷却装置，其特征在于：所述冷却风出口处配合设有风扇。8.一种采用权利要求1～7任一所述的动力电池系统用热管翅片的冷却装置的模式选择方法，其特征在于：所述模式选择方法包括以下步骤：步骤1.1：所述动力电池系统存在自电池开始、顺次经过导热硅胶片、电池模组外壳、导热胶层、热管组和散热翅片的主传热路径；所述热管组存在传热路径，所述传热路径包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，所述第一路径和第二路径串联，所述第三路径和第四路径并联后与所述第二路径串联，所述第一路径为热量从导热胶层与热管组的接触面传递到热管组径向中心面的路径，所述第二路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域以外的区域沿着热管组轴向传递的路径，所述第三路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域从热管组沿着径向传递到热管组与散热翅片接触面的路径，所述第四路径为热量在热管组和散热翅片镶嵌区域从热管组沿着轴向传递到热管组与散热翅片接触面的路径；所述第一路径、第二路径、第三路径和第四路径对应的传热量分别为q1、q2、q3和q4，q1＝q2＝q3+q4；传热路径起点的温度为T1，传热路径终点的温度为T2；步骤1.2：建立等效热阻模型，所述等效热阻模型的传热路径的传热量为q5，q1＝q2＝q3+q4＝q5，所述等效热阻模型的传热路径的起点温度为T3，终点温度为T4，T1-T2＝T3-T4；步骤1.3：建立等效热阻模型前后，热管组的热阻相等建立等效热阻模型前的热阻为RPipe，建立等效热阻模型后的热阻为其中，δPipe为建立等效热阻模型后热管组的厚度，λPipe为建立等效热阻模型后热管组的导热系数，SPipe为建立等效热阻模型后热管组的横截面积，由于RPipe＝RPipe-Model，步骤1.4：所述散热翅片存在传热路径，所述传热路径包括第五路径和第六路径，所述第五路径为热量从散热翅片的基板底面传递到散热翅片的翅片顶面的路径，所述第六路径为热量从散热翅片基板底面传递到基板顶面的路径；建立散热翅片的等效热阻模型，在通过相同热量时，建立散热翅片的等效热阻模型前后的散热翅片的温差相等，故建立等效热阻模型前散热翅片的热阻RF...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋碧文，孙世强，何聪，刘勇，陈敏，
申请(专利权)人：杭州捷能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33