一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统及方法

1.本发明属于电动汽车电池技术领域，尤其涉及一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统及方法。


背景技术：

2.电动汽车在启动后，由于电池持续放电、电机及其他元件工作会释放大量的热，导致元件温度升高，而温度过高则会使各元器件和电池出现损坏甚至烧毁。因此有必要针对电动汽车电池进行冷却降温设计。主动冷却系统一般会对电能产生消耗，并且汽车运行状态经常处于变化状态，传统冷却系统的散热管道一般处于固定状态，仅有水泵参与散热控制，因此冷却效能受到限制。


技术实现要素：

3.针对上述缺陷，本发明提供了一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统，能够增大散热水路的横截面积，提高冷却效能。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统，包括电池包，所述电池包表面附着填充有负热膨胀性材料的可变截面冷却水管，该水管的管路上设有若干个流速传感器和水温传感器并串联有水泵，所述流速传感器和水温传感器电信连接控制器，该控制器电信连接水泵。
6.作为优选，可变截面冷却水管由整块中空的水路外壳分隔而成，该水路外壳的相对内壁面密封连接隔板，通过该隔板将中空的水路外壳分隔成水路。
7.作为优选，隔板内填充有负热膨胀性材料，遇热时沿水路流动方向的径向收缩，遇冷时沿水路流动方向的径向膨胀；隔板的外表面包裹有密封层。
8.作为优选，水路与隔板交替分布，该水路被隔板分隔为间隔均匀的s形或几字形。
9.本发明还公开了一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统的工作方法，当电池处于工作状态时，开启控制器，为可变截面冷却水管输入冷却液，并设定水温设定值和流速设定值；水温传感器采集冷却液的温度并传输至控制器，当冷却液温度上升时，隔板内的负热膨胀性材料收缩，水管通路的横截面积扩大；当该冷却液温度高于水温设定值时，控制器控制水泵增大功率以增快冷却液流速；当冷却液温度下降时，隔板内的负热膨胀性材料膨胀，水管通路的横截面积缩小；当该冷却液温度低于水温设定值时，控制器控制水泵减小功率以减小冷却液流速；同时，流速传感器实时监测冷却液的流速，当冷却液的流速高于流速设定值时反馈至控制器，控制器减小水泵功率以保持冷却液的流速的稳定。
10.本发明的有益效果是：
11.(1)本发明的散热系统的水路采用具有受热收缩的负热膨胀性材料填充隔板，可以在冷却水升温时自主收缩，进而增大水路横截面积，为调整冷却水流速及冷却效能创造条件。水路外壳使用铝合金制作，进一步增强冷却液的冷却速度，一方面保证了该系统的在
高强度工作环境下的冷却效能的保持率，另一方面保证了低强度工作下系统可以自适应地降低冷却效能；
12.(2)本发明采用大量传感器与电子水泵配合工作，水温增高时及时增大冷却液流速，快速响应，另外在水路横截面积变化时，流速传感器可监测水流速度，以便控制器更精确地控制冷却效能；
13.(3)本发明的设计冷却水路均匀分布在电池包内，使电池包内每一块区域都能得到充足且合适的冷却，模块化设计使得检修简单方便
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
15.图1是本发明一个实施例的散热系统的结构主视图；
16.图2是本发明一个实施例的散热系统的结构俯视图；
17.图3是本发明一个实施例的水路的横截面示意图；
18.图4是本发明一个实施例的控制器的控制逻辑图。
19.附图标记：1-水路，101-水路外壳，2-隔板，201-密封层，202-负热膨胀性材料填充层，3-电池包外壳，4-电池包，5-流速传感器，6-温度传感器，7-电子水泵，8-控制器，9-控制电路。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.当电池工作时，会产生大量的热，若没有恰当的散热措施，这些热量将对电池产生损坏甚至让电池起火爆炸，当电动汽车工作时，该散热系统将起到良好的散热作用。负热膨胀性材料拥有受热收缩的特殊性质，因此负热膨胀性材料填充的隔板可以随着冷却水温变化而自适应调节水道横截面积。冷却水温升高时，隔板受热缩小，水道横截面积增大；水温降低时，隔板膨胀，水道横截面积减小。冷却水路在电池包内分多层均匀布置，以保证整个电池包均匀散热。能够在电池包温度上升时拓宽冷却液的冷却流道，并结合水泵增压实现快速制冷，在电池包温度下降时缩窄冷却液的冷却流道，并结合水泵减压回归自然工作状态。
22.结合图1所示，一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统，包括电池包4，电池包4的外壁面均匀分布散热系统的水路1，冷却液从水路中流过，以降低电池包4工作产生的热量。如图3所示，水路1由中空的水路外壳101分隔而成，水路外壳101的相对内壁面密封连接若干隔板2，通过隔板2将水路外壳101分隔成冷却液流动的具体通道。隔板2内填充有负热膨胀性材料202，能够在升温时缩小体积，在降温时扩大体积，通过隔板2体积的变化改变冷却水道横截面积，使水路成为可变截面冷却水管；隔板2外表面包裹一层密封层201，本实施例优选密封层201由橡胶制成，具备一定的弹性。本实施例优选水路外壳201为导热
性能良好的铝合金材料，能够提高水路1的冷却效率。
23.由图2所示，水路1与隔板2交替分布，水路1被隔板2分隔为间隔均匀的s形或几字形。水路1中均匀设有若干流速传感器5和温度传感器6，该流速传感器5和温度传感器6与控制器8电信相连。水路中串联有电子水泵7，该电子水泵7通过控制电路9与控制器8相连。
24.本发明所设计的散热系统具体参数为：水道内高10mm，隔板高10mm，其起始宽度为10mm，最小宽度为7mm,最大宽度为13mm,散热水路壳体厚度为1mm,隔板的橡胶密封层厚度为1mm。电池包外壳厚度为2mm。
25.结合图4所示，本发明还公开了负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统的工作方法，以配合冷却水管的横截面积变化。
26.当电池处于工作状态时，开启控制器，为可变截面冷却水管输入冷却液，并设定水温设定值和流速设定值；水温传感器采集冷却液的温度并传输至控制器，当冷却液温度上升时，隔板内的负热膨胀性材料收缩，水管通路的横截面积扩大；当该冷却液温度高于水温设定值时，控制器控制水泵增大功率以增快冷却液流速；当冷却液温度下降时，隔板内的负热膨胀性材料膨胀，水管通路的横截面积缩小；当该冷却液温度高于水温设定值时，控制器控制水泵增大功率以减慢冷却液流速。同时，流速传感器实时监测冷却液的流速，当冷却液的流速高于流速设定值时反馈至控制器，控制器减小水泵功率以保持冷却液的流速的稳定。冷却水路连接膨胀水箱，使得冷却水量在波动的范围内能够满足要求。
27.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。