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CN115693002A - 电池包以及对电池包进行热管理的方法 - Google Patents

电池包以及对电池包进行热管理的方法 Download PDF

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CN115693002A
CN115693002A CN202110871947.XA CN202110871947A CN115693002A CN 115693002 A CN115693002 A CN 115693002A CN 202110871947 A CN202110871947 A CN 202110871947A CN 115693002 A CN115693002 A CN 115693002A
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China
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battery pack
cooling plate
immersion liquid
vehicle
battery
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王贤鹏
姜亚平
方杰
曾士哲
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Weilai Automobile Technology Anhui Co Ltd
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Weilai Automobile Technology Anhui Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种电池包以及对电池包进行热管理的方法。电池包具有电芯和壳体，所述电芯容纳在所述壳体中，在所述壳体的下方设有冷却板，通过所述冷却板能够将电芯的热量传递到车辆外部，在所述壳体中填充有浸没液，所述浸没液至少部分地浸没所述电芯。根据本发明的电池包能够以简单的方式调节电池包的温度。

Description

电池包以及对电池包进行热管理的方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体而言，涉及一种电池包以及对这样的电池包进行热管理的方法。
背景技术
新能源汽车特别是纯电动汽车的市场占有量越来越多，而动力电池是电动汽车的核心部件之一，其性能好坏直接关系到汽车的工作状况。而电池温度又会直接影响电池的安全性、充放电容量和效率、循环寿命等性能，进而影响整车的工作性能。另外，电池组温度的一致性也是电池发挥正常性能的重要保证。
存在一种对电池包进行冷却的风冷结构，其存在专门设计的风机和风道等机构，结构复杂，换热效率低，常规三元/铁锂电池无法满足大功率充放电工况冷却需求。
存在一种在电池底部或者周围布置冷却板对电池包进行冷却的方式，其结构相对复杂，内部结构部件较多，且单电芯间的温差较大。
所以，很有必要针对包括上述这些情况在内的现有问题或弊端进行充分研究，以便加以改进。
发明内容
本发明提出一种电池包，其能够以简单的方式调节电池包的温度。
根据本发明一个方面提出的电池包，具有电芯和壳体，所述电芯容纳在所述壳体中，在所述壳体的下方设有冷却板，通过所述冷却板能够将电芯的热量传递到车辆外部，在所述壳体中填充有浸没液，所述浸没液至少部分地浸没所述电芯。
根据本发明一个方面提出的电池包，所述冷却板设置在所述壳体的底部，并且所述冷却板与所述电芯和/或浸没液接触。
根据本发明一个方面提出的电池包，所述冷却板与所述电芯通过导热结构胶粘接。
根据本发明一个方面提出的电池包，所述冷却板具有一个或多个翅片，用于与车辆外部进行热量交换。
根据本发明一个方面提出的电池包，所述翅片在车辆前进方向延伸。
根据本发明一个方面提出的电池包，在所述冷却板的下方设有底护板，用于对所述冷却板进行防护以及隔热。
根据本发明一个方面提出的电池包，在所述底护板上设有风道开关，在所述风道开关打开时允许所述冷却板与车辆外部进行热量交换，在所述风道开关关闭时抑制所述冷却板与车辆外部进行热量交换。
根据本发明一个方面提出的电池包，在所述底护板下方设有隔热涂层。
根据本发明一个方面提出的电池包，所述电池包具有泵和/或加热棒，所述泵用于使所述浸没液流动，所述加热棒用于加热所述浸没液。
此外，根据本发明一个方面提出的对电池包进行热管理的方法，使用浸没液对电芯进行加热，并且使用冷却板将电芯的热量传递到车辆外部。
根据本发明一个方面提出的对电池包进行热管理的方法，电池包具有电池包管理系统，用于控制泵、加热棒以及风道开关。
本发明的有益效果包括：在壳体的下方设有冷却板，通过冷却板能够将电芯的热量传递到车辆外部，从而对电芯进行散热；在壳体中填充有浸没液，浸没液至少部分地浸没所述电芯，通过浸没液能够使电芯的温度均衡，并且在对浸没液加热的情况下能够对电芯进行加热。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，除非另有说明，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的电池包；
图2以一视角示意性显示了图1中的电池包；
图3以另一视角示意性显示了图1中的电池包；
图4示意性显示了图1中的电池包的冷却板的局部；
图5示意性显示了冷却板与底护板之间的风道，其中风道开关处于关闭状态；
图6示意性显示了冷却板与底护板之间的风道，其中风道开关处于打开状态。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
根据本申请的一实施方式结合图1至图6示出，其中可看出：电池包具有电芯1和壳体2，所述电芯1容纳在所述壳体2中，在所述壳体2的下方设有冷却板3，所述冷却板3的至少部分地与车辆外部联通，使得通过所述冷却板3能够将电芯1的热量例如通过空气传递到车辆外部，在所述壳体2中填充有浸没液4（immersion liquid），所述浸没液4至少部分地浸没所述电芯1，参考图3所示。就此而言，浸没液4起到浸没电芯1并且能够与电芯1进行热量交换的作用。
在电池包中存在多个单体电芯，每个单体电芯构造为扁平的立方体，若干个单体电芯在一起集成为一个电芯模块。单体电芯与单体电芯之间存在间隙，浸没液4能够与单体电芯直接接触并且在单体电芯与单体电芯之间自由流动，参考图2和图3所示。在本申请中提到的“电芯”既可以指代单体电芯，又可以指代电芯模块。
在根据本申请的电池包中，在壳体2的下方设有冷却板3，通过冷却板3能够将电芯1的热量传递到车辆外部，从而对电芯1进行散热；在壳体2中填充有浸没液4，浸没液4至少部分地浸没所述电芯1，通过浸没液4能够使电芯1的温度均衡，并且在对浸没液4加热的情况下能够对电芯1进行加热。
在图中所示的实施方式中，所述壳体2的底部具有支撑条21，除此以外，与支撑条21处于同一水平面的其他部分构造为镂空结构。所述支撑条21用于支撑所述电芯1。所述冷却板3在所述壳体2的底部设置在支撑条21的下方。
在一种实施方式中，所述冷却板3构造为一部分处于所述支撑条21的下方，并且另一部分与所述支撑条21齐平，通过这样的方式，所述冷却板3能够直接接触到所述电芯1的底部，从而直接地将电芯1的热量传递到车辆外部。所述冷却板3与所述电芯1例如通过导热结构胶粘接。
在另一种实施方式中，所述冷却板3构造为不直接与电芯1接触，但是所述冷却板3与浸没液4直接接触，热量先从电芯1传递到浸没液4，再从浸没液4传递到冷却板3，通过这样的方式，所述冷却板3能够间接地将电芯1的热量传递到车辆外部。
在又一种实施方式中，所述冷却板3构造可以同时与电芯1以及浸没液4接触，通过这样的方式，所述冷却板3能够间接地以及间接地将电芯1的热量传递到车辆外部，提高电池包的冷却效率。
此外，电池包还具有上盖6，用于对电芯1的上方提供遮盖和保护。在该电池包中，由所述上盖6、所述壳体2以及所述冷却板3形成密闭空间，浸没液4能够在该密闭空间中流动，而不会泄露出去。
参考图4所示，冷却板3具有一个或多个翅片31，用于与车辆外部进行热量交换。翅片31设置在所述冷却板3下方，每个翅片构造为扁平的立方体。所述翅片31在车辆前进（或者后退）方向延伸，也就是说，图中的视角是从车尾看向车头（或者从车头看向车尾）。在车辆行驶的过程中，在车辆的前进方向上的车辆相对于外部空气的速度比较大，通过将翅片31设置成在车辆前进方向延伸，使得热量能够更快地从翅片31传递到外部空气，从而提高电池包的散热效率。同样地，单体电芯也在车辆前进（或者后退）方向延伸，从而提高电池包的散热效率以及温度均衡。
在所述冷却板3的下方（具体地翅片31的下方）设有底护板5，用于对所述冷却板3进行防护以及隔热。所述底护板5可以构造成全面地遮盖所述电池包的下方，从而更好地隔绝电池包与车辆外部的热量交换，这在低温环境中尤其有利。所述底护板5例如是整车的底部防护板的一部分。在所述冷却板3与所述底护板5之间形成风道，该风道例如通过设置在所述底护板5上的风道开关51来控制。在需要时，通过所述风道开关51打开风道，允许所述冷却板3与车辆外部进行热量交换，从而对电池包进行冷却，参考图6所示；或者通过所述风道开关51关闭风道，抑制所述冷却板3与车辆外部进行热量交换，参考图5所示。一般来说，驾驶越剧烈，电池放电功率越大，产热越多，经过冷却板3的空气流速也越大，散热越好。此外，通过控制风道开关51的开度，也可以对进风量进行调节。在所述底护板5下方可以设有隔热涂层，从而更好地提供隔热性能。
需要说明的是，在通过所述风道开关51关闭风道时，在所述冷却板3与所述底护板5之间存在空气，该空气由于所述底护板5的存在而与外部隔绝并且不能流动或者流动缓慢，热量难以从所述冷却板3传递到该空气中，从而更好地为电池包提供隔热。
此外，所述电池包还具有泵和加热棒。所述泵为电池包内液体流动提供动力源，用于使所述浸没液4流动。泵的位置基于电芯1排布使得流经电池包各区域的流量基本一致，保证电芯1的温度均衡。可以通过流体力学（CFD）仿真得出最佳的流量分配占比来确定泵的具体位置。例如泵布置在电池前仓与电芯仓交界的区域。所述加热棒用于加热所述浸没液4。加热棒与浸没液4直接接触，可以通过仿真分析确定加热棒的最佳位置。加热棒外例如装有套管，使得加热棒与电池不会接触。此外，可以利用CFD对壳体2和上盖6等结构进行迭代优化，从而控制浸没液4的用量。
本申请还包括一种对前述的任意一项或多项实施方式的电池包进行热管理的方法，在其中，使用浸没液4直接地在电池包内部（例如采用来自加热棒的热量）对电芯1进行加热，并且使用冷却板3将电芯1的热量传递到车辆外部。加热棒的热量例如源自电池包本身的电能或者源自外部的充电枪。该方法具有的技术效果相应于前面的描述，故在此不再赘述。此外，电池包具有电池包管理系统（BMS），用于控制泵、加热棒以及风道开关51。例如，电池包管理系统通过控制泵的功率来控制在电池包内部的浸没液4的流量，通过控制加热棒的功率来控制对浸没液4的加热功率，以及通过控制底护板5上的风道开关51来控制风道的开度、即控制冷却功率。
示例性地，根据本申请的电池包/对电池包进行热管理的方法具有以下工作过程。
场景一：电池温度低，需要制热。首先，通过传感器识别环境温度，若环境温度大于电芯温度则开启风道开关51，从而打开冷却板3与底护板5之间的风道；若环境温度小于电芯温度则关闭风道开关51，从而关闭冷却板3与底护板5之间的风道。接着，通过泵驱动浸没液4流经电芯1表面，热棒根据目标温度和工况，由BMS控制加热功率，从而对电芯1加热。
场景二：剧烈驾驶，需要冷却。BMS采集到电芯温度升高超过阈值，关闭加热棒，开启风道开关51，通过流经车辆的风对冷却板3以及因此对电芯1进行冷却。基于实时的温度控制泵的功率，因此控制浸没液4的流量。在此过程中，冷却无需额外制冷功率。能耗仅来自均温用的泵。当不需要冷却时，风道开关51关闭，泵以小流量运转，使得电池在最佳工作温度下限以上，且液体循环起到均温作用。
场景三：超级快充，开启循环均温。应用于耐高温类电芯（如固态电池），对大电流快充的温升的上限较宽泛。除换电站中的特殊快充工况外（约900A大电流），无需强制冷却。超级快充时，启动泵开启浸没液4循环，缓解电芯单体的温度不平衡，比如极耳处产生的热量能迅速随着流动的浸没液4进行分散。
本申请的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电池包，其特征在于，所述电池包具有电芯（1）和壳体（2），所述电芯（1）容纳在所述壳体（2）中，在所述壳体（2）的下方设有冷却板（3），通过所述冷却板（3）能够将电芯（1）的热量传递到车辆外部，在所述壳体（2）中填充有浸没液（4），所述浸没液（4）至少部分地浸没所述电芯（1）。
2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述冷却板（3）设置在所述壳体（2）的底部，并且所述冷却板（3）与所述电芯（1）和/或浸没液（4）接触。
3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于，所述冷却板（3）与所述电芯（1）通过导热结构胶粘接。
4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述冷却板（3）具有一个或多个翅片（31），用于与车辆外部进行热量交换。
5.根据权利要求4述的电池包，其特征在于，所述翅片（31）在车辆前进方向延伸。
6.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，在所述冷却板（3）的下方设有底护板（5），用于对所述冷却板（3）进行防护以及隔热。
7.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，在所述底护板（5）上设有风道开关（51），在所述风道开关（51）打开时允许所述冷却板（3）与车辆外部进行热量交换，在所述风道开关（51）关闭时抑制所述冷却板（3）与车辆外部进行热量交换。
8.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，在所述底护板（5）下方设有隔热涂层。
9.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池包具有泵和/或加热棒，所述泵用于使所述浸没液（4）流动，所述加热棒用于加热所述浸没液（4）。
10.一种对权利要求1至9中任一项所述的电池包进行热管理的方法，其特征在于，使用浸没液（4）对电芯（1）进行加热，并且使用冷却板（3）将电芯（1）的热量传递到车辆外部。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，电池包具有电池包管理系统，用于控制泵、加热棒以及风道开关（51）。
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