一种液冷板、一种电池热管理系统及其控制方法

本发明涉及电池热管理，具体为一种液冷板、一种电池热管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着电池系统技术的进步，动力电池系统能量密度越来越高，相应的充放电时的单位面积发热功率也越来越高，传统的散热技术已经不能满足当前电池系统发展的散热需求。液冷板散热作为一种高效的散热技术在电池系统热管理系统中被广泛应用。

2、现有的液冷板在电池系统热管理系统中大多数只起到散热降温的作用，但是在高寒地区需要对电池系统加热才可以保证充放电有着较高的效率，提高电池系统的利用效率。因此，需要一种可以散热同时又可以在必要时可以逆向加热电池系统的液冷板。同时，现有液冷板多采用水加乙二醇等添加剂作为工质，通过液体的快速流动进行对流散热，散热效率偏低，相比液体冷媒的相变散热其散热效率偏低。中国专利cn 219457782 u通过在流道中设置特殊形状的槽道使得液体发生扰动实现强化传热，但是其散热效率偏低。中国专利cn 219610571 u电池系统组用液冷板，通过在中部隔板的两侧分别设置第一腔体和第二腔体，并在中部隔板设置贯穿孔，虽然能够使得冷却液在第一第二腔体间充分混合起到一定均匀温度的效果，但是其内部流道设置复杂，加工成本较高且其散热效率仍不如采用低温冷媒高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种液冷板、一种电池热管理系统及其控制方法，能够对电池进行高效散热或逆向加热。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种液冷板，包括上壳板、下壳板、隔热板和吸液芯；

4、上壳板和下壳板之间通过隔热板分隔，上壳板和隔热板之间形成上部腔体，下壳板和隔热板之间形成下部腔体；

5、上部腔体内填充有气体冷媒，上部腔体设有用于连接至空调压缩机的上接头；

6、下部腔体内填充有液体冷媒，下部腔体设有用于连接至双向电子膨胀阀的下接头；

7、吸液芯穿设于隔热板，其上端位于上部腔体内，下端位于下部腔体内且浸润于液体冷媒。

8、进一步，隔热板开有与吸液芯形状相配合的孔槽。

9、进一步，下壳板与隔热板分别制备或为一体成型。

10、进一步，下部腔体设有与下接头连通的多个纵向流道，液体冷媒填充于纵向流道，吸液芯的下端伸入于纵向流道内。

11、进一步，下部腔体设有放射状流道，放射状流道以下接头为起点呈放射状分布且与多个纵向流道一一对应连接。

12、进一步，吸液芯为纤维结构或丝网结构。

13、进一步，吸液芯材质包括铜或铝。

14、进一步，吸液芯厚度为3-10mm。

15、一种电池热管理系统，包括电池、四通换向阀、空调压缩机、车外换热器、双向电子膨胀阀、气液分离器以及液冷板；

16、电池的至少一表面与液冷板的上壳体相抵接；

17、四通换向阀设有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；

18、第一接口连接于液冷板的上接头；

19、气液分离器两端分别连接于第二接口和空调压缩机一端，第四接口连接于空调压缩机另一端；

20、车外换热器两端分别连接于第三接口和双向电子膨胀阀一端；

21、双向电子膨胀阀另一端连接于液冷板下接头；

22、电池热管理系统具有制冷模式和制热模式，四通换向阀用于控制制冷模式和制热模式的转换。

23、一种电池热管理系统的控制方法，包括以下步骤，

24、电池需要冷却时，四通换向阀控制电池热管理系统为制冷模式，下部腔体的液体冷媒通过吸液芯传输到上部腔体中，液体冷媒吸收电池放出的热量后迅速汽化变为较高温低压冷媒蒸汽，然后通过液冷板的上接头从四通换向阀的第一接口流进、从第二接口流出并进入气液分离器过滤掉气体携带出的液体然后进入空调压缩机，较高温度低压冷媒蒸汽经过空调压缩机变为高温高压冷媒蒸汽后从四通换向阀的第四接口进入、从第三接口流出并经过车外换热器进行初次降温，再经过双向电子膨胀阀进行二次降温变为低温冷媒液体，回流到液冷板的下接头，准备下一次制冷循环；

25、当电池需要加热时，四通换向阀控制电池热管理系统为制热模式，经过空调压缩机压缩的高温高压冷媒蒸汽从四通换向阀的第四接口进入、从第一接口流出并从液冷板的上接头进入上部腔体，高温冷媒蒸汽接触低温电池迅速液化放出热量加热电池，放热后的高温冷媒蒸汽变为低温液体被吸液芯回吸到下部腔体中，并通过液冷板的下接头流进双向电子膨胀阀进行二次降温变为更低温液体冷媒，更低温液体冷媒经过车外换热器时由于低于环境温度从外界中吸收能量升温，然后从四通换向阀的第三接口进入、从第二接口流出并进入气液分离器过滤掉液体冷媒，之后进入空调压缩机准备下一次制热循环。

26、总的说来，本发明具有如下优点：

27、(1)可同时实现制冷、制热两种功能需求，满足电池系统在高寒地区以及寒冬时节车辆电池系统电量打折扣和高温运行电池系统容易出现热失控的问题。(2)与用乙醇加水等沸点较高的的工质自然对流散热相比，可利用低温冷媒液体的相变散热特性对与液冷板接触的电池系统进行快速降温，提高液冷板的散热效率。(3)该液冷板的新型结构在于设置吸液芯将液体冷媒从下部腔体运输到到上部腔体。因为液体冷媒极度容易汽化，这样可避免液体冷媒直接与热源电池系统散热面接触导致液体冷媒在液冷板的部分面积汽化而不能对整个散热面进行有效降温。同时，根据不同的散热需求改变液体冷媒的体积含量以及吸液芯的种类和厚度，达到了设计简单，生产方便，装配容易的效果。除此之外，中间隔热板可以把液体冷媒与气体冷媒分开，避免液气两相流体在同一个腔体中混合运行产生冲击、湍流的现象增加流动阻力。

技术特征：

1.一种液冷板，其特征在于：包括上壳板、下壳板、隔热板和吸液芯；

2.根据权利要求1所述的一种液冷板，其特征在于：隔热板开有与吸液芯形状相配合的孔槽。

3.根据权利要求1所述的一种液冷板，其特征在于：下壳板与隔热板分别制备或为一体成型。

4.根据权利要求1所述的一种液冷板，其特征在于：下部腔体设有与下接头连通的多个纵向流道，液体冷媒填充于纵向流道，吸液芯的下端伸入于纵向流道内。

5.根据权利要求4所述的一种液冷板，其特征在于：下部腔体设有放射状流道，放射状流道以下接头为起点呈放射状分布且与多个纵向流道一一对应连接。

6.根据权利要求1所述的一种液冷板，其特征在于：吸液芯为纤维结构或丝网结构。

7.根据权利要求1所述的一种液冷板，其特征在于：吸液芯材质包括铜或铝。

8.根据权利要求1所述的一种液冷板，其特征在于：吸液芯厚度为3-10mm。

9.一种电池热管理系统，其特征在于：包括电池、四通换向阀、空调压缩机、车外换热器、双向电子膨胀阀、气液分离器以及如权利要求1-8任一项所述的液冷板；

10.权利要求9所述的一种电池热管理系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

技术总结本发明涉及一种液冷板、一种电池热管理系统及其控制方法，液冷板包括上壳板、下壳板、隔热板和吸液芯；上壳板和下壳板之间通过隔热板分隔，上壳板和隔热板之间形成上部腔体，下壳板和隔热板之间形成下部腔体；上部腔体内填充有气体冷媒，上部腔体设有用于连接至空调压缩机的上接头；下部腔体内填充有液体冷媒，下部腔体设有用于连接至双向电子膨胀阀的下接头；吸液芯穿设于隔热板，其上端位于上部腔体内，下端位于下部腔体内且浸润于液体冷媒。本发明可同时实现制冷、制热两种功能需求，满足电池系统在高寒地区以及寒冬时节车辆电池系统电量打折扣和高温运行电池系统容易出现热失控的问题。技术研发人员：汤勇,张耿铭,张仕伟受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25