[发明专利]一种电动汽车动力电池的冷却与加热方法及装置

说明书

所属技术领域：

本发明属于电动汽车动力电池的热管理技术领域，具体为电动汽车动力电池在高温气候(气温大于40℃)条件和低温气候(气温小于0℃)条件下的冷却与加热技术。

技术背景：

电动汽车动力电池的工作温度需要维持在一定的范围之内(如锂电池一般为10℃-50℃)，温度太高会降低电池的使用寿命，而且可能产生爆炸等安全问题。温度太低则会降低电池的工作性能，低温还可能会破坏电池的电解质而导致电池的废弃^[1，2]。目前，电动汽车动力电池的热管理一般是通过抽取周围环境的空气对电池进行冷却。但是，当周围环境温度大于40℃时，电池的冷却则不能通过抽取周围环境空气的方法来实现对电池的冷却效果。另外，当周围环境温度小于0℃时则需要对电池进行加热。因此当电动汽车运行在高温气候(气温大于40℃)或低温气候(气温小于0℃)条件下时，动力电池需要采取新的冷却或加热方法。

在汽车空调开启的情况下，汽车空调舱位间的温度一般为18℃-24℃，在上述高温或低温气候条件下，可通过抽取空调舱位间的空气对电池进行冷却或加热，如本田的Insight和丰田的Prius混合电动汽车^[3]，但是这种方法有两个严重缺点，首先，如果抽取的空气经过电池组热交换后直接排放到环境中，则造成大量能量的浪费；如果抽取的空气经过电池组热交换后回流到空调舱位间，则大大降低了空调舱位间的空气质量。其次，该方法中空调舱位间和电池封装间之间由于采用了空气风道连通结构，这会大大增加空调舱位间乘客的安全风险(如火灾/爆炸等)。

发明内容：

本发明为一种电动汽车动力电池的冷却与加热方法及装置，特别是可以解决电动汽车动力电池在高温气候(环境温度火于40℃)条件下的冷却问题和低温气候条件(环境温度小于0℃)下的加热问题。本发明提出的方法及装置说明如下：

相变材料在固-液相变过程中会发生吸热或放热现象，且材料本身温度一般保持不变，体积变化很小，基于此原理并考虑到电动汽车空调舱位间的温度一般为18℃-24℃，通过选择合适的固-液相变温度的相变材料，将其封装于微米或纳米级胶囊中，封装胶囊的直径一般在10^-3μm-400μm之间，将封装了相变材料的微纳米胶囊与水或者其他类型液态溶剂混合制备成可以自由流动的浆料，在此称之为相变浆料。制造封装胶囊的材料不能是与相变浆料溶剂相溶或者发生化学反应的材料，且要求具有耐磨特性。在空调舱位间和电池封装间分别置一热交换器(液-气类型)，其中空调舱位间的热交换器可以以隐蔽方式安装，或者不安装在空调舱位间，但需要保证该热交换器空气侧空间与空调舱位间相连通。用管道将上述两热交换器及相应的控制阀门和循环泵连接构成中间热交换闭式循环系统，中间热交换闭式循环系统内充满相变浆料，这样启动循环泵便可以驱动相变浆料在汽车空调舱位间和动力电池封装间进行循环，相变浆料中的相变材料在热交换器内发生相变，相变过程中发生吸热或放热并与换热器空气侧空气进行热交换。在高温气候条件下(环境温度大于40℃)，这时电池需要进行冷却，可选择相变温度为28℃-32℃之间的相变材料来制备相变浆料，由于电池封装间温度大于相变材料的相变温度，相变材料在电池封装间的热交换器内由固态融化为液态并吸收热量，从而达到对电池的冷却效果，同时，由于空调舱位间温度(18℃-24℃)小于相变材料的相变温度，相变材料在空调舱位间的热交换器内由液态凝固为固态并将热量释放。在低温气候条件下(环境温度小于0℃)，需要对电池进行加热，可选择相变温度为8℃-12℃之间的相变材料来制备相变浆料，这时电池封装间温度低于相变材料的相变温度，相变材料在电池封装间的热交换器中由液态凝固为固态并释放热量，从而达到对电池进行加热的目的，同时，因为空调舱位间温度(18℃-24℃)大于相变材料的相变温度，所以相变浆料循环至空调舱位间的换热器时，相变材料吸收热量由固态融化为液态并继续循环。

为了保证相变浆料循环在高温或低温环境温度下对电池的冷却或加热效果/效率，电池封装间的外壳为保温结构。电池封装间外壳上安装有一个可开闭进风口和一个可开闭排风口，以确保当环境温度在0℃-40℃之间时，可以采用抽取周围空气对电池进行冷却。电池封装间电池冷却或加热的换热介质为空气，空气在经过电池封装间风道内热交换器的冷却或加热后，再由风机加压，之后经送风口送达电池表面。电池表面温度的控制可通过控制风机的流量实现，必要时可以通过控制中间热交换闭式循环系统相变浆料的循环流量。