[发明专利]基于压缩空气的动力电池的蓄能型热管理系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩空气的电动汽车动力电池的蓄能型热管理系统，主要包括动力电池散热及再循环系统、冷热气流调质系统、能量回收系统、气源储能系统四部分。动力电池散热及再循环系统包括动力电池、切断阀、文丘里管，实现电池单体合理散热、排气再循环；冷热气流调质系统包括蓄气罐、切断阀、冷却器、膨胀涡轮机、混合阀，形成低温加热、开放空气制冷、精确控温三种热管理模式，满足电池的控温需求；能量回收系统包括膨胀涡轮机、连接轴、发电机、超级电容器，实现超级电容器储能；气源储能系统包括电动机、空气压缩机、切断阀、蓄气罐，实现蓄气瓶储气蓄能。本发明不仅有效地解决动力电池散热问题；还可蓄能，解决能量管理的复合冲突。

技术领域

本发明涉及一种基于压缩空气的电动汽车动力电池的蓄能型热管理系统和方法。

背景技术

随着经济社会的发展，全球汽车保有量每年以3000万辆的速度递增。汽车保有量的快速增长，致使我国交通运输业汽油、柴油消费量分别占全社会消费总量的50.3％、56.5％，这不但造成国内能源短缺，而且尾气排放的有害物质，加剧了环境恶化。在此情况下，新能源汽车越来越受到政府和各汽车企业的重视。新能源汽车中的电动汽车以电能取代石油等化石燃料作为动力，具有高效、节能、低噪音、零排放等特点，已经成为各国汽车工业发展的重中之重。

动力电池作为电动汽车能量源的关键部件，工作时要求电池单元的最高温度＜55℃，各电池单元体之间的温差≤5℃，每个单体内部温差在5～10℃。而当电动汽车在运行时，其动力电池会产生大量热量，不及时排出，将产生不均匀热量聚集。由于动力电池单体摆放密集，造成中间区域电池的热量聚集较多，边缘区域散热快、热量聚集较少，电池各单体温度分布不均；长时间积累会影响电池的寿命和性能；严重时可能造成电池热失控，甚至出现爆炸、火灾的危险。因此电动汽车动力电池的均匀散热问题是亟待解决的核心技术难题。

电池组的主动式散热系统主要有空冷、液冷、相变材料冷却三种。空冷换热系数低，冷却能力不足；液冷换热系数大,冷却能力强，但是密封性要求高；相变材料冷却换热系数小，非稳态热流的调制能力强，可以控制温度的变化幅度，但设计难度大。而空冷散热是目前最常见的电动汽车电池热管理系统。普通的空气散热系统效果欠佳，已无法将电池组温度控制在适宜的温度范围内和/或无法保证电池单体间的温度均匀性。因此需要寻求冷却效果优良的电池组热管理系统，来保证动力电池始终处于理想的工作温度范围，保证每一个电池单体在温度上的一致性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种基于压缩空气的电动汽车动力电池的蓄能型热管理系统，其特征在于包括：

动力电池散热及再循环系统，

冷热气流调质系统，

能量回收系统，

气源储能系统，

其中：

所述的动力电池散热及再循环系统包括动力电池散热系统和再循环系统；其中：

所述的动力电池散热系统包括与混合阀连接的动力电池，用于实现对动力电池的热管理，保证电池始终工作在理想的温度范围；

所述的再循环系统包括在动力电池的进气管路上加装的文丘里管，其中通过第一切断阀将文丘里管的引射口与动力电池的出风口相连接，实现排气循环再利用，

所述的冷热气流调质系统包括热气流传递系统和冷气流传递系统；其中

所述的热气流传递系统用于为动力电池的热管理系统提供高温压缩空气，并包括两条路径：

一条路径包括连接的蓄气罐、第二切断阀、混合阀；

另一条路径包括连接的空气压缩机、第三切断阀，混合阀，其中当蓄气罐中的空气量不足时，通过控制第三切断阀使空气压缩机直接给管路供给高温压缩空气；