[发明专利]一种耦合石墨烯与热泵的动力电池组加热及冷却装置

说明书

本发明公开了一种耦合石墨烯与热泵的动力电池组加热及冷却装置，其特征在于由空气热泵预热装置、电加热器预热装置和液冷装置耦合而成，其中，热管理装置由电池包(1)、电磁阀(3)、冷凝器(4)、压缩机(5)顺序连接。预热系统所采用的电加热器原材料为石墨烯，并由辅助电池组为加热器提供电量。电池包内布有温控探头，当温度为寒冷、低温与高温时，加热器预热系统、空气热泵预热装置和液冷装置分别对动力电池温度进行控制，保证动力电池工作在适宜温度，从而延长汽车电池组的使用寿命。

技术领域

本发明属于电动汽车电池热管理领域，特别涉及动力电池有效预热及热安全管理技术。

背景技术

电动汽车的动力核心是动力电池组，一般是锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池等。这些电池因为自身结构以及电解液的原因，在低温下非常影响电池的自身性能，其容量、寿命、放电能力等均会随着温度的降低而有明显下降，这对车辆动力性和续航里程等都会带来非常不利的影响。此外，在低温充电时，电池石墨电极上的锂离子的嵌入和镀锂反应是同时存在的且相互竞争。低温条件下锂离子在石墨中的扩散被抑制，电解液的导电率下降，从而导致嵌入速率降低而在石墨表面上会使镀锂反应更容易产生。同时，当电池处于较高温度时，过高的温度也会影响电池性能以及安全性。

目前的预热方法从大体上来说分为内部加热与外部加热。内部加热是通过电池自身的充放电发热对电池进行预热，这种方法会对电池自身容量，寿命造成损坏。外部加热则一般通过布置加热器或者热泵系统，但一般的加热器温升速率不高，无法做到在短时间内预热，而热泵系统用于先对流体加热，热流体再对电池加热，预热效率不高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本使用新型设计了一种加热器，热泵，液冷系统耦合的装置，以解决寒冷时预热效率低，低温时预热的能源利用率低，以及高温时的冷却问题，以提高动力电池组寿命，增加电动汽车续航能力。

为实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种动力电池组预热与冷却装置，由电池包本体、电加热器预热系统、液冷系统耦合而成。电池包本体由动力电池组、上壳体和下壳体组成。动力电池组底部与金属支撑板直接接触，放置在下壳体的动力区。电加热器预热系统由石墨烯元件阵列、继电器、控制器、温控探头及辅助电池组组成。石墨烯元件阵列通过导线与继电器连接，继电器与辅助电池组直接连接；同时温控探头连接到控制器，控制器与继电器直接连接。液冷系统由石墨烯元件阵列、金属支撑板、冷板、压缩机、冷凝器、膨胀阀和四通换向阀组成。石墨烯元件阵列插入在金属支撑板，金属支撑板下方是蒸发冷板两者直接接触，蒸发冷板出口的一根通道依次通过膨胀阀、冷凝器，从四通换向阀C 口进入，E口而出，最后回到了蒸发冷板。四通换向阀S口通过管道连到压缩机，最后回到四通换向阀D 口。

动力电池组采用单体块状电池竖直放置，块状电池之间均有间隙互不接触，等间距布置在金属支撑板上，形成动力电池组，除中间一列电池自成一个温度区间外，每相邻的两列电池组成一个温度区间，每个温控区间均有温控探头，温控探头与控制器相连。其有益效果是，可以将各个温度区间温度信息传输到控制器，有针对性的对各个电池进行温度控制，保证电池包的温度均匀性。

辅助电池组采用低温性能较好的镍氢电池，竖直且相互平行放置在下壳体辅助区的涂有硅胶的凹槽内形成辅助电池组，辅助电池组直接与继电器连接。其有益效果是，低温为加热器供电所产生的对电池的损伤由动力电池组转移到了辅助电池组，进一步保证了动力电池组的寿命。凹槽涂有硅胶起到防震减震的作用。

石墨烯元件阵列中每一个单体石墨烯元件，宽度等于三块块状电池的宽与其间隙之和，高度略高于单体块状电池，厚度达若干毫米；石墨烯元件竖置，等间距放置，单体块状电池与石墨烯元件交替间隔布置在金属支撑板上，每个石墨烯元件放置在单体块状电池之间。布置在动力电池组最后部位的石墨烯元件呈对称状，其余石墨烯元件的大小形状皆相同。石墨烯元件之间都留有一定空隙，石墨烯元件的电极布置在顶部。石墨烯元件分组连接，组内的石墨烯元件由铜片并联，导线连接到继电器。