专利名称：一种混合动力汽车用镍氢电池组包热阻的散热结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车电子应用技术领域，具体涉及一种混合动力汽车用电池组包热 阻的散热结构。
背景技术：
动力电池是混合动力汽车体系中的关键控制部件,其性能优劣将直接影响整车性能 好坏。动力镍氢电池以其比能量高、比功率高、循环寿命好对环境无污染、安全性高等 优点，成为HEV车用的首选电源，但镍氢电池充电过程中的产热问题是影响其正常应用 的主要因素之一。随着温度的升高，镍氢电池的放电容量降低，充电效率下降，自放电 加大，电池衰减加速。并且在高温下，电池组的温度不均匀性有所增大。对于大型镍氢 电池组(如电动车用)来说，仅依靠电池设计、配方调整等措施不能解决上述镍氢电 池充电过程中的产热问题，必须配备冷却系统，电池组的热监控和热管理对整车运行安 全意义重大。
选择合适的冷却方式是均衡化各电池模块的前提，冷却方式有风冷、液冷、相变材 料冷却等方式。空气冷却是最简单方式，只需让空气流过电池表面。空冷方式的主要优 点有(1)结构简单，重量相对较小；(2)没有发生漏液的可能；(3)有害气体产生时能有效 通风；(4)成本较低。缺点在于其与电池壁面之间换热系数低，冷却、加热速度慢。液体 冷却分为直接接触和非直接接触两种方式。矿物油可作为直接接触传热介质，水或者防 冻液可作为典型的非直接接触传热介质。液冷必须通过水套等换热设施才能对电池进行 冷却，这在一定程度上降低了换热效率。液冷方式的主要优点有(l)与电池壁面之间换 热系数高，冷却、加热速度快；(2)体积较小。主要缺点有:存在漏液的可能;重量相对较 大;维修和保养复杂;需要水套、换热器等部件，结构相对复杂。相变冷却机理是靠材料 的熔化(凝固)潜热来工作，利用制冷剂液体(水、液氨、液体氟利昂等)在低压、低 温下的气化过程或固体在低温下的熔化过程或升华过程，向被冷却的物体吸取气化潜 热、熔化热或升华热，以达到冷却的目的。它可以把放电时发出的热以潜热的形式储存 起来，在充电或在很冷的环境下工作时释放出来的。相变冷却材料冷却的优点是(l)与 电池壁面之间换热系数高，有效利用能量；(2)体积较小。主要缺点有:存在维修和保养复 杂;成本比较高。
并联式混合动力电动车的电池组作为辅助的功率部件，运行条件不是十分恶劣，采 用空冷方式就可能达到使用要求，本实用新型针对并联式混合动力汽车的圆柱形镍氢电 池组，采用空气冷却，并有效地克服了现有技术中空气冷却方式的上述缺点。
以空冷散热的风冷方式一般有串行和并行两种，如图1和图2所示。图1所示串行 通风方式下，冷空气从左侧吹入从右侧吹出。空气在流动过程中不断地被加热，所以右 侧的冷却效果比左侧要差，电池箱内电池组温度从左到右依次升高。
日本的混合动力车Prius和Insight采用串行通风方式。图2所示的并行通风方式， 如果流量分配均匀，电池的温度分配就会比较均匀。新的Insight采用的就是并行通风 结构，其楔形的进排气通道使得不同模块间缝隙上下的压力差基本保持一致，确保了吹 过不同电池模块的空气流量的一致性，从而保证了电池组温度场分布的一致性。
但是，在实际电池温度场实验中，并行通风结构的设计，需要把楔形的进排气通道 和引流流道设计好，才能达到很好的效果。对于所研究的圆柱形电池来讲，其楔形的进 排气通道和引流的流道很难保证电池组温度场分布的一致性。方法可以借鉴，但是还有 待改进。
发明内容
本实用新型的目的是为满足混合动力汽车开发的需要，公开了一种针对圆柱形混合 动力汽车用镍氢电池的散热结构，使电池组在使用过程中的温度场的均匀性能够达到土 2°C，提高电池性能的可靠性和一致性，从而提高整车的性能和循环寿命以及运行安全 性，以促进对混合动力汽车开发。
本实用新型提出的混合动力汽车用镍氢电池组包热阻的散热结构包括
包括有进风口l、支撑杆2、进风槽道3、电池模块及包覆的热阻4、出风槽道5、 出风口 6、风机7、电池支撑架8。所述蓄电池组4通过蓄电池支承架8以及支撑杆2 支撑，并固定在蓄电池箱的底板上，电池组外部的壳体通过螺栓连接。在电池箱的一端 设置进风口 1，另一端设置出风口 6，所述电池组4分上、下两层倾斜地布置在电池箱 中，两排电池组分别与电池箱的上、下内表面形成楔形的与进风口 l相连的进风槽道3 和与出风口 6相连的出风槽道5，所述进风槽道3在与进风口 1相连处通道内径最大， 随着进风槽道的延伸，通道内径逐渐减小；所述出风槽道5在与出风口6相连处通道内 径最大，出风槽道5沿着背向出风口6方向，通道内径逐渐减小；电池外部还包裹热阻， 用以减少电池与外界的换热，提高局部电池温度，通过设置热阻的厚度和电池之间的间 距来调节电池组温度场的均匀性；风机7安装在出风口6处，将冷却风抽入进风口，并
通过电池组两侧的进风槽道3垂直流经圆形电池间表面间隙，流向出风槽道5，最后经 出风口 6排出，对电池组起到冷却的作用。
本实用新型和已有的相关技术相比，本实用新型的优点一是设计了一个合理的电池 间距和一个合适的倾角，实现空气的垂直流动，同时上下两层电池间隔排列，下层电池 在上层电池的中心线上，上层电池在下层电池的中线上，使空气不过早流入电池上侧流 道，克服了现有镍氢电池散热结构所存在的温度场很不均匀问题(由于外部空间尺寸有
限导致冷却气体流程长，冷却近似于串联冷却，进出风口温差大)；二是在上述结构改 进的基础上，在电池表面增加热阻，使电池和空气减少换热，提高局部电池温度，从而 提高整个电池组温度均匀性。这是一种牺牲电池散热强度，以模块温度均匀性优先的方 法。该散热结构的设计不仅保证了圆形镍氢电池所有的电池组内单体电池温度场的均匀 性，以及整体电池组的的通风散热的均匀性，而且结构简单，操作方便，制造工艺简单、 成本较低。
可见，本实用新型针对混合动力汽车动力性和经济性的需要，按照整车厂的安装空 间的限制以及蓄电池供应商的结构改动限制，针对电池箱的内部结构提出一种更为合 理、优化的混合动力车用镍氢电池的散热结构的方案。
图1是现有混合动力汽车用镍氢电池组的串行通风方式的示意图2是现有混合动力汽车用镍氢电池组的并行通风方式的示意图3为本实用新型提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热结构图4为本实用新型提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热结构的截面图5为本实用新型为混合动力车用镍氢电池包热阻的厚度的图。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步详述。
图3所示为本实用新型提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热结构结构图，该散热 结构包括进风口l、支撑杆2、进风槽道3、电池模块及包覆的热阻4、出风槽道5、 出风口6、风机接口7、电池支撑架8。在电池箱的一端设置进风口 1，另一端设置出风 口6，电池组4分上、下两层倾斜地布置在电池箱中。
如图4所示，为本实用新型提出的混合动力汽车用镍氢电池组散热结构的截面图， 两排电池组分别与电池箱的上、下内表面形成楔形的与进风口 l相连的进风槽道3和与 出风口 6相连的出风槽道5，所述进风槽道3在与进风口 1相连处通道内径最大，随着 进风槽道的延伸，通道内径逐渐减小；所述出风槽道5在与出风口 6相连处，通道内径 最大，出风槽道5沿着背向出风口6方向，通道内径逐渐减小；电池组4外部还包裹热 阻，用以减少电池与外界的换热，提高局部电池温度，通过设置热阻的厚度和电池之间 的间距来调节电池组温度场的均匀性；电池组4通过电池支承架8以及支撑杆2支撑， 固定在电池箱内的蓄电池底板上；风机7安装在出风口6处，将冷却风抽入进风口，并 通过电池组两侧的进风槽道3垂直流经圆形电池间表面间隙，流向出风槽道5，最后经 出风口 6排出，对电池组起到冷却的作用。
如图5所示，方框内的数字为为包覆热阻的厚度，单位为mm。其中散热条件好的电 池模块包覆的厚度薄一点，换热条件差的电池包覆热阻的厚度厚点，具体施加情况如图 所示。热阻保温材料的热物性参数如下导热系数A =0.5W/(m.K),密度P =2320kg/m3， 比热容Cp二1138J/(kg.K)。
其中，选取的本实施例中，直流排气风扇型号为DC12V，压差为230Pa，额定电压^8A， 用于混合动力汽车用动力电池组出风口抽风散热；
本实施例通过对现有模型的研究和分析，冷却空气从进口开始冷却电池，再从出口 流出。空气冷却电池的过程中自身温度不断升高，而每个电池串连发热功率几乎相同， 这样就影响了布置在出口附近的电池的散热效果。因此无论怎么微调电池和挡板的位 置，都会出现进口电池温度低，而出口处电池温度高的情况。为了保证每个电池之间温 差小，考虑把空气从进口到出口的水平流动改变为从两排电池一侧到另一侧的垂直流 动。要实现空气的垂直流动，就要在电池上下两侧各自形成一个通道，使上下两侧形成 一定压差，电池排列稍紧密，使空气不过早流入电池排风流道。把电池流道分为上行流 道和下行流道，尽可能使空气通过下行流道垂直流向上行流道，再从出口流出，这样， 空气就能从电池一侧流向另一侧，避免了出口处空气温度过高而影响出口附近电池散热 效果的问题。为使空气均匀的从下行通道流向上行通道，找出了一个合理的电池间距 30mm和一个合适的倾角3.5度；使电池组内流阻分布合理，使流场分布均匀；从而达到 减小电池温差的目的。本实施例的电池表面的热阻是为了保证电池表面温度的均匀性， 在上述设计的内部结构的电池表面增加热阻，使电池和空气减少换热，提高局部电池温 度，从而使整个电池组温度均匀。热阻保温材料的热物性参数如下导热系数入=
0.5W/(m.K),密度P =2320kg/m3，比热容Cp= 1138J/(kg.K)。
本实施例的排气系统及排气导流结构系统出风口抽风，风扇接到启动信号后启动， 冷却风进入进风槽道3，通过流经电池组4以及电池组和电池组之间的间隙，将电池充 放电过程产生的热量带走，热风汇集到出风槽道5，排出电池组壳体。
散热结构还包括有电池组温度传感器，所述温度传感器安装在电池组上，用于采集 安装有电池组的蓄电池箱内部温度和环境温度，并将温度信号传输至电池组散热结构信 号处理单元，电池组散热结构信号处理单元根据箱体内部温度和环境温度的对比，来调 节风机的起或停。
权利要求1、一种混合动力汽车用镍氢电池组包热阻的散热结构，包括有进风口(1)、支撑杆(2)、进风槽道(3)、电池组(4)、出风槽道(5)、出风口(6)、风机(7)、电池支撑架(8)，所述电池组(4)通过电池支承架(8)以及支撑杆(2)支撑，固定在电池箱内的蓄电池底板上，其特征在于在电池箱的一端设置进风口(1)，另一端设置出风口(6)，所述电池组(4)分上、下两层倾斜地布置在电池箱中，两层电池组分别与电池箱的上、下内表面形成楔形的与进风口(1)相连的进风槽道(3)和楔形的与出风口(6)相连的出风槽道(5)，所述进风槽道(3)在与进风口(1)相连处的通道内径最大，随着进风槽道的延伸，通道内径逐渐减小；所述出风槽道(5)在与出风口(6)相连处的通道内径最大，出风槽道(5)沿着背向出风口(6)方向，通道内径逐渐减小；电池外部还包裹热阻，用以减少电池与外界的换热，提高局部电池温度，通过根据各电池的散热条件所包裹热阻的厚度和电池之间的间距来调节电池组温度场的均匀性；风机(7)安装在出风口(6)处，将冷却风抽入进风口，并通过电池组两侧的进风槽道(3)垂直流经圆形电池间表面间隙，流向出风槽道(5)，最后经出风口(6)排出，对电池组起到冷却的作用。
2、 根据权利要求1所述的混合动力汽车用镍氢电池组包热阻的散热结构，其特征在于 电池组(4)的上、下两层电池间隔安装，即上层电池位于相邻的下层两个电池之间的 中心线上，下层电池位于相邻的两个上层电池之间的中心线上。
3、 根据权利要求2所述的混合动力汽车用镍氢电池组包热阻的散热结构，其特征在于 所述散热结构还包括有电池组温度传感器，所述温度传感器安装在电池组上，用于采集 安装有电池组的电池箱内部温度和环境温度，并将温度信号传输至电池组散热结构信号 处理单元。
4、根据权利要求1或2所述的混合动力汽车用镍氢电池组包热阻的散热结构，其 特征在于上层电池组和下层电池组中心线间的间距为30ram，所述下层电池组与电池箱 的下表面之间的夹角为3.5度，同时上层电池组与电池箱的上表面之间的夹角也为3.5度；根据电池模块的实际散热条件设置所包裹热阻的厚度，其中散热条件好的电池模块 包覆的厚度薄于散热条件差的电池包覆热阻的厚度。
专利摘要本实用新型公开了一种混合动力车用镍氢电池组散热结构，一是设计一个合理的电池间距和一个合适的倾角，实现空气的垂直流动，同时上下两层电池间隔排列，下层电池在上层电池的中心线上，上层电池在下层电池的中线上，使空气不过早流入电池上侧流道；二是在上述结构改进的基础上，在电池表面增加热阻，热阻包裹在电池模块的外部，各个模块需要包裹的厚度根据其散热效果好坏来施加，温度低散热效果好的电池表面较厚，温度高散热效果差的电池表面较薄，使电池和空气减少换热，提高局部电池温度，从而提高整个电池组温度均匀性。这是一种牺牲电池散热强度，以模块温度均匀性优先的方法。
文档编号B60K11/06GK201210506SQ20082009860
公开日2009年3月18日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者勇 任, 周安健, 昕 张, 李隆键, 杨亚联, 胡明晖, 岭 苏, 赵川林 申请人:重庆长安汽车股份有限公司