电池换热装置、动力电池组件和动力汽车的制作方法

文档序号：17425793发布日期：2019-04-17 02:50阅读：163来源：国知局

本发明涉及电池换热领域，具体涉及一种电池换热装置、动力电池组件和动力汽车。

背景技术：

目前，随着新能源行业的快速发展，电池应用领域更加广泛，例如在汽车中使用，通过使用动力电池系统为动力汽车提供电能，使得电能成为动力汽车的动力来源，减少不可再生资源的使用。

动力电池的性能好坏常常受环境因素的影响，其中温度是重要的影响因素之一。当以电能为动力来源的动力汽车在不同的行驶工况下时，无论电池是在充电还是以不同的放电倍率进行放电，都会产生大量热量，当热量过高时，会造成电池温度超过正常使用温度范围，从而影响电池性能，降低电池循环寿命；另一方面，在我国北方及国外低温环境下，电池也将出现低温的情况，过低的温度同样将导致电池容量、寿命和电池能量的降低，影响电池的正常使用。

目前普遍采用的解决方式为低温环境下对电池采用铝型材加热片进行加热，而高温时则采用风冷或液冷的方式进行电池的冷却。对于铝型材加热及铝制液冷板冷却，目前常常因加热片或液冷板温度分布不均而造成电池模组温度分布不一致的问题，从而影响整个电池系统的使用性能及电池使用寿命。因此，采用一种合理的加热、冷却结构以提高电池系统的均温性能是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的用于电池换热的导热板因加热片或液冷板温度分布不均而造成电池模组温度分布不一致的缺陷，提供一种电池换热装置、动力电池组件和动力汽车，该电池换热装置通过在导热板表面设置一层导热涂层，使所述导热板在加热、冷却过程中热量可快速的均匀传导至导热涂层表面，从而提高了电池换热效率，同时也极大的改善了电池系统中电芯的温度一致性，从而延长电池使用寿命。所述电池换热装置与电池装配成的动力电池组件特别适合作为纯电动汽车或者油电混合动力汽车上的动力电池组件，以满足动力汽车在不同的行驶工况和环境下，电池所需的不同换热条件。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种电池换热装置，该电池换热装置包括由下到上依次排布的导热板、导热涂层和绝缘层，其中，形成所述导热涂层的材料的导热系数为800w/(m·k)以上，优选为3000-5780w/(m·k)。

本发明第二方面提供一种动力电池组件，所述动力电池组件包括电池和前述电池换热装置，所述电池换热装置中的绝缘层与电池贴合。

本发明第三方面提供一种动力汽车，所述动力汽车装配有前述动力电池组件。

本发明通过在导热板上形成一层热导率大大高于所述导热板材料的导热涂层，使所述导热板的热量得以在所述导热涂层上迅速均匀传导并扩散至整个导热涂层表面，提高了所述导热板的换热效率，当所述电池换热装置与电池配成动力电池组件时，可以有效减小与所述电池换热装置中的绝缘层贴合的电池的一个表面，或电池中各电池之间的温差，极大地改善电池系统中电芯的温度一致性，从而延长电池使用寿命。所述电池换热装置与电池装配成的动力电池组件特别适合作为纯电动汽车或者油电混合动力汽车上的动力电池组件，以满足动力汽车在不同的行驶工况和环境下，电池所需的不同换热条件。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1提供的电池换热装置的组装示意图；

图2是实施例1提供的电池换热装置的结构示意图。

附图标记说明

1、导热板2、导热涂层3、绝缘层

4、换热介质流道5、温控单元

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指相对于本发明中的电池换热装置的结构示意图的方位。“内、外”是相对于电池换热装置的实际结构而限定。

本发明第一方面提供一种电池换热装置，该电池换热装置包括由下到上依次排布的导热板1、导热涂层2和绝缘层3，其中，形成所述导热涂层2的材料的导热系数为800w/(m·k)以上，优选为3000-5780w/(m·k)。

根据本发明，通常，所述导热板1为兼具加工性好和质量轻等优点的铝制材料，但是通常铝合金的导热系数为150-200w/(m·k)，即使纯铝的导热系数也仅有273w/(m·k)，并非最理想的热导体，当使用所述导热板1进行加热或冷却时，容易造成所述导热板1表面温度分布不均，影响其加热或冷却效率，以及所述导热板1表面的温度一致性。当在所述导热板1表面设置一层导热率较高的导热涂层2时，有利于将来自所述导热板1的热量迅速传递至所述导热涂层2上，并均匀扩散至整个导热涂层2表面，将具有本发明所述结构的电池换热装置用于对电池换热时，可以使所述电池换热装置与待换热电池接触的一面保持整个平面温度一致，从而能够有效减少各电池之间的温差，快速满足电池在不同放电倍率工作时所需换热条件，进而延长电池使用寿命。

根据本发明，为了使来自所述导热板1的热量迅速传递至所述导热涂层2上，并均匀扩散至整个导热涂层2表面，形成所述导热涂层2的材料的导热系数应该大于所述导热板1的形成材料的导热系数，例如，形成所述导热涂层2的材料的导热系数可以为800w/(m·k)以上，优选为3000-5780w/(m·k)。当形成所述导热涂层2的材料的导热系数低于800w/(m·k)时，对所述导热板1的热量扩散速度影响不大，当形成所述导热涂层2的材料的导热系数大于5780w/(m·k)时，会增大所述导热涂层2的制备工艺难度，不利于大规模批量化生产。

根据本发明，形成所述导热涂层2的材料没有特别的限制，只要其导热系数远高于所述导热板1的形成材料的导热系数即可，例如形成所述导热涂层2的材料可以为石墨烯、碳纳米管、金属纳米材料和复合材料中的至少一种。

优选情况下，形成所述导热涂层2的材料为石墨烯。石墨烯的导热系数可达3000-5780w/(m·k)，远大于铝的导热系数，特别适用于作为导热材料或导热界面材料，当形成所述导热涂层2的材料为石墨烯时，可以显著提升由所述导热板1向所述导热涂层2的热量传递速度，以及热量在整个导热涂层2表面的扩散速度，极大改善整个电池换热装置用于换热时的换热界面的温度一致性。

根据本发明，形成所述导热涂层2的材料的形成方式没有特别地限定，只要可以保持所述导热涂层2在所述导热板1表面的形成厚度均匀一致，表面平整无裂纹即可，例如，形成所述导热涂层2的材料的形成方式可以为喷涂、涂布、化学气相沉积和物理气相沉积中的至少一种。

根据本发明，所述绝缘层3为与待换热电池接触贴合的一面，所述绝缘层3的设置可以防止待换热电池中的电荷溢出，并保护所述电池换热装置，从而有效避免漏电、触电或短路等情况的出现，同时还可以对电池与电池换热装置之间传递的热量进行缓冲，实现所述电池换热装置与待换热电池进行非直接接触热交换。所述绝缘层3的形成材料可以为现有技术的常规选择，只要可以对电池起到绝缘的效果即可，例如，所述绝缘层3可以由聚乙烯薄膜(pe薄膜)或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(pet薄膜)形成。优选地，所述绝缘层3由pet薄膜形成。所述绝缘层3的形成方法没有特别地限定，例如可以为贴合法、压合法和包边法中的至少一种。

根据本发明，所述导热板1、导热涂层2和绝缘层3的厚度可以根据实际使用时所需换热条件进行选择，其中，所述绝缘层3对所述电池换热装置的换热效率影响不大，但是为了有利于所述电池换热装置的热量传递，所述绝缘层3的薄厚要适中，所述电池换热装置的换热效率主要由所述导热板1和所述导热涂层2的厚度决定。优选情况下，所述导热板1、导热涂层2和绝缘层3的厚度比为3-10：0.1-1：0.05-0.08。如果所述导热板1和所述导热涂层2的厚度比过小，则会影响来自所述导热板1产生的热量在所述导热涂层2表面的扩散速度；如果所述导热板1和所述导热涂层2的厚度比过大，则难以保障所述导热涂层2表面的温度一致性。如果所述绝缘层3过薄，则会限制所述绝缘层3的保护能力，如果所述绝缘层3过厚，则会阻碍来自所述导热板1和导热涂层2的热量传递，降低所述电池换热装置的换热效率。

具体地，所述导热板1的厚度可以为3-10mm，优选为5-10mm；所述导热涂层2的厚度可以为0.1-1mm；所述绝缘层3的厚度可以为50-80μm。

根据本发明，所述导热板1可以利用换热介质的热量来进行加热或制冷，优选地，所述导热板1中设置有一个或多个换热介质流道4，每个换热介质流道4各自具有用于输入换热介质的入口和用于输出换热介质的出口。当所述导热板1进行加热或制冷时，高温或低温换热介质切换在所述换热介质流道4内循环，使得所述导热板1实现加热或制冷的效果。

根据本发明，为了增大所述导热板1的换热表面积，每个所述换热介质流道4的形状优选为蛇形管、口琴管、挤压管和螺旋槽中的至少一种。

根据本发明，为了不影响所述换热板1表面的平整度，所述换热介质流道4的设置方式可以采用开槽或埋管等方式。

根据本发明，为了更好地调控所述导热板1的温度，所述导热板1中还优选设置有温控单元5，所述温控单元5位于导热板1的中央或一端，使所述换热介质流道4位于所述温控单元5的一侧或两侧。

根据本发明，为了保障所述导热板1的温度可以严格控制在设定温度范围内，所述温控单元5优选包括加热元件、温度传感器和控制器，所述加热元件用于对所述导热板1进行加热，所述控制器用于接收来自温度传感器的温度信号，并根据该温度信号控制所述加热元件是否启动加热模式以及所述换热介质流道4内的换热介质的流动状态。

根据本发明，为了使所述加热元件可以根据实际使用需要加工成各种不同形状和规格，所述温控单元5中的加热元件优选为正温度系数热敏电阻(ptc热敏电阻)。

根据本发明，当所述电池换热装置投入工作时，首先对所述控制器预设一个电池最佳工作温度范围，例如25-45℃，所述温控单元5中的温度传感器检测电池温度，并将温度信号并反馈给所述控制器，控制器根据该温度信号判断其是否满足预设的电池最佳工作温度范围，如果温度高于或低于该预设温度范围，控制器相应生成降温或升温指示信号，并发送给所述加热元件，当所述加热元件接收到升温指示信号时，加热元件启动加热，并开启循环泵，使换热介质在所述循环泵作用下在所述换热流道4内进行流动，并通过加热元件进行加热；当所述加热元件接收到降温指示信号时，开启循环泵，使换热介质在所述循环泵作用下在所述换热流道4内进行流动，其中，所述换热介质入口温度为10-25℃，冷却过程中换热介质通过外部制冷循环系统循环冷却，加热过程中换热介质通过加热元件进行加热。从而实现所述温控单元5和换热介质协同作用使所述导热板1产生加热或制冷的功能。

本发明第二方面提供一种动力电池组件，所述动力电池组件包括电池和前述的电池换热装置，所述电池换热装置中的绝缘层3与电池贴合，其中，所述电池可以为一个或多个。所述电池换热装置中的绝缘层3位于所述电池的底部，并且可以与电池的面积较小的侧壁和/或底板贴合，由于所述电池换热装置具有前述结构，使得所述电池换热装置作为换热表面的绝缘层3表面温度均匀一致，从而有效减小电池内部的电芯在同一剖面中不同位置处的温差，将电池的工作温度保持在最优的工作温度范围之内，从而有利于提高电池的性能，延长其使用寿命并降低使用成本。

当所述电池为多个时，各电池以并联的形式组装在一起，并且各电池的面积较小的侧壁和/或底板与所述电池换热装置中的绝缘层3的上表面贴合，由于所述电池换热装置具有前述结构，使得所述电池换热装置作为换热表面的绝缘层3表面温度均匀一致，从而使由所述电池换热装置传递至各电池的热量相同，有效减小各电池内部的电芯在同一水平高度的温差，使各电池的工作温度保持一致，并控制在最优的工作温度范围之内，从而有利于提高电池的性能，延长其使用寿命并降低使用成本。

本发明第三发明提供一种动力汽车，所述动力汽车装配有前述的动力电池组件。由于所述动力电池组件采用具有本发明所述结构的电池换热装置，不但有利于提高电池的性能，延长其使用寿命并降低使用成本，还能进一步提高行车安全性。

根据本发明，所述动力汽车可以为纯电动汽车或者油电混合动力汽车。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下各实施例和对比例中，所述铝合金为标准号为《gb/t5237.1-2000》规定的铝型材标准中的6063铝合金。

实施例1