CN104868194A - 一种电池冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池冷却系统及冷却方法，其系统包括电池箱体及填充CO₂气体的气瓶，电池箱体具有箱体进风口和箱体出风口，气瓶的出气口和箱体进风口通过第一管道连接，箱体出风口连接第二管道，第一管道上设置第一控制阀和减压阀，第二管道上设置第二控制阀，电池箱体内设置检测电池温度的第一检测控制装置，第一控制阀、减压阀及第二控制阀均与第一检测控制装置电连接。本发明通过减压后的CO₂气体膨胀吸热对电池箱体内的电池进行降温，减压后的CO₂气体温度较电池的温度相差40度，故可大大提高电池与气体的热交换速率，又因为在CO₂气体进入电池箱体之前不需制冷，降低了能耗；另外，CO₂气体具有灭火功能，可保护电池。

Description

一种电池冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及电动公交车领域，尤其涉及一种电池冷却系统及冷却方法。

背景技术

随着能源和环境问题在全球范围内成为关注焦点，由驱动电机和动力电池代替传统的内燃机，以动力电池作为动力源的电动公交车，因其环保节能的优点，成为今后公交车工业的重要发展方向之一。

通常电动公交车的动力电池冷却是利用车厢内温度较低的空气送入电池箱内，空气流经电池表面带走由电池产生的热量，最后通过电池箱出风口流至外界大气中，达到电池组散热的目的。但是利用车厢内空气对电池组冷却存在以下几个不足点：

1、为了保证电池的散热效果，冷却用的空气流量大，车厢内的冷空气在很短周期内会被抽空，这时会从外界补充温度较高的空气送入至电池箱内，但是这些温度高的空气很难使电池箱内的温度达到预期的冷却效果，即使通过空调全时全负荷制冷向电池箱提供冷空气，也很难满足要求，况且通过空调制冷空气还会消耗很多的能量；

2、电池箱内部无法与大气隔绝，空气中的水分、灰尘会进入电池箱内，长期使用会导致散热效果变差、电池主回路与外壳之间的绝缘性能变差及电池内部电器连接易受腐蚀而导致可靠性不好等现象发生；

3、一旦发生电池燃烧意外，由车厢内送来的富氧空气会加剧燃烧，同时有毒气体倒排进入车厢内空调系统，直接危及乘客安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池冷却系统及冷却方法，来解决以上技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种电池冷却系统，包括电池箱体及填充CO₂气体的气瓶，所述电池箱体具有箱体进风口和箱体出风口，所述气瓶的出气口和所述箱体进风口通过第一管道连接，所述箱体出风口连接第二管道的进风口，所述第一管道上沿CO₂气体的流动方向依次设置有控制其管内通道开闭的第一控制阀和用于减压的减压阀，所述第二管道上设置有控制其管内通道开闭的第二控制阀，所述电池箱体内设置有通过检测所述电池箱体内电池的温度控制所述第一控制阀和所述第二控制阀选择性打开的第一检测控制装置，所述第一控制阀、所述减压阀及所述第二控制阀均与所述第一检测控制装置电连接。

作为一种优选的技术方案，所述第一检测控制装置为BMS系统。

BMS系统，又名电池管理系统，其主要是为了提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS系统在电池充电过程中，可实时采集电动公交车中的电池箱体内的电池的温度。

作为一种优选的技术方案，所述第二管道的出风口连接CO₂气体回收装置。

通过设置CO₂气体回收装置，一方面使得CO₂气体可被回收利用；另一方面减少了CO₂气体排放到外界大气中，可降低温室效应。

作为一种优选的技术方案，所述CO₂回收装置包括回收箱，所述回收箱内设置有可对CO₂气体进行冷却的冷却装置。

通过在回收箱内设置冷却装置，可使得回收的CO₂气体快速的恢复至原有温度。

作为一种优选的技术方案，所述回收箱的出气口通过第三管道与所述气瓶的进气口连通，所述第三管道上设置有用于控制其管内通道开闭的第三控制阀。

通过第三管道连通回收箱的出气口和气瓶的进气口，使得回收箱内CO₂气体又能重新返回至气瓶内，并被重新利用，进而使得气瓶内总是有充足的CO₂气体无需再通过其他方式制造CO₂气体以充入气瓶中，降低了CO₂气体制造成本费。

作为一种优选的技术方案，所述回收箱内还设置有检测所述回收箱内温度的第二检测控制装置，所述第二检测控制装置与所述第三控制阀电连接。

通过设置第二检测控制装置，且使第二检测控制装置与第三控制阀电连接，使得回收箱内的温度一低于回收箱内部温度设定值，第二检测控制装置便会控制第三控制阀打开，以使回收箱内冷却好的CO₂气体进入至气瓶中，实现了回收箱内的CO₂气体自动充入至气瓶中，无需人工操作，非常省时省力。

作为一种优选的技术方案，所述冷却装置为水冷凝管装置或风冷凝管装置。

另一方面，本发明提供一种电池冷却方法，其通过CO₂气体膨胀吸热的冷却方式对动力电池进行冷却，具体包括如下步骤：

S1、当第一检测控制装置检测到电池箱体内的电池的温度＞电池温度设定值时，第一检测控制装置控制第一管道上的第一控制阀和减压阀同时打开，气瓶内的CO₂气体经过减压阀减压后进入至电池箱体内，并与电池箱体内的电池进行热交换；

S2、预先设定第一控制阀的打开时长，当第一控制阀的打开时长＝第一控制阀的设定打开时长，第一检测控制装置控制第一控制阀关闭，以使充入电池箱体内的CO₂气体与电池进行充分的热交换；

S3、第一检测控制装置控制CO₂气体和电池箱体内电池的热交换时间，当电池箱体内电池温度与CO₂气体温度差≤预设温度差值时，第一检测控制装置控制第二管道上的第二控制阀打开，使电池箱体内经过热交换的CO₂气体通过第二管道排出；

S4、预先设定第二控制阀打开时长，当第二控制阀打开时长＝第二控制阀的设定打开时长时，第一检测控制装置控制第二控制阀关闭。

作为一种优选的技术方案，在步骤S3中，电池箱体内排出的CO₂气体被回收至其内设置有冷却装置的回收箱内。

作为一种优选的技术方案，所述步骤S4之后，还包括：

S5、启动回收箱内的冷却装置，使其与回收箱内的CO₂气体进行热交换，当第二检测控制装置检测到回收箱内的温度≤回收箱内部温度设定值时，第二检测控制装置控制第三控制阀打开，冷却后的CO₂气体通过第三管道进入至气瓶中；

S6、预先设定第三控制阀的打开时间，当第三控制阀的打开时长＝第三控制阀的设定打开时长时，第二检测控制装置控制第三控制阀关闭。

对比现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过设置减压阀，使得CO₂气体进入电池箱体内之前便被减压，减压的CO₂气体进入电池箱体后膨胀吸热，并与电池箱体内的电池进行热交换，以使电池的温度降低，由于减压后的CO₂气体与环境温差大，较电池箱体内的电池的温度相差将近40度，故可大大提高电池与气体的热交换速度，进而提高电池的散热效率，而且其还使得气瓶内的气体在进入电池箱体内之前无需制冷，降低了能耗；通过在电池箱体内设置第一检测控制装置，且将第一控制阀、减压阀和第二控制阀均与第一检测控制装置电连接，使得电池箱体内的电池的温度只要一大于电池温度设定值，第一检测控制装置便可控制第一控制阀和减压阀打开，以使CO₂气体经减压进入到电池箱体内膨胀吸热，并先后控制第一控制阀的打开时间和关闭时间，以使电池箱体内进入一定量的CO₂气体，并使这些CO₂气体在电池箱体停留足够长的时间与电池进行充分的热交换，当电池与CO₂气体进行过充分的热交换后，第一检测控制装置又控制第二控制阀打开，以使经过热交换的CO₂气体排至电池箱体外，这不仅达到了精确控制热交换，还使得热交换充分，保证了电池箱体内电池温度一致性；另外，本发明还使得电池内部有CO₂气体对其进行保护，如果发生电池内部爆炸或燃烧时，第一检测控制装置会控制第一控制阀门加大气流量，以使更多的CO₂气体进入到电池箱体内对电池加大散热量，而且CO₂气体对电池的燃烧还会起到一定的灭火作用；再另外，本发明的电池冷却系统与车厢无任何连接，电池发生爆炸或燃烧产生的有毒气体无法进入到车厢内部，不会危及乘客安全。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明第一实施例所述的一种电池冷却系统的结构示意图。

图2是本发明第二实施例所述的一种电池冷却系统的结构示意图。

1、气瓶；2、电池箱体；21、第一检测控制装置；3、第一管道；4、第一控制阀；5、减压阀；6、第二管道；7、第二控制阀；8、回收箱；81、第二检测控制装置；9、第三管道；10、第三控制阀。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：

如图1所示，本实施例公开的一种电池冷却系统包括电池箱体2及填充CO₂气体的气瓶1，电池箱体2具有箱体进风口和箱体出风口，气瓶1的出气口和箱体进风口通过第一管道3连接，箱体出风口连接第二管道6的进风口，第一管道3上沿CO₂气体的流动方向依次设置有控制其管内通道开闭的第一控制阀4和用于减压的减压阀5，第二管道6上设置有控制其管内通道开闭的第二控制阀7，电池箱体2内设置有通过检测电池箱体2内电池的温度控制第一控制阀4和第二控制阀7选择性打开的第一检测控制装置21，第一控制阀4、减压阀5及第二控制阀7均与第一检测控制装置21电连接。

在本实施例中，第一检测控制装置21为BMS系统。BMS系统，又名电池管理系统，其主要是为了提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS系统在电池充电过程中，可实时采集电动公交车中的电池箱体2内的电池的温度。

上述的电池冷却系统是通过降压的CO₂气体膨胀吸热的方式对动力电池进行冷却，具体包括如下步骤：

S1、当第一检测控制装置21检测到电池箱体2内的电池的温度＞电池温度设定值时，第一检测控制装置21控制第一管道3上的第一控制阀4和减压阀5同时打开，气瓶1内的CO₂气体经过减压阀5减压后进入至电池箱体2内，并与电池箱体2内的电池进行热交换；

S2、预先设定第一控制阀4和减压阀5的打开时长，当第一控制阀4和减压阀5的打开时长＝第一控制阀4和减压阀5的设定打开时长，第一检测控制装置21控制第一控制阀4和减压阀5同时关闭，以使充入电池箱体2内的CO₂气体与电池进行充分的热交换；

S3、第一检测控制装置21控制CO₂气体和电池箱体2内电池的热交换时间，当电池箱体2内电池温度与CO₂气体温度差≤预设温度差值时，第一检测控制装置21控制第二管道6上的第二控制阀7打开，使电池箱体2内经过热交换的CO₂气体通过第二管道6排出；

S4、预先设定第二控制阀7打开时长，当第二控制阀7打开时长＝第二控制阀7的设定打开时长时，第一检测控制装置21控制第二控制阀7关闭。

本发明通过设置减压阀5，使得CO₂气体进入电池箱体2内之前便被减压，减压的CO₂气体进入电池箱体2后膨胀吸热，并与电池箱体2内的电池进行热交换，以使电池的温度降低，由于减压后的CO₂气体与环境温差大，较电池箱体2内的电池的温度相差将近40度，故可大大提高电池与气体的热交换速度，进而提高电池的散热效率，而且其还使得气瓶1内的气体在进入电池箱体2内之前无需制冷，降低了能耗；通过在电池箱体2内设置第一检测控制装置21，且将第一控制阀4、减压阀5和第二控制阀7均与第一检测控制装置21电连接，使得电池箱体2内的电池的温度只要一大于电池温度设定值，第一检测控制装置21便可控制第一控制阀4和减压阀5打开，以使CO₂气体经减压进入到电池箱体2内膨胀吸热，并先后控制第一控制阀4的打开时间和关闭时间，以使电池箱体2内进入一定量的CO₂气体，并使这些CO₂气体在电池箱体2停留足够长的时间与电池进行充分的热交换，当电池与CO₂气体进行过充分的热交换后，第一检测控制装置21又控制第二控制阀7打开，以使经过热交换的CO₂气体排至电池箱体2外，这不仅达到了精确控制热交换，还使得热交换充分，保证了电池箱体2内电池温度一致性；另外，本发明还使得电池内部有CO₂气体对其进行保护，如果发生电池内部爆炸或燃烧时，第一检测控制装置21会控制第一控制阀4门加大气流量，以使更多的CO₂气体进入到电池箱体2内对电池加大散热量，而且CO₂气体对电池的燃烧还会起到一定的灭火作用；再另外，本发明的电池冷却系统与车厢无任何连接，电池发生爆炸或燃烧产生的有毒气体无法进入到车厢内部，不会危及乘客安全。

实施例二：

如图2所示，本实施例公开的一种电池冷却系统包括电池箱体2及填充CO₂气体的气瓶1，电池箱体2具有箱体进风口和箱体出风口，气瓶1的出气口和箱体进风口通过第一管道3连接，箱体出风口连接第二管道6的进风口，第一管道3上沿CO₂气体的流动方向依次设置有控制其管内通道开闭的第一控制阀4和用于减压的减压阀5，第二管道6上设置有控制其管内通道开闭的第二控制阀7，电池箱体2内设置有通过检测电池箱体2内电池的温度控制第一控制阀4和第二控制阀7选择性打开的第一检测控制装置21，第一控制阀4、减压阀5及第二控制阀7均与第一检测控制装置21电连接。

在本实施例中，第一检测控制装置21为BMS系统。BMS系统，又名电池管理系统，其主要是为了提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS系统在电池充电过程中，可实时采集电动公交车中的电池箱体2内的电池的温度。

第二管道6的出风口连接CO₂气体回收装置。通过设置CO₂气体回收装置，一方面使得CO₂气体可被回收利用；另一方面减少了CO₂气体排放到外界大气中，可降低温室效应。

CO₂回收装置包括回收箱8，回收箱8内设置有可对CO₂气体进行冷却的冷却装置。通过在回收箱8内设置冷却装置，可使得回收的CO₂气体快速的恢复至原有温度。

优选的，冷却装置为水冷凝管装置或风冷凝管装置。

回收箱8的出气口通过第三管道9与气瓶1的进气口连通，第三管道9上设置有用于控制其管内通道开闭的第三控制阀10。

通过第三管道9连通回收箱8的出气口和气瓶1的进气口，使得回收箱8内CO₂气体又能重新返回至气瓶1内，并被重新利用，进而使得气瓶1内总是有充足的CO₂气体对电池箱体2内的电池进行散热，无需再通过其他方式制造CO₂气体以充入气瓶1中，降低了CO₂气体制造成本费。

回收箱8内还设置有检测回收箱8内温度的第二检测控制装置81，第二检测控制装置81与第三控制阀10电连接；

通过设置第二检测控制装置81，且使第二检测控制装置81与第三控制阀10电连接，使得回收箱8内的温度一等于或低于设定值，第二检测控制装置81便会控制第三控制阀10打开，以使回收箱8内冷却好的CO₂气体进入至气瓶1中，实现了回收箱8内的CO₂气体自动充入至气瓶1中，无需人工操作，非常省时省力。

上述的电池冷却系统是通过降压的CO₂气体膨胀吸热的方式对动力电池进行冷却，具体包括如下步骤：

S1、当第一检测控制装置21检测到电池箱体2内的电池的温度＞电池温度设定值时，第一检测控制装置21控制第一管道3上的第一控制阀4和减压阀5同时打开，气瓶1内的CO₂气体经过减压阀5减压后进入至电池箱体2内，并与电池箱体2内的电池进行热交换；

S2、预先设定第一控制阀4和减压阀5的打开时长，当第一控制阀4和减压阀5的打开时长＝第一控制阀4和减压阀5的设定打开时长，第一检测控制装置21控制第一控制阀4和减压阀5同时关闭，以使充入电池箱体2内的CO₂气体与电池进行充分的热交换；

S3、第一检测控制装置21控制CO₂气体和电池箱体2内电池的热交换时间，当电池箱体2内电池温度与CO₂气体温度差≤预设温度差值时，第一检测控制装置21控制第二管道6上的第二控制阀7打开，使电池箱体2内经过热交换的CO₂气体通过第二管道6送入至设置有冷却装置的回收箱8内；

S4、预先设定第二控制阀7打开时长，当第二控制阀7打开时长＝第二控制阀7的设定打开时长时，第一检测控制装置21控制第二控制阀7关闭。

S5、启动回收箱8内的冷却装置，使其与回收箱8内的CO₂气体进行热交换，当第二检测控制装置81检测到回收箱8内的温度≤回收箱8内部温度设定值时，第二检测控制装置81控制第三控制阀10打开，冷却后的CO₂气体通过第三管道9进入至气瓶1中；

S6、预先设定第三控制阀10的打开时间，当第三控制阀10的打开时长＝第三控制阀10的设定打开时长时，第二检测控制装置81控制第三控制阀10关闭。

优选的，在本实施例中，第二检测控制装置81可至少由一温度传感器和一控制装置组成，控制装置可实时接受温度传感器发送来的回收箱8内的温度信息，并根据回收箱8内的温度信息控制第三控制阀10的打开与关闭。

本发明通过设置减压阀5，使得CO₂气体进入电池箱体2内之前便被减压，减压的CO₂气体进入电池箱体2后膨胀吸热，并与电池箱体2内的电池进行热交换，以使电池的温度降低，由于减压后的CO₂气体与环境温差大，较电池箱体2的电池的温度相差将近40度，故可大大提高电池与气体的热交换速度，进而提高电池的散热效率，而且其还使得气瓶1内的气体在进入电池箱体2内之前无需制冷，降低了能耗；通过在电池箱体2内设置第一检测控制装置21，且将第一控制阀4、减压阀5和第二控制阀7均与第一检测控制装置21电连接，使得电池箱体内的电池的温度只要一大于电池温度设定值，第一检测控制装置21便可控制第一控制阀4和减压阀5打开，以使CO₂气体经减压进入到电池箱体2内膨胀吸热，并先后控制第一控制阀4的打开时间和关闭时间，以使电池箱体2内进入一定量的CO₂气体，并使这些CO₂气体在电池箱体2停留足够长的时间与电池进行充分的热交换，当电池与CO₂气体进行过充分的热交换后，第一检测控制装置21又控制第二控制阀7打开，以使经过热交换的CO₂气体排至电池箱体2外，这不仅达到了精确控制热交换，还使得热交换充分，保证了电池箱体2内电池温度一致性；通过设置安装有可对CO₂气体进行冷却的冷却装置的回收箱8，且使回收箱8的出气口与气瓶1的进气口连通，使得CO₂气体可被重复利用，进而使得气瓶1内总是有充足的CO₂气体，无需再通过其他方式制造CO₂气体以充入气瓶1中，降低了CO₂气体制造成本费；另外，本发明还使得电池内部有CO₂气体对其进行保护，如果发生电池内部爆炸或燃烧时，第一检测控制装置21会控制第一控制阀4加大气流量，以使更多的CO₂气体进入到电池箱体2内对电池加大散热量，而且CO₂气体对电池的燃烧还会起到一定的灭火作用；再另外，本发明的电池冷却系统与车厢无任何连接，电池发生爆炸或燃烧产生的有毒气体无法进入到车厢内部，不会危及乘客安全。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池冷却系统，其特征在于，包括电池箱体及填充CO₂气体的气瓶，所述电池箱体具有箱体进风口和箱体出风口，所述气瓶的出气口和所述箱体进风口通过第一管道连接，所述箱体出风口连接第二管道的进风口，所述第一管道上沿CO₂气体的流动方向依次设置有控制其管内通道开闭的第一控制阀和用于减压的减压阀，所述第二管道上设置有控制其管内通道开闭的第二控制阀，所述电池箱体内设置有通过检测所述电池箱体内电池的温度控制所述第一控制阀和所述第二控制阀选择性打开的第一检测控制装置，所述第一控制阀、所述减压阀及所述第二控制阀均与所述第一检测控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池冷却系统，其特征在于，所述第一检测控制装置为BMS系统。

3.根据权利要求1所述的一种电池冷却系统，其特征在于，所述第二管道的出风口连接CO₂气体回收装置。

4.根据权利要求3所述的一种电池冷却系统，其特征在于，所述CO₂回收装置包括回收箱，所述回收箱内设置有可对CO₂气体进行冷却的冷却装置。

5.根据权利要求4所述的一种电池冷却系统，其特征在于，所述回收箱的出气口通过第三管道与所述气瓶的进气口连通，所述第三管道上设置有用于控制其管内通道开闭的第三控制阀。

6.根据权利要求5所述的一种电池冷却系统，其特征在于，所述回收箱内还设置有检测所述回收箱内温度的第二检测控制装置，所述第二检测控制装置与所述第三控制阀电连接。

7.根据权利要求4所述的一种电池冷却系统，其特征在于，所述冷却装置为水冷凝管装置或风冷凝管装置。

8.一种电池冷却方法，其特征在于，通过CO₂气体膨胀吸热的冷却方式对动力电池进行冷却，具体包括如下步骤：

S1、当第一检测控制装置检测到电池箱体内的电池的温度＞电池温度设定值时，第一检测控制装置控制第一管道上的第一控制阀和减压阀同时打开，气瓶内的CO₂气体经过减压阀减压后进入至电池箱体内，并与电池箱体内的电池进行热交换；

S2、预先设定第一控制阀的打开时长，当第一控制阀的打开时长＝第一控制阀的设定打开时长，第一检测控制装置控制第一控制阀关闭，以使充入电池箱体内的CO₂气体与电池进行充分的热交换；

S3、第一检测控制装置控制CO₂气体和电池箱体内电池的热交换时间，当电池箱体内电池温度与CO₂气体温度差≤预设温度差值时，第一检测控制装置控制第二管道上的第二控制阀打开，使电池箱体内经过热交换的CO₂气体通过第二管道排出；

S4、预先设定第二控制阀打开时长，当第二控制阀打开时长＝第二控制阀的设定打开时长时，第一检测控制装置控制第二控制阀关闭。

9.根据权利要求8所述的一种电池冷却方法，其特征在于，在步骤S3中，电池箱体内排出的CO₂气体被回收至其内设置有冷却装置的回收箱内。

10.根据权利要求9所述的电池冷却方法，其特征在于，所述步骤S4之后，还包括：

S5、启动回收箱内的冷却装置，使其与回收箱内的CO₂气体进行热交换，当第二检测控制装置检测到回收箱内的温度≤回收箱内部温度设定值时，第二检测控制装置控制第三控制阀打开，冷却后的CO₂气体通过第三管道进入至气瓶中；

S6、预先设定第三控制阀的打开时间，当第三控制阀的打开时长＝第三控制阀的设定打开时长时，第二检测控制装置控制第三控制阀关闭。