CN105846010A - 一种锂离子电池包散热系统及其散热方法 - Google Patents

一种锂离子电池包散热系统及其散热方法 Download PDF

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周元
陈顺东
丁传记
刘超
李兵
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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池包散热系统及其散热方法，包括水泵、散热器及固定于电池包内部的循环管路，所述水泵的出液口通过管道与散热器的进液口相连接，散热器的出液口通过管道与循环管路的进液口相连接，循环管路的出液口通过管道与水泵的进液口相连接，所述水泵及循环管路通过冷却液对电池包散热。本发明可以进行有效的热管理，确保锂电池系统在最合理的温度范围内运行，提升电池的循环寿命。通过电池管理系统发出的信号直接控制风扇的通断，无需经过整车控制器，减小整车控制器的工作负担。循环管路采用扁平状，并呈连续S形固定在电池包内，确保与每排的电池紧密接触，提高电池包的散热效果。

Description

一种锂离子电池包散热系统及其散热方法
技术领域
本发明涉及电动汽车锂电池包的散热技术领域，具体涉及一种锂离子电池包散热系统及其散热方法。
背景技术
随着国家对新能源汽车的持续支持，我国的新能源汽车获得了快速的发展，无论是新能源汽车的产销量还是关键零部件如锂电池、电机等都获得了很大的发展，我国的新能源汽车产业初具规模，展现出国家发展新能源汽车的决心。然而我国的锂电池技术水平离国外的锂电池水平尚有差距，在电池的成组以及热管理方面需要增加额外的措施来保证锂电池的正常工作，如在电池包上安装两组风扇进行吹风和抽风以带走电池包中的热量；在电池包中加装引风管以引进乘客仓中的冷风进入电池包对模组进行冷却等等，这些散热措施的确取得了不错的散热效果，然而这些措施都是牺牲了电池包的防护等级为代价的。电池包的防护等级对电池包的安全性影响的重要性不言而喻，在电动车的运行过程中遇到狂风暴雨以及漫天沙尘的情况并不少见，在整车密封性能既定的情况下这些电池包中难免会进水、进灰尘，引起电池短路产生严重后果。
近来全封闭的电池包系统越来越多的应用到新能源汽车上，电池包中进水进灰尘的情况远低于非全封闭的电池包，安全隐患也大大降低。因此全封闭式的电池包技术逐渐成为一种趋势，得到了业内人士的一致认同。然后就目前的锂电池水平来说，要做到防护等级IP67全封闭的水平是不完全现实的，在做成全封闭IP67防护等级的时候也要兼顾电池包的散热情况，但目前国内还没有一种可行的冷却方案以解决电池包的散热问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池包散热系统及其散热方法，可以进行有效的热管理，确保锂电池系统在最合理的温度范围内运行，提升电池的循环寿命。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种锂离子电池包散热系统，包括水泵、风扇、散热器及固定于电池包内部的循环管路，所述水泵的出液口通过管道与散热器的进液口相连接，散热器的出液口通过管道与循环管路的进液口相连接，循环管路的出液口通过管道与水泵的进液口相连接，所述水泵及循环管路通过冷却液对电池包散热，所述风扇用于对散热器进一步散热。
上述方案中，所述冷却液为乙二醇或水或其两者按不同比例混合后的溶液。
上述方案中，所述循环管路呈连续S形固定于电池包内，且与电池包内的电池形成紧密贴合。
上述方案中，所述循环管路呈扁平状，该扁平状的循环管路沿电池包内部相邻电池排之间的缝隙走向盘绕。
一种锂离子电池包散热系统的散热方法，包括以下步骤：
(1)电池管理系统采集电池包内的电池当前温度，并根据电池的当前温度信息判断是否开启风扇和水泵；
(2)若电池包中电池的最高温度达到开启设定值时，则电池管理系统发出风扇开启和水泵开启的命令，风扇和水泵同时开始工作，循环管路中的冷却液在水泵的带动下开始循环流动；
(3)若电池包中电池的温度低于开启设定值时，则电池管理系统发出风扇关闭信息和水泵关闭信息，整个循环系统停止运行。
步骤(2)包括以下步骤：
(A)若电池温度达到开启设定值并且冷却系统开始正常工作后，电池的温度依然上升到另一个高温设定值时，则电池管理系统发出风扇档位信息和水泵功率调节信息，使风扇和水泵分别采用高档位、高功率运行；
(B)若电池管理系统接收到的温度信息达到风扇和水泵开启的最低温度设定值时，电池管理系统不发出风扇档位和水泵功率调节信息，使风扇和水泵按照正常档位和功率工作。
步骤(A)中，所述高温设定值与开启温度设定值相差1～2℃。
由上述技术方案可知，本发明所述的锂离子电池包散热系统及其散热方法，可以进行有效的热管理，确保锂电池系统在最合理的温度范围内运行，提 升电池的循环寿命。通过电池管理系统发出的信号直接控制风扇的通断，无需经过整车控制器，减小整车控制器的工作负担。循环管路采用扁平状，并呈连续S形折叠在电池包内，确保与每排的电池紧密接触，电池包内中部的电池两面均与冷却管路接触，达到最优的散热效果，解决了电池包中部电池由于散热效果差而与边缘电池温差较大的问题，有利于均衡电池温度，提升电池组循环寿命。
附图说明
图1是本发明的系统图；
图2是本发明循环管路在电池包中的走向示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的锂离子电池包散热系统，包括水泵1、风扇、散热器2及固定于电池包5内部的循环管路3，水泵1的出液口通过管道4与散热器2的进液口相连接，散热器2的出液口通过管道4与循环管路3的进液口相连接，循环管路3的出液口通过管道4与水泵1的进液口相连接，水泵1及循环管路3通过冷却液对电池包5散热，该风扇用于对散热器2进行散热。当电池包5有多个时，可以通过管道4将各个电池包5串联后再与散热器2和循环泵连接。
该冷却液为乙二醇或水或其两者按不同比例混合后的溶液，乙二醇与水的比例不同则溶液的比热容不同，实际应用中的冷却液具有较大的比热容且具有低的凝固点。散热器2，其结构可以与普通散热器2相同，其材质是与乙二醇以及乙二醇与水的混合物不起化学反应的材质组成，如铝或者铝质合金等。该水泵1的功率可调，其材质是与乙二醇以及乙二醇与水的混合物不起化学反应的材质组成，如铝或者铝质合金等，水泵1开启和闭合与风扇同步，直接用24V电压供电，与风扇一样直接受电池管理系统控制，无需经过整车控制器。
该循环管路3呈连续S形固定于电池包5内，且与电池包5内的电池51形成紧密贴合。为了提高电池51的散热速度，该循环管路3呈扁平状，该扁平状的循环管路3沿电池包5内部相邻电池排之间的缝隙走向盘绕。而管道4 的横截面为圆形，以提高冷却液的循环速度。
循环管路3在电池包5中的走向：本发明的特征之一是循环管路3的形状在电池包5外是圆柱状而在电池包5内部呈扁平状且与电池紧密贴合，其走向如图2所示，扁平管路来回折叠确保与每排的电池紧密接触，且中部的电池两面都与冷却管路接触，达到最优的散热效果，解决电池包5中中部电池由于散热效果差而与边缘电池温差较大的问题，有利于均衡电池温度，提升电池组循环寿命；
一种锂离子电池包散热系统的散热方法，具体包括以下步骤：
S1：车辆运行过程中，电池管理系统的从控模块将电池温度等信息传递给电池管理系统的主控模块，主控模块根据电池的温度信息判断是否开启风扇和水泵1；
S2：若电池包5中电池的最高温度达到设定值，则BMS发出风扇开启和水泵1开启命令，冷却风扇和水泵1同时开始工作，循环管路3中的冷却液在水泵1的带动下开始循环；
电池包5中热量传递过程：电池运行过程中产生的热量由内向外传递到电池表面，电池表面的热量直接传递给扁平状的循环管路3上，冷却液的温度随之上升并流出电池包5，经过循环管路3流经散热器2，在风扇的吹动下散热器2中的冷却液温度逐渐降低，冷却液中的热量经散热器2中经风扇吹动传递到空气中，冷却液自散热器2流经水泵1，在水泵1的带动下再次流向电池包5，带走电池包5中的热量，进而起到降低电池包5温度的作用；
风扇及水泵1档位和功率调节过程：如果在电池温度达到设定值并且冷却系统开始正常工作后，电池的温度依然上升到另一个更高的设定值，则电池管理系统收到更高的温度值后发出另一个风扇档位信息和水泵1功率信息，在更高的风扇功率和水泵1功率下，冷却液在循环管路3上快速循环，达到快速散热降温的目的。连续两个温度设定值相差1～2℃。当BMS接收到的温度信息达到风扇和水泵1开启的最低温度时，电池管理系统不发出风扇档位和水泵1功率调节信息，减少风扇和水泵1的调节次数延长其使用寿命、降低故障率，直到电池温度低于设定的最低值整个系统停止运行。
S3：当电池管理系统收到的电池温度信息低于设定值时，电池管理系统发 出风扇关闭信息和水泵1关闭信息，整个系统停止运行。当电池温度再次升高到设定值时整个系统又开始工作，从而使电池工作在最佳的温度区间，提升电池组循环寿命和能量效率。
如：风扇开启温度设定为32℃，风扇档位温度一次设定为32℃，34℃，36℃。当车辆运行过程中，电池管理系统接收到的温度信息达到32℃时，电池管理系统发出风扇开启和水泵1开启命令，且均处于最低档位和最小功率。整个系统开始运行，系统运行一段时间后，当电池管理系统收到的电池温度信息达到34℃时，则电池管理系统发出风扇档位信息和水泵1功率信息，系统进入更大的风扇运行档位和更大的水泵1运行功率，确保冷却液的快速散热和快速循环，从而更快地带走电池包5中的热量。运行一段时间后，当电池管理系统接收到的温度信息又降低到32℃时，风扇档位和水泵1功率不再往较小的方向调节，仍然运行在较大的档位和水泵1较大的功率下，直到电池管理系统接收到的温度信息低于32℃时，风扇和水泵1才均停止运行。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池包散热系统，其特征在于：包括水泵、散热器及固定于电池包内部的循环管路，所述水泵的出液口通过管道与散热器的进液口相连接，散热器的出液口通过管道与循环管路的进液口相连接，循环管路的出液口通过管道与水泵的进液口相连接，所述水泵及循环管路通过冷却液对电池包散热。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于：还包括用于对散热器进行散热的风扇。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于：所述冷却液为乙二醇或水或其两者按不同比例混合后的溶液。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于：所述循环管路呈连续S形固定于电池包内，且与电池包内的电池形成紧密贴合。
5.根据权利要求1或4所述的锂离子电池包散热系统，其特征在于：所述循环管路呈扁平状，该扁平状的循环管路沿电池包内部相邻电池排之间的缝隙走向盘绕。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热系统的散热方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）电池管理系统采集电池包内的电池当前温度，并根据电池的当前温度信息判断是否开启风扇和水泵；
（2）若电池包中电池的最高温度达到开启设定值时，则电池管理系统发出风扇开启和水泵开启的命令，风扇和水泵同时开始工作，循环管路中的冷却液在水泵的带动下开始循环流动；
（3）若电池包中电池的温度低于开启设定值时，则电池管理系统发出风扇关闭信息和水泵关闭信息，整个循环系统停止运行。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池包散热系统的散热方法，其特征在于，步骤（2）包括以下步骤：
（A）若电池温度达到开启设定值并且冷却系统开始正常工作后，电池的温度依然上升到另一个高温设定值时，则电池管理系统发出风扇档位信息和水泵功率调节信息，使风扇和水泵分别采用高档位、高功率运行；
（B）若电池管理系统接收到的温度信息达到风扇和水泵开启的最低温度设定值时，电池管理系统不发出风扇档位和水泵功率调节信息，使风扇和水泵按照正常档位和功率工作。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池包散热系统的散热方法，其特征在于，步骤（A）中，所述高温设定值与开启温度设定值相差1～2℃。
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