CN106058370B - 一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统及其控制方法，该基于导热硅胶的双水冷动力电池系统包括多个模组和冷却系统。当电池单体的数目过多，动力电池模组处于工作状态对外放电时，模组中间位置的电池单体温度往往会过高，相比于已有的模组结构方式，电池单体之间涂了导热硅胶，不仅具有阻燃绝缘的安全保障，而且传热效率更高，整体热均衡性更好；当动力电池在高负荷下工作时，由于采用了导热硅胶与水冷板，温度相对较低，相比于已有的动力电池模组，延长了电池的使用寿命以及保证了动力电池模组的工作稳定性。

Description

一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及动力电池系统的散热和控制方法。

背景技术

新能源电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。由于新能源电动汽车以电力为动力，对环境影响小，前景被广泛看好，也符合新型能源战略要求。然而，新能源汽车作为新的研究方向，目前技术上存在诸多需要克服的难题，不仅是结构方面，电子电气与软件系统管理方面都有着许多难题需要解决。除此以外，尤其是在新能源汽车的关键部位——电池，存在着诸多技术难关。因为新能源电动汽车以电力为动力，电池的性能、电池的管理系统直接影响新能源电动汽车的性能。目前新能源汽车使用的电池有铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢蓄电池、镍镉电池与钠硫电池等等，而这些电池的各有个的优点却也存在着多种缺点。新能源电动汽车开时间久了必然导致电池温度的上升，电池温度的上升会导致电池性能降低，从而降低新能源电动汽车的性能。若仅有电池的性能达标而没有配备以优秀的电池管理系统也是不行的，优秀的电池管理系统可以及时而准确的将电池的状态反映给技术人员，通过这些信息可以使技术人员准确的做出操作来控制新能源汽车，例如控制电机的转速、车速与是否继续驾驶等等。并且优秀的电池管理系统使汽车可以十分方便地回收下坡时的动能从而达到节能的目的，可以让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本，可以及时的调整多个动力源的工作状态，使整体处于一个协调的状态，延长整车的使用寿命。然而，一个优秀的电池管理系统不仅需要优秀的程序编制，也需要优秀的硬件加以支撑，然而就目前来说这些都是技术上的难关。

在未来，电动汽车必然会变成广为使用的交通工具，所以目前努力改善电池的散热设计是极其有意义的，散热的结构布置、材料选择都是需要精心设计的。发明专利CN201620079215.1提出了一种动力电池模组，该发明专利存在的不足有：1）为了对动力电池模组进行散热，在动力电池的侧面设置至少一个散热管，并且在散热管的散热部连接至少一个散热片，这样的设计结构不够紧凑，会导致动力电池模组的体积较大；2）散热管结构不够牢固，在汽车的正常工作过程中产生的颠簸会使散热管松动从而失效。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：现有动力电池模组工作时热量分布不均衡、散热效率低、不能自动化监控。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，其特征在于，包括多个模组和冷却系统；所述的模组包括电池组和安装电池组的安装箱；所述的电池组由多个电池单体通过导热硅胶粘结固定呈矩形结构；所述的电池组的底部粘结导热硅胶；所述的多个电池单体之间的导热硅胶和电池组底部的导热硅胶相连；所述的冷却系统包括多个水冷板、水泵、水箱；所述的水冷板上设有进水管和出水管；所述的水冷板包括水平水冷板和竖直水冷板；所述每个电池组的中间通过导热硅胶粘结竖直水冷板，每个电池组底部通过导热硅胶粘结水平水冷板；所述的水平水冷板的出水管和竖直水冷板的进水管连通；所述的水箱和水泵连接；所述的水泵通过冷却水管将多组水冷板依次串联至水箱。

进一步，所述的竖直水冷板的两侧面通过导热硅胶和电池单体面部相贴合。

进一步，所述的电池组的两端通过挡板夹紧固定在安装箱内。

进一步，还包括高压控制系统；所述的高压控制系统包括多对正负极的高压接插件和一个高压配电柜；所述的每个模组上安装一对正负极的高压接插件；所述的高压配电柜通过高压线串联多个模组上正负极的高压接插件。

进一步，还包括散热器；所述的散热器分别与水箱和高压配电柜相连接。

进一步，还包括电池管理系统；所述的电池管理系统包括多个低压接插件、多个从控板、多个流量控制器、多个流量传感器、多个温度传感器、 一个主控板；所述的低压接插件和从控板连接；所述的低压接插件和从控板安装在模组上；所述的流量控制器和流量传感器安装在水冷板的进水管上；所述的温度传感器安装在水冷板的出水管上；所述的多个模组上的低压接插件通过低压线依次连接并且首尾不相连，一端为首端模组，另一端为末端模组；所述的首端模组上的低压接插件通过低压线和主控板连接，所述的末端模组上低压接插件和主控板断连；所述的主控板通过低压线和水泵连接控制水泵的开度。

进一步，所述的从控板通过金属连接件和电池组连接。

进一步，所述的金属连接件为钣金和导电柱；所述的钣金固定在安装箱内壁上；所述的导电柱下端和电池组连接；所述的从控板下侧固定在导电柱上，上侧固定在钣金上。

一种根据权利要求5所述的基于导热硅胶的双水冷动力电池系统的控制方法，包括步骤如下：

（1）信号采集：每个模组上的从控板通过流量传感器、温度传感器采集水的流量和温度信号；

（2）信号传送：流量和温度信号从末端模组上的从控板通过低压接插件和低压线依次传向相邻模组上的从控板，依次传递，直至每个模组上的流量和温度信号都到达首端模组的从控板上，然后首端模组的从控板将每个模组上的流量、温度信号传给主控板；

（3）信号处理：主控板对每个模组的温度进行比较，选取多个模组中最高的温度作为对比温度；

（4）信号比对调节：当对比温度小于或者等于最低温度标准时，主控板通过低压线控制水泵继续保持原有的开度；当对比温度介于最低温度标准和最高温度标准之间时，随着对比温度的逐渐上升，主控板通过低压线控制水泵逐渐加大开度，增加进入流量；当对比温度大于或者等于最高温度标准时，主控板通过低压线控制水泵保持最大开度，以最大的进水流量工作。

本发明的有益效果

1.本发明的电池组由多个电池单体通过导热硅胶粘结固定呈矩形结构，电池组底部均粘结导热硅胶，多个电池单体之间的导热硅胶和电池组底部的导热硅胶相连，当模组放电工作时，中间位置的电池单体温度上升最快、温度最高，通过中间的导热硅胶与底部的导热硅胶层将热量均匀分布，从而使整体热量均衡。本发明的冷却系统包括多个水冷板，水冷板设有水平水冷板和竖直水冷板，可通过水平水冷板进行热量的均匀分散，可通过竖直水冷板进行电池组中间的快速导热、散热，提高了散热效率和速度，延长了电池的使用寿命以及保证了动力电池模组的工作稳定性。

2.本发明的电池管理系统可监控每个模组的温度和流量，通过温度的对比，控制水泵的开度，对温度实时监控，散热效率更高，实现了自动化的实时监控，延长了电池的使用寿命以及保证了动力电池模组的工作稳定性。

附图说明

图1为本发明模组打开的立体结构示意图。

图2为本发明模组的俯视图。

图3为模组在图2中A-A方向的剖视图。

图4为本发明水冷板结构示意图。

图5为本发明整体连接示意图。

图6为水平水冷板和竖直水冷板的放大连接结构俯视图。

图中：1—箱盖，2—箱体，3—出水管通孔，4—出水管，5—进水管通孔，6—进水管，7—高压接插件，8—低压接插件，9—螺栓，10—挡板，11—电池单体，12—中间导热硅胶层，13—流量控制器，14—流量传感器，15—温度传感器，16—水冷板，17—钣金，18—从控板，19—螺母，20—底部导热硅胶层，21—主控板，22—低压线，23—水泵，24—高压线，25—冷却水管，26—模组一，27—模组二，28—模组三，29—模组四，30—水箱，31—散热器，32—高压配电柜，51—电池组，161—水平水冷板，162—竖直水冷板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步详细说明。

如图1和5所示，一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，包括多个模组和冷却系统。本实施例选择四块模组进行连接装配，分别为模组一26、模组二27、模组三28、模组四29。所述的模组包括电池组51和安装电池组51的安装箱。安装箱由箱体2和箱盖1构成，箱盖1可通过螺栓9固定在箱体2上。如图2和3所示，所述的电池组51由多个电池单体11通过导热硅胶粘结固定呈矩形结构，具体为：多个电池单体11通过中间导热硅胶层12粘结，即每两个电池单体11之间涂满导热硅胶。所述的电池组51的底部均粘结导热硅胶，具体可为：电池组51的底部设有底部导热硅胶层20。所述的多个电池单体11之间的导热硅胶和电池组51的底部的导热硅胶均相连，也就是说中间导热硅胶层12和底部导热硅胶层20相连。如图3、4、5所示，所述的冷却系统包括多个水冷板16、水泵23、水箱30。如图1和4所示，所述的水冷板16上设有进水管6和出水管4。出水管4通过出水管通孔3插入水冷板16内，进水管6通过进水管通孔5插入水冷板16内。如图3和4所示，所述的水冷板16包括水平水冷板161和竖直水冷板162。所述每个电池组51的中间通过中间导热硅胶层12粘结竖直水冷板162，每个电池组51底部通过底部导热硅胶层20粘结水平水冷板161。如图6所示，所述的水平水冷板161的出水管4和竖直水冷板162的进水管6连通，可通过连接管71连通，也可以其他方式连通，如通过箱体2的内部管道、槽体等连通。所述的水箱30和水泵23连接。所述的水泵23通过冷却水管25将多组水冷板16依次串联至水箱30。也就是本实施例中水泵23通过冷却水管25将模组一26、模组二27、模组三28、模组四29上的每组水平水冷板161和竖直水冷板162依次串联至水箱30。具体为：水泵23通过冷却水管25连接模组一26上水平水冷板161的进水管6，模组一26上的水平水冷板161的出水管4和模组一26上的垂直水冷板162的进水管6连通，模组一26上的垂直水冷板162的出水管4通过冷却水管25和模组二27的水平水冷板161的进水管6连接，模组二27上的水平水冷板161的出水管4和模组二27上的垂直水冷板162的进水管6连通，模组二27上的垂直水冷板162的出水管4通过冷却水管25和模组三28的水平水冷板161的进水管6连接，依次向下连接…,直到模组四29的垂直水冷板162的出水管4和水箱30连接。如图3所示，进一步优选，所述的电池组51的两端通过挡板10夹紧固定在安装箱内，挡板10通过螺栓9和螺母19固定在箱体2内部。

如图1和5所示，进一步优选，本发明还包括高压控制系统。所述的高压控制系统包括多对正负极的高压接插件7和一个高压配电柜32。所述的每个模组上安装一对正负极的高压接插件7。所述的高压配电柜32通过高压线24串联模组一26、模组二27、模组三28、模组四29上的正负极的高压接插件7。进一步优选，如图5所示，还包括散热器31。所述的散热器31分别与水箱30和高压配电柜32相连接，对水箱30和高压配电柜32进行降温。

如图1、2、4、5所示，进一步优选，还包括电池管理系统。所述的电池管理系统包括多个低压接插件8、多个从控板18、多个流量控制器13、多个流量传感器14、多个温度传感器15、 一个主控板21。如图2所示，所述的低压接插件8和从控板18连接。所述的低压接插件8和从控板18安装在模组上。如图4所示，所述的流量控制器13和流量传感器14安装在水冷板16的进水管6上。所述的温度传感器15安装在水冷板16的出水管4上。如图5所示，所述的多个模组，本实施例选择模组一26、模组二27、模组三28、模组四29的低压接插件8通过低压线22依次连接并且首尾不相连，一端为首端模组，首端模组就是模组一26；另一端为末端模组，末端模组就是模组四29。所述的模组一26上的低压接插件8通过低压线22和主控板21连接，所述的模组四29上低压接插件8和主控板21断连。所述的主控板21通过低压线22和水泵23连接控制水泵23的开度。如图2所示，进一步优选，所述的从控板18通过金属连接件和电池组51连接。进一步优选，所述的金属连接件为钣金17和导电柱。所述的钣金17固定在安装箱内壁上。所述的导电柱下端和电池组51连接。所述的从控板18下侧固定在导电柱上，上侧固定在钣金17上。

一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统的控制方法，包括步骤如下：（1）信号采集：每个模组，即为本实施例的模组一26、模组二27、模组三28、模组四29上的从控板18通过流量传感器14、温度传感器15采集水的流量和温度信号。（2）信号传送：流量和温度信号从末端模组，即为模组一26上的从控板18通过低压接插件8和低压线22依次传向相邻模组上的从控板，依次传递，直至每个模组上的流量和温度信号都到达首端模组的从控板18上，在本实施例中就是：模组四29将其上的温度和流量信号传送至模组三28上，然后模组三28自身的温度和流量信号以及模组四29的温度和流量信号一起传送至模组二27，依次类推，直到模组一26、模组二27、模组三28、模组四29上的温度流量信号都到达了模组一26的从控板18上。然后的模组一26的从控板18将每个模组上的流量、温度信号传给主控板21。（3）信号处理：主控板21对每个模组的温度进行比较，选取多个模组中最高的温度作为对比温度。（4）信号比对调节：当对比温度小于或者等于最低温度标准时，主控板21通过低压线22控制水泵23继续保持原有的开度；当对比温度介于最低温度标准和最高温度标准之间时，随着对比温度的逐渐上升，主控板21通过低压线22控制水泵23逐渐加大开度，增加进入流量；当对比温度大于或者等于最高温度标准时，主控板21通过低压线22控制水泵23保持最大开度，以最大的进水流量工作。

本发明的电池组51由多个电池单体11通过导热硅胶粘结固定呈矩形结构，电池组51底部粘结导热硅胶，多个电池单体11之间的导热硅胶和电池组底部的导热硅胶相连，当模组放电工作时，中间位置的电池单体温度上升最快、温度最高，通过中间的导热硅胶与底部的导热硅胶层将热量均匀分布，从而使整体热量均衡。本发明的冷却系统包括多个水冷板16，水冷板16设有水平水冷板161和竖直水冷板162，可通过水平水冷板161进行热量的均匀分散，可通过竖直水冷板162进行电池组中间的快速导热、散热，提高了散热效率和速度，延长了电池的使用寿命以及保证了动力电池模组的工作稳定性，提高了散热效率和速度。本发明的电池管理系统可监控每个模组的温度和流量，通过温度的对比，控制水泵的开度，对温度实时监控，散热效率更高，实现了自动化的实时监控，延长了电池的使用寿命以及保证了动力电池模组的工作稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，包括多个模组、冷却系统和电池管理系统；所述的模组包括电池组和安装电池组的安装箱；所述的冷却系统包括多个水冷板、水泵、水箱；所述的水冷板上设有进水管和出水管；所述的水冷板包括水平水冷板和竖直水冷板；所述的水箱和水泵连接；所述的水泵通过冷却水管将多组水冷板依次串联至水箱；

所述的基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，还包括高压控制系统；所述的高压控制系统包括多对正负极的高压接插件和一个高压配电柜；所述的模组上安装一对正负极的高压接插件；所述的高压配电柜通过高压线串联多个模组上正负极的高压接插件；

所述的基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，还包括散热器；所述的散热器分别与水箱和高压配电柜相连接；

其特征在于，包括多个模组、冷却系统和电池管理系统；所述的电池组由多个电池单体通过导热硅胶粘结固定呈矩形结构；所述的电池组的底部粘结导热硅胶；所述的多个电池单体之间的导热硅胶和电池组底部的导热硅胶相连；所述的水平水冷板和每个电池组底部的导热硅胶固定；所述电池组的中间通过导热硅胶粘结竖直水冷板；所述的竖直水冷板的两侧面通过导热硅胶和电池单体面部相贴合；所述的水平水冷板的出水管和竖直水冷板的进水管连通；所述的电池管理系统包括多个低压接插件、多个从控板、多个流量控制器、多个流量传感器、多个温度传感器、一个主控板；所述的低压接插件和从控板连接；所述的低压接插件和从控板安装在模组上；所述的流量控制器和流量传感器安装在水冷板的进水管上；所述的温度传感器安装在水冷板的出水管上；所述的多个模组上的低压接插件通过低压线依次连接并且首尾不相连，一端为首端模组，另一端为末端模组；所述的首端模组上的低压接插件通过低压线和主控板连接，所述的末端模组上低压接插件和主控板断连；所述的主控板通过低压线和水泵连接控制水泵的开度。

2.根据权利要求1所述的基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，其特征在于，所述的从控板通过金属连接件和电池组连接。

3.根据权利要求2所述的基于导热硅胶的双水冷动力电池系统，其特征在于，所述的金属连接件为钣金和导电柱；所述的钣金固定在安装箱内壁上；所述的导电柱下端和电池组连接；所述的从控板下侧固定在导电柱上，上侧固定在钣金上。

4.一种根据权利要求1所述的基于导热硅胶的双水冷动力电池系统的控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)信号采集：每个模组上的从控板通过流量传感器、温度传感器采集水的流量和温度信号；

(2)信号传送：流量和温度信号从末端模组上的从控板通过低压接插件和低压线依次传向相邻模组上的从控板，依次传递，直至每个模组上的流量和温度信号都到达首端模组的从控板上，然后首端模组的从控板将每个模组上的流量、温度信号传给主控板；

(3)信号处理：主控板对每个模组的温度进行比较，选取多个模组中最高的温度作为对比温度；

(4)信号比对调节：当对比温度小于或者等于最低温度标准时，主控板通过低压线控制水泵继续保持原有的开度；当对比温度介于最低温度标准和最高温度标准之间时，随着对比温度的逐渐上升，主控板通过低压线控制水泵逐渐加大开度，增加进入流量；当对比温度大于或者等于最高温度标准时，主控板通过低压线控制水泵保持最大开度，以最大的进水流量工作。