CN106711545A - 一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统，包括：外部控温系统和电池组内部控温系统；外部控温系统包括水箱、循环水泵、风冷换热器、油水换热器、加热装置和回水管；所述电池组内部控温系统包括多个并联设置的电池组、循环工质泵和循环管路，外部控温系统中油水换热器的出油口与循环工质泵的进油口连接，循环工质泵的出油口通过循环管路连接到每个电池组的循环工质入口，电池组的循环工质出口通过循环管路连接到油水换热器的进油口。本控温系统通过外部控温系统和电池组内部控温系统配合将冷却工质直接与电池组极耳和极柱接触，通过流动的冷却工质直接将电池组极耳和极柱产生的热量及时带出，从而保证大功率电池组的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统及方法。
背景技术
随着能源和环境问题的日益严峻，电动汽车正在逐步替代传统动力汽车，电动汽车目前已经成为汽车行业的一大分支。电动汽车因为其优越的环保性等优点，已经得到整个行业的认可。电动汽车中，电池，电机，电控单元是最重要的三个部分。其中电池组的稳定性，对电动汽车的稳定性以及将来的发展至关重要。一般来说，电池组使用的最佳温度为20℃-45℃之间，但是由于整个车的运行环境比较复杂，低温可达零下20摄氏度，高温可达55℃，环境温度非常不稳定。
众所周知，电池组的主要发热主要以极耳和极柱为主，目前使用的电池冷却装置有以下几种：(1)冷却装置采用空气强制对流冷却，空气的比热小，散热效率低，额外功耗大，并且对空气的洁净度提出更高要求。(2)电池系统内设置导热管间接传热，电池与散热介质之间为间接接触，存在热阻及流动不均匀的问题，并且导热管回路排布复杂，占用空间大。
公开号为CN201946715U的中国专利公开了“一种动力锂离子电池箱控温循环水系统”，当电池箱内的电池正常工作时，BMS数据采集器将所采集到的电池箱的温度状况信号传给温控系统，温控系统根据电池箱的温度的高低来决定电池箱是需要升温还是降温。当电池箱温度较高时，冷却水泵启动，将冷却水从电池箱的左侧底部泵入，冷却水流从电池箱的钢板上吸收大量热后，从电池箱的左侧顶部流出。当电池箱内部温度较低需要加热时，加热水泵启动，加热水从电池箱的左侧顶部流进，将自身热量传递给电池箱的钢板后，从电池箱的左侧底部流出。在电池箱的冷却过程中，如果冷却水对电池箱的冷却效果达不到要求时，可在水冷却的同时启动风冷系统。但是该系统采用冷却水与电池箱钢板接触导热的方式散热，传热效率低下，尤其是电池箱内如果装载大功率电池，由于通过钢板间接传热，电池与散热介质之间为间接接触，存在热阻及流动不均匀的问题，从而导致电池箱内的热量积攒不能被及时带出，严重影响大功率电池的使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统及方法，本大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统通过外部控温系统和电池组内部控温系统配合将冷却工质直接与电池组极耳和极柱接触，通过流动的冷却工质直接将电池组极耳和极柱产生的热量及时带出，从而保证大功率电池组的正常运行。
为实现上述技术方案，本发明提供了一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统，包括：外部控温系统和电池组内部控温系统；所述外部控温系统包括水箱、循环水泵、风冷换热器、油水换热器、加热装置和回水管，所述油水换热器上设置有进水口、出水口、进油口和出油口，所述风冷换热器的出水口与油水换热器的进水口通过管道连接，所述风冷换热器的进水口通过循环水泵与水箱的出水口连接，加热装置安装在水箱内，所述油水换热器的出水口通过回水管连接到水箱；所述电池组内部控温系统包括多个并联设置的电池组、循环工质泵和循环管路，所述每个电池组上均设置有循环工质入口和循环工质出口，外部控温系统中油水换热器的出油口与循环工质泵的进油口连接，所述循环工质泵的出油口通过循环管路连接到每个电池组的循环工质入口，所述电池组的循环工质出口通过循环管路连接到油水换热器的进油口。
在上述技术方案中，当大功率电池组开始工作时，循环工质开启，冷却液体在电池内部控温系统内循环流动，当电池组极耳和极柱温度迅速升高时，电池组外壳内充满冷却工质，极耳和极柱产生的热量迅速传递到冷却工质中，当冷却工质温度超过50℃后，外部控温系统开启，水箱中的冷却水通过循环水泵泵入风冷换热器，冷却水冷却到30℃以下后进入油水换热器与冷却工质换热，对冷却工质进行冷却，控制冷却工质的温度在40℃左右，升温后的冷却水回流到水箱中，如此循环，保证电池组的极耳和极柱温度在40℃以下正常运行。当电池组开始工作的温度在零下时，电池组内部控温系统和外部控温系统开始工作，水箱中的冷却水首先通过加热装置加热至30℃左右，然后通过循环水泵泵入油水换热器与冷却工质换热，将冷却工质温度提高到25℃以上，从而保证电池组的正常工作温度，电池组正常启动，加热程中风冷换热器不工作，当电池组正常启动一段时间后，加热模式关闭，冷却模式开启，保证电池组的正常运行。
优选的，所述电池组包括电池组外壳、单体电池、电池组上盖、正极柱、负极柱、型材散热器式极耳、循环工质入口和循环工质出口，多个单体电池并排安装在电池组外壳内，型材散热器式极耳安装在并排设置的单体电池的上方，正极柱和负极柱分别固定在型材散热器式极耳的左右两侧，电池组上盖固定在电池组外壳的顶部，循环工质入口设置在电池组外壳侧面底端，循环工质出口设置在电池组外壳侧面顶。当电池组持续发热时，冷却液从循环工质入口进入并充满电池组外壳，将正极柱、负极柱和型材散热器式极耳完全浸泡，由于是直接接触，可以降低冷却液与正极柱、负极柱和型材散热器式极耳之间的传热热阻，从而将正极柱、负极柱和型材散热器式极耳上的热量快速带出，防止热量堆积导致电池组工作不正常。
优选的，所述型材散热器式极耳的中部开设有安装凹槽，所述凹槽内设置有多个并行间隔设置的螺孔，所述凹槽左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片。通过散热翅片可以扩大极耳与冷却液的接触面积，进而可以将极耳产生的热量通过冷却液快速带走。
本发明还提供了一种基于上述大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统的控温方法，具体包括如下方式：
a、冷却模式，当大功率电池组开始工作时，循环工质泵开启，冷却液体在电池内部控温系统内循环流动，当电池组极耳和极柱温度迅速升高时，电池组外壳内充满冷却工质，极耳和极柱产生的热量迅速传递到冷却工质中，当冷却工质温度超过50℃后，外部控温系统开启，水箱中的冷却水通过循环水泵泵入风冷换热器，冷却水冷却到30℃以下后进入油水换热器与冷却工质换热，对冷却工质进行冷却，控制冷却工质的温度在40℃左右，升温后的冷却水回流到水箱中，如此循环，保证电池组的极耳和极柱温度在40℃以下，冷却过程中加热装置不工作；
b、加热模式，当电池组开始工作的温度在零下时，电池组内部控温系统和外部控温系统开始工作，水箱中的冷却水首先通过加热装置加热至30℃左右，然后通过循环水泵泵入油水换热器与冷却工质换热，将冷却工质温度提高到25℃以上，从而保证电池组的正常工作温度，电池组正常启动，加热程中风冷换热器不工作，当电池组正常启动一段时间后，加热模式关闭，冷却模式开启，保证电池组的正常运行。
本发明提供的一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统及方法的有益效果在于：
(1)本大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统本大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统通过外部控温系统和电池组内部控温系统配合将冷却工质直接与电池组极耳和极柱接触，增大接触面积，降低接触热阻，通过流动的冷却工质直接将电池组极耳和极柱产生的热量快速带出，电池组的散热效率明显提高；
(2)本大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统采用流动状态的冷却工质，能提升电池组内部的均温效果，依靠液体浸泡及流动先均温可以避免个别热点损害个别电池，达到临界温度后再启动散热，进一步降低能耗同时提高散热模组使用寿命；
(3)本大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统在针对电池极耳部分，对连接电池极耳的极板，进行了专门设计，将连接极耳极板设计成型材散热器形式，有效增加散热面积；
(4)本大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统结构简单，主要部件均为标准件，便于安装，维护，工程实现简单；系统容易实现模块化，在超大型的工程中，可以随意的进行串并联；除了用于静态储能的电池墙，还可以用于车载的动态电池包；
(5)本大功率电池组极耳流动浸泡式控温方法不仅适用于电池组发热时均匀快速冷却电池组的极耳和极柱，而且能够保证电池组在低温下正常使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中电池组的前视图。
图3为本发明中电池组的侧视图。
图4为本发明中型材散热器式极耳的结构示意图。
图中：11、水箱；12、循环水泵；13、风冷换热器；14、油水换热器；15、加热装置；16、回水路；21、电池组；22、循环工质泵；23、循环管路；211、电池组外壳；212、单体电池；213、电池组上盖；214、正极柱；215、负极柱；216、型材散热器式极耳；217、循环工质入口；218、循环工质出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例1：一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统。
参照图1至图4所示，一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统，包括：外部控温系统和电池组内部控温系统；所述外部控温系统包括水箱11、循环水泵12、风冷换热器13、油水换热器14、加热装置15和回水管16，所述油水换热器14上设置有进水口、出水口、进油口和出油口，所述风冷换热器13的出水口与油水换热器14的进水口通过管道连接，所述风冷换热器13的进水口通过循环水泵12与水箱11的出水口连接，加热装置15安装在水箱11内，所述油水换热器14的出水口通过回水管16连接到水箱11；所述电池组内部控温系统包括多个并联设置的电池组21、循环工质泵22和循环管路23，所述每个电池组21上均设置有循环工质入口217和循环工质出口218，外部控温系统中油水换热器14的出油口与循环工质泵22的进油口连接，所述循环工质泵22的出油口通过循环管路23连接到每个电池组21的循环工质入口217，所述电池组21的循环工质出口218通过循环管路23连接到油水换热器14的进油口。
本发明的工作原理是：当大功率电池组21开始工作时，循环工质泵22开启，冷却液体在电池内部控温系统内循环流动，当电池组21极耳和极柱温度迅速升高时，电池组外壳211内充满冷却工质，极耳和极柱产生的热量迅速传递到冷却工质中，当冷却工质温度超过50℃后，外部控温系统开启，水箱11中的冷却水通过循环水泵12泵入风冷换热器13，冷却水冷却到30℃以下后进入油水换热器14与冷却工质换热，对冷却工质进行冷却，控制冷却工质的温度在40℃左右，升温后的冷却水回流到水箱11中，如此循环，保证电池组21的极耳和极柱温度在40℃以下，冷却过程中加热装置15不工作。当电池组21开始工作的温度在零下时，电池组21内部控温系统和外部控温系统开始工作，水箱11中的冷却水首先通过加热装置15加热至30℃左右，然后通过循环水泵12泵入油水换热器14与冷却工质换热，将冷却工质温度提高到25℃以上，从而保证电池组21的正常工作温度，电池组21正常启动，加热程中风冷换热器13不工作，当电池组21正常启动一段时间后，加热模式关闭，冷却模式开启，保证电池组21的正常运行。
参照图2和图3所示，所述电池组21包括电池组外壳211、单体电池212、电池组上盖213、正极柱214、负极柱215、型材散热器式极耳216、循环工质入口217和循环工质出口218，多个单体电池212并排安装在电池组外壳211内，型材散热器式极耳216安装在并排设置的单体电池212的上方，正极柱214和负极柱215分别固定在型材散热器式极耳216的左右两侧，电池组上盖213固定在电池组外壳211的顶部，循环工质入口217设置在电池组外壳211侧面底端，循环工质出口218设置在电池组外壳211侧面顶。当电池组21持续发热时，冷却液从循环工质入口217进入并充满电池组外壳211，将正极柱214、负极柱215和型材散热器式极耳216完全浸泡，由于是直接接触，可以降低冷却液与正极柱214、负极柱215和型材散热器式极耳216之间的传热热阻，从而将正极柱214、负极柱215和型材散热器式极耳216上的热量快速带出，防止热量堆积导致电池组21工作不正常。
参照图4所示，所述型材散热器式极耳216的中部开设有安装凹槽，所述凹槽内设置有多个并行间隔设置的螺孔，所述凹槽左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片。通过散热翅片可以扩大极耳与冷却液的接触面积，进而可以将极耳产生的热量通过冷却液快速带走。
实施例2：一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温方法。
参照图1至图4所示，一种基于实施例1中大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统的温控方法，具体包括如下方式：
a、冷却模式，当大功率电池组21开始工作时，循环工质泵22开启，冷却液体在电池内部控温系统内循环流动，当电池组21极耳和极柱温度迅速升高时，电池组外壳211内充满冷却工质，极耳和极柱产生的热量迅速传递到冷却工质中，当冷却工质温度超过50℃后，外部控温系统开启，水箱11中的冷却水通过循环水泵12泵入风冷换热器13，冷却水冷却到30℃以下后进入油水换热器14与冷却工质换热，对冷却工质进行冷却，控制冷却工质的温度在40℃左右，升温后的冷却水回流到水箱11中，如此循环，保证电池组21的极耳和极柱温度在40℃以下，冷却过程中加热装置15不工作；
b、加热模式，当电池组21开始工作的温度在零下时，电池组21内部控温系统和外部控温系统开始工作，水箱11中的冷却水首先通过加热装置15加热至30℃左右，然后通过循环水泵12泵入油水换热器14与冷却工质换热，将冷却工质温度提高到25℃以上，从而保证电池组21的正常工作温度，电池组21正常启动，加热程中风冷换热器13不工作，当电池组21正常启动一段时间后，加热模式关闭，冷却模式开启，保证电池组21的正常运行。
大功率电池组极耳流动浸泡式控温方法不仅适用于电池组21发热时均匀快速冷却电池组21的极耳和极柱，而且能够保证电池组21在低温下正常使用。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统，其特征在于包括：外部控温系统和电池组内部控温系统；
所述外部控温系统包括水箱(11)、循环水泵(12)、风冷换热器(13)、油水换热器(14)、加热装置(15)和回水管(16)，所述油水换热器(14)上设置有进水口、出水口、进油口和出油口，所述风冷换热器(13)的出水口与油水换热器(14)的进水口通过管道连接，
所述风冷换热器(13)的进水口通过循环水泵(12)与水箱(11)的出水口连接，加热装置(15)安装在水箱(11)内，所述油水换热器(14)的出水口通过回水管(16)连接到水箱(11)；
所述电池组内部控温系统包括多个并联设置的电池组(21)、循环工质泵(22)和循环管路(23)，所述每个电池组(21)上均设置有循环工质入口(217)和循环工质出口(218)，外部控温系统中油水换热器(14)的出油口与循环工质泵(22)的进油口连接，所述循环工质泵(22)的出油口通过循环管路(23)连接到每个电池组(21)的循环工质入口(217)，所述电池组(21)的循环工质出口(218)通过循环管路(23)连接到油水换热器(14)的进油口。
2.如权利要求1所述的大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统，其特征在于：所述电池组(21)包括电池组外壳(211)、单体电池(212)、电池组上盖(213)、正极柱(214)、负极柱(215)、型材散热器式极耳(216)、循环工质入口(217)和循环工质出口(218)，多个单体电池(212)并排安装在电池组外壳(211)内，型材散热器式极耳(216)安装在并排设置的单体电池(212)的上方，正极柱(214)和负极柱(215)分别固定在型材散热器式极耳(216)的左右两侧，电池组上盖(213)固定在电池组外壳(211)的顶部，循环工质入口(217)设置在电池组外壳(211)侧面底端，循环工质出口(218)设置在电池组外壳(211)侧面顶。
3.如权利要求2所述的大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统，其特征在于：所述型材散热器式极耳(216)的中部开设有安装凹槽，所述凹槽内设置有多个并行间隔设置的螺孔，所述凹槽左右两侧各设置有多个对称分布的散热翅片。
4.一种基于如权利要求3所述的大功率电池组极耳流动浸泡式控温系统的控温方法，其特征在于具体包括如下方式：
a、冷却模式，当大功率电池组(21)开始工作时，循环工质泵(22)开启，冷却液体在电池内部控温系统内循环流动，当电池组(21)极耳和极柱温度迅速升高时，电池组外壳(211)内充满冷却工质，极耳和极柱产生的热量迅速传递到冷却工质中，当冷却工质温度超过50℃后，外部控温系统开启，水箱(11)中的冷却水通过循环水泵(12)泵入风冷换热器(13)，冷却水冷却到30℃以下后进入油水换热器(14)与冷却工质换热，对冷却工质进行冷却，控制冷却工质的温度在40℃左右，升温后的冷却水回流到水箱(11)中，如此循环，保证电池组(21)的极耳和极柱温度在40℃以下，冷却过程中加热装置(15)不工作；
b、加热模式，当电池组(21)开始工作的温度在零下时，电池组(21)内部控温系统和外部控温系统开始工作，水箱(11)中的冷却水首先通过加热装置(15)加热至30℃左右，然后通过循环水泵(12)泵入油水换热器(14)与冷却工质换热，将冷却工质温度提高到25℃以上，从而保证电池组(21)的正常工作温度，电池组(21)正常启动，加热程中风冷换热器(13)不工作，当电池组(21)正常启动一段时间后，加热模式关闭，冷却模式开启，保证电池组(21)的正常运行。
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