CN107196001B - 电池组热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组热管理系统，通过对电池组当前的环境温度、体表温度以及电池组当前的输出电流的实时检测，并通过主控系统与预设标准值范围比对分析，分析结果通过显示模块在控制装置的显示屏上显示，使用者能够第一时间直观地了解到电池组的当前状态，并能够及时采取有效措施进行调控。同时，主控系统可以根据分析结构发出调控指令，实时自动调控冷却系统的冷却力度，防止由于电池组的本体温度或者环境温度过高而影响电池组的工作效率以及使用寿命。通过实验证明，本发明提供的电池组热管理系统，能够提高锂电池组使用寿命1382小时。

Description

电池组热管理系统
技术领域
本发明属于电动车辆的电池管理系统领域，具体涉及电池组热管理系统。
背景技术
目前电动汽车和混合动力汽日益成为重要的交通工具，而动力电池是纯电动汽车和混合动力汽车驱动的能量载体，为了满足快速充电和持续里程的要求，以及爬坡、加速等工况下的车辆动能，动力电池必须具备高功率输出和大容量。为了保证动力电池的高容量、大功率，通常将大量单体动力电池通过串联、并联的方式组成电池模组使用。
动力电池工作电流大，产热量大，同时电池组处于一个相对封闭的环境中，容易导致电池的温度上升，这是因为锂电池中的电解质，电解质在锂电池内部起电荷传导作用。目前锂电池大部分是易燃、易挥发的非水溶液组成，这个组成体系相比水溶液电解质组成的电池有更高的比能量和电压输出，符合用户更高的能量需求。因为非水溶液电解质本身易燃、易挥发，浸润在电池内部，也形成了电池的燃烧根源。因此锂电池材料的工作温度不得高于60℃，但现在夏季室外温度往往接近40℃，同时电池本身产热量大，这将导致电池的工作环境温度上升，而如果出现热失控，情况将十分危险。为了避免变成“烧烤”，给电池散热就尤为重要了。
电池组散热有主动和被动两种，两者之间在效率上有很大的差别。被动系统所要求的成本比较低，采取的措施也较简单。主动系统结构相对复杂一些，且需要更大的附加功率，但它的热管理更加有效。
另外，就是电池隔膜的作用，主要是在狭小空间内将电池正负级板分隔开来，防止两极接触造成短路，却能保证电解液中的离子在正负极之间自由通过。因此隔膜就成了保证锂离子电池安全稳定工作的核心材料。
电解液是为了隔绝燃烧来源，隔膜是为了提高耐热温度，而散热充分则是降低电池温度，避免积热过多引发电池热失控。如果说电池温度急剧升高到300℃，即使隔膜不融化收缩，电解液自身、电解液与正负极也会发生强烈化学反应，释放气体，形成内部高压而爆炸，所以采用适合的散热方式至关重要。
参照中国发明CN104347908专利公开了一种蓄电池散热板，该散热板包括基板和若干排列的散热单元，所述散热单元是由2～4片散热片组成并在底部通过横梁相连，对应每个散热单元底部的横梁设有支撑筋。
在现有技术中，电池组的常用冷却方式主要是水冷或者空冷，比如空冷时，若果换热风扇一直持续工作，则换热风扇本身也会由于做功散发热量，导致电池组的工作环境温度上升。而如果只是在电池组升温至一定温度后再进行降温，由于空气与电池组表面的换热系数较低，无法在短时间内对电池组进行有效降温控制。而水冷降温的换热器在一段时间内降温效果显著，但是密封性要求高，质量相对较大，维修和保养复杂，结构相对复杂。而且长时间工作后，由于车辆的整个动力系统的工作环境温度升高导致水冷效果下降，或者需要在使用一段时间后，需要将水套中的水进行替换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池组热管理系统，该热管理系统根据实时监控电池组的输出电流及当前温度对电池组的当前环境温度进行有效监控，并及时调控散热装置对电池组进行散热，预防电池组的温度过高，提高电池组的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：
电池组热管理系统，包括电池组、控制装置和冷却系统；所述冷却系统包括电池箱体和散热装置，所述电池组设在所述电池箱体内；
所述电池组上连接有温度传感器、电流传感器；所述散热装置包括冷却剂承载控制箱和冷却剂循环管，所述冷却剂循环管设在所述电池组的表面，所述冷却剂承载控制箱设在所述电池箱体的外部的一端；所述控制装置包括显示屏以及其内设置的温度显示模块、电流显示模块和主控系统；
所述温度传感器、电流传感器和冷却剂承载控制箱均与所述控制装置连接；
所述温度传感器实时检测所述电池组当前的环境温度以及体表温度并将检测数据发送给所述主控系统，所述电流传感器实时检测所述电池组当前的输出电流并将检测数据发送给所述主控系统，所述主控系统内存储有所述电池组的温度与输出电流的标准值范围，所述主控系统获取所述检测数据并分别与标准值范围进行比对分析，之后将分析结果分别发送给所述温度显示模块和电流显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；同时，所述主控系统发出调控指令给所述冷却剂承载箱，所述冷却剂承载箱接收所述调控指令，并控制其内冷却剂的输出、停止以及输出速率。
进一步地，所述电池箱体为正六面体结构，其四周和上表面均为百叶窗结构，其底部设有固定支架，所述电池箱体的上盖的一边与其对应的侧面转动连接，并在转轴上设有控制电机。
进一步地，所述冷却剂循环管为软管结构，所述电池组的表面设有固定所述冷却剂循环管的固定支架，所述冷却剂循环管通过所述固定支架缠绕在所述电池组的表面。
进一步地，所述控制装置上设有警报器，
当前温度值位于预设温度值范围的中值与最大值之间时，所述主控系统调控所述冷却剂承载控制箱增大冷却剂输出速率；
当前温度值超出预设温度值范围，所述主控系统调控所述冷却剂承载控制箱为最大冷却剂输出速率，并启动所述警报器。
进一步地，当前输出电流达到预设范围值最大值时，所述主控系统控制所述冷却剂承载控制箱为最大输出速率；
当前输出电流超出预设范围值时，所述主控系统启动所述警报器。
进一步地，所述电池组上还设有湿度传感器，所述电池箱体外还设有换气扇，所述控制装置内设有湿度显示模块；所述湿度传感器和换气扇均与所述控制装置连接；
所述湿度传感器实时检测所述电池组的环境湿度，并将检测的湿度数据传送给所述主控系统，所述主控系统获取该湿度数据并与预设湿度范围值比对分析，将分析结果发送给所述湿度显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；同时，所述主控系统发出调控指令给所述冷却剂承载箱；
当所述湿度数据位于预设湿度范围值内时，系统正常降温；
当所述湿度数据达到预设湿度范围值最大值时，所述主控系统对所述换气扇发出启动指令，同时对所述电池箱体上的控制电机发出启动指令，控制所述电池箱体的上盖打开；
当所述湿度数据超出预设湿度范围值最大值10％以上时，所述主控系统启动所述警报器。
进一步地，所述电池组上还设有振动传感器，所述控制装置内设有振动显示模块；
所述振动传感器实时检测所述电池组的振动频率，并将检测的振动频率数据传送给所述主控系统，所述主控系统获取该振动频率数据并与预设振动频率范围值比对分析，将分析结果发送给所述振动显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；
当前振动频率大于预设振动频率范围最大值时，所述主控系统降低所述电池组的电流输出。
进一步地，所述电池箱体内还设有缓冲垫层，所述缓冲垫层设在所述电池组的下方。
进一步地，所述缓冲垫层为中空结构，所述缓冲垫层与所述冷却剂循环管连通。
本发明提供的电池组热管理系统，通过对电池组当前的环境温度、体表温度以及电池组当前的输出电流的实时检测，并通过主控系统与预设标准值范围比对分析，分析结果通过显示模块在控制装置的显示屏上显示，使用者能够第一时间直观地了解到电池组的当前状态，并能够及时采取有效措施进行调控。同时，主控系统可以根据分析结果发出调控指令，实时自动调控冷却系统的冷却力度，防止由于电池组的本体温度或者环境温度过高而影响电池组的工作效率以及使用寿命。通过实验证明，本发明提供的电池组热管理系统，能够提高锂电池组使用寿命1382小时。
附图说明
图1为本发明提供的电池组热管理系统的模块示意图；
图2为本发明提供的电池组热管理系统的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。
电池组热管理系统，如图1和图2所示，包括电池组、控制装置和冷却系统；冷却系统包括电池箱体和散热装置，电池组设在电池箱体内；
电池组上连接有温度传感器、电流传感器；散热装置包括冷却剂承载控制箱和冷却剂循环管，冷却剂循环管设在电池组的表面，冷却剂承载控制箱设在电池箱体的外部的一端；控制装置包括显示屏以及其内设置的温度显示模块、电流显示模块和主控系统；
温度传感器、电流传感器和冷却剂承载控制箱均与控制装置连接；
温度传感器实时检测电池组当前的环境温度以及体表温度并将检测数据发送给主控系统，电流传感器实时检测电池组当前的输出电流并将检测数据发送给主控系统，主控系统内存储有电池组的温度与输出电流的标准值范围，主控系统获取检测数据并分别与标准值范围进行比对分析，之后将分析结果分别发送给温度显示模块和电流显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；同时，主控系统发出调控指令给冷却剂承载箱，冷却剂承载箱接收调控指令，并控制其内冷却剂的输出、停止以及输出速率。
电池箱体为正六面体结构，其四周和上表面均为百叶窗结构，其底部设有固定支架，电池箱体的上盖的一边与其对应的侧面转动连接，并在转轴上设有控制电机。
冷却剂循环管为软管结构，电池组的表面设有固定冷却剂循环管的固定支架，冷却剂循环管通过固定支架缠绕在电池组的表面。
控制装置上设有警报器，
当前温度值位于预设温度值范围的中值与最大值之间时，主控系统调控冷却剂承载控制箱增大冷却剂输出速率；
当前温度值超出预设温度值范围，主控系统调控冷却剂承载控制箱为最大冷却剂输出速率，并启动警报器。
当前输出电流达到预设范围值最大值时，主控系统控制冷却剂承载控制箱为最大输出速率；
当前输出电流超出预设范围值时，主控系统启动警报器。
电池组上还设有湿度传感器，电池箱体外还设有换气扇，控制装置内设有湿度显示模块；湿度传感器和换气扇均与控制装置连接；
湿度传感器实时检测电池组的环境湿度，并将检测的湿度数据传送给主控系统，主控系统获取该湿度数据并与预设湿度范围值比对分析，将分析结果发送给湿度显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；同时，主控系统发出调控指令给冷却剂承载箱；
当湿度数据位于预设湿度范围值内时，系统正常降温；
当湿度数据达到预设湿度范围值最大值时，主控系统对换气扇发出启动指令，同时对电池箱体上的控制电机发出启动指令，控制电池箱体的上盖打开；
当湿度数据超出预设湿度范围值最大值10％以上时，主控系统启动警报器。
电池组上还设有振动传感器，控制装置内设有振动显示模块；
振动传感器实时检测电池组的振动频率，并将检测的振动频率数据传送给主控系统，主控系统获取该振动频率数据并与预设振动频率范围值比对分析，将分析结果发送给振动显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；
当前振动频率大于预设振动频率范围最大值时，主控系统降低电池组的电流输出。
控制系统获取振动频率，当前振动频率大于预设值时，主控系统控制电池组减少电流输出，也就是说，当使用在车辆上的电池组由于外部环境振动过于强烈，为了保护电池组起见，可以对运行车辆进行减速，以减小车辆的振动频率，进而保护电池组。或者当环境温度较低，比如环境温度甚至已经达到零下40摄氏度，此时，如果电池组的振动依然比较大时，会对电池组本身的结构安全产生较大的影响，所以也需要对运行车辆进行减速。
为了提高电池组的防振动效果，优选电池箱体内还设有缓冲垫层，缓冲垫层设在电池组的下方。
可以将缓冲垫层设置为中空结构，缓冲垫层与冷却剂循环管连通。本发明中优选冷却剂为水。或者也可以使用防冻液乙二醇对过冷环境下电池组进行保护。
为了进一步保护电池组，优选电池箱体内还设有缓冲垫层，缓冲垫层设在电池组的下方。
为了防止缓冲垫层会阻碍电池组的散热，优选可以设置缓冲垫层为中空结构，可以将缓冲垫层与冷却剂循环管连通，冷却剂同时也注入缓冲垫层内，不仅可以对电池组进行缓冲，同时还可以对电池组的底部进行降温处理。
以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。

Claims (8)

1.电池组热管理系统，其特征在于，包括电池组、控制装置和冷却系统；所述冷却系统包括电池箱体和散热装置，所述电池组设在所述电池箱体内；
所述电池组上连接有温度传感器、电流传感器；所述散热装置包括冷却剂承载控制箱和冷却剂循环管，所述冷却剂循环管设在所述电池组的表面，所述冷却剂承载控制箱设在所述电池箱体的外部的一端；所述控制装置包括显示屏以及其内设置的温度显示模块、电流显示模块和主控系统；
所述温度传感器、电流传感器和冷却剂承载控制箱均与所述控制装置连接；
所述温度传感器实时检测所述电池组当前的环境温度以及体表温度并将检测数据发送给所述主控系统，所述电流传感器实时检测所述电池组当前的输出电流并将检测数据发送给所述主控系统，所述主控系统内存储有所述电池组的温度与输出电流的标准值范围，所述主控系统获取所述检测数据并分别与标准值范围进行比对分析，之后将分析结果分别发送给所述温度显示模块和电流显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；同时，所述主控系统发出调控指令给所述冷却剂承载箱，所述冷却剂承载箱接收所述调控指令，并控制其内冷却剂的输出、停止以及输出速率；
所述电池组上还设有振动传感器，所述控制装置内设有振动显示模块；
所述振动传感器实时检测所述电池组的振动频率，并将检测的振动频率数据传送给所述主控系统，所述主控系统获取该振动频率数据并与预设振动频率范围值比对分析，将分析结果发送给所述振动显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；
当前振动频率大于预设振动频率范围最大值时，所述主控系统降低所述电池组的电流输出。
2.根据权利要求1所述的电池组热管理系统，其特征在于，所述电池箱体为正六面体结构，其四周和上表面均为百叶窗结构，其底部设有固定支架，所述电池箱体的上盖的一边与其对应的侧面转动连接，并在转轴上设有控制电机。
3.根据权利要求1所述的电池组热管理系统，其特征在于，所述冷却剂循环管为软管结构，所述电池组的表面设有固定所述冷却剂循环管的固定支架，所述冷却剂循环管通过所述固定支架缠绕在所述电池组的表面。
4.根据权利要求2所述的电池组热管理系统，其特征在于，所述控制装置上设有警报器，
当前温度值位于预设温度值范围的中值与最大值之间时，所述主控系统调控所述冷却剂承载控制箱增大冷却剂输出速率；
当前温度值超出预设温度值范围，所述主控系统调控所述冷却剂承载控制箱为最大冷却剂输出速率，并启动所述警报器。
5.根据权利要求4所述的电池组热管理系统，其特征在于，当前输出电流达到预设范围值最大值时，所述主控系统控制所述冷却剂承载控制箱为最大输出速率；
当前输出电流超出预设范围值时，所述主控系统启动所述警报器。
6.根据权利要求4所述的电池组热管理系统，其特征在于，所述电池组上还设有湿度传感器，所述电池箱体外还设有换气扇，所述控制装置内设有湿度显示模块；所述湿度传感器和换气扇均与所述控制装置连接；
所述湿度传感器实时检测所述电池组的环境湿度，并将检测的湿度数据传送给所述主控系统，所述主控系统获取该湿度数据并与预设湿度范围值比对分析，将分析结果发送给所述湿度显示模块，并在显示屏上以曲线图的形式显示；同时，所述主控系统发出调控指令给所述冷却剂承载箱；
当所述湿度数据位于预设湿度范围值内时，系统正常降温；
当所述湿度数据达到预设湿度范围值最大值时，所述主控系统对所述换气扇发出启动指令，同时对所述电池箱体上的控制电机发出启动指令，控制所述电池箱体的上盖打开；
当所述湿度数据超出预设湿度范围值最大值10％以上时，所述主控系统启动所述警报器。
7.根据权利要求1所述的电池组热管理系统，其特征在于，所述电池箱体内还设有缓冲垫层，所述缓冲垫层设在所述电池组的下方。
8.根据权利要求1所述的电池组热管理系统，其特征在于，所述缓冲垫层为中空结构，所述缓冲垫层与所述冷却剂循环管连通。
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