CN108574076A - 一种汽车动力电池组高效冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种汽车动力电池组高效冷却系统。包括电池冷却箱体、储液箱、控制模块，所述电池安装槽内设置有电池，电池安装槽底部设置有电池包冷却水道，所述电池安装槽上端设置有导风管；所述导风管通过通风管道与通风装置连通，所述储液箱底通过比例阀和电池包水道、第二管道连通；所述第二管道通过电磁阀与电池包水道和第四管道连通，所述第四管道一端与散热器连通，所述散热器另一端通过管道与储液箱连通，所述第三管道另一端与散热器和储液箱连通的管道连通，所述电池包冷却水道与比例阀连通的管道上设置有水泵；所述水泵、比例阀和电磁阀均由控制模块控制运行。本发明冷却均匀且冷却速率可与充电电流实现闭环控制。

Description

一种汽车动力电池组高效冷却系统
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种汽车动力电池组高效冷却系统。
背景技术
电动汽车具有清洁环保舒适的特点同时提供优越的驾驶娱乐性，使用者对电动汽车续航里程的期望越来越高，随着电芯能量密度提升和成本的降低，电动汽车的续航能力提升已不是最大技术挑战。大容量的动力电池带来的充电时间过长的问题已成为用户的困扰，充电时间长也是电动汽车潜在用户的顾虑因素，市面量产车型的快充技术基本在40分钟充至80％电量，相比燃油车型3分钟加满一箱油而言充电速度依然太慢了，占用充电设施时间过长会对电动汽车大量推广应用造成障碍，在长距离旅程中途需要花费超过40分钟等待充电、如遇到充电站排队车辆将耗费更长等待时间显然会严重降低用户体验，用户的里程顾虑制约着电动汽车市场规模的扩大。追求更快的充电速度需要提升充电功率，快充过程电池组发热量大，如不能对电池组进行高效的冷却会造成电芯温度快速升高带来安全隐患和电池组损坏风险，所以提出一种新型的快速高效安全地冷却快充电池组的方法和装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种汽车动力电池组高效冷却系统。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：一种汽车动力电池组高效冷却系统，包括电池冷却箱体、储液箱、控制模块所述电池冷却箱体呈长方体状，所述电池冷却箱体内设置有电池安置槽，所述电池安装槽内设置有电池，所述电池安装槽底部设置有电池包冷却水道，所述电池安装槽上端设置有导风管；所述储液箱上端设置有通风装置和干冰加注盖，所述导风管通过通风管道与通风装置连通，所述通风管道内设置有风机，所述储液箱底部设置有第一管道，所述第一管道通过比例阀和电池包水道、第二管道连通；所述第二管道一端与第三管道中间连通；所述第三管道一端通过电磁阀与电池包水道和第四管道连通，所述第四管道一端与散热器连通，所述散热器另一端通过管道与储液箱连通，所述第三管道另一端与散热器和储液箱连通的管道连通，所述电池包冷却水道与比例阀连通的管道上设置有水泵；所述水泵、比例阀和电磁阀均由控制模块控制运行。
所述电池冷却箱体电池安装槽下底板内设置有电池包水道，所述电池包水道水道主体呈“S”形弯曲状，所述电池冷却箱体电池安装槽下底板内并排设置有一条以上的电池包水道，所述电池冷却箱体电池安装槽下底板内两侧设置有两条冷却液总管，多组所述电池包水道的两个管口分别和两侧的冷却液总管连通，两个所述冷却液总管水平位置对应的电池冷却箱体一侧设置有冷却液入口和冷却液回水口，两个所述冷却液总管分别和冷却液入口、冷却液回水口连通；所述第一管道通过比例阀和冷却液入口连通，所述第三管道一端通过电磁阀与冷却液回水口连通。
所述冷却液入口和所述冷却液回水口连接的外部管道上设置有传感器，所述传感器与控制模块连接传输信号。
所述导风管主体呈长方体箱体结构，所述导风管水平位置对应的电池冷却箱体一侧设置有进风口，所述进风口与导风管连通，所述进风口与通风管道连通，所述导风管底部设置有出风口，所述导风管下端设置有多组电池组，每个所述电池组内并排设置有多个冷却电芯，每组所述电池组之间等间隔设置从而产生风道，所述电池冷却箱体一侧设置有排气口；冷却气体从储液箱通过进风口进入到导风管，再由导风管进入到每个风道，在通过排气口排出。
所述电池组内每个冷却电芯一侧设置有两条绝缘胶条，所述绝缘胶条使得每个冷却电芯之间产生风道。
所述导风管底部的出风口设置有聚风管。
所述储液箱内水平设置有防止干冰进入到第一管道的过滤装置。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过外加干冰的方式给电池包冷却提供制冷源，仅在快速充电过程需要对电池组进行大功率冷却，行驶过程通过低温散热系统保证电池组温度在安全范围内，避免了在车辆上搭载大功率制冷设备而增加车辆的行驶负荷和制造成本，减少了行驶过程的寄生能耗延长续航里程；干冰由快速充电站提供，如果由车载制冷设备给电池冷却同样在快速充电过程需额外消耗电能，集中大量制取干冰显然比每台电动汽车搭载一套大功率冷却装置更加节能经济，随着电动汽车的大量推广应用，快速充电站的高效运行是提升效益的关键，规模经济下提供干冰制冷的充电站对电动车电池进行充电所使用的的干冰制冷能量成本与提升运营效率带来的收益相比微不足道，带来的高充电效率将发挥重要社会价值。
2.本发明通过在快速充电站往车辆储液箱加注干冰，通过液冷和风冷结合的方式给电池组降温，冷却均匀且冷却速率可与充电电流实现闭环控制，可满足大功率充电过程使电池组处于性能良好的温度范围内，缩短充电时间同时保证电池使用寿命。
3.本发明可精确控制电池组在快速充电过程的冷却状态，液冷导热面和风冷导热面在电池组不同部位，多面同时导热可显著提高散热效率，减小电池组各部位温差；同时风冷和液冷冷却介质流速单独可控，控制模块根据传感器实时采集到的各部位温度信息调整冷却液循环泵和风机的转速，同时可减小电池组快速充电过程的温升和各部位温度差异，延长电池组使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的冷却系统示意图；
图2为本发明的电池系统示意图；
图3为本发明的电池系统正视图；
图4为本发明的电池系统俯视图；
图5为本发明的电池系统A-A剖视图；
图6为本发明的电池系统B-B剖视图；
图7为本发明的电池系统C-C剖视图；
图8为本发明的电池系统D-D剖视图；
图9为本发明的电池系统E-E剖视图；
图10为本发明的气体输送单元；
图11为本发明的电池组；
图12为电芯单体示意图；
图13为图6局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1-13。
本发明公开了一种汽车动力电池组高效冷却系统，包括电池冷却箱体22、储液箱1、控制模块9所述电池冷却箱体22呈长方体状，所述电池冷却箱体22内设置有电池安置槽，所述电池安装槽内设置有电池，所述电池安装槽底部设置有电池包冷却水道11，所述电池安装槽上端设置有导风管31；所述储液箱1上端设置有通风装置3和干冰加注盖2，所述导风管31通过通风管道6与通风装置3连通，所述通风管道6内设置有风机4，所述储液箱1底部设置有第一管道15，所述第一管道15通过比例阀7和电池包水道11、第二管道16连通；所述第二管道16一端与第三管道17中间连通；所述第三管道17一端通过电磁阀12与电池包水道11和第四管道19连通，所述第四管道19一端与散热器13连通，所述散热器13另一端通过管道与储液箱1连通，所述第三管道17另一端与散热器13和储液箱1连通的管道连通，所述电池包冷却水道11与比例阀7连通的管道上设置有水泵8；所述水泵8、比例阀7和电磁阀12均由控制模块9控制运行。
所述电池冷却箱体22电池安装槽下底板内设置有电池包水道11，所述电池包水道11水道主体呈“S”形弯曲状，所述电池冷却箱体22电池安装槽下底板内并排设置有一条以上的电池包水道11，所述电池冷却箱体22电池安装槽下底板内两侧设置有两条冷却液总管28，多组所述电池包水道11的两个管口分别和两侧的冷却液总管28连通，两个所述冷却液总管28水平位置对应的电池冷却箱体22一侧设置有冷却液入口24和冷却液回水口25，两个所述冷却液总管28分别和冷却液入口24、冷却液回水口25连通；所述第一管道15通过比例阀7和冷却液入口24连通，所述第三管道17一端通过电磁阀12与冷却液回水口25连通。
所述冷却液入口24和所述冷却液回水口25连接的外部管道上设置有传感器10，所述传感器10与控制模块9连接传输信号。
所述导风管31主体呈长方体箱体结构，所述导风管31水平位置对应的电池冷却箱体22一侧设置有进风口23，所述进风口23与导风管31连通，所述进风口23与通风管道6连通，所述导风管31底部设置有出风口，所述导风管31下端设置有多组电池组21，每个所述电池组21内并排设置有多个冷却电芯32，每组所述电池组21之间等间隔设置从而产生风道5，所述电池冷却箱体22一侧设置有排气口20；冷却气体从储液箱1通过进风口23进入到导风管31，再由导风管31进入到每个风道5，在通过排气口20排出。
所述电池组21内每个冷却电芯32一侧设置有两条绝缘胶条33，所述绝缘胶条33使得每个冷却电芯32之间产生风道5。
所述导风管31底部的出风口设置有聚风管。
所述储液箱1内水平设置有防止干冰进入到第一管道15的过滤装置14。
本发明的使用原理简述如下：
本发明提供一种汽车动力电池组冷却系统和电池系统，参阅图1并结合图5、图6、图7、图8、图9、图10所示：储液箱1用于存储一定容量的冷却液，储液箱1内部有过滤装置14防止干冰颗粒进入第一管道15后升华产生气体损坏管道，储液箱1连接至加注盖2，充电开始之前通过开启加注盖2往储液箱1加注干冰，加注盖2具备泄压功能以确保在电池包排气口20未正常开启联通外界状态下干冰升华产生气体安全排出，排气单元20连接至车辆便于操作的安全位置，非快速充电时间端口处于密封状态以保证电池系统防水防尘等级；储液箱1上端连接通气装置3，通气装置3可将干冰升华产生气体导入风机4同时防止液体进入风机4，控制模块9可控制风机4的动作强制将升华后低温气体通过风管6输送至电池包进风口23；电芯32上涂有两条绝缘胶条33(图12)使成组后电芯32之间有间隙形成风道5(图13)，进风口23导入的低温气体通过导风管31分配至各个电池组21，低温气体流过电池包风道5冷却电芯32，冷却气体从风道5中间往下流动至底部再往两侧分流继而从电池组21上部排出(图9)，气体流出电池组21后汇流至排气单元20排出电池系统22外部(图8)。
参阅图1并结合图5、图6及图7所示：储液箱1内降温后的液体通过管道15通往比例阀7，控制模块9可控制比例阀7的开启状态分配管道15和管道16的流量比例以达到预期的冷却液温度，水泵8为冷却液循环提供动力，控制模块9可控制水泵8的转速以调整期望的冷却液流动速率，电池组21贴紧安装在电池系统22底部，低温冷却液通过冷却液入口24进入电池包冷却水道11与电池系统22底板实现对流换热，底板再与电池组21实现传导热交换，电池包冷却水道11回流液体汇集到回水通道28，再流至冷却液回水口25，再通过管道18至管道17回流到储液箱或者部分通过管道16分流至水泵8入口，分流状态取决于比例阀7的开启状态。
控制模块9根据传感器10实时采集到的电池组各部位温度信息调整水泵8和风机5的转速，控制模块9可同时调整比例阀7的开启状态控制冷却液温度，以达到预期的冷却速率和冷却均匀性，同时可减小电池组21快速充电过程的温升和各部位温度差异。液体冷却回路通过电池组21下表面接触实现热交换；气体冷却回路从电池组21的上表面沿着电芯32之间的风道5往下部流动，再从电池组21上部排出，均匀地冷却电芯的侧面和上表面，电池组21内部各表面同时冷可却显著减小了导热阻力，提高热交换效率，保证快速充电过程产生的大量热量及时高效传导，避免了电芯32温升过高，改善电池组21内部冷却效果的一致性，提升充电速度的同时延长电池组使用寿命。
加注干冰的重量是根据电池组容量和充电速率计算好的，只需要按照车辆的加注说明一次性足量加注即可满足充电过程的冷却需求。
本发明示例冷却系统在38℃以下环境温度时，车辆行驶过程可提供较好的冷却效果，控制模块9通过控制电磁阀12和比例阀7的开度，水泵8将冷却液从储液箱1输送至电池包水道11与电池组实现热交换，升温后的冷却液通过冷却液回水口25排出至管道18，再流过管道19进入散热器13(图1)，与外界空气实现热交换，车辆行驶过程的空气对流带走冷却液热量，降温后的冷却液回流至储液箱1；本发明中储液箱1中存储的冷却液容量较常规副水箱的容量大，冷却液比热容为3300J/Kg.K，电芯比热容约为1100J/Kg.K，本发明的水道11的设计使各电池组之间的温差很小，行驶过程中散热器13持续散热，在有限的电量和允许的道路条件下行驶，电池包产生的焦耳热给电芯和冷却液带来的温升很小，可以控制在45℃以内；冷却过程仅电子水泵在消耗功率，极大降低了行车过程冷却能耗，延长了续驶里程。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种汽车动力电池组高效冷却系统，包括电池冷却箱体(22)、储液箱(1)、控制模块(9)其特征在于：所述电池冷却箱体(22)呈长方体状，所述电池冷却箱体(22)内设置有电池安置槽，所述电池安装槽内设置有电池，所述电池安装槽底部设置有电池包冷却水道(11)，所述电池安装槽上端设置有导风管(31)；所述储液箱(1)上端设置有通风装置(3)和干冰加注盖(2)，所述导风管(31)通过通风管道(6)与通风装置(3)连通，所述通风管道(6)内设置有风机(4)，所述储液箱(1)底部设置有第一管道(15)，所述第一管道(15)通过比例阀(7)和电池包水道(11)、第二管道(16)连通；所述第二管道(16)一端与第三管道(17)中间连通；所述第三管道(17)一端通过电磁阀(12)与电池包水道(11)和第四管道(19)连通，所述第四管道(19)一端与散热器(13)连通，所述散热器(13)另一端通过管道与储液箱(1)连通，所述第三管道(17)另一端与散热器(13)和储液箱(1)连通的管道连通，所述电池包冷却水道(11)与比例阀(7)连通的管道上设置有水泵(8)；所述水泵(8)、比例阀(7)和电磁阀(12)均由控制模块(9)控制运行。
2.根据权利要求1所述的一种汽车动力电池组高效冷却系统，其特征在于：所述电池冷却箱体(22)电池安装槽下底板内设置有电池包水道(11)，所述电池包水道(11)水道主体呈“S”形弯曲状，所述电池冷却箱体(22)电池安装槽下底板内并排设置有一条以上的电池包水道(11)，所述电池冷却箱体(22)电池安装槽下底板内两侧设置有两条冷却液总管(28)，多组所述电池包水道(11)的两个管口分别和两侧的冷却液总管(28)连通，两个所述冷却液总管(28)水平位置对应的电池冷却箱体(22)一侧设置有冷却液入口(24)和冷却液回水口(25)，两个所述冷却液总管(28)分别和冷却液入口(24)、冷却液回水口(25)连通；所述第一管道(15)通过比例阀(7)和冷却液入口(24)连通，所述第三管道(17)一端通过电磁阀(12)与冷却液回水口(25)连通。
3.根据权利要求2所述的一种汽车动力电池组高效冷却系统，其特征在于：所述冷却液入口(24)和所述冷却液回水口(25)连接的外部管道上设置有传感器(10)，所述传感器(10)与控制模块(9)连接传输信号。
4.根据权利要求1所述的一种汽车动力电池组高效冷却系统，其特征在于：所述导风管(31)主体呈长方体箱体结构，所述导风管(31)水平位置对应的电池冷却箱体(22)一侧设置有进风口(23)，所述进风口(23)与导风管(31)连通，所述进风口(23)与通风管道(6)连通，所述导风管(31)底部设置有出风口，所述导风管(31)下端设置有多组电池组(21)，每个所述电池组(21)内并排设置有多个冷却电芯32，每组所述电池组(21)之间等间隔设置从而产生风道(5)，所述电池冷却箱体(22)一侧设置有排气口(20)；冷却气体从储液箱(1)通过进风口(23)进入到导风管(31)，再由导风管(31)进入到每个风道(5)，在通过排气口(20)排出。
5.根据权利要求4所述的一种汽车动力电池组高效冷却系统，其特征在于：所述电池组(21)内每个冷却电芯(32)一侧设置有两条绝缘胶条(33)，所述绝缘胶条(33)使得每个冷却电芯(32)之间产生风道(5)。
6.根据权利要求4所述的一种汽车动力电池组高效冷却系统，其特征在于：所述导风管(31)底部的出风口设置有聚风管。
7.根据权利要求1所述的一种汽车动力电池组高效冷却系统，其特征在于：所述储液箱(1)内水平设置有防止干冰进入到第一管道(15)的过滤装置(14)。
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