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一种动力电池箱、动力电池系统及充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种动力电池箱、动力电池系统及充电方法，该动力电池箱内设置有用于在充电时充入冷却剂的冷却管路以及用于检测冷却管路中的冷却剂温度的温度传感器，冷却管路的进气接口和出气接口均设置有控制阀，温度传感器设置有用于连接控制器的通信接口。本发明通过在给动力电池充电时，向动力电池箱内充入冷却剂以给动力电池进行降温，通过将充入的冷却剂封闭在电池箱内进行充分热交换后再排出，有效提高了冷却剂的利用率，避免了资源浪费。

Description

一种动力电池箱、动力电池系统及充电方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池箱、动力电池系统及充电方法，属于新能源动力电池技术领域。
背景技术
随着新能源汽车的不断应用普及，对车载动力电池系统的充电性能提出了更高的要求。为了实现传统汽车在短时间补充车辆行驶所需能量，需要解决动力电池充电时间长，用户时间成本过高的这一技术缺陷。
为解决这一问题，行业内陆续提出了多种解决方案：其一为采用快换模式，设计快换标准动力电池箱体，并建设大型充换电站；此方案在国内外已经进行过多个项目尝试，项目建设周期长、经济成本高、占地面积大、人员维护费用大、通用性差、客户认可度低等原因失败。其二为将功率型动力电池设计为快充模式，动力电池系统采用三元电池、钛酸锂电池等功率性能较好的储能介质进行设计，满足车辆快速充电需求。此方案对比传统的磷酸铁锂动力电池方案，具有成本高市场竞争力较低这一明显劣势。此外，分析车辆运行工况可知，车辆在正常行驶过程中功率需求相对充电功率明显较小，同样的发热量相对于充电过程也明显较小，造成动力电池系统性能利用不充分。其三为采用磷酸铁锂动力电池成组并加强散热系统功能，通常采用铝合金箱体并配合液冷冷却系统实现。此方案有限提升了原磷酸铁锂动力电池的功率性能，但采用铝合金箱体或液冷方案造成成本增加，动力电池系统设计复杂，失效模式增加，可靠性降低。
公布号为CN103843220A中国专利文件公开了一种用于对电动车辆电池进行快速充电的站，通过在动力电池进行充电时，采用低温冷却剂给动力电池进行降温，以加快充电速度，但是冷却剂的利用率较低，浪费资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池箱、动力电池系统及充电方法，用于解决在动力电池充电时给动力电池进行冷却的冷却剂利用率较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种动力电池箱，包括以下方案：
电池箱方案一：该动力电池箱内设置有用于在充电时充入冷却剂的冷却管路以及用于检测所述冷却管路中的冷却剂温度的温度传感器，所述冷却管路的进气接口和出气接口均设置有控制阀，所述温度传感器设置有用于连接控制器的通信接口。
电池箱方案二：在电池箱方案一的基础上，冷却管路和/或电池箱上还设置有泄压防爆阀。
本发明还提供了一种动力电池系统，包括以下方案：
系统方案一：包括控制器和多个动力电池箱，所述动力电池箱内设置有用于在充电时充入冷却剂的冷却管路以及用于检测所述冷却管路中的冷却剂温度的温度传感器，所述冷却管路的进气接口和出气接口均设置有控制阀，所述控制器采样连接所述温度传感器、并控制连接所述控制阀。
系统方案二：在系统方案一的基础上，冷却管路和/或电池箱上还设置有泄压防爆阀。
系统方案三：在系统方案一或二的基础上，所述控制阀为电磁阀。
本发明还提供了一种动力电池箱的充电方法，包括以下方案：
方法方案一：步骤如下：
在给动力电池充电时，向动力电池箱内充入冷却剂以给动力电池进行降温；
将充入的冷却剂封闭在电池箱内直至冷却剂的实时温度值降低到设定温度阈值时，排出电池箱内封闭的冷却剂，并重新充入冷却剂。
方法方案二：在方法方案一的基础上，还包括实时检测动力电池箱内的压力，当实时压力大于设定压力阈值时，进行泄压处理。
本发明的有益效果是：
在给动力电池充电时，向动力电池箱内充入冷却剂以给动力电池进行降温，将充入的冷却剂封闭在电池箱内进行充分热交换；通过在电池箱内设置用于检测封闭的冷却剂温度的温度传感器，当冷却剂温度降低到设定温度阈值时，说明冷却剂不再满足热交换需求，将封闭的冷却剂排出，再重新充入新的冷却剂，有效提高了冷却剂的利用率，避免了资源浪费。
进一步的，通过在电池箱或者冷却管路上设置泄压防爆阀，可以有效防止当电池箱内空气压强变大时会发生爆炸等安全事故。
附图说明
图1是并联气路的动力电池系统的结构示意图；
图2是串联气路的动力电池系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供了一种动力电池系统，该系统包括多个动力电池箱，各动力电池箱串联连接或者并联连接。其中每个电池箱内含有电池模组，用于存储电能。
在车辆正常运行工况下，电池箱体内各电池模组的实际等效功率较低，温度可维持在正常温度范围内。而在停车快速充电工况下，实际功率明显高于车辆运行工况下的功率需求，发热量明显增加，若无有效的冷却方案电池箱内温度将超出正常范围，致使充电过程停止。使用低温气体或低温液体等冷却剂进行充电过程的冷却，可以明显降低电池系统运行温度，保证完成快速充电。
为了实现采用低温冷却剂对正在充电的动力电池进行冷却以实现快速充电，在本发明中的各电池箱体含有三类I/O接口，其一为动力电池能量输入/输出接口，用于存储与输出电能，一般称为主动力电路；其二为辅助供电及通信结构，用于箱体内部监控元件的辅助供电与信息通信，配合其他控制元件完成对电池箱体内部电池模组的监控与通信；其三为进气接口/出气接口，该进气接口和出气接口与设置在电池箱内的冷却管路相连，用于在充电时向电池箱体内输送低温冷却剂来降低电池模组温度，提升动力电池的功率性能，实现快速充电。
动力电池系统还包括一个控制器，此处的控制器可以是专门设置的控制器，也可以是车辆上现有的控制器，例如可以由电池管理系统来实现，此时只需要改变内部程序，以满足应用需求。电池箱内的冷却管路至少设置有一个进气接口与出气接口，用于低温冷却剂的进入与流出，完成低温冷却剂与高温动力电池的热量交换。各电池箱的冷却管路的进气接口与出气接口处均设计有电磁阀，控制器控制连接各个电磁阀，通过控制电磁阀的开度来控制气路的通断控制。当然，作为其他的实施方式，此处的电磁阀也可以是替换成其他的流量控制阀。在电池箱的内部还对应设置有用于检测冷却管路中的冷却剂温度的温度传感器，各个温度传感器的通信接口通信连接控制器，用于将检测到的温度信息发送给控制器。
上述本发明的各电池箱体设计为密封结构，实现电池箱体内部电池模组与外部环境的隔离，实现对内部元器件的防水防尘。同时，完成对内部低温空气的有效密闭，提高冷却效果。本实施例中所采用的低温冷却剂为液态二氧化碳经气化后的低温气体或其他阻燃惰性气体，温度为0℃左右，经过气路管路后向各个电池箱体扩散。另外，各电池箱上还设置有泄压防爆阀，低温冷却气体受热膨胀，箱内气压增大，可通过泄压阀排出膨胀气体，保证箱体内外压力平衡。当然，为了增强可靠性，在电池箱的冷却管路上也可以设置相应的泄压防爆阀。
图1给出了各输气管路与电池箱体构成并联气路时的动力电池系统的结构图，从充电插座流出的冷却剂并行进入各个电池箱体的进气接口，然后从各自所流入的电池箱体的出气接口流出。在各个电池箱体进气接口和出气接口的输气管路中，设置有相应的电磁阀。
图2给出了各输气管路与电池箱体构成串联气路时的动力电池系统的结构图，从充电插座流出的冷却剂依次进入各个电池箱体，即从前一个电池箱体的出气接口流出的冷却剂流入到下一个电池箱体的进气接口，最终从最后一个电池箱体的出气接口排出。并且，在充电插座与第一个电池箱体之间的输气管路中、在各个电池箱体之间的输气管路中以及最后一个电池箱体的出气接口的输气管路中均设置有相应的电磁阀。通过控制上述输气管路中的电磁阀的打开和关闭，可以控制冷却剂流进或流出电池箱体，以实现更好的冷却效果。
上述动力电池系统中的各个设备相互配合，采用低温冷却剂间歇性充入的策略，实现一种动力电池箱的充电方法，以解决现有车辆动力电池系统能量快速补充时冷却剂利用率低的这一行业难题，具体包括以下步骤：
(1)在给动力电池充电时，向动力电池箱内充入冷却剂以给动力电池进行降温。
具体的，当需要对车辆进行充电时，将车辆的充电插头与充电站的充电插座相连。同时，将车辆动力电池箱体的进气接口与存储有低温冷却剂的低温冷却剂存储装置的连接接口相连，从而实现低温冷却剂存储装置与动力电池箱体的冷却剂充入接口相连。在具体设置时，该低温冷却剂存储装置可以与充电机集成，通过充电插座同时实现车辆动力电池与充电站之间的电连接和气连接。当然，作为其他的实施方式，低温冷却剂存储装置和充电机也可以分开设置，当需要给车辆充电时，需要分别实现车辆动力电池与充电站之间的电连接和气连接。
(2)将充入的冷却剂封闭在电池箱内直至满足设定条件后，排出电池箱内封闭的冷却剂，并重新充入冷却剂。
其中，由于冷却剂封闭在电池箱内，可以充分与处于充电过程的电池模组进行热交换，能够降低高倍率充电状态下动力电池的温升，提高动力电池系统的安全性、延长其使用寿命，实现车辆的快速能量补充，保证快速充电，并提高冷却剂利用率。另外，因为该低温冷却剂为阻燃惰性气体，具有阻燃特性，可实现对电池箱体内部环境的惰化处理，形成一个天然的阻燃防爆环境，实现电池系统的阻燃防爆，提高动力电池系统的安全性。
在给动力电池降温的过程中，电池箱内的温度传感器实时检测封闭在电池箱内的冷却管路中的冷却剂的温度，并将检测到的温度信息发送给控制器。控制器将接收到的温度值与设定温度阈值进行比较，当判断出实时温度值降低到设定温度阈值时，说明封闭的冷却剂不再满足与动力电池热交换需求。此时控制器控制打开对应电池箱冷却管路的出气接口，排出电池箱内封闭的冷却剂，在原有封闭的冷却剂全部排出后或者是大部分已经排出时，控制器控制打开电池箱冷却管路的进气接口，重新充入新的低温冷却剂。
当然，作为其他的实施方式，在低温冷却剂间隔性充入的过程中，也可以同时开启进气接口和出气接口，一边排出原有的高温冷却剂，一边充入新的低温冷却剂，持续设定时间段后，再控制关闭进气接口和出气接口。
重复上述过程，通过电池阀间歇性充入低温冷却剂，来实现动力电池充电时的低温冷却，这样在保证热交换效果的同时，实现低温剂的充分利用，极大地提高了冷却剂的利用率，节约了能耗。另外，在冷却剂给动力电池冷却的过程中，在各电池箱设置的泄压防爆阀还实时检测电池箱内的压力情况，当电池箱实时压力大于设定压力阈值时，进行泄压处理，以防止电池箱因内部气体压力过大而发生爆炸等安全事故。

Claims (7)

1.一种动力电池箱，其特征在于，该动力电池箱内设置有用于在充电时充入冷却剂的冷却管路以及用于检测所述冷却管路中的冷却剂温度的温度传感器，所述冷却管路的进气接口和出气接口均设置有控制阀，所述温度传感器设置有用于连接控制器的通信接口。
2.根据权利要求1所述的动力电池箱，其特征在于，冷却管路和/或电池箱上还设置有泄压防爆阀。
3.一种动力电池系统，其特征在于，包括控制器和多个动力电池箱，所述动力电池箱内设置有用于在充电时充入冷却剂的冷却管路以及用于检测所述冷却管路中的冷却剂温度的温度传感器，所述冷却管路的进气接口和出气接口均设置有控制阀，所述控制器采样连接所述温度传感器、并控制连接所述控制阀。
4.根据权利要求3所述的动力电池系统，其特征在于，冷却管路和/或电池箱上还设置有泄压防爆阀。
5.根据权利要求3或4所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制阀为电磁阀。
6.一种动力电池箱的充电方法，其特征在于，步骤如下：
在给动力电池充电时，向动力电池箱内充入冷却剂以给动力电池进行降温；
将充入的冷却剂封闭在电池箱内直至冷却剂的实时温度值降低到设定温度阈值时，排出电池箱内封闭的冷却剂，并重新充入冷却剂。
7.根据权利要求6所述的动力电池箱的充电方法，其特征在于，还包括实时检测动力电池箱内的压力，当实时压力大于设定压力阈值时，进行泄压处理。
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