CN110783662B - 一种具有高散热功能的电池箱系统及控制方法 - Google Patents

一种具有高散热功能的电池箱系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高散热功能的电池箱系统及控制方法，包括电池箱体、设置于电池箱体内的电池固定件以及设置于电池固定件上的若干单电池，将若干单电池分为若干电池组，每组电池组旁盘绕散热管道，在散热管道通入冷却液，散热管道由若干通水管道及用于连接通水管道的若干接头组成，接头内壁上设有至少一条螺旋导流片，螺旋导流片将靠近电池的液体向远离电池方向运动；在箱体旁设置冷却水箱，散热管道连接在冷却水箱上形成回路，在冷却水箱的出水口处设置水泵，若干电池组旁的散热管道并联后连接在冷却水箱上。通过BMS控制单元控制系统的运行，保证电池的散热效果以及温度的一致性。

Description

一种具有高散热功能的电池箱系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种具有高散热功能的电池箱系统及控制方法。
背景技术
现在有轨电车逐渐采用能量密度更高的，环保性好的锂电池作为动力电源，锂电池是将数百甚至上千块单体电池划分为若干个电池单元，经串、并联后形成高压、大电流的电池组，每个电池单元的数十块单体电池放在一个箱体中，电池在充放电过程中放出大量的热量，热量不能及时均匀地排出，会影响电池寿命并存在很大的安全隐患。
市场上目前主要用风冷以及液冷散热方式，风冷散热方式容易产生散热不均匀，影响电池的一致性，液冷散热方式正好弥补了风冷散热不均匀的缺陷。在液冷散热方式中，冷却液经过管道后其内部液体不会搅动，从而导致靠近电池的冷却液温度较高原理冷却液的温度较低，吸收热量的效果降低，同时若某一位置的温度较高导致电池整体的温度不均匀，电池容易发生损坏及起火事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高散热效果且保持电池整体温度一致性的具有高散热功能的电池箱系统及控制方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种具有高散热功能的电池箱系统，包括电池箱体、设置于电池箱体内的电池固定件以及设置于电池固定件上的若干单电池，将若干所述的单电池分为若干电池组，每组所述的电池组旁盘绕散热管道，在所述的散热管道通入冷却液，所述的散热管道由若干通水管道及用于连接通水管道的若干接头组成，所述的接头内壁上设有至少一条螺旋导流片，所述的螺旋导流片将靠近电池的液体向远离电池方向运动；在所述的电池箱体旁设置冷却水箱，所述的散热管道连接在冷却水箱上形成回路，在所述的冷却水箱的出水口处设置水泵，若干所述的电池组旁的散热管道并联后连接在冷却水箱上。
进一步具体的，所述的螺旋导流片包括位于前部的变向段、位于中部的导流段以及位于后部的稳定段，所述的变向段呈弧状，所述的导流段为倾斜的斜面，所述的稳定段为水平的平面，所述的导流段与稳定段之间通过弧形连通。
进一步具体的，所述的变向段从前至后由变直径圆弧构成，所述变直径圆弧的直径由大到小。
进一步具体的，所述的导流段与稳定段之间的夹角为30°。
进一步具体的，在每组所述的电池组旁设置若干温度传感器，在所述的电池箱体上设置BMS控制单元，所述的温度传感器连接于BMS控制单元上。
进一步具体的，在每个所述的电池组对应的散热管道的进水口处设置流量控制阀，所述的流量控制阀连接于BMS控制单元上。
进一步具体的，在若干所述的散热管道的进水口处设置分压阀，所述的分压阀连接于BMS控制单元上。
进一步具体的，所述的冷却液采用氯化钙水溶液。
进一步具体的，在所述的单电池与散热管道之间设置导热硅胶。
一种如上述的电池箱系统的控制方法，该控制方法的步骤为，
S1、将温度传感器的位置信息记录至BMS控制单元，并在BMS控制单元内设置高温阈值、低温阈值以及温差阈值；
S2、温度传感器对电池箱内部的温度信息进行采集并将该温度信息传输至BMS控制单元；
S3、BMS控制单元将采集到的温度信息与设定的高温阈值进行对比，若温度信息大于高温阈值，则BMS控制单元将水泵以及流量控制阀开启至流速为0.9～1.1m/s；若温度信息小于高温阈值，则进入步骤S4；
S4、选取每个电池组内的最高温度信息，将最高温度信息逐个与低温阈值进行对比，若最高温度信息小于低温阈值，则关闭停止冷却散热；若最高温度信息大于低温阈值，则进入步骤S5；
S5、选取所有温度信息内的最低温度信息，并将每个电池组内的最高温度信息与选取的最低温度信息进行运算得其温差值，若该温差值小于温差阈值，则保持原有流速；若该温差值大于温差阈值，则通过BMS控制单元控制与最高温度信息对应的流量控制阀的流速在0.6～0.8m/s，直至温差值小于温差阈值。
本发明的有益效果是：通过设置于接头内的螺旋导流片能够实现靠近电池的冷却液与远离电池的冷却液实现位置互换，能够更好地吸收热量并散发热量；同时通过系统控制实现电池整体温度的一致性，提高散热效果以及电池使用寿命。
附图说明
图1是本发明电池箱系统的结构示意图；
图2是本发明接头的剖视结构示意图；
图3是本发明控制方法的流程图。
图中：1、电池箱体；2、电池固定件；3、单电池；4、散热管道；5、冷却水箱；6、水泵；7、温度传感器；8、BMS控制单元；9、流量控制阀；10、分压阀；41、通水管道；42、接头；421、变向段；422、导流段；423、稳定段；424、螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1与图2所示一种具有高散热功能的电池箱系统，包括电池箱体1、设置于电池箱体1内的电池固定件2以及设置于电池固定件2上的若干单电池3，将若干所述的单电池3通过串联分为若干电池组，若干电池组通过并联或者串联组成电池，每组所述的电池组旁盘绕散热管道4，散热管道4呈螺旋盘绕状盘绕在单个电池组旁，同时在所述的散热管道4通入冷却液，该冷却液为氯化钙水溶液；所述的散热管道4由若干通水管道41及用于连接通水管道41的若干接头42组成，通水管道41与接头42之间通过螺纹424连接，所述的接头42内壁上设有至少一条螺旋导流片，在本方案中螺旋导流片设置为三个且均匀分布在内壁上；所述的螺旋导流片将靠近电池的液体向远离电池方向运动，将远离电池方向的液体向靠近电池方向运动，实现两侧液体的互换，提高对热量的吸收；在所述的电池箱体1旁设置冷却水箱5，所述的散热管道4连接在冷却水箱5上形成回路，在所述的冷却水箱5的出水口处设置水泵6，若干所述的电池组旁的散热管道4并联后连接在冷却水箱5上，水泵6开启使得冷却水箱5内的冷却液进入散热管道4实现散热效果。
为了进一步实现两侧冷却也的互换，对螺旋导流片进行设计，螺旋导流片包括位于前部的变向段421、位于中部的导流段422以及位于后部的稳定段423，所述的变向段421呈弧状，所述的导流段422为倾斜的斜面，所述的稳定段423为水平的平面，所述的导流段422与稳定段423之间通过弧形连通；冷却液顺着变向段421改变方向，并在导流段422稳定其方向，最后在稳定段423实现冷却液水平流出；在进行变向阶段，为了能够减少对接头的冲击，故所述的变向段421从前至后由变直径圆弧构成，所述变直径圆弧的直径由大到小，起到缓冲的目的；导流段422与稳定段423之间的夹角为30°，更好的实现导流缓冲的目的，提高水流的稳定性。
为了提高冷却液的吸收效果，在电池与散热管道4之间设置导热硅胶，导热硅胶按照电池外形成型后填充在电池与散热管道4之间，这种填充方式可以有利于电池拆卸清理以及维修，方便对导热硅胶的更换。
为了实现对电池内部温度的自动化控制，在每组所述的电池组旁设置若干温度传感器7，在所述的电池箱体1上设置BMS控制单元8，所述的温度传感器7连接于BMS控制单元8上，同时在每个所述的电池组对应的散热管道4的进水口处设置流量控制阀9，可以在若干散热管道4进水口的集中处设置一分压阀10，分压阀10用于对不同的散热管道4进行不同压力的分配，所述的流量控制阀9以及分压阀10连接于BMS控制单元8上。
基于上述系统，为了提高电池内部温度的一致性，通过对其控制方法的设置提高温度的一致性，如图3所示该控制方法为，
S1、将温度传感器7的位置信息记录至BMS控制单元8，通过对温度传感器7位置信息的辨认实现采集到的温度与电池内部位置进行匹配，并在BMS控制单元8内设置用于对比温度的高温阈值、低温阈值以及温差阈值，高温阈值为45℃，低温阈值为30℃，温差阈值为3℃；单个电池组内部设置多个温度传感器7，当某一个温度传感器7发生损坏时，其它还可以继续使用，并通过BMS控制单元8进行报警，同时指出哪个位置的温度传感器7发生损坏，方便进行快速更换，提高维修效率。
S2、温度传感器7对电池箱内部的温度信息进行采集并将该温度信息传输至BMS控制单元8，对电池箱内的多个位置的温度进行采集，能够具有较高的准确性。
S3、BMS控制单元8将采集到的温度信息与设定的高温阈值45℃进行对比，若温度信息大于45℃，则BMS控制单元8将水泵6、分压阀10以及流量控制阀9开启至流速为0.9～1.1m/s，流速增加提高散热效果；若温度信息小于45℃，则进入步骤S4。
S4、根据采集到的温度信息，选取每个电池组内的最高温度信息，将每个最高温度逐个与低温阈值进行对比，若最高温度信息小于30℃，则关闭冷却水箱停止进行冷却散热；若最高温度信息大于30℃，则进入步骤S5。
S5、选取所有温度信息内的最低温度信息，并将每个电池组内的最高温度信息与选取的最低温度信息进行运算得其温差值，若温差值小于3℃，则保持原有流速不变；若温差值大于3℃，则通过BMS控制单元8控制与最高温度信息对应的流量控制阀9的流速在0.6～0.8m/s，直至温差小于3℃；该控制通通过分压阀10增加压力，并通过流量控制阀9进行流量控制实现。
综上，通过设置于接头内的螺旋导流片能够实现靠近电池的冷却液与远离电池的冷却液实现位置互换，能够更好地吸收热量并散发热量，而对螺旋导流片的外形设计使其更符合水流特性，减少水流对螺旋导流片的冲击，使水流更加稳定；同时通过系统控制实现电池整体温度的一致性，并设置温度的最高阈值以及温差值来控制，提高一致性的效果，同时提高散热效果以及电池使用寿命。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种具有高散热功能的电池箱系统，包括电池箱体(1)、设置于电池箱体(1)内的电池固定件(2)以及设置于电池固定件(2)上的若干单电池(3)，其特征在于，将若干所述的单电池(3)分为若干电池组，每组所述的电池组旁盘绕散热管道(4)，在所述的散热管道(4)通入冷却液，所述的散热管道(4)由若干通水管道(41)及用于连接通水管道(41)的若干接头(42)组成，所述的接头(42)内壁上设有至少一条螺旋导流片，所述的螺旋导流片将靠近电池的液体向远离电池方向运动；在所述的电池箱体(1)旁设置冷却水箱(5)，所述的散热管道(4)连接在冷却水箱(5)上形成回路，在所述的冷却水箱(5)的出水口处设置水泵(6)，若干所述的电池组旁的散热管道(4)并联后连接在冷却水箱(5)上；
所述的螺旋导流片包括位于前部的变向段(421)、位于中部的导流段(422)以及位于后部的稳定段(423)，所述的变向段(421)呈弧状，所述的导流段(422)为倾斜的斜面，所述的稳定段(423)为水平的平面，所述的导流段(422)与稳定段(423)之间通过弧形连通。
2.根据权利要求1所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，所述的变向段(421)从前至后由变直径圆弧构成，所述变直径圆弧的直径由大到小。
3.根据权利要求1所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，所述的导流段(422)与稳定段(423)之间的夹角为30°。
4.根据权利要求1所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，在每组所述的电池组旁设置若干温度传感器(7)，在所述的电池箱体(1)上设置BMS控制单元(8)，所述的温度传感器(7)连接于BMS控制单元(8)上。
5.根据权利要求4所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，在每个所述的电池组对应的散热管道(4)的进水口处设置流量控制阀(9)，所述的流量控制阀(9)连接于BMS控制单元(8)上。
6.根据权利要求4或5所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，在若干所述的散热管道(4)的进水口处设置分压阀(10)，所述的分压阀(10)连接于BMS控制单元(8)上。
7.根据权利要求1所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，所述的冷却液采用氯化钙水溶液。
8.根据权利要求1所述的具有高散热功能的电池箱系统，其特征在于，在所述的单电池(3)与散热管道(4)之间设置导热硅胶。
9.一种如权利要求5所述的电池箱系统的控制方法，其特征在于，该控制方法的步骤为，
S1、将温度传感器(7)的位置信息记录至BMS控制单元(8)，并在BMS控制单元(8)内设置高温阈值、低温阈值以及温差阈值；
S2、温度传感器(7)对电池箱内部的温度信息进行采集并将该温度信息传输至BMS控制单元(8)；
S3、BMS控制单元(8)将采集到的温度信息与设定的高温阈值进行对比，若温度信息大于高温阈值，则BMS控制单元(8)将水泵(6)以及流量控制阀(9)开启至流速为0.9～1.1m/s；若温度信息小于高温阈值，则进入步骤S4；
S4、选取每个电池组内的最高温度信息，将最高温度信息逐个与低温阈值进行对比，若最高温度信息小于低温阈值，则关闭停止冷却散热；若最高温度信息大于低温阈值，则进入步骤S5；
S5、选取所有温度信息内的最低温度信息，并将每个电池组内的最高温度信息与选取的最低温度信息进行运算得其温差值，若该温差值小于温差阈值，则保持该电池组冷却液的原有流速；若该温差值大于温差阈值，则通过BMS控制单元(8)控制与最高温度信息对应的流量控制阀(9)的流速在0.6～0.8m/s，直至温差值小于温差阈值。
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