CN113008587A - 动力电池液冷冷却系统性能测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车动力电池热管理技术领域，公开了一种动力电池液冷冷却系统性能测试装置，包括安装基板，安装基板上安装有待测电池液冷板，待测电池液冷板的进液口和出液口与冷却液供给系统连通，待测电池液冷板的上表面上设有若干个模拟电池模组，模拟电池模组包括上铝板和下铝板，上铝板和下铝板之间设置有加热板，下铝板的下底面贴有若干个热电偶，热电偶连有试验台数据采集仪。本发明还公开了一种动力电池液冷冷却系统性能测试装置的测试方法。本发明动力电池液冷冷却系统性能测试装置及其测试方法，能够在没有电池包相关环境件的条件下，模拟实际电池包的工作工况，测试电池液冷板冷却系统的冷却性能。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力电池热管理技术领域，具体涉及一种动力电池液冷冷却系统性能测试装置及其测试方法。
背景技术
随着新能源汽车续航里程的增加，新能源乘用车动力电池包(PACK)基本采用更高能量密度的三元锂电池，以取代能量密度较低的磷酸铁锂电池。
由于电池的工作温度决定了其自身的安全性、可靠性、寿命及性能，目前根据行业内的PACK开发水平及技术要求来看，电池的工作温度在25℃～40℃左右为最佳温度，且要求电池模组温差＜5℃(电池管理单元BMS监测的温度值)。
但由于三元锂电池的发热量较大，(以单个电池模组含18个电芯为例，其发热量最大可以达到约100W-120W)，所以电池液冷方案目前在新能源乘用车得到普及应用。电池液冷板，作为电池热管理中关键零件之一，通过内部冷却液循环可以将电池产生的热量及时带走。
为此，行业内电池包厂家，都通过电池包系统的性能试验结果，作为液冷板最终的判定，但缺少电池液冷板自身换热性能的试验数据。
具体而言，在电池包进行电池温度性能测试时，通常每个电池模组(通常包含12-18个电芯)仅在电池上部的极耳处，布置温度传感器2-3个，不能监测所有电芯的温度。如果液冷板换热性能不良，导致局部电芯温度升高异常，电池管理系统BMS是检测不到该异常的，仍会判断电池工作温度正常。
另外，通过CFD进行温度场的仿真，由于仿真输入条件都是基于理论物理参数和经验参数，仿真结果与实际温度分布情况差异较大，没有验证分析手段，例如，CFD仿真分析对于流体内部的气泡影响是不充分的。由于电池及液冷板安装到箱体后，导热硅胶垫和支撑垫会有一定的压缩，不同材料和厚度的支撑垫，同样压缩率对应的压缩力不同，不同材料和厚度的导热硅胶垫，在不同的压缩力下，材料热阻也会有变化，而CFD仿真的输入，很难对各种参数进行准确定义。
因此，目前电动汽车动力电池热管理产业内，电池液冷冷却板单体的温度均匀性性能指标难以准确验证。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种动力电池液冷冷却系统性能测试装置及其测试方法，能够在没有电池包相关环境件的条件下，模拟实际电池包的工作工况，测试电池液冷板冷却系统的冷却性能。
为实现上述目的，本发明所设计的动力电池液冷冷却系统性能测试装置，包括安装基板，所述安装基板上安装有待测电池液冷板，所述待测电池液冷板的进液口和出液口与冷却液供给系统连通，所述待测电池液冷板的上表面上设有若干个模拟电池模组，所述模拟电池模组包括上铝板和下铝板，所述上铝板和下铝板之间设置有加热板，所述下铝板的下底面贴有若干个热电偶，所述热电偶连有试验台数据采集仪。
优选地，所述模拟电池模组的外部包裹有保温棉。
优选地，所述上铝块和下铝块的尺寸为实际电池模组的长宽尺寸。
优选地，所述待测电池液冷板的上表面贴有导热垫。
优选地，所述模拟电池模组通过螺钉固定在所述安装基板上。
优选地，所述模拟电池模组的底部设有限位块。
优选地，所述模拟电池模组的数量和布置位置按照实际电池包的模组设计。
优选地，所述冷却液供给系统包括与冷却液供给装置连接的冷却液进液主管路和冷却液出液主管路，所述冷却液进液主管路的另一端设有若干个进液分管路，所述进液分管路的另一端分别与所述待测电池液冷板的进液口连通，所述冷却液出液主管路的另一端设有若干个出液分管路，所述出液分管路的另一端分别与所述待测电池液冷板的出液口连通。
优选地，所述进液分管路通过软胶管和卡箍与所述待测电池液冷板的进液口连通，所述出液分管路通过软胶管和卡箍与所述待测电池液冷板的出液口连通。
一种所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：
A)依次将下铝板、加热板和上铝板组成模拟电池模组；
B)将模拟电池模组安装在待测电池液冷板上；
C)重复所述步骤A)和步骤B)，完成若干个模拟电池模组的安装；
D)将所有所述加热板通过导线连接到电源，通过调节电源的电压与电流控制输入的发热功率；
E)控制所述冷却液供给系统输入所述待测电池液冷板进液口冷却液的温度和流量；
F)通过所述热电偶采集测试过程中所述下铝块下底面的温度变化情况，并传输给所述试验台数据采集仪，实时监测所述模拟电池模组底面温度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、可在测试装置上对电池液冷板进行充分设计验证(如液冷板结构设计验证，导热硅胶垫/支撑垫选型研究等)，避免设计问题带到终端电池包验证环节，至少缩短3个月开发周期，提高产品开发效率25％；
2、可快速比较CFD仿真结果与此台架试验结果，找出差异点从而更快指导电池冷却系统的设计优化；
3、装置具有灵活多变性，模组大小/布置位置可定制，温度采集点可增减，螺钉拧紧力矩、热负荷等根据技术要求都可调节，可进行不同项目不同类型的液冷板换热性能试验，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明动力电池液冷冷却系统性能测试装置的结构示意图；
图2为图1中模拟电池模组的爆炸图。
图中各部件标号如下：
安装基板1、待测电池液冷板2、模拟电池模组3、上铝板4、下铝板5、加热板6、热电偶7、保温棉8、导热垫9、螺钉10、冷却液进液主管路11、冷却液出液主管路12、进液分管路13、出液分管路14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1及图2所示，本发明一种动力电池液冷冷却系统性能测试装置，包括安装基板1，安装基板1上安装有待测电池液冷板2，待测电池液冷板2的上表面贴有导热垫9，待测电池液冷板2的进液口和出液口与冷却液供给系统连通，待测电池液冷板2的上表面上设有若干个模拟电池模组3，模拟电池模组3包括上铝板4和下铝板5，上铝板4和下铝板5之间设置有加热板6，下铝板5的下底面贴有若干个热电偶7，热电偶7连有试验台数据采集仪。
本实施例中，通过上铝板4和下铝板5模拟电池加热温升特性，通过加热板6模拟电池模组的热负荷热源，其加热功率的调节，通过改变电功率输入实现(模拟电池在不同工况下的放热量变化)，通过热电偶7以测量换热界面的温度(模拟测量电池底面温度)。
本实施例中，模拟电池模组3的外部包裹有保温棉8，模拟电池包隔热设计，减少与外界的热量交换，以减小测量误差，模拟电池模组3通过螺钉10固定在安装基板1上，模拟电池模组3的底部设有限位块，保证电池底部实际空间高度。
本实施例中，上铝块4和下铝块5的尺寸为实际电池模组的长宽尺寸355mmX152mm，模拟电池模组3的数量和布置位置按照实际电池包的模组设计。
如图1所示，本实施例中，冷却液供给系统包括与冷却液供给装置连接的冷却液进液主管路11和冷却液出液主管路12，冷却液进液主管路11的另一端设有若干个进液分管路13，进液分管路13的另一端分别与待测电池液冷板2的进液口连通，冷却液出液主管路12的另一端设有若干个出液分管路14，出液分管路14的另一端分别与待测电池液冷板2的出液口连通。进液分管路13通过软胶管和卡箍与待测电池液冷板2的进液口连通，出液分管路14通过软胶管和卡箍与待测电池液冷板2的出液口连通。
本实施例中，冷却液进液主管路11、冷却液出液主管路12、进液分管路13和出液分管路14及其连接结构由多段金属铝管通过连接三通铝接头经由火焰焊加工而成。
本实施例动力电池液冷冷却系统性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：
A)依次将下铝板5、加热板6和上铝板4组成模拟电池模组3；
B)将模拟电池模组3安装在待测电池液冷板2上；
C)重复步骤A)和步骤B)，完成若干个模拟电池模组3的安装；
D)将所有加热板6通过导线连接到电源，通过调节电源的电压与电流控制输入的发热功率；
E)控制冷却液供给系统输入待测电池液冷板2进液口冷却液的温度和流量；
F)通过热电偶7采集试测试过程中下铝块5下底面的温度变化情况，并传输给试验台数据采集仪，实时监测模拟电池模组3底面温度。
通过本实施例，在设计验证阶段，能有效的对所开发的液冷板样件进行温度均匀性以及换热性能的测试，在开发阶段充分的完善液冷板的设计与验证，避免在电池包样件设计验证甚至是整车验证时由于液冷板的性能问题而需要重新设计液冷板并导致一系列的并发问题，能从设计与验证的源头上优化液冷板的设计问题并提供液冷板换热性能的改善方向。
本发明动力电池液冷冷却系统性能测试装置及其测试方法，能够在没有电池包相关环境件的条件下，模拟实际电池包的工作工况，测试电池液冷板冷却系统的冷却性能，可在测试装置上对电池液冷板进行充分设计验证(如液冷板结构设计验证，导热硅胶垫/支撑垫选型研究等)，避免设计问题带到终端电池包验证环节，至少缩短3个月开发周期，提高产品开发效率25％；另外，可快速比较CFD仿真结果与此台架试验结果，找出差异点从而更快指导电池冷却系统的设计优化；同时，装置具有灵活多变性，模组大小/布置位置可定制，温度采集点可增减，螺钉拧紧力矩、热负荷等根据技术要求都可调节，可进行不同项目不同类型的液冷板换热性能试验，具有广泛的适用性。
Claims (10)
1.一种动力电池液冷冷却系统性能测试装置，包括安装基板(1)，其特征在于：所述安装基板(1)上安装有待测电池液冷板(2)，所述待测电池液冷板(2)的进液口和出液口与冷却液供给系统连通，所述待测电池液冷板(2)的上表面上设有若干个模拟电池模组(3)，所述模拟电池模组(3)包括上铝板(4)和下铝板(5)，所述上铝板(4)和下铝板(5)之间设置有加热板(6)，所述下铝板(5)的下底面贴有若干个热电偶(7)，所述热电偶(7)连有试验台数据采集仪。
2.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述模拟电池模组(3)的外部包裹有保温棉(8)。
3.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述上铝块(4)和下铝块(5)的尺寸为实际电池模组的长宽尺寸。
4.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述待测电池液冷板(2)的上表面贴有导热垫(9)。
5.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述模拟电池模组(3)通过螺钉(10)固定在所述安装基板(1)上。
6.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述模拟电池模组(3)的底部设有限位块。
7.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述模拟电池模组(3)的数量和布置位置按照实际电池包的模组设计。
8.根据权利要求1所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述冷却液供给系统包括与冷却液储存装置连接的冷却液进液主管路(11)和冷却液出液主管路(12)，所述冷却液进液主管路(11)的另一端设有若干个进液分管路(13)，所述进液分管路(13)的另一端分别与所述待测电池液冷板(2)的进液口连通，所述冷却液出液主管路(12)的另一端设有若干个出液分管路(14)，所述出液分管路(14)的另一端分别与所述待测电池液冷板(2)的出液口连通。
9.根据权利要求8所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置，其特征在于：所述进液分管路(13)通过软胶管和卡箍与所述待测电池液冷板(2)的进液口连通，所述出液分管路(14)通过软胶管和卡箍与所述待测电池液冷板(2)的出液口连通。
10.一种如权利要求1～9所述动力电池液冷冷却系统性能测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)依次将下铝板(5)、加热板(6)和上铝板(4)组成模拟电池模组(3)；
B)将模拟电池模组(3)安装在待测电池液冷板(2)上；
C)重复所述步骤A)和步骤B)，完成若干个模拟电池模组(3)的安装；
D)将所有所述加热板(6)通过导线连接到电源，通过调节电源的电压与电流控制输入的发热功率；
E)控制所述冷却液供给系统输入所述待测电池液冷板(2)进液口冷却液的温度和流量；
F)通过所述热电偶(7)采集测试过程中所述下铝块(5)下底面的温度变化情况，并传输给所述试验台数据采集仪，实时监测所述模拟电池模组(3)底面温度。
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