CN113067058A - 一种软包电池热管理系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软包电池热管理系统及其操作方法，属于软包电池热管理的技术领域，包括电池箱体；电池箱体内设有隔离部，隔离部将电池箱体内的空腔体分为上腔体和下腔体；换热单元，包括第一换热器和第二换热器，液冷单元，温度检测单元，加热单元和控制单元，下腔体的下表面设有多个存放部，存放部贯穿隔离部至上腔体，存放部内设有适配软包电池的空槽，第一换热器固定连接于上腔体的一侧；第二换热器置于电池箱体外通风处，本发明依据电池不同温度情况，以最优的方式对电池制热或是制冷，可以大大节约能源。

Description

一种软包电池热管理系统及其操作方法

技术领域

本发明主要涉及软包电池热管理的技术领域，具体涉及一种软包电池热管理系统及其操作方法。

背景技术

软包电池一般是在液态锂离子电池套上一层聚合物外壳，在结构上采用铝塑膜包装，在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开，软包电池的优点一般表现在安全性能好、重量轻、容量大、内阻小和设计灵活。

电池在使用过程中，由于自身充放电时容易在瞬时间释放出大量的热量，如果不能及时地对其进行降温处理，不仅会降低电池的使用寿命与效率，还可能严重安全事故，相反，如果外界气温较低影响到了电池包，同样会降低电池的使用寿命与效率，现有技术中，电池的热管理常采用液冷板水冷或是风冷等常规手段，然而这些手段热交换效率低下，且又耗费能量，同时，软包电池虽然不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸，但是软包电池鼓胀泄漏电池原液也会造成安全隐患。

发明内容

本发明主要提供了一种软包电池热管理系统及其操作方法，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种软包电池热管理系统，包括电池箱体；所述电池箱体内设有隔离部，所述隔离部将所述电池箱体内的空腔体分为上腔体和下腔体；换热单元，包括第一换热器和第二换热器，用于控制所述上腔体的热量交换；液冷单元，用于对所述下腔体进行液冷降温处理；温度检测单元，用于检测所述上腔体内的温度；加热单元，用于对所述上腔体进行升温处理；和控制单元，用于控制所述换热单元、所述液冷单元和所述加热单元，并接受所述温度检测单元输出的温度信号；所述下腔体的下表面设有多个存放部，所述存放部贯穿所述隔离部至所述上腔体，所述存放部内设有适配软包电池的空槽，用于从所述存放部上方放入所述软包电池；所述存放部所用材料为导热材料；所述第一换热器固定连接于所述上腔体的一侧；所述第二换热器置于所述电池箱体外通风处。

优选的，所述第一换热器通过第一管路穿过所述上腔体和四通阀一个接口相连接，压缩机进风口和压缩机出风口分别连接所述四通阀的另外两个接口，所述四通阀最后一个接口通过所述第一管路顺次连接所述第二换热器和节流器，最后回到所述第一换热器形成闭合回路；所述四通阀通过调节内部阀块从而有两种连接模式，第一连接模式下:所述压缩机进风口和所述第二换热器连通，所述压缩机出风口和所述第一换热器连通；第二连接模式下：所述压缩机进风口和所述第一换热器连通，所述压缩机出风口和所述第二换热器连通。

优选的，所述液冷单元通过第二管道沿液体行进方向顺次连通所述下腔体、所述第二换热器、盛液箱、液泵和止回阀，最后回到所述下腔体形成闭合回路。

优选的，所述温度检测单元包括温度传感器，贴设于所述上腔体的一侧。

优选的，所述加热单元包括电加热器，所述电加热器设于所述上腔体一侧。

优选的，还包括鼓风机，所述鼓风机输出的气流从所述上腔体内一侧的进气口进入所述上腔体，从所述上腔体内和所述进气口相对一侧的出气口排出，所述出气口上设有电磁阀；所述鼓风机、所述电磁阀和所述控制单元电性连接。

优选的，控制单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，能够实现以下步骤：获取所述温度检测单元输出的温度；当温度大于第一预设值时，控制所述换热单元和所述液冷单元分别对所述上腔体和所述下腔体进行制冷处理；当温度小于所述第一预设值大于第二预设值时，控制所述换热单元对所述上腔体进行制冷处理；当温度小于第三预设值大于第四预设值时，控制所述换热单元对所述上腔体进行制热处理，其中所述第三预设值小于所述第二预设值；当温度小于所述第四预设值时，控制所述换热单元和所述加热单元分别对所述上腔体和所述下腔体进行制热处理。

优选的，所述计算机程序被所述处理器执行时，还能够实现以下步骤：开启所述鼓风机和所述电磁阀，加速所述上腔体内的气体流动。一种软包电池热管理系统操作方法，其特征在于，包括以下步骤：获取上腔体内的温度；当温度大于第一预设值时，通过换热单元和液冷单元分别对所述上腔体和下腔体进行制冷处理；当温度小于所述第一预设值大于第二预设值时，通过所述换热单元对所述上腔体进行制冷处理；当温度小于第三预设值大于第四预设值时，通过所述换热单元对所述上腔体进行制热处理，其中所述第三预设值小于所述第二预设值；当温度小于所述第四预设值时，通过所述换热单元和加热单元分别对所述上腔体和所述下腔体进行制热处理。

优选的，还包括以下步骤：开启鼓风机和电磁阀，加速所述上腔体内的气体流动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1：换热单元可以从和电池箱体存在温差的外界吸取能量，再输送至电池箱体内部，可以大大提高换热效率，节省能量消耗。

2：液冷单元的设计让冷却液可以充满整个下腔体，大大增加了冷却液和电池的接触面积，提高了冷却效果。

3：存放部的设计一方面可以限制软包电池的鼓包，另一方面当电池发生泄漏时，电池原液会先聚集在存放部底部，减少了电池原液第一时间和其他电池的接触机会，提高了电池箱体整体的安全性能。

4：换热单元、加热单元和液冷单元在四个预设温度相关的三个温度区间下，以最优的方式对电池制热或是制冷，进一步节约能源。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的电池箱体结构示意图；

图2为本发明的实施例3和4的结构示意图；

图3为本发明的实施例1和2的结构示意图。

图中：1隔离部；2上腔体；3下腔体；4第一换热器；5存放部；6软包电池；7第一管路；8四通阀；901压缩机进风口；902压缩机出风口；10第二换热器；11毛细管；12第二管道；13盛液箱；14液泵；15止回阀；16温度传感器；17电加热器；18鼓风机；19电磁阀。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请着重参照附图1，一种软包电池热管理系统，包括电池箱体；电池箱体内设有隔离部1，隔离部将电池箱体内的空腔体分为上腔体2和下腔体3；换热单元，包括第一换热器4，用于控制上腔体的热量交换，第一换热器4固定连接于上腔体2的一侧；下腔体3的下表面设有多个存放部5，存放部5贯穿隔离部1至上腔体2，存放部5内设有适配软包电池6的空槽，用于从存放部5上方放入软包电池6。

请着重参照附图2，优选的，第一换热器4通过第一管路7穿过上腔体2和四通阀8一个接口相连接，压缩机进风口901和压缩机出风口902分别连接四通阀8的另外两个接口，四通阀8最后一个接口通过第一管路7顺次连接第二换热器10和节流器，其中节流器优选毛细管11，最后回到第一换热器4形成闭合回路；四通阀8通过调节内部阀块从而有两种连接模式，第一连接模式下:压缩机进风口901和第二换热器10连通，压缩机出风口902和第一换热器4连通；优选的，液冷单元通过第二管道12沿液体行进方向顺次连通下腔体3、第二换热器10、盛液箱13、液泵14和止回阀15，最后回到下腔体3形成闭合回路；优选的，温度检测单元包括温度传感器16，贴设于上腔体2的一侧；优选的，加热单元包括电加热器17，电加热器设于上腔体2一侧；优选的，还包括鼓风机18，鼓风机18输出的气流从上腔体2内一侧的进气口进入上腔体，从上腔体内和进气口相对一侧的出气口排出，出气口上设有电磁阀19；

请着重参照附图3，四通阀8第二连接模式下：压缩机进风口901和第一换热器4连通，压缩机出风口902和第二换热器10连通。

具体操作方式：

实施例1：

通过温度传感器16获取上腔体2内的温度，当温度大于第一预设值时，即电池温度过高，必须马上降温时，开启压缩机，将四通阀8调至第二连接模式，即如图3的模式，压缩机将高压气体从压缩机出风口902通过第一管路7送至第二换热器10，同外界环境冷凝放热，然后经过毛细管11，利用焦耳汤普森效益，绝热膨胀降温，再到第一换热器4蒸发吸热，对电池降温，最后通过四通阀8从压缩机进风口901回到压缩机，进行新一轮的循环。

同时，开启液泵14和止回阀15，冷却液通过第二管道12进入下腔体3对电池进行降温，最后冷却液回到盛液箱13，进行新一轮的循环。

优选的，开启鼓风机18和电磁阀19，加速上腔体2内的气体流动，提高冷却效果。

实施例2：

通过温度传感器16获取上腔体2内的温度，当温度小于第一预设值大于第二预设值时，即电池温度较高，需要降温但仍在可接受范围内时，具体操作方式同实施例1，不同之处在于无需开启液冷单元，即不开启液泵14和止回阀15，单独依靠换热单元进行降温，这样可以最大程度节省能源。

实施例3：

通过温度传感器16获取上腔体2内的温度，当温度小于第三预设值大于第四预设值时，即电池温度较低，需要升温但仍在可接受范围内时，开启压缩机，将四通阀8调至第一连接模式，即如图2的模式，压缩机将高压气体从压缩机出风口902通过第一管路7送至第一换热器4，冷凝放热，对电池升温，然后经过毛细管11，同样利用焦耳汤普森效益，绝热膨胀降温，再到第二换热器10，同外界环境蒸发吸热，最后通过四通阀8从压缩机进风口901回到压缩机，进行新一轮的循环。

优选的，开启鼓风机18和电磁阀19，加速上腔体2内的气体流动，提高制热效果。

实施例4：

通过温度传感器16获取上腔体2内的温度，当温度小于第四预设值时，即电池温度过低，必须马上升温时，具体操作方式同实施例3，不同之处在于还需开启电加热器17，直接对上腔体2内的电池进行加热。

上述结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软包电池热管理系统，其特征在于，包括电池箱体；

所述电池箱体内设有隔离部，所述隔离部将所述电池箱体内的空腔体分为上腔体和下腔体；

换热单元，包括第一换热器和第二换热器，用于控制所述上腔体的热量交换；

液冷单元，用于对所述下腔体进行液冷降温处理；

温度检测单元，用于检测所述上腔体内的温度；

加热单元，用于对所述上腔体进行升温处理；和

控制单元，用于控制所述换热单元、所述液冷单元和所述加热单元，并接受所述温度检测单元输出的温度信号；

所述下腔体的下表面设有多个存放部，所述存放部贯穿所述隔离部至所述上腔体，所述存放部内设有适配软包电池的空槽，用于从所述存放部上方放入所述软包电池；

所述存放部所用材料为导热材料；

所述第一换热器固定连接于所述上腔体的一侧；

所述第二换热器置于所述电池箱体外通风处。

2.根据权利要求1所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，所述第一换热器通过第一管路穿过所述上腔体和四通阀一个接口相连接，压缩机进风口和压缩机出风口分别连接所述四通阀的另外两个接口，所述四通阀最后一个接口通过所述第一管路顺次连接所述第二换热器和节流器，最后回到所述第一换热器形成闭合回路；

所述四通阀通过调节内部阀块从而有两种连接模式，第一连接模式下:所述压缩机进风口和所述第二换热器连通，所述压缩机出风口和所述第一换热器连通；

第二连接模式下：所述压缩机进风口和所述第一换热器连通，所述压缩机出风口和所述第二换热器连通。

3.根据权利要求1所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，所述液冷单元通过第二管道沿液体行进方向顺次连通所述下腔体、所述第二换热器、盛液箱、液泵和止回阀，最后回到所述下腔体形成闭合回路。

4.根据权利要求1所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，所述温度检测单元包括温度传感器，贴设于所述上腔体的一侧。

5.根据权利要求1所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，所述加热单元包括电加热器，所述电加热器设于所述上腔体一侧。

6.根据权利要求1所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，还包括鼓风机，所述鼓风机输出的气流从所述上腔体内一侧的进气口进入所述上腔体，从所述上腔体内和所述进气口相对一侧的出气口排出，所述出气口上设有电磁阀；

所述鼓风机、所述电磁阀和所述控制单元电性连接。

7.根据权利要求1至6所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，控制单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，能够实现以下步骤：

获取所述温度检测单元输出的温度；

当温度大于第一预设值时，控制所述换热单元和所述液冷单元分别对所述上腔体和所述下腔体进行制冷处理；

当温度小于所述第一预设值大于第二预设值时，控制所述换热单元对所述上腔体进行制冷处理；

当温度小于第三预设值大于第四预设值时，控制所述换热单元对所述上腔体进行制热处理，其中所述第三预设值小于所述第二预设值；

当温度小于所述第四预设值时，控制所述换热单元和所述加热单元分别对所述上腔体和所述下腔体进行制热处理。

8.根据权利要求7所述的一种软包电池热管理系统，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，还能够实现以下步骤：

开启所述鼓风机和所述电磁阀，加速所述上腔体内的气体流动。

9.一种软包电池热管理系统操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取上腔体内的温度；

当温度大于第一预设值时，通过换热单元和液冷单元分别对所述上腔体和下腔体进行制冷处理；

当温度小于所述第一预设值大于第二预设值时，通过所述换热单元对所述上腔体进行制冷处理；

当温度小于第三预设值大于第四预设值时，通过所述换热单元对所述上腔体进行制热处理，其中所述第三预设值小于所述第二预设值；

当温度小于所述第四预设值时，通过所述换热单元和加热单元分别对所述上腔体和所述下腔体进行制热处理。

10.根据权利要求9所述的一种软包电池热管理系统操作方法，其特征在于，还包括以下步骤：

开启鼓风机和电磁阀，加速所述上腔体内的气体流动。

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