CN113224420B - 常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统及控制方法 - Google Patents

常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统及控制方法，冷却系统包括滑阀、冷却器、增压泵及储压罐，滑阀包括本体以及设置在本体内腔当中的阀体，阀体包括两个堵头，第一工质接口与第二工质接口上设置有分隔板，分隔板将工质接口分隔为末端连通的两部分，两个堵头能够同时将第一工质接口与第二工质接口的两部分进行封堵，堵头径向移动时能够分别将第一工质接口与第二工质接口的两部分打开；第一工质接口与第二工质接口连接电池组的两端，冷却器的冷却工质出口经过增压泵以及储压罐连接第三工质接口，当储压罐中的压力达到设定值时，增压泵卸荷空转；冷却器的冷却工质入口与第四工质接口以及第五工质接口连通。本发明结构简单，操作方便，可靠性好。

Description

常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统及控制方法
技术领域
本发明属于新能源电池冷却技术领域，具体涉及一种常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统及控制方法。
背景技术
在锂离子电池冷却系统中，由于电池和冷却工质存在热交换，采用单向流动的动力电池系统将导致动力电池系统内部出现温度梯度问题，进而会降低动力电池系统的温度均匀性，影响动力电池的性能。目前，有学者提出了一种基于往复式流动的热管理系统，该系统在传统风冷流道中并联设计了一个流道，利用两个翻转门阀的开闭来实现冷却工质的往复流动。其研究结果表明，采用往复流动的策略，可以将动力电池热管理系统的温差降低4℃左右，效果非常显著。但是此方案也存在一定的问题，由于此方案在调节冷却工质的流动方向和流量时，需要同时调节翻转阀门的开闭和循环泵的转速，进而控制电池组内部的温度，这种控制方式复杂，并且翻转阀门的可靠度直接影响着动力电池冷却系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中电池往复流动热管理系统存在的控制结构复杂、可靠性不足问题，提供一种常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统及控制方法，通过调节滑阀的开闭和开度即可调节冷却工质在电池组内部往复流动的方向和流量，提高冷却系统的可靠性和使用寿命。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统，包括滑阀、冷却器、增压泵以及储压罐，所述的滑阀包括具有内腔的本体以及设置在本体内腔当中的阀体；所述的本体上开设有五个与内腔相通的工质接口；其中，第一工质接口、第二工质接口以及第三工质接口开设在本体的侧壁，且第三工质接口位于第一工质接口与第二工质接口之间；第四工质接口与第五工质接口开设在本体的两端；阀体包括两个堵头，所述的第一工质接口与第二工质接口上设置有分隔板，分隔板用于将工质接口分隔为末端连通的两部分，两个堵头分别布置在第一工质接口与第二工质接口的内侧，堵头的外径与本体内腔的内径相等，堵头的宽度不小于对应工质接口的总宽度；所述的堵头能够同时将第一工质接口与第二工质接口的两部分进行封堵，且堵头沿本体内腔的径向移动时能够分别将第一工质接口与第二工质接口的两部分打开；所述的第一工质接口与第二工质接口连接电池组的两端，冷却器的冷却工质出口经过增压泵以及储压罐连接第三工质接口，当储压罐中的压力达到设定值时，增压泵能够卸荷空转；冷却器的冷却工质入口与第四工质接口以及第五工质接口连通。
作为一种优选方案，所述的滑阀与控制系统相连，由温度传感器采集电池组的两端温度并发送给控制系统，控制系统根据电池组的温度控制滑阀的移动方向和换向频率。
作为一种优选方案，所述的储压罐内部设置有测压装置，测压装置以及增压泵与控制系统相连，测压装置采集到的压力信号发送给控制系统，控制系统根据储压罐内部的压力控制增压泵。
作为一种优选方案，阀体的两个堵头运动至一侧极限位置时能够将第一工质接口与第二工质接口的一部分完全封堵，另一部分完全打开；运动至另一侧极限位置时实现对称效果。
作为一种优选方案，所述阀体的两个堵头之间通过连杆进行连接。
本发明还提出一种所述常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统的控制方法，存在以下三个工作状态进行控制，包括以下步骤：
第一工作状态：
滑阀处于中间位置，第一工质接口与第二工质接口完全封堵，电池组处于不被冷却的状态，当储压罐中的压力达到设定值时，增压泵卸荷空转；
第二工作状态：
滑阀向第一工质接口移动，冷却工质从第一工质接口未被封堵的部分进入电池组，从第二工质接口未被封堵的部分流出，实现对电池组的第一方向冷却，冷却工质从电池组流出后通过冷却器冷却，然后进入增压泵增压到储压罐中储存，当储压罐中的压力达到设定值时，增压泵卸荷空转；
第三工作状态：
滑阀向第二工质接口移动，冷却工质从第二工质接口未被封堵的部分进入电池组，从第一工质接口未被封堵的部分流出，实现对电池组的第二方向冷却，冷却工质从电池组流出后通过冷却器冷却，然后进入增压泵增压到储压罐中储存，当储压罐中的压力达到设定值时，增压泵卸荷空转。
作为一种优选方案，通过调节储压罐中的压力设定值来调整冷却工质进入电池组的压力。
作为一种优选方案，通过温度传感器对电池组的温度进行采集，采集信号发送至控制系统，由控制系统自动控制滑阀的移动方向及频率，降低电池组的平均温度及两端温差，并且自动控制增压泵向储压罐注入增压后的冷却工质。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：通过滑阀内部两个堵头的往复移动，实现同时将第一工质接口与第二工质接口的两部分进行封堵，或者分别将第一工质接口与第二工质接口的两部分打开，第一工质接口与第二工质接口连接电池组的两端，通过调节滑阀能够对应调节冷却工质在电池组内部的流动方向，降低电池组内电芯的平均温度及温差。相较于现有技术通过两个翻转门阀的开闭来调节冷却工质流动的方式而言，本发明结构简单，可靠性显著提高。本发明冷却器的冷却工质出口经过增压泵以及储压罐连接滑阀，在控制冷却工质流量方面，只需控制滑阀的开度即可控制冷却工质的流量，控制方法简单可靠。并且当储压罐内部的压力达到规定值后，增压泵卸荷空转，降低了冷却系统能耗，节约运行成本。
附图说明
图1 本发明实施例常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统第一工作状态示意图；
图2 本发明实施例常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统第二工作状态示意图；
图3 本发明实施例常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统第三工作状态示意图；
附图中：1-电池组；2-滑阀；3-工质流道；4-冷却器；5-增压泵；6-储压罐；21-本体；22-阀体；23-分隔板；211-第一工质接口；212-第二工质接口；213-第三工质接口；214-第四工质接口；215-第五工质接口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明提出一种常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统，包括滑阀2、工质流道3、冷却器4、增压泵5以及储压罐6，滑阀2包括具有内腔的本体21以及设置在本体21内腔当中的阀体22；本体21上开设有五个与内腔相通的工质接口；其中，第一工质接口211、第二工质接口212以及第三工质接口213开设在本体21的侧壁，且第三工质接口213位于第一工质接口211与第二工质接口212之间；第四工质接口214与第五工质接口215开设在本体21的两端；阀体22包括两个堵头，两个堵头之间通过连杆进行连接。第一工质接口211与第二工质接口212上设置有分隔板23，分隔板23用于将工质接口分隔为末端连通的两部分，两个堵头分别布置在第一工质接口211与第二工质接口212的内侧，堵头的外径与本体21内腔的内径相等，堵头的宽度不小于对应工质接口的总宽度。
堵头能够同时将第一工质接口211与第二工质接口212的两部分进行封堵，且当堵头沿本体21内腔的径向移动时能够分别将第一工质接口211与第二工质接口212的两部分打开。阀体22的两个堵头运动至一侧极限位置时能够将第一工质接口211与第二工质接口212的一部分完全封堵，另一部分完全打开；运动至另一侧极限位置时实现对称效果。第一工质接口211与第二工质接口212连接电池组1的两端，冷却器4的冷却工质出口经过增压泵5以及储压罐6连接第三工质接口213，当储压罐6中的压力达到设定值时，增压泵5能够卸荷空转；冷却器4的冷却工质入口与第四工质接口214以及第五工质接口215连通。
在一种实施例中，滑阀2与控制系统相连，由温度传感器采集电池组1的两端温度并发送给控制系统，控制系统根据电池组1的温度自动控制滑阀2的移动方向和换向频率。储压罐6内部设置有测压装置，测压装置以及增压泵5与控制系统相连，测压装置将采集到的压力信号发送给控制系统，控制系统根据储压罐6内部的压力自动控制增压泵5。
本发明常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统的控制方法，包括以下步骤：
分为三个工作状态进行控制。
参见图1，第一工作状态：
当滑阀2处于中间位置，第一工质接口211与第二工质接口212完全封堵，电池组1处于不被冷却的状态，当储压罐6中的压力达到设定值时，增压泵5卸荷空转；
参见图2，第二工作状态：
当滑阀2向第一工质接口211移动，冷却工质从第一工质接口211未被封堵的部分进入电池组1，从第二工质接口212未被封堵的部分流出，实现对电池组1的第一方向冷却，冷却工质从电池组1流出后通过冷却器4冷却，然后进入增压泵5增压到储压罐6中储存，当储压罐6中的压力达到设定值时，增压泵5卸荷空转；
参见图3，第三工作状态：
当滑阀2向第二工质接口212移动，冷却工质从第二工质接口212未被封堵的部分进入电池组1，从第一工质接口211未被封堵的部分流出，实现对电池组1的第二方向冷却，冷却工质从电池组1流出后通过冷却器4冷却，然后进入增压泵5增压到储压罐6中储存，当储压罐6中的压力达到设定值时，增压泵5卸荷空转。
在一种实施例中，通过温度传感器对电池组1的温度进行采集，采集信号发送至控制系统，由控制系统自动控制滑阀2的移动方向及频率，降低电池组1的平均温度及两端温差，并且自动控制增压泵5向储压罐6注入增压后的冷却工质。储压罐6内部设置有测压装置，通过调节储压罐6中的压力设定值来调整冷却工质进入电池组1的压力。
本发明的冷却方法易于操作和实现，采用往复流动方式，可以显著降低工质流动方向的温度差。控制系统根据需要，自动控制滑阀2的开闭及内部堵头的移动，实时性更好，可靠性高。在控制冷却工质流量方面，只用控制滑阀2的开度即可控制流量，控制方法简单可靠。并且当储压罐6内部压力达到规定值后，增压泵5卸荷空转，降低了冷却系统的能耗。本发明保证了电池组1冷却的均匀性，提升了电池组1的工作寿命和安全性。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统，其特征在于：包括滑阀（2）、冷却器（4）、增压泵（5）以及储压罐（6），所述的滑阀（2）包括具有内腔的本体（21）以及设置在本体（21）内腔当中的阀体（22）；所述的本体（21）上开设有五个与内腔相通的工质接口；其中，第一工质接口（211）、第二工质接口（212）以及第三工质接口（213）开设在本体（21）的侧壁，且第三工质接口（213）位于第一工质接口（211）与第二工质接口（212）之间；第四工质接口（214）与第五工质接口（215）开设在本体（21）的两端；阀体（22）包括两个堵头，所述的第一工质接口（211）与第二工质接口（212）上设置有分隔板（23），分隔板（23）用于将工质接口分隔为末端连通的两部分，两个堵头分别布置在第一工质接口（211）与第二工质接口（212）的内侧，堵头的外径与本体（21）内腔的内径相等，堵头的宽度不小于对应工质接口的总宽度；所述的堵头能够同时将第一工质接口（211）与第二工质接口（212）的两部分进行封堵，且堵头沿本体（21）内腔的径向移动时能够分别将第一工质接口（211）与第二工质接口（212）的两部分打开；所述的第一工质接口（211）与第二工质接口（212）连接电池组（1）的两端，冷却器（4）的冷却工质出口经过增压泵（5）以及储压罐（6）连接第三工质接口（213），当储压罐（6）中的压力达到设定值时，增压泵（5）能够卸荷空转；冷却器（4）的冷却工质入口与第四工质接口（214）以及第五工质接口（215）连通；
所述的滑阀（2）与控制系统相连，由温度传感器采集电池组（1）的两端温度并发送给控制系统，控制系统根据电池组（1）的温度控制滑阀（2）的移动方向和换向频率；
所述阀体（22）的两个堵头之间通过连杆进行连接；
阀体（22）的两个堵头运动至一侧极限位置时能够将第一工质接口（211）与第二工质接口（212）的一部分完全封堵，另一部分完全打开；运动至另一侧极限位置时实现对称效果。
2.根据权利要求1所述常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统，其特征在于：所述的储压罐（6）内部设置有测压装置，测压装置以及增压泵（5）与控制系统相连，测压装置采集到的压力信号发送给控制系统，控制系统根据储压罐（6）内部的压力控制增压泵（5）。
3.一种根据权利要求1所述常压式锂离子动力电池往复流动冷却系统的控制方法，其特征在于，存在以下三个工作状态进行控制，包括以下步骤：
第一工作状态：
滑阀（2）处于中间位置，第一工质接口（211）与第二工质接口（212）完全封堵，电池组（1）处于不被冷却的状态，当储压罐（6）中的压力达到设定值时，增压泵（5）卸荷空转；
第二工作状态：
滑阀（2）向第一工质接口（211）移动，冷却工质从第一工质接口（211）未被封堵的部分进入电池组（1），从第二工质接口（212）未被封堵的部分流出，实现对电池组（1）的第一方向冷却，冷却工质从电池组（1）流出后通过冷却器（4）冷却，然后进入增压泵（5）增压到储压罐（6）中储存，当储压罐（6）中的压力达到设定值时，增压泵（5）卸荷空转；
第三工作状态：
滑阀（2）向第二工质接口（212）移动，冷却工质从第二工质接口（212）未被封堵的部分进入电池组（1），从第一工质接口（211）未被封堵的部分流出，实现对电池组（1）的第二方向冷却，冷却工质从电池组（1）流出后通过冷却器（4）冷却，然后进入增压泵（5）增压到储压罐（6）中储存，当储压罐（6）中的压力达到设定值时，增压泵（5）卸荷空转。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：通过调节储压罐（6）中的压力设定值来调整冷却工质进入电池组（1）的压力。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：通过温度传感器对电池组（1）的温度进行采集，采集信号发送至控制系统，由控制系统自动控制滑阀（2）的移动方向及频率，降低电池组（1）的平均温度及两端温差，并且自动控制增压泵（5）向储压罐（6）注入增压后的冷却工质。
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