CN114512743A - 一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆 - Google Patents

一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆，属于动力电池安全技术领域，包括所述电池模组的上下两端分别设置有上液冷板和下液冷板。通过电池模组的上下两端分别设置有上液冷板和下液冷板可以实现冷却工质从内部流过时带走大量热量，并且不会带来较大的单体温差，通过冷却模式控制模块分别与动力电池进水口温度传感器、动力电池出水口温度传感器、散热器出水口温度传感器、电池管理系统、第一电磁阀和第二电磁阀根据不同的条件配合控制，多个模式之间切换，实现大功率冷却功能和低能耗冷却功能，带走电池大功率充放电时产生的大量热量，从而提升动力电池的快充能力，且相比传统空调系统冷却方案更节能。

Description

一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆
技术领域
本发明公开了一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆，属于动力电池安全技术领域。
背景技术
目前，新能源汽车的发展前景非常广阔。新能源汽车具有能量效率高、零排放、无污染、比能量高、噪音低、可靠性高等优点。动力电池系统作为新能源电池车的主要储能部件，主要保证整车的行驶、高低压零部件的用电需求、制动能量回收、混合动力发动机系统能量调节等功能。动力电池总成的安全性一直是其质量的的关键，随着高能量高功率的电池总成需求快速发展，带来电池总成的一系列安全问题：
第一，动力电池进行大功率充电时，电池温度急剧升高，需要高性能的冷却系统控制电芯的温升。当前动力电池主流冷却方案是从电芯底部一个面进行液冷，增大冷却能力的主要手段是降低水温，这种方案的弊端在于电芯顶部不直接接触冷却件，顶部的热量需要经过整颗电芯传递到电芯底部，导热路径长，且冷却面积有限。导致的结果是电芯内部温度梯度较大，电芯的平均温度并不高但是顶部温度仍然很高，造成了冷量的浪费，冷却效果受限，进而导致充电时间难以进一步缩短。
第二，冷却工质从电芯带走的热量越多，自身的温升就越大，进而就会导致电芯之间出现较大温差，而电芯温差大会影响电芯的一致性
第三，当前主流的电池液冷方案是使用空调冷媒给电池冷却工质降温。空调运转时会消耗较大的电量，会使得电动车辆续航里程缩短。
发明内容
本发明的目的在于解决动力电池冷却系统造成了冷量的浪费、消耗较大的电量电动车辆续航里程缩短以及电芯温差大会影响电芯的一致性的问题，提出一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆。
本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：
一种动力电池包，包括设置在箱体容纳腔中的至少一个电池模组，其特征在于，所述电池模组的上下两端分别设置有上液冷板和下液冷板，所述冷却工质在上液冷板和下液冷板的流道中对向流动，所述电池模组与电池管理系统电性连接。
优选的是，所述上液冷板和下液冷板通过冷却管连通，所述下液冷板通过外部连接管与外部设备连接，所述电池模组包括至少两个电池单体，相邻两个所述电池单体之间设置有隔热垫。
优选的是，所述下液冷板与箱体侧梁配合，所述电池模组的上下两端分别与上液冷板和下液冷板之间填充有导热材料。
一种动力电池包的冷却系统，包括如上一方案所述的动力电池包，所述下液冷板通过外部连接管的进水口和出水口分别与水泵和空调冷媒冷却工质换热器一端管路连接，所述空调冷媒冷却工质换热器另一端与第一电磁阀的第一端管路连接，所述第一电磁阀的第二端和第三端分别与外部连接管的进水口和散热器的一端管路连接，所述散热器的另一端与第二电磁阀的第一端管路连接，所述第二电磁阀的第二端和第三端分别与散热器的一端和水泵另一端管路连接；
所述外部连接管的进水口和出水口分别布置有动力电池进水口温度传感器和动力电池出水口温度传感器，所述第一电磁阀的第三端布置有散热器出水口温度传感器，所述动力电池进水口温度传感器、动力电池出水口温度传感器、散热器出水口温度传感器、环境温度传感器、电池管理系统、第一电磁阀和第二电磁阀分别与冷却模式控制模块电性连接。
一种动力电池包的冷却方法，包括：
步骤S10，获取电池进水口目标温度，通过所述动力电池出水口温度传感器获取动力电池出水口温度并判断其是否＞电池进水口目标温度：
是，执行下一步骤；
否，重新获取所述动力电池出水口温度和动力电池出水口温度；
步骤S20，通过环境温度传感器获取外部环境温度并判断其是否＜动力电池出水口温度，若是，则执行下一步骤；
步骤S30，向所述第二电磁阀发送冷却工质流经散热器指令，通过所述散热器出水口温度传感器获取散热器出口温度并判断其是否≥电池进水口目标温度，若是，则执行下一步骤；
步骤S40，向所述第一电磁阀发送冷却工质流经空调冷媒冷却工质换热器指令；
步骤S50，通过所述动力电池进水口温度传感器获取电池进水口温度判断其是否≤电池进水口目标温度，若是，则执行下一步骤；
步骤S60，分别向所述第一电磁阀和第二电磁阀发送冷却工质不流经空调冷媒冷却工质换热器指令和冷却工质不流经散热器指令。
优选的是，所述获取电池进水口目标温度，包括：
获取当前电池充放电功率并判断是否≤电池充放电功率基准值：
是，所述电池进水口目标温度为第一目标温度；
否，所述电池进水口目标温度为第二目标温度，所述第二目标温度小于第一目标温度；
优选的是，所述步骤S20还包括：
当所述动力电池出水口温度≤外部环境温度时，向所述第二电磁阀发送冷却工质不流经散热器指令后执行步骤S40。
优选的是，所述步骤S30还包括：
当所述散热器出口温度＜电池进水口目标温度时，向所述第一电磁阀发送冷却工质不流经空调冷媒冷却工质换热器指令后执行步骤S50。
优选的是，所述步骤S50还包括：
当电池进水口温度并＞电池进水口目标温度时，重新执行步骤S10。
一种电动车辆，包括车辆本体和如上一方案所述的一种动力电池包的冷却系统。
本发明相对于现有而言具有的有益效果：
本发明公开了一种动力电池包的冷却系统、方法及电动车辆，通过电池模组的上下两端分别设置有上液冷板和下液冷板可以实现冷却工质从内部流过时带走大量热量，并且不会带来较大的单体温差，通过冷却模式控制模块分别与动力电池进水口温度传感器、动力电池出水口温度传感器、散热器出水口温度传感器、电池管理系统、第一电磁阀和第二电磁阀根据不同的条件配合控制，多个模式之间切换，实现大功率冷却功能和低能耗冷却功能，带走电池大功率充放电时产生的大量热量，从而提升动力电池的快充能力，且相比传统空调系统冷却方案更节能。
附图说明
图1是本发明一种动力电池包的等轴测视图。
图2是本发明一种动力电池包的等轴测视图。
图3是本发明一种动力电池包的部分等轴测视图。
图4是本发明一种动力电池包的冷却系统的电气连接图。
图5是本发明一种动力电池冷却方法的流程图。
图6是本发明一种动力电池包的冷却系统第一种实施例的电气连接图。
图7是本发明一种动力电池包的冷却系统第二种实施例的电气连接图。
图8是本发明一种动力电池包的冷却系统第三种实施例的电气连接图。
其中，1-箱体，2-上液冷板，3-下液冷板，4-冷却管，5-下液冷板。
具体实施方式
以下根据附图1-8对本发明做进一步说明：
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种动力电池包，包括：箱体1、上液冷板2、电池模组3、冷却管4和下液冷板5，下面将详细介绍一下上述组件的结构以及相互之间的连接关系。
首先介绍一下箱体1，本实施例的箱体1为通过横梁和纵梁分别与侧梁配合的结构，其材料可以是铝合金或者钢等，箱体1的制造工艺可以是挤出型材、铸造、冲压或其它工艺，连接工艺可以是螺接、焊接或其它工艺。在箱体1容纳腔中的至少安装一个电池模组3，本实施例为4组电池模组3分别均匀对称布置在箱体1容纳腔中，每个电池模组3包括至少两个电池单体，相邻两个电池单体之间安装有隔热垫，本实施例为若干个电池单体，每个电池单体采用镍钴锰三元体系、磷酸铁锂体系或其它材料体系。
如图2-3所示，在电池模组3的上下两端分别安装有上液冷板2和下液冷板5，在电池模组3的上下两端分别与上液冷板2和下液冷板5之间填充有导热材料，导热材料为聚氨酯、环氧树脂或其它材料体系。上液冷板2和下液冷板5通过冷却管4连通，下液冷板5通过外部连接管与外部设备连接，冷却工质在上液冷板2和下液冷板5的流道中对向流动，下液冷板5与箱体1侧梁底部通过螺栓或焊接配合固定，电池模组3与电池管理系统电性连接。
冷却开启后，冷却工质在上液冷板2和下液冷板5内流动，由于冷却工质与电池模组3之间存在温差，热量会从电池模组3中传递到冷却工质中并随冷却工质被带走。由于电池模组3两个表面均同时接触上液冷板2和下液冷板5，换热面积比单面冷却增加一倍，热量传递的路径减小一半，换热能力大幅提升。
如图4所示，下面将介绍一下第二实施例，基于第一实施例所述的一种动力电池包的冷却系统，其包括：动力电池包、水泵、空调冷媒冷却工质换热器、第一电磁阀、第二电磁阀、散热器、动力电池进水口温度传感器、动力电池出水口温度传感器和散热器出水口温度传感器，第一实施例中动力电池包的下液冷板5通过外部连接管的进水口和出水口分别与水泵和空调冷媒冷却工质换热器一端管路连接，空调冷媒冷却工质换热器另一端与第一电磁阀的第一端管路连接，第一电磁阀的第二端和第三端分别与外部连接管的进水口和散热器的一端管路连接，散热器的另一端与第二电磁阀的第一端管路连接，第二电磁阀的第二端和第三端分别与散热器的一端和水泵另一端管路连接。
外部连接管的进水口和出水口分别布置有动力电池进水口温度传感器和动力电池出水口温度传感器，动力电池进水口温度传感器和动力电池出水口温度传感器分别获取动力电池进水口温度Tin和动力电池出水口温度Tout，第一电磁阀的第三端布置有散热器出水口温度传感器用于获取散热器出口温度T散，所述动力电池进水口温度传感器、动力电池出水口温度传感器、散热器出水口温度传感器、环境温度传感器、第一实施例中动力电池包的电池管理系统、第一电磁阀和第二电磁阀分别与冷却模式控制模块电性连接，其中环境温度传感器用于获取外部Te。
下面将介绍第三实施例，基于上面介绍完第二实施例一种动力电池包的液冷方法，如图5所示，具体步骤如下：
步骤S10，获取电池进水口目标温度，通过动力电池出水口温度传感器获取动力电池出水口温度Tout并判断其是否＞电池进水口目标温度Ttarget：
是，执行下一步骤；
否，重新获取所述动力电池出水口温度和动力电池出水口温度。
其中上述获取电池进水口目标温度的具体内容包括：
获取当前电池充放电功率P并判断是否≤电池充放电功率基准值P0：
是，电池进水口目标温度P为第一目标温度t1；
否，电池进水口目标温度P为第二目标温度t2，第二目标温度t2小于第一目标温度t1，P0、t1和t2根据产品实际情况进行定义，本实施例中P0＝50kW～200kW，T1＝25℃～35℃，T2＝10℃～25℃。
步骤S20，通过环境温度传感器获取外部环境温度Te并判断其是否＜动力电池出水口温度Tout：
是，则执行下一步骤；
否，向所述第二电磁阀发送冷却工质不流经散热器指令后执行步骤S40，具体电气连接图如6所示。
步骤S30，向第二电磁阀发送冷却工质流经散热器指令，通过散热器出水口温度传感器获取散热器出口温度T散并判断其是否≥电池进水口目标温度Ttarget：
是，则执行下一步骤；
否，向第一电磁阀发送冷却工质不流经空调冷媒冷却工质换热器指令后执行步骤S50，具体电气连接图如7所示。
步骤S40，向第一电磁阀发送冷却工质流经空调冷媒冷却工质换热器指令，具体电气连接图如8所示。
步骤S50，通过动力电池进水口温度传感器获取电池进水口温度Tin判断其是否≤电池进水口目标温度Ttarget：
是，则执行下一步骤；
否，重新执行步骤S10。
步骤S60，分别向所述第一电磁阀和第二电磁阀发送冷却工质不流经空调冷媒冷却工质换热器指令和冷却工质不流经散热器指令。
最后将介绍第四实施例，基于上面介绍完第二实施例的一种电动车辆，包括车辆本体和第二实施例所述的一种动力电池包的冷却系统。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种动力电池包，包括设置在箱体(1)容纳腔中的至少一个电池模组(3)，其特征在于，所述电池模组(3)的上下两端分别设置有上液冷板(2)和下液冷板(5)，所述冷却工质在上液冷板(2)和下液冷板(5)的流道中对向流动，所述电池模组(3)与电池管理系统电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池包，其特征在于，所述上液冷板(2)和下液冷板(5)通过冷却管(4)连通，所述下液冷板(5)通过外部连接管与外部设备连接，所述电池模组(3)包括至少两个电池单体，相邻两个所述电池单体之间设置有隔热垫。
3.根据权利要求1或2所述的一种动力电池包，其特征在于，所述下液冷板(5)与箱体(1)侧梁配合，所述电池模组(3)的上下两端分别与上液冷板(2)和下液冷板(5)之间填充有导热材料。
4.一种动力电池包的冷却系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的动力电池包，所述下液冷板(5)通过外部连接管的进水口和出水口分别与水泵和空调冷媒冷却工质换热器一端管路连接，所述空调冷媒冷却工质换热器另一端与第一电磁阀的第一端管路连接，所述第一电磁阀的第二端和第三端分别与外部连接管的进水口和散热器的一端管路连接，所述散热器的另一端与第二电磁阀的第一端管路连接，所述第二电磁阀的第二端和第三端分别与散热器的一端和水泵另一端管路连接；
所述外部连接管的进水口和出水口分别布置有动力电池进水口温度传感器和动力电池出水口温度传感器，所述第一电磁阀的第三端布置有散热器出水口温度传感器，所述动力电池进水口温度传感器、动力电池出水口温度传感器、散热器出水口温度传感器、环境温度传感器、电池管理系统、第一电磁阀和第二电磁阀分别与冷却模式控制模块电性连接。
5.一种动力电池包的冷却方法，其特征在于，包括：
步骤S10，获取电池进水口目标温度，通过所述动力电池出水口温度传感器获取动力电池出水口温度并判断其是否＞电池进水口目标温度：
是，执行下一步骤；
否，重新获取所述动力电池出水口温度和动力电池出水口温度；
步骤S20，通过环境温度传感器获取外部环境温度并判断其是否＜动力电池出水口温度，若是，则执行下一步骤；
步骤S30，向所述第二电磁阀发送冷却工质流经散热器指令，通过所述散热器出水口温度传感器获取散热器出口温度并判断其是否≥电池进水口目标温度，若是，则执行下一步骤；
步骤S40，向所述第一电磁阀发送冷却工质流经空调冷媒冷却工质换热器指令；
步骤S50，通过所述动力电池进水口温度传感器获取电池进水口温度判断其是否≤电池进水口目标温度，若是，则执行下一步骤；
步骤S60，分别向所述第一电磁阀和第二电磁阀发送冷却工质不流经空调冷媒冷却工质换热器指令和冷却工质不流经散热器指令。
6.根据权利要求5所述的一种动力电池包的冷却方法，其特征在于，所述获取电池进水口目标温度，包括：
获取当前电池充放电功率并判断是否≤电池充放电功率基准值：
是，所述电池进水口目标温度为第一目标温度；
否，所述电池进水口目标温度为第二目标温度，所述第二目标温度小于第一目标温度。
7.根据权利要求5所述的一种动力电池包的冷却方法，其特征在于，所述步骤S20还包括：
当所述动力电池出水口温度≤外部环境温度时，向所述第二电磁阀发送冷却工质不流经散热器指令后执行步骤S40。
8.根据权利要求5所述的一种动力电池包的冷却方法，其特征在于，所述步骤S30还包括：
当所述散热器出口温度＜电池进水口目标温度时，向所述第一电磁阀发送冷却工质不流经空调冷媒冷却工质换热器指令后执行步骤S50。
9.根据权利要求5所述的一种动力电池包的冷却方法，其特征在于，所述步骤S50还包括：
当电池进水口温度并＞电池进水口目标温度时，重新执行步骤S10。
10.一种电动车辆，其特征在于，包括车辆本体和如权利要求4所述的一种动力电池包的冷却系统。
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