CN115000534A - 基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱及电动汽车 - Google Patents

基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱及电动汽车，属于电池技术领域。解决现有高能量密度电池箱的散热效果不足及不满足电芯温度实时监测需求问题。它包括电池箱体、电池模组、液冷组件、电池管理系统和光纤测温系统，在电池箱体内设置两组电池模组，电池管理系统实时监控电池模组温度信息；光纤测温系统包括传感器探头、光纤通道及光纤测温模块，在每个电池芯表面至少设一个温度测点，在每个温度测点上布置一传感器探头；液冷组件包括液冷板一、液冷板二、液冷板三和液冷回路，在两组电池模组的上表面的极耳中间位置处分别布置液冷板一和液冷板二，液冷回路为三个液冷板提供冷源。本发明适用于高能量密度电池箱的散热及温控。

Description

基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱及电动汽车
技术领域
本发明创造属于电池技术领域，尤其是涉及一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱及电动汽车。
背景技术
传统的电池箱热管理方式有风冷、液冷、相变材料冷却和热管四种方式。随着电池箱能量密度的提升，对电池箱热管理的需求日益增大。纵观已提出的电池箱散热技术发现，现有的热管理技术在电池极耳处的针对性并不明显，且针对高能量密度电池箱的散热效果不足。
此外，储能电站需要对海量电芯单体进行实时温度监测，传统的温度传感器已不满足对测温点数量上的要求，而光纤测温技术因其尺寸小，探头数量多和绝缘性好等优点，更适合应用于储能电站的电芯温度监测。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，以解决现有高能量密度电池箱的散热效果不足及不满足电芯温度实时监测需求。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，包括电池箱体、电池模组、液冷组件、电池管理系统和光纤测温系统，在电池箱体内设置两组电池模组，两组电池模组并列布置，且两组电池模组并联连接，每组电池模组包括若干串联连接的电池芯，所述电池管理系统设置于电池箱体内部侧壁上，所述电池管理系统与光纤测温系统电连接，所述电池管理系统实时监控电池模组的温度信息，并反馈热失控安全预警；
所述光纤测温系统包括传感器探头、光纤通道及光纤测温模块，在每个电池芯表面至少设有一个温度测点，在每个温度测点上均布置一个传感器探头，所有的传感器探头与光纤通道连接，所述光纤通道与光纤测温模块连接；
所述液冷组件包括液冷板一、液冷板二、液冷板三和液冷回路，所述液冷板三布置在两组电池模组的底部位置，在两组电池模组的上表面的极耳中间位置处分别布置液冷板一和液冷板二，三个液冷板与电池模组之间均紧密贴有导热胶和加热片，所述液冷回路为三个液冷板提供冷源，所述液冷回路依次为液冷板三、液冷板一和液冷板二提供冷源。
更进一步的，所述液冷板一铺设在靠外侧的电池模组的上表面的极耳中间位置处，所述液冷板二铺设在靠内侧的电池模组的上表面的极耳中间位置处。
更进一步的，所述液冷回路包括进液冷管道、出液冷管道、冷却剂入口、冷却剂出口和接头，所述冷却剂入口和冷却剂出口均布置在电池箱体的侧壁上，所述进液冷管道和出液冷管道均设置在电池箱体内，所述进液冷管道一端与冷却剂入口连通，另一端与液冷板三的进液口连通，液冷板三的出液口通过管路与液冷板一的进液口连通，液冷板一的出液口通过管道与液冷板二的进液口连通，液冷板的出液口通过出液冷管道与冷却剂出口连通。
更进一步的，冷却剂入口和冷却剂出口均与冷源连通。
更进一步的，冷源内的冷却剂从冷却剂入口流入进液冷管道，依次经过液冷板三、液冷板一、液冷板二和出液冷管道最终由冷却剂出口流出。
更进一步的，电池模组上的相邻两个温度测点之间的间距5cm，所有液冷板的内部均开设有流体通道。
更进一步的，在冷却剂入口和冷却剂出口处也分别设置一个温度测点，在冷却剂入口和冷却剂出口处的温度测点上布置光纤传感探头，光纤测温系统每隔一秒采集一次温度。
更进一步的，当电池箱处于高倍率充放电工况时，开启液冷模式，此时电池箱内的液冷组件运转；当电池箱处于低温启动工况时，开启加热模式，此时电池箱内加热片处于加热状态，给电池模组均匀加热。
更进一步的，所述电池管理系统包括管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组信息的采集模组。
本申请的另一目的是提供一种电动汽车，包括若干上述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱。
与现有技术相比，本发明创造所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱的有益效果是：
1、本发明创造所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，在电池模组的极耳处与下表面设置三个液冷板，与现有的液冷电池箱相比，进一步增强了电池箱的散热效果；本申请的电池箱具有单位体积能量密度高的优点。
2、本发明创造所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，使用光纤测温系统，可实现对每个电芯表面温度的实时监控，与现有测温技术相比，增加了温度探头的数量。
3、本发明创造所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，电池箱可控制电池模组在高倍率充放电工况和低温启动工况下分别进行不同的热管理方式，使电池模组在相对较佳的温度范围内工作，从而达到延长电芯寿命的效果。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱的结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱(未包含光纤测温系统)的立体结构图；
图3为本发明创造实施例所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱(未包含光纤测温系统)的俯视图；
图4为本发明创造实施例所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱的电池模组上的温度探头布置图。
附图标记说明：
1、电池箱体；2、电池模组；3、液冷板二；4、液冷板一；5、液冷板三；6、液冷回路；61、冷却剂入口；62、冷却剂出口；63、进液冷管道；64、出液冷管道；7、电池管理系统；8、光纤测温系统；9、传感器探头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明创造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创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，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，都属于本发明创造保护的范围。
在本发明创造的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明创造的描述中，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创造中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1-图4所示，一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，包括电池箱体1、电池模组2、液冷组件、电池管理系统7和光纤测温系统8，在电池箱体1内设置两组电池模组2，两组电池模组2并列布置，且两组电池模组并联连接，每组电池模组2 包括若干串联连接的电池芯，所述电池管理系统7设置于电池箱体内部侧壁上，所述电池管理系统7与光纤测温系统8电连接，所述电池管理系统7实时监控电池模组2的温度信息，并反馈热失控安全预警；
所述光纤测温系统8采用光纤光栅测温原理，所述光纤测温系统8包括传感器探头、光纤通道及光纤测温模块，光纤测温系统8属于现有结构，在此不再赘述其具体结构及工作原理，在每个电池芯表面至少设有一个温度测点，电池模组2上的相邻两个温度测点之间的间距5cm；在每个温度测点上均布置一个传感器探头，所有的传感器探头与光纤通道连接，所述光纤通道与光纤测温模块连接；
所述液冷组件包括液冷板一4、液冷板二3、液冷板三5和液冷回路6，所述液冷板三5布置在两组电池模组2的底部位置，在两组电池模组2的上表面的极耳中间位置处分别布置液冷板一4和液冷板二3，三个液冷板与电池模组2之间均紧密贴有导热胶和加热片，所述液冷回路6为三个液冷板提供冷源，所述液冷回路6依次为液冷板三5、液冷板一4和液冷板二3提供冷源。
当电池箱处于高倍率充放电工况时，开启液冷模式，此时电池箱内的液冷组件运转；当电池箱处于低温启动工况时，开启加热模式，此时电池箱内的加热片处于加热状态，给电池模组2均匀加热。
所述液冷板一4铺设在靠外侧的电池模组2的上表面的极耳中间位置处，所述液冷板二3铺设在靠内侧的电池模组2的上表面的极耳中间位置处。
所述液冷回路6包括进液冷管道63、出液冷管道64、冷却剂入口61、冷却剂出口 62和接头，所述冷却剂入口61和冷却剂出口62均布置在电池箱体1的侧壁上，所述进液冷管道63和出液冷管道64均设置在电池箱体1内，所述进液冷管道63一端与冷却剂入口61连通，另一端与液冷板三5的进液口连通，液冷板三5的出液口通过管路与液冷板一4的进液口连通，液冷板一4的出液口通过管道与液冷板二3的进液口连通，液冷板的出液口通过出液冷管道64与冷却剂出口62连通，冷却剂入口61和冷却剂出口62 均与冷源连通，冷源内的冷却剂从冷却剂入口61流入进液冷管道63，依次经过液冷板三 5、液冷板一4、液冷板二3和出液冷管道64最终由冷却剂出口62流出。
在冷却剂入口61和冷却剂出口62处也分别设置一个温度测点，在冷却剂入口61和冷却剂出口62处的温度测点上布置光纤传感探头，光纤测温系统8每隔一秒采集一次温度。
所述电池管理系统7包括管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组信息的采集模组，管理系统用于反馈热失控安全预警，以上模组均为现有电学组件，在此不再赘述其具体结构组成及工作原理。
所述电池模组2采用大容量的储能电芯，所有液冷板的内部均开设有流体通道，便于冷却电池模组。
本申请的工作过程为：当电池箱处于高倍率充放电工况时，开启液冷模式，此时电池箱内的液冷组件运转；当电池箱处于低温启动工况时，开启加热模式，此时电池箱内加热片处于加热状态，给电池模组2均匀加热。
本发明考虑高比能储能电池箱的散热需求，引入光纤光栅测温原理，提出一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，使电池箱能更加高效的散热，同时满足对每个电芯的温度进行实时监测的需求。
本申请通过在电池模组的极耳处及在电池模组的下表面设置三个液冷板，与现有的液冷电池箱相比，进一步增强了电池箱的散热效果。
本申请通过使用光纤测温系统，可实现对每个电芯表面温度的实时监控，与现有测温技术相比，增加了温度探头的数量，有利于实现对储能电站场所用电池包的分布式热性能监测，降低储能电站热失控的风险。
本申请通过电池箱控制电池模组在高倍率充放电工况和低温启动工况下分别进行不同的热管理方式，使电池模组在相对较佳的温度范围内工作，从而达到延长电芯寿命的效果。
本申请的另一目的是提供一种电动汽车，包括若干上述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱。
以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。

Claims (10)

1.一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：包括电池箱体(1)、电池模组(2)、液冷组件、电池管理系统(7)和光纤测温系统(8)，在电池箱体(1)内设置两组电池模组(2)，两组电池模组(2)并列布置，且两组电池模组并联连接，每组电池模组(2)包括若干串联连接的电池芯，所述电池管理系统(7)设置于电池箱体内部侧壁上，所述电池管理系统(7)与光纤测温系统(8)电连接，所述电池管理系统(7)实时监控电池模组(2)的温度信息，并反馈热失控安全预警；
所述光纤测温系统(8)包括传感器探头、光纤通道及光纤测温模块，在每个电池芯表面至少设有一个温度测点，在每个温度测点上均布置一个传感器探头，所有的传感器探头与光纤通道连接，所述光纤通道与光纤测温模块连接；
所述液冷组件包括液冷板一(4)、液冷板二(3)、液冷板三(5)和液冷回路(6)，所述液冷板三(5)布置在两组电池模组(2)的底部位置，在两组电池模组(2)的上表面的极耳中间位置处分别布置液冷板一(4)和液冷板二(3)，三个液冷板与电池模组(2)之间均紧密贴有导热胶和加热片，所述液冷回路(6)为三个液冷板提供冷源，所述液冷回路(6)依次为液冷板三(5)、液冷板一(4)和液冷板二(3)提供冷源。
2.根据权利要求1所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：所述液冷板一(4)铺设在靠外侧的电池模组(2)的上表面的极耳中间位置处，所述液冷板二(3)铺设在靠内侧的电池模组(2)的上表面的极耳中间位置处。
3.根据权利要求2所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：所述液冷回路(6)包括进液冷管道(63)、出液冷管道(64)、冷却剂入口(61)、冷却剂出口(62)和接头，所述冷却剂入口(61)和冷却剂出口(62)均布置在电池箱体(1)的侧壁上，所述进液冷管道(63)和出液冷管道(64)均设置在电池箱体(1)内，所述进液冷管道(63)一端与冷却剂入口(61)连通，另一端与液冷板三(5)的进液口连通，液冷板三(5)的出液口通过管路与液冷板一(4)的进液口连通，液冷板一(4)的出液口通过管道与液冷板二(3)的进液口连通，液冷板的出液口通过出液冷管道(64)与冷却剂出口(62)连通。
4.根据权利要求3所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：冷却剂入口(61)和冷却剂出口(62)均与冷源连通。
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：冷源内的冷却剂从冷却剂入口(61)流入进液冷管道(63)，依次经过液冷板三(5)、液冷板一(4)、液冷板二(3)和出液冷管道(64)最终由冷却剂出口(62)流出。
6.根据权利要求1所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：电池模组(2)上的相邻两个温度测点之间的间距5cm，所有液冷板的内部均开设有流体通道。
7.根据权利要求3所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：在冷却剂入口(61)和冷却剂出口(62)处也分别设置一个温度测点，在冷却剂入口(61)和冷却剂出口(62)处的温度测点上布置光纤传感探头，光纤测温系统(8)每隔一秒采集一次温度。
8.根据权利要求1所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：当电池箱处于高倍率充放电工况时，开启液冷模式，此时电池箱内的液冷组件运转；当电池箱处于低温启动工况时，开启加热模式，此时电池箱内的加热片处于加热状态，给电池模组(2)均匀加热。
9.根据权利要求1所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱，其特征在于：所述电池管理系统(7)包括管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组信息的采集模组。
10.一种电动汽车，其特征在于：包括若干如权利要求1-9中任一项所述的基于光纤测温系统的高比能液冷集成电池箱。
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