CN116031540B - 一种新能源储电设备及其管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源储电设备，包括锂电池组、设于锂电池组的锂电池之间的散热装置；所述散热装置包括蛇形环绕设置于锂电池组的导热组件，所述导热组件包括设于扁平蛇形状的液冷管体以及设于液冷管体两侧边的导热板；所述液冷管体内部设有2‑4条平行排列的内管，所述内管横截面为扁平矩形；所述液冷管体的内管内壁上均匀分布有多个小凸起；所有所述液冷管的内管的两端位置汇集分别形成出液端口和入液端口；所述液冷管体靠近导热板的一侧涂覆有石墨烯涂料或者复合石墨烯涂料。本发明还提供了该设备的管理系统。该设备具有散热效果好，安全性高且保障电池使用寿命的优点。

Description

一种新能源储电设备及其管理系统

技术领域

本发明涉及新能源储电技术领域，尤其涉及一种新能源储电设备及其管理系统。

背景技术

随着新能源汽车行业的发展，对新能源电池的性能要求越来越高，安全性要求同样也在提高。

现有技术中的新能源电池散热方式主要包括风冷散热和液冷散热，一般的锂电池散热管理采用液冷板进行散热，在电池组的底部/侧部设置平板装液冷板或者环绕电池进行液冷板设置。

中国专利 CN 110994079 A公开了一种用于新能源汽车电池的锂电池散热装置，包括改造后可作为散热液冷板的液流电池单体、被进行液冷散热的锂电池以及用于将液流电池单体各部分连接在一起的连接件；所述液流电池单体以夹持方式设置在锂电池之间；两块锂电池和一个被夹持的液流电池单体共同构成所述锂电池散热装置的一个最小散热单元；液流电池单体包括处于中间的电池隔膜、处于最两边的正/负极流场板、正/负极电极框。这种夹附大面积液冷散热夹层的结构提高了散热效果。

然而，目前现有技术的的液冷介质采用大面积防冻液或者制冷介质冷却时，制冷介质温度过低，大量的介质对电池面的接触会对电池内部造成极大的温差，损伤电池的使用寿命；并且当电池收到强烈撞击时容易导致介质板破损，导致内部制冷介质泄露，泄露的防冻液与电池接触可能会导致电池短路，容易造成安全事故。

中国专利CN 114050342 A公开了一种新能源汽车电池散热监控系统，包括电池包、温度传感器和散热装置，相邻电池包底部与顶部的导热硅胶片之间设有散热板，散热板之间设有若干错位的支撑板，温度传感器包括若干温度探头、引线，散热装置包括蛇形液冷管、风扇，引线连接有电池监控系统，电池监控系统通过无线网络连接云端服务器，电池管理平台通过云端服务器连接有用户端，采用液冷、风冷结合对新能源汽车电池散热，由温度传感器检测经电池监控系统监测、控制散热、超温预警，节能并提高散热效率，经云端服务器网络连接、电池管理平台管理、用户端登录查询了解对应新能源汽车电池情况，增加电池散热的监控力度、可靠性、灵敏度和查询灵活性。

包括上述系统在内的现有散热监控系统较为全面针对散热过程进行实施监管，而在另一方面，作为新能源电池应用中电量能源有效分配同样尤为重要。现有现有技术的新能源电池在使用时无法根据电池实际热能来继续有效控制散热装置的散热力度；一些同时具有风冷和液冷装置的设备虽然具有很好的散热效果，但同时需要耗费较大的电能。

发明内容

本发明提供一种新能源储电设备以及该储电设备的管理系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种新能源储电设备，包括锂电池组、设于锂电池组的锂电池之间的散热装置；所述散热装置包括蛇形环绕设置于锂电池组的导热组件，所述导热组件包括设于扁平蛇形状的液冷管体以及设于液冷管体两侧边的导热板；所述液冷管体内部设有2-4条平行排列的内管，所述内管横截面为扁平矩形，所述扁平矩形的宽度为1-3mm，长度为3-6mm；所述液冷管体的内管内壁上均匀分布有多个小凸起，所述小凸起的高度为0.2-1mm；所有所述液冷管的内管的两端位置汇集分别形成出液端口和入液端口；所述液冷管体靠近导热板的一侧涂覆有石墨烯涂料或者复合石墨烯涂料。

一个优选的技术方案中，所述出液端口和入液端口分别设于液冷管的端部侧面，所述出液端口和入液端口连接有连接头。

一个优选的技术方案中，所述复合石墨烯涂料采用纳米级的氧化石墨烯包覆铜粉后溶于超高分子聚乙烯溶液后，添加聚乙二醇制成；所述复合石墨烯涂料喷覆于液冷管体侧壁面上，固化成膜；所述膜的厚度为0.3-1mm。

一个优选的技术方案中，所述复合石墨烯涂料的各组分含量的质量份数为：7~10份的超高分子聚乙烯、1~2份的聚乙二醇以及5~12份的包覆铜粉的氧化石墨烯。

一个优选的技术方案中，所述导热板为上边和下边为封边板，中部为多孔结构的扁平状导热体构造；所述导热体可选用铝、氧化铝、铜、锌、银、铁、锰材料中的一种或多种复合而成；

所述复合石墨烯涂料未涂覆于液冷管体的上边缘和下边缘；所述导热板的上端和下端均通过粘接方式固定于液冷管体的上边缘和下边缘。

一个优选的技术方案中，所述锂电池组一侧还设有风冷装置，所述风冷装置包括框架、设于框架内的风扇以及驱动所述风扇转动的电机机构，所述框架两侧设有冷却液入口箱体和冷却液出口箱体，所述冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的内侧均设有与所述连接头连接且带电动阀门的连接管体；所述冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的外侧边均设有连接口。

一个优选的技术方案中，所述框架的内侧中部设有横杆，所述横杆上设有卡夹；所述导热组件靠近框架的侧边设有与所述卡夹相匹配的卡块。

又一个优选的技术方案中，所述导热板内侧设有一管线槽，所述管线槽伸出于靠近风冷装置一端的板体；所述液冷管体的管体外壁面每一排均设有一个温度传感器和一个湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器通过置于管线槽内的电线连接至设于风冷装置侧边内的微控装置。

第二方面，本发明提供一种新能源储电设备的管理系统，所述管理系统包括

温度检测模块，配置为接收不同位置的温度传感器检测其对应目标位置的检测信号，通过数模转换后将信号传输至主控模块，所述检测信号包括对应位置的编号信息；

湿度检测模块，配置为接收不同位置的湿度传感器检测其对应目标位置的检测信号，通过数模转换后将信号传输至主控模块，所述检测信号包括对应位置的编号信息；

主控模块，配置为依据温度检测模块和湿度检测模块的检测信号和设定的温度湿度数据进行逻辑运算，计算当前不同检测位置的温度和湿度数据；并将数据与设定的阈值数据进行比较，判断是否超出阈值数据，如是，发出警报信号；

警报模块，配置为接收主控模块的警报信号后发出警报；

无线通信模块，配置为将主控模块处理后的数据传输至上位机或移动监测终端。

一个优选的技术方案，所述主控模块还配置为根据计算获得的温度数据达到第一阈值时，向电动阀门下达开启指令；

所述系统还包括电动阀门驱动模块，配置为接收到主控模块的电动阀门开启指令信号时，打开冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的电动阀门。

另一个优选的技术方案，所述系统还包括电机驱动模块，还配置为根据计算获得的温度数据达到第二阈值时，向风冷装置的电机机构下达开启指令；

所述系统还包括电机驱动模块，配置为接收到主控模块的电机开启指令信号时，运转电机。

本发明提供的新能源储电设备及其管理系统通过将现有液冷介质的接触面积减小和通过均温导热板和材料间隔传热，在保证高效的传热效果的同时，避免大温差对电池造成损害；同时液冷介质的内管结构设置（若干条扁平内管组成和内部凹凸不平的凸起平铺）保证内管在破裂状态下有效遏制液体大量外流。

另一方面，该设备通过多孔构造的导热板和风机配合，使其形成锂电池之间的风冷散热，可将导热板上的热量及时迅速的向外扩散，大大提高了设备的散热效果。

再一方面，本发明管理系统通过多点设置检测点，实时对不同位置的温湿度进行检测监控，将故障点（超过温度阈值和泄露）快速准确的反馈至警报模块或者上位机，为后期的故障追溯或者小故障维修提供更准确的依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例新能源储电设备的一种结构示意图；

图2是本发明实施例导热组件的横截面结构图；

图3是本发明实施例新能源储电设备的另一种结构示意图；

图4是本发明实施例导热板的横截面结构图图；

图5是本发明实施例新能源储电设备的管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供一种新能源储电设备，图1所示，包括锂电池组、设于锂电池组的锂电池1之间的散热装置；所述散热装置包括蛇形环绕设置于锂电池组的导热组件，所述导热组件包括设于扁平蛇形状的液冷管体2以及设于液冷管体2两侧边的导热板3；所述液冷管体2内部设有2-4条平行排列的内管20，所述内管20横截面为扁平矩形，所述扁平矩形的宽度为1-3mm，长度为3-6mm；如图2所示，所述液冷管体2的内管20内壁上均匀分布有多个小凸起21，所述小凸起21的高度为0.2-1mm；所有所述液冷管2的内管20的两端位置汇集分别形成出液端口23和入液端口22；所述液冷管体2靠近导热板3的一侧涂覆有石墨烯涂料或者复合石墨烯涂料。

本发明储电设备的散热装置通过双层导热层传导温度至液冷管体内的液冷介质，并且将内管设置成若干条小管道，在合理导热状态下避免大面积液冷介质与电池面的全面接触，避免对电池内部产生极大的温差。另一方面该扁平矩形的小管道内设有多个小凸起，该小凸起在一个具体的示例中，矩形长边两侧设置小凸起，两个面的小凸起在投影面上以相互交错的方式进行设置，两个面小凸起之间的间距为0.1-0.5mm；该种布局方式使得液冷管体在受到强烈侧面撞击发生形变破埙时，两侧的小凸起相互贴合堵住破损缺口，从而减少破损口冷切介质的流出量和减缓流出速度，为预警模块报警后的使用者更多的反应时间。此外，在导热板与液冷管之间涂覆石墨烯涂料或者复合石墨烯涂料将电池产生的热量迅速传递给液冷介质，可以强化传热的作用，还具有很好地均温效果。

需要说明的是，本申请所述的锂电池组的锂电池可以为方形锂电池也可以为圆柱形排列的锂电池，在本示例中，应用于方形锂电池上，每一环绕单元的锂电池可以为一块也可以为两块，还可以为一块和两块的周边交替进行环绕。

为合理设置入液及出液端口，所述出液端口和入液端口分别设于液冷管的端部侧面，所述出液端口和入液端口连接有连接头，该连接头可设置为宝塔嘴接口。

一个改进的示例中，所述复合石墨烯涂料采用纳米级的氧化石墨烯包覆铜粉后溶于超高分子聚乙烯溶液后，添加聚乙二醇（具体可以为聚乙二醇-200）制成；所述复合石墨烯涂料喷覆于液冷管体侧壁面上，固化成膜；所述膜的厚度为0.3-1mm。

具体的，所述复合石墨烯涂料的各组分含量的质量份数为：7~10份的超高分子聚乙烯、1~2份的聚乙二醇以及5~12份的包覆铜粉的氧化石墨烯。一个具体优选实例中，选用7.8份的超高分子聚乙烯、1.6份的聚乙二醇以及6.4份的包覆铜粉的氧化石墨烯。通过氧化石墨烯包裹金属作为导热载体，导热效果好，氧化石墨烯具有非常高的表面积，可将小量泄露液体吸附，有一定的阻燃效果；同时添加吸湿性较高的聚乙二醇进一步提高复合石墨烯涂层对泄露液体的吸附。

为提高方形组装的锂电池之间的空隙散热效果，图2所示，所述导热板为上边和下边为封边板，中部为多孔结构的扁平状导热体构造；所述导热体可选用铝、氧化铝、铜、锌、银、铁、锰材料中的一种或多种复合而成；

所述复合石墨烯涂料未涂覆于液冷管体的上边缘和下边缘；所述导热板的上端和下端均通过粘接方式固定于液冷管体的上边缘和下边缘。

由于上述方案中为避免温差过大影响电池寿命，减弱了液冷介质的散热效果，而为提高整体散热效果，本发明再一方面增加了风冷功能。具体的，如图3所示，所述锂电池组一侧还设有风冷装置，所述风冷装置包括框架30、设于框架30内的风扇4以及驱动所述风扇4转动的电机机构，所述框架30两侧设有冷却液入口箱体6和冷却液出口箱体7，所述冷却液入口箱体6和冷却液出口箱体7的内侧均设有与所述连接头连接且带电动阀门的连接管体8；所述冷却液入口箱体6和冷却液出口箱体7的外侧边均设有连接口9。使用时，风冷装置的风扇转动，冷风进入扁平状导热体的多孔结构内，将热量带出，风冷和液冷的配合使得整个散热系统的散热效果极佳。

一个试验例中，三块尺寸为220×135×30mm一样的方形磷酸铁锂电池，散热装置的按照上述方案设置，将液冷板环绕三块方形磷酸铁锂电池；液冷管体的高为130mm，厚度为3mm，其内设置3个宽度为1.8mm、长度为3.6mm的内管，液冷管体的外壁涂覆有厚度0.8mm的涂覆层（采用优选实例组分和比例的复合石墨烯涂层），两侧导热板厚度为3.2mm；试验过程中在室温28-29℃的条件下进行放电。

经试验验证，同时启动风冷和液冷设备，风速控制为9.8-11.0m/s；冷却介质流量为3.4ml/s，锂电池组放电时，锂电池的温度控制在34.7-36.3℃之间。而同样尺寸的三块方形磷酸铁锂电池在没有散热措施的情况下的温度高达54℃；同样尺寸的三块方形磷酸铁锂电池在启动液冷设备，冷却介质流量为3.4ml/s，不启动风冷的情况下，温度控制在39.2-41.3℃之间。

再一个示例中，为更好地固定散热装置，所述风扇框架30的内侧中部设有横杆，所述横杆上设有卡夹；所述导热组件靠近风扇框架30的侧边设有与所述卡夹相匹配的卡块。图中未示出，

图4所示，所述导热板3内侧设有一管线槽33，所述管线槽33伸出于靠近风冷装置一端的板体；所述液冷管体2的管体20外壁面每一排均设有一个温度传感器41和一个湿度传感器42，所述温度传感器41和湿度传感器42通过置于管线槽33内的电线连接至设于风冷装置侧边内的微控装置。

图5示出了应用于上述新能源储电设备的管理系统，所述管理系统包括

温度检测模块，配置为接收不同位置的温度传感器检测其对应目标位置的检测信号，通过数模转换后将信号传输至主控模块，所述检测信号包括对应位置的编号信息；

湿度检测模块，配置为接收不同位置的湿度传感器检测其对应目标位置的检测信号，通过数模转换后将信号传输至主控模块，所述检测信号包括对应位置的编号信息；

主控模块，配置为依据温度检测模块和湿度检测模块的检测信号和设定的温度湿度数据进行逻辑运算，计算当前不同检测位置的温度和湿度数据；并将数据与设定的阈值数据进行比较，判断是否超出阈值数据，如是，发出警报信号；

警报模块，配置为接收主控模块的警报信号后发出警报；

无线通信模块，配置为将主控模块处理后的数据传输至上位机或移动监测终端。使用者可及时在监测终端系统查看到故障点，在一些小故障的情况下，依据具体的故障位置判断是否具有维修价值；并且多点的监测可快速反应电池状况，为使用者逃生提供较为充足的时间。

在一个示例中，管理系统还采用自动智能管理方式，采用多阶的控制方式，保证在有效散热的前提下，尽可能的节省散热设备电量。具体的，管理系统所述主控模块还配置为根据计算获得的温度数据达到第一阈值时，向电动阀门下达开启指令；

所述系统还包括电动阀门驱动模块，配置为接收到主控模块的电动阀门开启指令信号时，打开冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的电动阀门。

又一个示例中，所述系统还包括电机驱动模块，还配置为根据计算获得的温度数据达到第二阈值时，向风冷装置的电机机构下达开启指令；

所述系统还包括电机驱动模块，配置为接收到主控模块的电机开启指令信号时，运转电机。

上述第一阈值的温度数值要小于第二阈值的温度数值，举例中，第一阈值可设置为39℃，第二阈值可设置为44℃。通过合理启动散热装置达到节省电量的目的。

此外，该系统还具有常规的存储数据的存储模块、用于实时显示检测数据和状况的显示模块以及用于人机交互 的输入模块，以支撑上述各个模块的有效实现。

本发明实施例提供的新能源储电设备及其管理系统可以实现上述提供的方法实施例，具体功能实现请参见方法实施例中的说明，在此不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新能源储电设备，包括锂电池组、设于锂电池组的锂电池之间的散热装置；其特征在于，所述散热装置包括蛇形环绕设置于锂电池组的导热组件，所述导热组件包括设于扁平蛇形状的液冷管体以及设于液冷管体两侧边的导热板；所述液冷管体内部设有2-4条平行排列的内管，所述内管横截面为扁平矩形，所述扁平矩形的宽度为1-3mm，长度为3-6mm；所述液冷管体的内管内壁上均匀分布有多个小凸起，所述小凸起的高度为0.2-1mm；所述小凸起设置于矩形长边两侧，两个面的小凸起在投影面上以相互交错的方式进行设置，两个面小凸起之间的间距为0.1-0.5mm，该种布局方式使得液冷管体在受到强烈侧面撞击发生形变破埙时，两侧的小凸起相互贴合堵住破损缺口；所有所述液冷管的内管的两端位置汇集分别形成出液端口和入液端口；所述液冷管体靠近导热板的一侧涂覆有复合石墨烯涂料；

所述复合石墨烯涂料采用纳米级的氧化石墨烯包覆铜粉后溶于超高分子聚乙烯溶液后，添加聚乙二醇制成；所述复合石墨烯涂料喷覆于液冷管体侧壁面上，固化成膜；所述膜的厚度为0.3-1mm。

2.如权利要求1所述的新能源储电设备，其特征在于，所述出液端口和入液端口分别设于液冷管的端部侧面，所述出液端口和入液端口连接有连接头。

3.如权利要求1所述的新能源储电设备，其特征在于，所述复合石墨烯涂料的各组分含量的质量份数为：7~10份的超高分子聚乙烯、1~2份的聚乙二醇以及5~12份的包覆铜粉的氧化石墨烯。

4.如权利要求1所述的新能源储电设备，其特征在于，所述导热板为上边和下边为封边板，中部为多孔结构的扁平状导热体构造；所述导热体可选用铝、氧化铝、铜、锌、银、铁、锰材料中的一种或多种复合而成；

所述复合石墨烯涂料未涂覆于液冷管体的上边缘和下边缘；所述导热板的上端和下端均通过粘接方式固定于液冷管体的上边缘和下边缘。

5.如权利要求2所述的新能源储电设备，其特征在于，所述锂电池组一侧还设有风冷装置，所述风冷装置包括框架、设于框架内的风扇以及驱动所述风扇转动的电机机构，所述框架两侧设有冷却液入口箱体和冷却液出口箱体，所述冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的内侧均设有与所述连接头连接且带电动阀门的连接管体；所述冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的外侧边均设有连接口。

6.如权利要求5所述的新能源储电设备，其特征在于，所述框架的内侧中部设有横杆，所述横杆上设有卡夹；所述导热组件靠近框架的侧边设有与所述卡夹相匹配的卡块。

7.如权利要求5所述的新能源储电设备，其特征在于，所述导热板内侧设有一管线槽，所述管线槽伸出于靠近风冷装置一端的板体；所述液冷管体的管体外壁面每一排均设有一个温度传感器和一个湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器通过置于管线槽内的电线连接至设于风冷装置侧边内的微控装置。

8.一种权利要求7所述新能源储电设备的管理系统，其特征在于，所述管理系统包括

温度检测模块，配置为接收不同位置的温度传感器检测其对应目标位置的检测信号，通过数模转换后将信号传输至主控模块，所述检测信号包括对应位置的编号信息；

湿度检测模块，配置为接收不同位置的湿度传感器检测其对应目标位置的检测信号，通过数模转换后将信号传输至主控模块，所述检测信号包括对应位置的编号信息；

主控模块，配置为依据温度检测模块和湿度检测模块的检测信号和设定的温度湿度数据进行逻辑运算，计算当前不同检测位置的温度和湿度数据；并将数据与设定的阈值数据进行比较，判断是否超出阈值数据，如是，发出警报信号；

警报模块，配置为接收主控模块的警报信号后发出警报；

无线通信模块，配置为将主控模块处理后的数据传输至上位机或移动监测终端。

9.如权利要求8所述新能源储电设备的管理系统，其特征在于，所述主控模块还配置为根据计算获得的温度数据达到第一阈值时，向电动阀门下达开启指令；

所述系统还包括电动阀门驱动模块，配置为接收到主控模块的电动阀门开启指令信号时，打开冷却液入口箱体和冷却液出口箱体的电动阀门。

10.如权利要求8所述新能源储电设备的管理系统，其特征在于，所述系统还包括电机驱动模块，还配置为根据计算获得的温度数据达到第二阈值时，向风冷装置的电机机构下达开启指令；

所述系统还包括电机驱动模块，配置为接收到主控模块的电机开启指令信号时，运转电机。

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