CN116111232B - 一种自循环恒温电池控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自循环恒温电池控制系统，包括机箱、若干电芯、若干液冷板、输送管道、微型水泵、半导体制冷热片和散热装置，若干电芯与液冷板间隔层叠设置于机箱内腔；每层液冷板均通过输送管道经微型水泵连通至储液器，半导体制冷热片通过散热装置支撑安装于机箱的内底面上，储液器设置于半导体制冷热片上方；通过半导体制冷热片和储液器内的循环水对电池进行循环热交换，半导体制冷热片根据电池温度选择制冷或者制热，能够适应各种温度条件的使用需求，安全可靠，结构简单紧凑，占用空间少。

Description

一种自循环恒温电池控制系统

技术领域

本发明属于新能源行业中的电池储能系统制造技术领域，具体涉及一种自循环恒温电池控制系统。

背景技术

家用电器、工业设备以及新能源汽车等在待机状态下的功耗非常小，所以放电电流也很小，一般不会存在发热现象，但是在投入运行正常工作的时候，根据并流电路的原理，电池的等效负荷电阻小，工作时处于大电流放电状态；而电池在放掉一部分电以后，其内阻会增大，但是整体系统运行工作需要的电流不能减小，那么，相当大的一部分能量就消耗在电池的内阻上，导致电池发热；电池长时间过度发热会导致内部机件温度升高，影响机件的正常工作，同时，电池放电加速导致其使用时间也会很快缩短。电池长时间发热还会使电池本身的热量增加，特别是密封类电池使其内部空气剧烈膨胀，导致电池向外突起，严重的会使电池爆炸；电池长期过度发热也会加速产品本身的老化进程，缩短其使用寿命；因此，储能电池在使用过程中通常需要设置降温系统，以防止电池过热。

而当电池储能系统的应用场合为寒冷地区时，由于环境温度较低，不仅影响电池的放电容量，在低温状态下充电也很困难，并且电池在低温条件下使用如果大电流充电会导致电池损坏，只能采用小电流充电，充电效率低，耗费时间长；新能源汽车特别是纯电动汽车和插电混动汽车，其电池容量比较高，对环境温度尤其敏感，因此电池在寒冷地区使用时需要设置升温系统为电池加温。

现有技术中的常规电池储能系统通常只设置降温系统，不能适应寒冷地区的使用需求；而针对低温寒冷地区使用的电池储能系统通常只设置升温系统，也仅能适用于寒冷地区；因此现有技术中的电池储能系统通用性差。

且电池储能系统在外接空调系统时，需要将多个电池模组串并联后共用外接空调系统，现有技术中的电池箱体积大，电池箱不能独立使用。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种自循环恒温电池控制系统，通过半导体制冷热片和循环散热结构对电池进行循环热交换，半导体制冷热片根据电池温度选择制冷或者制热，能够适应各种温度条件的使用需求，安全可靠，结构简单紧凑，占用空间少。

本发明所采用的技术方案为：

一种自循环恒温电池控制系统，包括有机箱、若干电芯、若干液冷板、输送管道、微型水泵、储液器、半导体制冷热片和散热装置，若干电芯层叠设置于机箱内腔，每个电芯的上表面与下表面分别设置一层液冷板；每层液冷板均通过输送管道经微型水泵连通至储液器，半导体制冷热片通过散热装置支撑安装于机箱的内底面上，储液器设置于半导体制冷热片上方。

进一步地，所述液冷板的主体结构为矩形板状结构，液冷板内部并排设置有若干条流通管道，液冷板的两侧边缘外侧分别设置有若干个弯管，若干条流通管道通过若干个弯管依次首尾连通，从而构成蛇形盘管结构；蛇形盘管结构上设置有进水口和出水口，每块液冷板分别通过进水口和出水口连通至输送管道。

进一步地，所述液冷板为由一次成型工艺构成的铝型材结构，若干个弯管分别固定连接在相邻两条流通管道的端部，液冷板的两侧边缘外侧的弯管交错间隔设置；位于液冷板一端的第一条流通管道端部设置进水口，位于液冷板另外一端的最后条流通管道端部设置出水口。

进一步地，若干电芯与若干液冷板间隔层叠设置，构成电池组；每块电芯的宽度小于每块液冷板的宽度，每块电芯的长度小于或者等于每块液冷板的长度；使得每冷液冷板的两侧边缘以及所有弯管均伸出至所有电芯的外侧。

进一步地，所述电池组的最上一层与最下一层均为液冷板；每块液冷板的两侧边缘伸出至电芯外侧的部分分别设置有多个连接孔，所有液冷板相对应位置上的一组连接孔分别通过一根长螺栓贯穿后紧固连接。

再进一步地，所述电池组的上方设置有上安装板，电池组的下方设置有下安装板，上安装板和下安装板与电池组之间分别设置有绝缘板；所述上安装板和下安装板以及绝缘板上对应于电池组的每一个连接孔的位置也设置有通孔，所述上安装板和下安装板以及绝缘板也通过长螺栓贯穿后紧固夹持于电池组的上方和下方；上安装板和下安装板上还分别设置有多个安装孔，多个安装孔与通孔间隔设置；所述电池通过安装孔固定安装于机箱的内底面上。

再进一步地，所述机箱内对称设置有两组电池组，每组电池组的每块液冷板的进水口和出水口均设置于内侧；所述微型水泵、半导体制冷热片和散热装置，均设置于两组电池组之间的空间内；所述输送管道包括有竖直方向的进水汇集管和出水汇集管，进水汇集管通过多根水平分支管连通至每块液冷板的进水口，出水汇集管通过多根水平分支管连通至每块液冷板的出水口；进水汇集管和出水汇集管通过微型水泵连通至储液器，从而构成可循环运行的输送管道。

再进一步地，所述散热装置包括有矩形的散热座，散热座的上表面设置有安装槽，半导体制冷热片限位安装于安装槽内；半导体制冷热片的端面上靠近两侧的位置设置分别有接线口，散热座的上表面对应于接线口的位置分别设置有导线槽；半导体制冷热片通过接线口经电气引线连接至整体设备的现场控制器。

再进一步地，所述半导体制冷热片的厚度大于安装槽的深度，使得半导体制冷热片的上部凸出至散热座上方；

所述储液器的宽度小于散热座的宽度，储液器的材质为铜，储液器的底面压紧在半导体制冷热片的顶面上；储液器的顶面中部设置有硅胶盖。

再进一步地，所述散热座设置有若干开口向下的散热槽，散热座位于若干散热槽之间的间隔部分构成若干散热片；机箱的底板设置有散热窗口，若干散热槽通过散热窗口连通至外部空间。

本发明的有益效果为：

一种自循环恒温电池控制系统，包括机箱、若干电芯、若干液冷板、输送管道、微型水泵、半导体制冷热片和散热装置，若干电芯与液冷板间隔层叠设置于机箱内腔；每层液冷板均通过输送管道经微型水泵连通至储液器，半导体制冷热片通过散热装置支撑安装于机箱的内底面上，储液器设置于半导体制冷热片上方；通过半导体制冷热片和储液器内的循环水对电池进行循环热交换，半导体制冷热片根据电池温度选择制冷或者制热，能够适应各种温度条件的使用需求，确保电池保持适宜的工作温度，并且整体集成至一个电池箱内，安全可靠，结构简单紧凑，占用空间少。

附图说明

图1是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统的立体结构示意图；

图2是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统另外一个视角的立体结构示意图；

图3是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统去除机箱后的立体结构示意图；

图4是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统中一组电池组的立体结构示意图；

图5是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统中一块液冷板的平面结构示意图；

图6是图5的左视结构放大示意图；

图7是图5的A-A剖面结构放大示意图；

图8是图5的C-C剖面结构放大示意图；

图9是图6的D-D剖面结构放大示意图；

图10是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统中的散热装置、储液器、立体结构示意图；

图11是本发明实施例一自循环恒温电池控制系统中的散热装置另外一个视角去除储液器的立体结构示意图。

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。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。

本申请中的术语“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或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者次序。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系或者运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“ 具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者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，或者其间可能同时存在一个或者多个居中元件。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，并不表示是唯一的实施方式。

如图1～11所示，为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种自循环恒温电池控制系统，整体策划方案为：通过半导体制冷热片和循环散热结构对电池进行循环热交换，半导体制冷热片根据电池温度选择制冷或者制热，能够适应各种温度条件的使用需求，安全可靠，结构简单紧凑，占用空间少。

具体地，本发明实施例一的自循环恒温电池控制系统，由机箱1、若干电芯11、若干液冷板12、输送管道、微型水泵9、储液器2、半导体制冷热片10和散热装置组合构成，若干电芯11层叠设置于机箱1内腔，在每个电芯11的上表面与下表面分别设置一层液冷板12；每层液冷板12均通过输送管道经微型水泵9连通至储液器2，半导体制冷热片10通过散热装置支撑安装于机箱1的内底面上，储液器2设置于半导体制冷热片10的上方。

本发明的自循环恒温电池控制系统适用于设备整体设置控制器集成模式的使用场合，将各子系统所采集和控制的信号都集成到现场控制器上，通过分布式操作系统软件调度现场控制器所采集到的信息，并设置信号传送路径，中央管理机系统的任一台并行处理主机（一台或多台）可以接收和处理智能管理系统的全部信息，也可以通过系统的信息路径分配、接受和处理某一个系统的信息，控制器集成模式简称BMS； 本发明的自循环恒温电池控制系统的电子控制部分整体集成于BMS上。

因锂电池特性是故设定工作温度危5～45℃。

1、当电池温度低于0℃时，半导体制冷热片开始工作制热，储液器（材质铜具有较高导热性）内部水温上升，微型水泵将储液器中水抽动流入液冷板，由液冷板导热给电芯，此时液体温度下降后再流入储液器由半导体制冷热片制热升温再流入液冷板如此循环。待电芯温度达到5℃后BMS发出指令，微型水泵与半导体停止工作。

2、当电池温度高于45℃时，半导体制冷热片开始工作制冷，储液器）内部水温下降，微型水泵将储液器中水抽动流入液冷板，由液冷板给电芯降温，液冷板中液体带走热量后流入储存器中由半导体制冷片制冷后再流入液冷板如此循环。以此保证电池工作温度始终保持在5～45℃。

通过半导体制冷热片和储液器内的循环水对电池进行循环热交换，半导体制冷热片根据电池温度选择制冷或者制热，能够适应各种温度条件的使用需求，确保电池保持适宜的工作温度，并且整体集成至一个电池箱内，安全可靠，结构简单紧凑，占用空间少。

进一步地，液冷板12的主体结构为矩形板状结构，在液冷板12的实体内部并排设置若干条流通管道122，在液冷板12的两侧边缘外侧分别设置若干个弯管121，若干条流通管道122通过若干个弯管121依次首尾连通，从而构成蛇形盘管结构；在蛇形盘管结构上设置进水口和出水口，每块液冷板12分别通过进水口和出水口连通至输送管道。循环水沿着蛇形盘管结构在液冷板内部循环流动导热，从而对每块电芯进行热量交换，导热接触面积大，热量交换效率高，效果显著。

进一步地，液冷板为由一次成型工艺构成的铝型材结构，若干个弯管121分别固定连接在相邻两条流通管道的端部，液冷板12的两侧边缘外侧的弯管交错间隔设置；位于液冷板一端的第一条流通管道端部设置进水口，位于液冷板另外一端的最后条流通管道端部设置出水口；工艺简单，成本低廉，导热快，稳定可靠。

进一步地，若干电芯与若干液冷板间隔层叠设置，构成电池组；每块电芯的宽度小于每块液冷板的宽度，每块电芯的长度小于或者等于每块液冷板的长度；使得每冷液冷板的两侧边缘以及所有弯管均伸出至所有电芯的外侧，所有弯管均与外部空气直接接触，从而进一步提高导热效果。

进一步地，电池组的最上一层与最下一层均为液冷板；在每块液冷板的两侧边缘伸出至电芯外侧的部分分别设置多个连接孔，所有液冷板相对应位置上的一组连接孔分别通过一根长螺栓15贯穿后紧固连接，稳定性能好。

再进一步地，并在电池组的上方设置一块上安装板7，在电池组的下方设置一块下安装板14，在上安装板7和下安装板14与电池组之间分别设置一块绝缘板13，从而确保电气绝缘性能；在上安装板7和下安装板14以及绝缘板13上对应于电池组的每一个连接孔的位置也设置通孔，从而可以将上安装板和下安装板以及绝缘板也通过长螺栓贯穿后紧固夹持于电池组的上方和下方，无须另外设置连接结构，结构简单紧凑，简化生产制造和安装连接工艺；在上安装板7和下安装板14上还分别设置多个安装孔16，多个安装孔16与通孔间隔设置；电池组可以通过下安装板14的安装孔固定安装在机箱上底面上，也可以通过上安装板7的安装孔固定安装在机箱的顶板上。

再进一步地，在机箱1的内部对称设置两组电池组，每组电池组的每块液冷板的进水口和出水口均设置于互相对应的内侧；微型水泵9、半导体制冷热片10、储液器2和散热装置3都设置在两组电池组之间的间隔空间内，进一步缩小体积，提高空间利用率，且有利于提高导热效果。

输送管道的具体结构由竖直方向的进水汇集管和出水汇集管，进水汇集管通过多根水平分支管连通至每块液冷板的进水口，出水汇集管通过多根水平分支管连通至每块液冷板的出水口；进水汇集管和出水汇集管通过微型水泵连通至储液器，从而构成可循环运行的输送管道。

由于两组两组电池组对称设置，每块液冷板也可以设置为相对称的结构，从而进水汇集管和出水汇集管也可以对称设置；即在两组电池组之间的间隔空间靠近两端的位置分别设置一根竖直方向的汇集管6，每根汇集管6分别通过多根水平分支管4连通至每块液冷板的相应位置的出水口或者进水口，可以在生产制造、组装连接时无须区分方向性，进一步简化生产工艺。

再进一步地，散热装置的主体结构为一矩形的散热座3，在散热座3的上表面设置安装槽，半导体制冷热片10限位安装在安装槽内，稳定可靠。并在半导体制冷热片10的端面上靠近两侧的位置分别设置接线口，在散热座3的上表面对应于接线口的位置分别设置导线槽；半导体制冷热片10通过接线口经电气引线连接至整体设备的现场控制器，从而可以通过BMS实时检测电芯温度，并发出指令控制微型水泵与半导体的工作状态和工作参数，BMS实时检测电芯温度的具体结构可以采用现有技术中的常规技术手段。

再进一步地，半导体制冷热片10的厚度设置为大于安装槽的深度，使得半导体制冷热片10的上部凸出至散热座上方，且储液器的宽度小于散热座的宽度，储液器的材质为铜，以确保储液器的底面能够压紧在半导体制冷热片的顶面上，进一步提高导热效果。

在储液器2的顶面中部设置有硅胶盖21，通过硅胶盖处可用注射器注入循环液体。

最后，在散热座内部设置若干开口向下的散热槽32，使得散热座位于若干散热槽32之间的间隔部分构成若干散热片31；在机箱的底板中部对应于散热座的位置设置散热窗口，若干散热槽32通过散热窗口连通至外部空间，进一步提高导热效果。

一种自循环恒温电池控制系统，包括机箱、若干电芯、若干液冷板、输送管道、微型水泵、半导体制冷热片和散热装置，若干电芯与液冷板间隔层叠设置于机箱内腔；每层液冷板均通过输送管道经微型水泵连通至储液器，半导体制冷热片通过散热装置支撑安装于机箱的内底面上，储液器设置于半导体制冷热片上方；通过半导体制冷热片和储液器内的循环水对电池进行循环热交换，半导体制冷热片根据电池温度选择制冷或者制热，能够适应各种温度条件的使用需求，安全可靠，结构简单紧凑，占用空间少。

1、使用液冷板进行冷热交换，使温升温降非常均匀。2、可以更精确的控制各个电芯温度保证一致性。3、使用较小液体体积就能实现控制电池温度的目的。4、半导体制冷热片具有体积小，制冷制热灵活快捷，小巧玲珑，制冷制热时间很快等特点，从而使得储液器可以做得非常小。5、较小的液体体积加上半导体制冷热片本身体积较小使得可以将此技术运用到较小的空间体积使用场合中。

本发明解决了将升温降温集成到一个电池箱中，适用于所有地区，解决了必须外接空调机的弊端，单体，并串联均可，实际应用中需要结合BMS集成控制。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自循环恒温电池控制系统，其特征在于：包括有机箱、若干电芯、若干液冷板、输送管道、微型水泵、储液器、半导体制冷热片和散热装置，若干电芯层叠设置于机箱内腔，每个电芯的上表面与下表面分别设置一层液冷板；每层液冷板均通过输送管道经微型水泵连通至储液器，半导体制冷热片通过散热装置支撑安装于机箱的内底面上，储液器设置于半导体制冷热片上方；

所述液冷板的主体结构为矩形板状结构，液冷板内部并排设置有若干条流通管道，液冷板的两侧边缘外侧分别设置有若干个弯管，若干条流通管道通过若干个弯管依次首尾连通，从而构成蛇形盘管结构；蛇形盘管结构上设置有进水口和出水口，每块液冷板分别通过进水口和出水口连通至输送管道；

所述液冷板为由一次成型工艺构成的铝型材结构，若干个弯管分别固定连接在相邻两条流通管道的端部，液冷板的两侧边缘外侧的弯管交错间隔设置；位于液冷板一端的第一条流通管道端部设置进水口，位于液冷板另外一端的最后条流通管道端部设置出水口；

若干电芯与若干液冷板间隔层叠设置，构成电池组；每块电芯的宽度小于每块液冷板的宽度，每块电芯的长度小于或者等于每块液冷板的长度；使得每块液冷板的两侧边缘以及所有弯管均伸出至所有电芯的外侧；

所述机箱内对称设置有两组电池组，每组电池组的每块液冷板的进水口和出水口均设置于内侧；所述微型水泵、半导体制冷热片和散热装置，均设置于两组电池组之间的空间内；所述输送管道包括有竖直方向的进水汇集管和出水汇集管，进水汇集管通过多根水平分支管连通至每块液冷板的进水口，出水汇集管通过多根水平分支管连通至每块液冷板的出水口；进水汇集管和出水汇集管通过微型水泵连通至储液器，从而构成可循环运行的输送管道。

2.根据权利要求1所述的自循环恒温电池控制系统，其特征在于：所述电池组的最上一层与最下一层均为液冷板；每块液冷板的两侧边缘伸出至电芯外侧的部分分别设置有多个连接孔，所有液冷板相对应位置上的一组连接孔分别通过一根长螺栓贯穿后紧固连接。

3.根据权利要求1所述的自循环恒温电池控制系统，其特征在于：所述电池组的上方设置有上安装板，电池组的下方设置有下安装板，上安装板和下安装板与电池组之间分别设置有绝缘板；所述上安装板和下安装板以及绝缘板上对应于电池组的每一个连接孔的位置也设置有通孔，所述上安装板和下安装板以及绝缘板也通过长螺栓贯穿后紧固夹持于电池组的上方和下方；上安装板和下安装板上还分别设置有多个安装孔，多个安装孔与通孔间隔设置；所述电池通过安装孔固定安装于机箱的内底面上。

4.根据权利要求1所述的自循环恒温电池控制系统，其特征在于：所述散热装置包括有矩形的散热座，散热座的上表面设置有安装槽，半导体制冷热片限位安装于安装槽内；半导体制冷热片的端面上靠近两侧的位置设置分别有接线口，散热座的上表面对应于接线口的位置分别设置有导线槽；半导体制冷热片通过接线口经电气引线连接至整体设备的现场控制器。

5.根据权利要求4所述的自循环恒温电池控制系统，其特征在于：所述半导体制冷热片的厚度大于安装槽的深度，使得半导体制冷热片的上部凸出至散热座上方；

所述储液器的宽度小于散热座的宽度，储液器的材质为铜，储液器的底面压紧在半导体制冷热片的顶面上；

储液器的顶面中部设置有硅胶盖。

6.根据权利要求5所述的自循环恒温电池控制系统，其特征在于：所述散热座设置有若干开口向下的散热槽，散热座位于若干散热槽之间的间隔部分构成若干散热片；机箱的底板设置有散热窗口，若干散热槽通过散热窗口连通至外部空间。