CN117525670B - 一种内循环浸没式模组冷却系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内循环浸没式模组冷却系统及控制方法，包括至少一个PACK，PACK包括模组腔体，以及对应设置在模组腔体上方和下方的冷却液储存腔和冷却液回收腔，冷却液储存腔中设置有冷却板，冷却板连接有控温装置，冷却液储存腔与冷却液回收腔连接有内部循环装置，通过模组腔体上的冷却液储存腔将冷却液如雨滴一样均匀滴入模组腔体中对电池模组进行冷却散热，参与散热的冷却液则是流入下方冷却液回收腔中，最后通过内部循环装置循环，利用冷却板和控温装置冷却后又循环使用，使得冷却液可以对电池模组进行流动式地循环冷却，提高冷却效果，同时一个控温装置可以同时为多个电池模组进行冷却降温，节约产品成本，增加系统结构的紧凑性。

Description

一种内循环浸没式模组冷却系统及控制方法

技术领域

本发明属于浸没冷却技术领域，更具体地说，特别涉及一种内循环浸没式模组冷却系统及控制方法。

背景技术

电池包在工作使用时会产生热量，为了避免产生的热量带来的影响，因此需要对电池包进行散热。其中有一种浸没式冷却散热的方式，将电池包浸没在冷却液(如氟化物流体)中进行散热。相关的技术方案例如公开号为：CN104571420B的中国发明专利，该专利方案将发热元件置于冷却剂中，在上方设置冷凝装置，利用发热元件散热的热量将冷却剂气化，然后通过冷凝装置将其液化重新滴入下方冷却剂实现散热。但是这种方式冷却剂始终处于静止状态不能很好地与发热元件进行热量交换，同时每一个模组需要对应设置一个冷凝装置势必会增加产品成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种内循环浸没式模组冷却系统及控制方法，通过模组腔体上的冷却液储存腔将冷却液如雨滴一样均匀滴入模组腔体中对电池模组进行冷却散热，参与散热的冷却液则是流入下方冷却液回收腔中，最后冷却液通过内部循环装置循环至冷却液储存腔中，利用冷却板和控温装置冷却后又循环使用，使得冷却液可以对电池模组进行流动式地循环冷却，在提高冷却效果的同时保证冷却液温度均匀，减小电芯间的温差，提高模组温度一致性。同时一个控温装置可以同时为多个电池模组进行冷却降温，节约产品成本，增加系统结构的紧凑性。以解决背景技术中阐述的技术问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种内循环浸没式模组冷却系统，包括至少一个PACK，所述PACK包括模组腔体，以及对应设置在所述模组腔体上方和下方的冷却液储存腔和冷却液回收腔，所述冷却液储存腔中设置有冷却板，所述冷却板连接有控温装置，所述冷却液储存腔与所述冷却液回收腔连接有内部循环装置；

所述模组腔体与所述冷却液储存腔之间设置有冷却液流量调节板，通过所述冷却液流量调节板将所述冷却液储存腔中的冷却液如雨滴一样进入所述模组腔体中，所述模组腔体与所述冷却液回收腔之间设置有电池托架，所述电池托架上开设有将所述模组腔体与所述冷却液回收腔连通的多个排出孔。

进一步的，所述内部循环装置包括变量泵，所述变量泵通过第一冷却液管与所述冷却液储存腔内连接，所述第一冷却液管上设置有第三流量控制阀，所述变量泵通过第二冷却液管与所述冷却液回收腔内连接。

进一步的，所述控温装置包括循环控温机组，所述循环控温机组通过冷却水进水管和冷却水回水管与所述冷却板连形成循环。

进一步的，所述冷却板中开设有“S”形的冷却板流道，所述冷却板流道一端连接所述第一冷却液管另一端为冷却液出水口，沿所述冷却板流道在其内部设置有冷却水管，所述冷却水管两端分别连接所述冷却水进水管和所述冷却水回水管，冷却液在所述冷却板流道中的流动方向与冷却水在所述冷却水管中的流动方向相反。

进一步的，还包括外部冷却液储存罐，所述外部冷却液储存罐分别连接有第一冷却液调节管和第二冷却液调节管，所述第一冷却液调节管上设置有第一流量控制阀并与第一冷却液管连接，所述第二冷却液调节管上设置有第二流量控制阀并与第二冷却液管连接。

进一步的，所述模组腔体中设置有第一温度传感器，所述冷却液回收腔中设置有第二温度传感器，所述冷却液储存腔中设置有有第三温度传感器。

进一步的，所述冷却液储存腔中设置有第一液位计，所述模组腔体中设置有第二液位计。

进一步的，所述模组腔体中设置有压力传感器和压力控制阀。

进一步的，所述PACK为多个，多个所述PACK共用一个所述控温装置与一个所述外部冷却液储存罐。

根据内循环浸没式模组冷却系统，本发明还提供一种内循环浸没式模组冷却系统的控制方法，其关键在于：根据所述第一液位计和所述第二液位计检测的液位来控制所述变量泵、所述第一流量控制阀、所述第二流量控制阀调节流量使所述PACK内冷却液达到平衡，正常循环工作；

根据所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器检测的温度来控制所述循环控温机组改变所述冷却板的温度，以及调节所述变量泵流量，使其控制冷却液的温度；

根据所述压力传感器检测的压力来控制所述压力控制阀调节所述模组腔体内的压力。

本发明提供了一种内循环浸没式模组冷却系统及控制方法，具备以下有益效果：

1、通过模组腔体上的冷却液储存腔将冷却液如雨滴一样均匀滴入模组腔体中对电池模组进行冷却散热，参与散热的冷却液则是流入下方冷却液回收腔中，最后冷却液通过内部循环装置循环至冷却液储存腔中，利用冷却板和控温装置冷却后又循环使用，使得冷却液可以对电池模组进行流动式地循环冷却，在提高冷却效果的同时保证冷却液温度均匀，减小电芯间的温差，提高模组温度一致性。

2、控温装置中的循环控温机组可实现对冷却板的制冷或加热，使冷却板可以对冷却液进行制冷或加热，从而可以在电池模组温度过高时对冷却液进行制冷，进而对电池模组进行冷却。在电池模组温度过低时对冷却液进行加热，可以对电池模组进行加热，满足不同情况的使用需求，使电池保持在最佳工作温度。

3、多个PACK可共同使用一个循环控温机组与一个外部冷却液储存罐，这样可以实现一套冷却系统可同时对应多个PACK，而每个PACK可根据需求独立控制，使其节约产品成本的同时让系统更加紧凑。

4、通过设置外部冷却液储存罐回收或排出冷却液，使PACK内部的液位可以调节，保证每个PACK内部冷却液充足和均衡。

5、每个PACK采用内循环冷却的方式，冷却液循环路径短，冷却液量需求少，且整个过程降温效率高。

附图说明

图1为本实施例一提供的内循环浸没式模组冷却系统的示意图；

图2为本实施例一提供的冷却液流量调节板的结构示意图；

图3为本实施例一提供的冷却板的结构示意图；

图4为本实施例一提供的内循环浸没式模组冷却系统的工作电路示意图；

图5为本实施例二提供的内循环浸没式模组冷却系统控制方法的逻辑图。

图中：1、模组腔体；2、冷却液储存腔；3、冷却液回收腔；4、冷却板；41、冷却板流道；42、冷却液出水口；5、冷却液流量调节板；51、固定板；52、移动板；53、导水头；6、电池托架；7、变量泵；8、循环控温机组；9、冷却水管；91、冷却水进水管；92、冷却水回水管；

10、外部冷却液储存罐；11、第一冷却液调节管；12、第二冷却液调节管；

21、第一冷却液管； 22、第二冷却液管；

31、第一流量控制阀； 32、第二流量控制阀； 33、第三流量控制阀；

61、第一温度传感器； 62、第二温度传感器； 63、第三温度传感器；

71、第一液位计； 72、第二液位计；

81、压力传感器；82、压力控制阀；

D、电池模组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发明提供以下技术方案：

实施例一：

一种内循环浸没式模组冷却系统，如图1所示，该系统包括至少一个PACK，PACK包括模组腔体1，以及对应设置在模组腔体1上方和下方的冷却液储存腔2和冷却液回收腔3，在冷却液储存腔2中设置有冷却板4，冷却板4连接有位于外部独立设置的控温装置。控温装置可以采用水循环控温，或者通过蒸发器冷凝器配合压缩机进行控温。利用控温装置控制冷却板4的温度，从而使冷却板4控制冷却液的温度。

将电池模组D安装于模组腔体1中并通过冷却液将其完全浸没，利用冷却液储存腔2中的冷却液对电池模组D进行冷却。而冷却液储存腔2与冷却液回收腔3连接有内部循环装置，这样可以使冷却液流经冷却液储存腔2、模组腔体1、冷却液回收腔3，再由内部循环装置回到冷却液储存腔2中，实现循环冷却，同时冷却液循环路径短，冷却液量需求少，且整个过程降温效率高。

需要说明的是，冷却液具有导热好、绝缘好、耐高低温，不易燃烧等特点，具备这种性能的冷却液在市面上已经广泛地运用，这里的不做详细说明。这样冷却液可完全浸没电池模组D，保证模组有较好的冷却性能和安全性能。

为了使冷却液进行均匀地进行冷却，在模组腔体1与冷却液储存腔2之间设置有冷却液流量调节板5，通过冷却液流量调节板5将冷却液储存腔2中的冷却液如雨滴一样进入模组腔体1中，使冷却液均匀，保证温度的一致性，模组腔体1与冷却液回收腔3之间设置有电池托架6，将电池模组D安装于电池托架6上，电池托架6上开设有将模组腔体1与冷却液回收腔3连通的多个排出孔，以此实现冷却液内部循环流通对电池模组D进行冷却。

下面对各部件进行更加详细地说明：

如图2所示，调节板包括固定板51和移动板52，固定板51和移动板52板面贴合设置，并在两个板上均阵列开设有排水孔，通过固定板51的排水孔与移动板52的排水孔错位或者重合实现冷却液流量调节板5的开合以及流量调节，而移动板52连接驱动机构实现自动化控制。考虑到冷却液直接通过排水孔排出时，水滴可能会沿板面滑动汇集，从而无法均匀滴落。因此在固定板51远离移动板52的一面并对应每个排水孔设置有导水头53，通过导水头53引导冷却液滴落，使其可以保证冷却液可以均匀地进入模组腔体1中。

如图1所示，内部循环装置包括变量泵7，变量泵7通过第一冷却液管21与冷却液储存腔2内连接，第一冷却液管21上设置有第三流量控制阀33，变量泵7通过第二冷却液管22与冷却液回收腔3内连接，通过这种方式不仅可使冷却液进行循环，还可以控制循环的流量。

如图1所示，控温装置优选的方式采用水循环控温，该装置包括循环控温机组8，循环控温机组8通过冷却水进水管91和冷却水回水管92与冷却板4连形成循环，通过冷却水流经冷却板4改变其温度，再由冷却板4对冷却液进行温度调节。需要说明的是，循环控温机组8不仅可以对冷却水进行冷却降温，还可以对冷却水进行加热，当电池模组D温度偏低影响正常工作时，可以对其进行加热，保证电池模组D处理最佳的工作温度。

为了进一步提升对冷却液的控温效果，如图3所示，在冷却板4中开设有“S”形的冷却板流道41，冷却板流道41一端连接第一冷却液管21另一端为冷却液出水口42，冷却液从第一冷却液管21进入冷却板流道41再由冷却液出水口42排出。沿冷却板流道41在其内部设置有冷却水管9，冷却水管9两端分别连接冷却水进水管91和冷却水回水管92，冷却水在冷却水管9中流通与冷却液进行热量交换，这样可以提升的热量交换效果。整个过程中冷却液在冷却板流道41中的流动方向与冷却水在冷却水管9中的流动方向相反，可以进一步提升热量交换的效果。

除此之外，考虑到电池模组D需要浸没在冷却液中，因此在循环过程中需要对冷却液的液位高度进行控制，所以在系统中还设置有外部冷却液储存罐10，如图1所示，外部冷却液储存罐10分别连接有第一冷却液调节管11和第二冷却液调节管12，第一冷却液调节管11上设置有第一流量控制阀31并与第一冷却液管21连接，第二冷却液调节管12上设置有第二流量控制阀32并与第二冷却液管22连接，在使用时外部冷却液储存罐10中储存冷却液，控制第一流量控制阀31与第二流量控制阀32，利用第一冷却液调节管11和或第二冷却液调节管12为系统进行补充或者回收冷却液，使系统冷却液不足时能进行及时补充，在系统冷却液过多时及时排出，保证系统冷却液量始终在最佳。

如图1所示，为了监测系统的降温效果，模组腔体1中设置有第一温度传感器61，冷却液回收腔3中设置有第二温度传感器62，冷却液储存腔2中设置有有第三温度传感器63。

为了监测系统中的冷却液液位，冷却液储存腔2中设置有第一液位计71，模组腔体1中设置有第二液位计72。

为了保证模组腔体1内的压力处于安全范围，模组腔体1中设置有压力传感器81和压力控制阀82，通过压力传感器81检测模组腔体1内的压力，当压力过高时则通过压力控制阀82泄压调节内部压力。

在上述的系统中PACK可设置为多个，多个PACK共用一个控温装置与一个外部冷却液储存罐10，每个PACK的冷却液流量独立控制，实现独立控温与液位调节，这样可以节约成本的同时使整改系统结构更加紧凑。

上述系统在具体实施时：

如图1、图4所示，冷却液储存腔2内保存有足够的冷却液，并通过第一液位计71进行实时监控，冷却液储存腔2内的冷却液再通过冷却液流量调节板5如雨滴一样进入模组腔体1，让模组腔体1内的冷却液均匀降温，模组腔体1的冷却液再通过多孔的电池托架6进入冷却液回收腔3，再通过变量泵7进行流量调节，变量泵7将冷却液回收腔3内的冷却液通过第二冷却液管22、第一冷却液管21和第三流量控制阀33送入冷却板4进行温度调节，第二液位计72实时监控模组腔体1内的冷却液高度，保证模组腔体1内的冷却液充足，最后冷却液再从冷却板4流入冷却液储存腔2，以此形成循环，达到电池模组D的温度控制和保证电池模组D的温度一致性。

冷却水通过循环控温机组8进行温度调节后，再将冷却水送入冷却板4给冷却液进行温度调节，循环控温机组8可以同时给多个PACK输送冷却水，对多个PACK中的电池模组D进行温度调节。

当系统中冷却液不够时，第二流量控制阀32开启，变量泵7将从外部冷却液储存罐10中增加系统冷却液总量，保证每个PACK冷却液量充足，当冷却液过多时，第一流量控制阀31开启，多余的冷却液将会送回外部冷却液储存罐10中。

第一液位计71和第二液位计72会监控冷却液液位并将数据传递给主机监控模块，若冷却液量不足时，主机监控模块将信息传递给主机控制模块并控制变量泵7、第二流量控制阀32、第三流量控制阀33、冷却液流量调节板5，将冷却液储存腔2和模组腔体1内的冷却液进行补充，当冷却液过多时，主机监控模块将信息传递给主机控制模块并控制变量泵7、第一流量控制阀31、第三流量控制阀33、冷却液流量调节板5，将多余的冷却液送回外部冷却液储存罐10中，在系统工作中，也以此原理进行冷却液量调节。

通过第一温度传感器61和第二温度传感器62检测模组腔体1温度，并将温度信息传递给主机监控模块，若初始温度过低或过高时，主机监控模块将信息传递给主机控制模块，控制变量泵7、循环控温机组8、冷却液流量调节板5开始工作，变量泵7将冷却液通过第二冷却液管22和第一冷却液管21送入冷却板4加热或降温，并控制变量泵7进行流量调节，冷却液再进入冷却液储存腔2，最后再通过冷却液流量调节板5调节冷却液流量，冷却液进入模组腔体1对模组进行温度控制，当初始温度在电池模组D最佳工作温度时，系统停止冷却液加热或降温工作，以便达到节能，在系统工作中，也以此原理进行冷却液量调节。

第三温度传感器63实时检测冷却液储存腔2内冷却液温度，并将信息传递给主机监控模块，若冷却液储存腔2内冷却液温度不满足要求时，主机监控模块将信息传递给主机控制模块，控制循环控温机组8的温度，调节温度后的冷却水及时进入冷却板4，对冷却液进行温度调节。

在系统工作中，模组腔体1内的压力传感器81实时监控模组腔体1内部压力，并将信息传递给主机监控模块，当压力不合格时，主机监控模块将信息传递给主机控制模块，控制压力阀对模组腔体1压力进行实时调节，确保模组腔体1压力在正常范围内，保证系统安全。

实施例二：

如图5所示，本发明根据上述系统还提供一种内循环浸没式模组冷却系统的控制方法，其关键在于：根据第一液位计71和第二液位计72检测的液位来控制变量泵7、第一流量控制阀31、第二流量控制阀32调节流量使PACK内冷却液达到平衡，正常循环工作；

根据第一温度传感器61、第二温度传感器62、第三温度传感器63检测的温度来控制循环控温机组8改变冷却板4的温度，以及调节变量泵7流量，使其控制冷却液的温度；

根据压力传感器81检测的压力来控制压力控制阀82调节模组腔体1内的压力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种内循环浸没式模组冷却系统，其特征在于：包括至少一个PACK，所述PACK包括模组腔体(1)，以及对应设置在所述模组腔体(1)上方和下方的冷却液储存腔(2)和冷却液回收腔(3)，所述冷却液储存腔(2)中设置有冷却板(4)，所述冷却板(4)连接有控温装置，所述冷却液储存腔(2)与所述冷却液回收腔(3)连接有内部循环装置；

所述模组腔体(1)与所述冷却液储存腔(2)之间设置有冷却液流量调节板(5)，通过所述冷却液流量调节板(5)将所述冷却液储存腔(2)中的冷却液如雨滴一样进入所述模组腔体(1)中，所述模组腔体(1)与所述冷却液回收腔(3)之间设置有电池托架(6)，所述电池托架(6)上开设有将所述模组腔体(1)与所述冷却液回收腔(3)连通的多个排出孔；

所述冷却液流量调节板(5)包括固定板(51)和移动板(52)，所述固定板(51)和所述移动板(52)板面贴合设置，并在两个板上均阵列开设有排水孔，所述固定板(51)远离所述移动板(52)的一面并对应每个所述排水孔设置有导水头(53)；

所述内部循环装置包括变量泵(7)，所述变量泵(7)通过第一冷却液管(21)与所述冷却液储存腔(2)内连接，所述第一冷却液管(21)上设置有第三流量控制阀(33)，所述变量泵(7)通过第二冷却液管(22)与所述冷却液回收腔(3)内连接；

还包括外部冷却液储存罐(10)，所述外部冷却液储存罐(10)分别连接有第一冷却液调节管(11)和第二冷却液调节管(12)，所述第一冷却液调节管(11)上设置有第一流量控制阀(31)并与第一冷却液管(21)连接，所述第二冷却液调节管(12)上设置有第二流量控制阀(32)并与第二冷却液管(22)连接；

所述PACK为多个，多个所述PACK共用一个所述控温装置与一个所述外部冷却液储存罐(10)。

2.根据权利要求1所述的内循环浸没式模组冷却系统，其特征在于：所述控温装置包括循环控温机组(8)，所述循环控温机组(8)通过冷却水进水管(91)和冷却水回水管(92)与所述冷却板(4)连形成循环。

3.根据权利要求2所述的内循环浸没式模组冷却系统，其特征在于：所述冷却板(4)中开设有“S”形的冷却板流道(41)，所述冷却板流道(41)一端连接所述第一冷却液管(21)另一端为冷却液出水口(42)，沿所述冷却板流道(41)在其内部设置有冷却水管(9)，所述冷却水管(9)两端分别连接所述冷却水进水管(91)和所述冷却水回水管(92)，冷却液在所述冷却板流道(41)中的流动方向与冷却水在所述冷却水管(9)中的流动方向相反。

4.根据权利要求3所述的内循环浸没式模组冷却系统，其特征在于：所述模组腔体(1)中设置有第一温度传感器(61)，所述冷却液回收腔(3)中设置有第二温度传感器(62)，所述冷却液储存腔(2)中设置有有第三温度传感器(63)。

5.根据权利要求4所述的内循环浸没式模组冷却系统，其特征在于：所述冷却液储存腔(2)中设置有第一液位计(71)，所述模组腔体(1)中设置有第二液位计(72)。

6.根据权利要求5所述的内循环浸没式模组冷却系统，其特征在于：所述模组腔体(1)中设置有压力传感器(81)和压力控制阀(82)。

7.如权利要求6所述的内循环浸没式模组冷却系统的控制方法，其特征在于：根据所述第一液位计(71)和所述第二液位计(72)检测的液位来控制所述变量泵(7)、所述第一流量控制阀(31)、所述第二流量控制阀(32)调节流量使所述PACK内冷却液达到平衡，正常循环工作；

根据所述第一温度传感器(61)、所述第二温度传感器(62)、所述第三温度传感器(63)检测的温度来控制所述循环控温机组(8)改变所述冷却板(4)的温度，以及调节所述变量泵(7)流量，使其控制冷却液的温度；

根据所述压力传感器(81)检测的压力来控制所述压力控制阀(82)调节所述模组腔体(1)内的压力。