CN118554067A - 一种软包电池组用热管理系统及软包电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软包电池组用热管理系统及软包电池组，本发明涉及新能源汽车动力电池热管理技术领域，其中，软包电池组用热管理系统，包括：冷却框架，用于分隔并大面积液冷若干个锂电池，冷却框架包括若干个冷却框和若干块冷却隔板；本发明的有益效果在于：高效换热，有效解决在整个电芯的高度方向上因降温处理后导致电芯顶部或底部与电芯中部温差偏大的问题，可延长锂电池的使用寿命，可快速将换热后且超出预设温度范围的冷液及时排出或降温，确保锂电池持续处于理想温度范围内工作，可进一步延长锂电池的使用寿命，无需额外设计梁来加强电池组的结构强度以及增加锂电池的膨胀空间。

Description

一种软包电池组用热管理系统及软包电池组

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力电池热管理技术领域，本发明涉及一种软包电池组用热管理系统及软包电池组。

背景技术

软包电池组的热管理系统是用于维持电池组在适宜的温度范围内运作，确保电池性能和安全性的关键技术。

在当前技术领域内，传统设计为上下冷来对软包电池组顶部和底部进行冷却，而该种设计存在以下问题：

1.下冷或上冷设计对整包的冷却能力有限，随着当前市场对充电能力要求的不断提升，电池组产生的热量也会相应的增加，进而导致上下冷设计的换热能力不满足现需求；

2.传统的上下冷设计由于冷却面(顶部和底部)为电芯的小面，在整个电芯的高度方向上因降温处理后导致电芯顶部或底部与电芯中部温差偏大，进而缩短锂电池的使用寿命；

3.上下冷设计还需要额外设计梁来加强这个电池组的结构强度以及增加锂电池的膨胀空间。

鉴于当前领域存在的问题，同时市场不断提出4C快充概念，且基于软包锂电池的特点，迫切需要一种可以快速改善当前问题的热管理系统设计方案，本发明基于这样的背景便提出了一种软包电池组用热管理系统及软包电池组，可以很好的解决以上问题，为项目的开发及设计带来极高的收益，同时为软包锂电池在快充需求加速的市场提高竞争力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种软包电池组用热管理系统及软包电池组。

本发明的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一方面，本发明提供了一种软包电池组用热管理系统，包括：

冷却框架，用于分隔并大面积液冷若干个锂电池，所述冷却框架包括若干个冷却框和若干块冷却隔板，若干个冷却框与若干块冷却隔板呈横向交替分布且内部连通；

温度传感器，设有若干且分别安装于若干个所述冷却框出水端处，用于测试冷却框出水端处的水温；

液冷系统，用于提供并输送冷液，所述液冷系统包括冷液输送组一、冷液输送组二、控制模块以及液冷水箱，所述冷液输送组一输送端与首端的所述冷却框进水端连通，回流端与尾端的所述冷却框出水端连通，所述冷液输送组二上的输送端和回流端均设有若干，所述冷液输送组二输送端与相近的所述冷却框出水端连通，回流端与相近的所述冷却框出水端连通并位于输送端上游，所述冷液输送组一和冷液输送组二均与控制模块电性连接，所述冷液输送组一和冷液输送组二均与液冷水箱连通。

进一步的优选方案：所述冷却框和冷却隔板内部均具有若干个第一流道组和若干个第二流道组，若干个所述第一流道组与若干个所述第二流道组呈纵向交替分布且相通，所述冷却框进水端处均开有入水口一，所述冷液输送组一输送端密封插接于入水口一内，首端以及中间的所述冷却框出水端处均开有出水口二和出水口一，所有的所述冷却框出水端处均开有入水口二，所述冷液输送组二回流端密封插接于出水口二内，且冷液输送组二输送端密封插接于入水口二内，所述冷却隔板进、出水端均密封插接有连接管，一根所述连接管密封插接于相邻一侧所述冷却框的出水口一内，另一根所述连接管密封插接于相邻另一侧所述冷却框的入水口一内。

进一步的优选方案：所述第一流道组包括流道一；所述第二流道组包括若干条均匀纵向分布的流道二，所述流道一与相近的所述流道二相通，所述流道一内的直径与冷液输送组一内的管道直径相等，且流道一的直径大于流道二的直径。

进一步的优选方案：首端以及中间的所述冷却框靠近出水端处安装有电磁阀一，所述电磁阀一位于出水口二与出水口一之间，且电磁阀一与控制模块电性连接。

进一步的优选方案：所述冷液输送组一包括：

水泵一，其进水端与液冷水箱内部靠近制冷的一端连通；

输送管一，一端密封固定于水泵一出水端处，另一端密封插接于首端所述冷却框上的入水口一内；

回流管一，一端密封插接于尾端所述冷却框上的入水口二内，另一端与液冷水箱内部远离制冷的一端连通。

进一步的优选方案：所述冷液输送组二包括：

输送管二，具有若干个出水位点，若干个所述出水位点分别与若干个所述入水口二连通；

水泵二，其进水端与液冷水箱内部靠近制冷的一端连通，其出水端与输送管二连通；

回流管二，具有若干个进水位点，若干个所述进水位点分别与若干个所述出水口二连通。

进一步的优选方案：所述冷液输送组一和冷液输送组二上均安装有若干个且分别控制其若干端部水流的电磁阀二，所述电磁阀二均与控制模块电性连接。

进一步的优选方案：所述冷却框和冷却隔板贴合锂电池的面均固定有若干根缓冲筋。

进一步的优选方案：所述冷却框架与锂电池相接触的面喷有绝缘层，且冷却框架与锂电池未接触的面设有保温层。

另一方面，本发明还提供了一种软包电池组，包括上述的软包电池组用热管理系统、电池箱以及若干个锂电池，所述冷却框架安装于电池箱内，所述冷却框架安装于电池箱内，若干个所述锂电池均嵌入冷却框架内并与电池箱固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该种软包电池组用热管理系统，每相邻的两组电池组之间存在间隙，防止电路短路，冷却框和冷却隔板均设置在间隙处，合理利用了电池组之间的空间且同时能够对电池组冷却。

2.冷却框和冷却隔板均能对电池组进行横向限位，无需额外设计梁来加强电池组的结构强度；冷却框架为整体结构，安装便捷，可装配性更高。

3.相比于传统的上下冷设计的电芯小面冷却，不仅可以大大提高换热效率，满足当前市场由于对充电能力要求的不断提升，需高效去除电池组产生大量热量的需求，且无需额外增加锂电池的膨胀空间，还能够有效解决在整个电芯的高度方向上因降温处理后导致电芯顶部或底部与电芯中部温差偏大的问题，进而可延长锂电池的使用寿命。

4.在冷液输送组一和冷液输送组二的共同使用下，可快速将换热后且超出预设温度范围的冷液及时排出或降温，确保锂电池持续处于理想温度范围内工作，可进一步延长锂电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的电池箱俯视剖面结构示意图；

图2为本发明的冷却框架和电池组立体结构示意图；

图3为本发明的冷却框架立体(不含缓冲筋)结构示意图；

图4为本发明的冷却框架立体(含缓冲筋)结构示意图；

图5为本发明的热管理系统整体结构示意图；

图6为本发明的冷却框展开后的主视剖面结构示意图；

图7为本发明的冷却隔板侧视剖面结构示意图；

图8为本发明的液冷系统模块图。

图中标记：电池箱1、冷却框架2、冷却框21、流道一211、入水口一212、出水口二213、出水口一214、入水口二215、电磁阀一216、流道二217、冷却隔板22、连接管221、缓冲筋23、温度传感器24、锂电池3、液冷系统4、冷液输送组一41、输送管一411、回流管一412、水泵一413、冷液输送组二42、输送管二421、回流管二422、水泵二423、电磁阀二424、控制模块43、液冷水箱44。

具体实施方式

请参阅图1-8，对本发明的实施例作进一步说明；

一种软包电池组用热管理系统，包括：

冷却框架2，用于分隔并大面积液冷若干个锂电池3，冷却框架2包括若干个冷却框21和若干块冷却隔板22，若干个冷却框21与若干块冷却隔板22呈横向交替分布且内部连通；

温度传感器24，设有若干且分别安装于若干个冷却框21出水端处，用于测试冷却框21出水端处的水温；

液冷系统4，用于提供并输送冷液，液冷系统4包括冷液输送组一41、冷液输送组二42、控制模块43以及液冷水箱44，冷液输送组一41输送端与首端的冷却框21进水端连通，回流端与尾端的冷却框21出水端连通，冷液输送组二42上的输送端和回流端均设有若干，冷液输送组二42输送端与相近的冷却框21出水端连通，回流端与相近的冷却框21出水端连通并位于输送端上游，冷液输送组一41和冷液输送组二42均与控制模块43电性连接，冷液输送组一41和冷液输送组二42均与液冷水箱44连通。

本发明实施例中，如图1-2所示，每两个锂电池3为一组，称之为电池组，每相邻的两组电池组之间存在间隙，防止电路短路，冷却框21和冷却隔板22均设置在间隙处，合理利用了电池组之间的空间且同时能够对电池组冷却；每个冷却框21容纳两组电池组，每块冷却隔板22分隔两组电池组，冷却框21和冷却隔板22能够很好地贴合电池组外壁，以便电池组使用时对其进行降温。同时冷却框21和冷却隔板22均能对电池组进行横向限位，无需额外设计梁来加强电池组的结构强度。冷却框架2为整体结构，安装便捷，可装配性更高。液冷水箱44内的冷液制备参照现有技术制得。

每个锂电池3至少有以锂电池3中的电芯高度方向为准的两个侧面(一个为大面，另一个为窄面)与冷却框架2相接触，作为锂电池3的冷却面。在锂电池3工作时会产生热量，需启动液冷系统4，液冷系统4中的控制模块43会启动冷液输送组一41来将液冷水箱44中的冷液输送至冷却框架2内流动，对锂电池3侧面进行大面积液冷，相比于传统的上下冷设计的电芯小面冷却，不仅可以大大提高换热效率，满足当前市场由于对充电能力要求的不断提升，需高效去除电池组产生大量热量的需求，且无需额外增加锂电池3的膨胀空间；还能够有效解决在整个电芯的高度方向上因降温处理后导致电芯顶部或底部与电芯中部温差偏大的问题，进而可延长锂电池的使用寿命。

示例性的，控制模块43可为电子控制板，锂电池3的最佳工作温度区间为[20℃，30℃]，通过控制模块43可预设温度传感器24的温度范围值，例如设置为[18℃，25℃]，温度传感器24能够测试冷却框21出水端处的水温，在锂电池3充、放电以及靠近发动机的锂电池3均会快速升温，产生大量的热量，所以冷却框21和冷却隔板22内的冷液在换热后会迅速升温，当温度传感器24测得的温度超出预设区间时，控制模块43会启动冷液输送组二42，通过冷液输送组二42将冷却框21内温度超标的液体抽至液冷水箱44内进行降温处理，同时冷液输送组二42将液冷水箱44内的冷液输送至冷却框21的出水端处，刚输送的冷液会快速冷却冷却框21内部，且这些冷液会快速进入到下一个冷却隔板22内，由于冷却隔板22为窄面，冷液会迅速蔓延至冷却隔板22内部各处，能够对冷却隔板22内部快速降温，所以在冷却隔板22上未设置温度传感器24以及冷液输送组二42。需说明的是，只要锂电池3工作，冷液输送组一41一直处于工作状态。在冷液输送组一41和冷液输送组二42的共同使用下，可快速将换热后且超出预设温度范围的冷液及时排出或降温，确保锂电池3持续处于理想温度范围内工作，可延长锂电池3的使用寿命。

需说明的是，采用本方案后，锂电池3的极耳需设置在其顶部，规避冷却框21和冷却隔板22占用的空间，使设计达到最优化。

冷却框21和冷却隔板22内部均具有若干个第一流道组和若干个第二流道组，若干个第一流道组与若干个第二流道组呈纵向交替分布且相通，冷却框21进水端处均开有入水口一212，冷液输送组一41输送端密封插接于入水口一212内，首端以及中间的冷却框21出水端处均开有出水口二213和出水口一214，所有的冷却框21出水端处均开有入水口二215，冷液输送组二42回流端密封插接于出水口二213内，且冷液输送组二42输送端密封插接于入水口二215内，冷却隔板22进、出水端均密封插接有连接管221，一根连接管221密封插接于相邻一侧冷却框21的出水口一214内，另一根连接管221密封插接于相邻另一侧冷却框21的入水口一212内；

本发明另一实施例中，如图6-7所示，冷液进入冷却框21和冷却隔板22内部后会先流至第一流道组中，再流至第二流道组内，接着流至下一个第一流道组中，依次循环流动。第一流道组、第二流道组均为单侧进出，对电池组进行环绕液冷，能够较好地吸收电池组上的热量。

第一流道组包括流道一211；第二流道组包括若干条均匀纵向分布的流道二217，流道一211与相近的流道二217相通，流道一211内的直径与冷液输送组一41内的管道直径相等，且流道一211的直径大于流道二217的直径；

本发明又一实施例中，如图6-7所示，流道一211内的直径与冷液输送组一41内的管道直径相等，因此流至流道一211内的液体流速与冷液输送组一41输送时的流速相等，因此通过冷液输送组一41进入到流道一211内的冷液流速与冷液输送组一41内的冷液流速相等，为了快速适应冷却框21和冷却隔板22的内部环境。冷液从流道一211内流出后会流进多条流道二217中，由于流道一211的直径大于流道二217的直径，所以第一流道组为大流道，第二流道组为多个小流道，通过大流道将冷液分流至多个小流道中，可以保证每个流道的充填速度和压力相同，从而实现各流道之间的平衡充填，还可以帮助冷却框架2更均匀地冷却，从而可以对电芯各处进行均匀降温，进一步延长锂电池3的使用寿命。

首端以及中间的冷却框21靠近出水端处安装有电磁阀一216，电磁阀一216位于出水口二213与出水口一214之间，且电磁阀一216与控制模块43电性连接；

本发明这一实施例中，初始状态时，电磁阀一216处于打开状态，冷液正常流动；在启用冷液输送组二42时，控制模块43还会关闭电磁阀一216，使得流道中出水口一214之前的液体被封堵，因为这些液体超过预设范围值，被冷液输送组二42回水端输送至液冷水箱44中进行降温处理，液冷水箱44内的冷液通过冷液输送组二42输送端输送至流道内，此时升温后的液体与冷液被隔绝开，减少冷液被消耗，提升电池组冷却效率。

冷液输送组一41包括：

水泵一413，其进水端与液冷水箱44内部靠近制冷的一端连通；

输送管一411，一端密封固定于水泵一413出水端处，另一端密封插接于首端冷却框21上的入水口一212内；

回流管一412，一端密封插接于尾端冷却框21上的入水口二215内，另一端与液冷水箱44内部远离制冷的一端连通；

本发明实施例中，水泵一413与控制模块43电性连接，冷液输送组一41工作时，控制模块43会启动水泵一413，水泵一413会将液冷水箱44内的冷液抽至输送管一411中，然后冷液便会被输送至冷却框架2内，对其循环液冷，进而来对电池组进行降温处理。

冷液输送组二42包括：

输送管二421，具有若干个出水位点，若干个出水位点分别与若干个入水口二215连通；

水泵二423，其进水端与液冷水箱44内部靠近制冷的一端连通，其出水端与输送管二421连通；

回流管二422，具有若干个进水位点，若干个进水位点分别与若干个出水口二213连通；

本发明另一实施例中，水泵二423与控制模块43电性连接，冷液输送组二42工作时，控制模块43会启动水泵二423，将液冷水箱44内的冷液抽至输送管二421中，然后冷液便会被输送至入水口二215处，进入到需要急速冷却的冷却框21中，同时冷却框21内升温后的液体会流至回流管二422中，通过回流管二422将升温的液体回送至液冷水箱44内，实现冷却框21急速降温。

冷液输送组一41和冷液输送组二42上均安装有若干个且分别控制其若干端部水流的电磁阀二424，电磁阀二424均与控制模块43电性连接

本发明又一实施例中，多个电磁阀二424用于控制冷液输送组一41和冷液输送组二42中的管道的开启与关闭。

冷却框21和冷却隔板22贴合锂电池3的面均固定有若干根缓冲筋23；

本发明这一实施例中，缓冲筋23为弹力筋，锂电池3充放电时因产生热量而发生膨胀，缓冲筋23能够很好地缓冲膨胀过程中的锂电池3。

冷却框架2与锂电池3相接触的面喷有绝缘层，且冷却框架2与锂电池3未接触的面设有保温层；

本发明实施例中，冷却框架2上的绝缘层具有隔热功能，绝缘层的设计可以舍去大量的热安全防护材料，如碳基和陶瓷基复合材料、刚性纤维热防护材料等。保温层通过设置保温材料，使得冷却框架2与锂电池3未接触的面具有保温效果，减少冷源的散失。

本发明还提供了一种软包电池组，包括上述的软包电池组用热管理系统、电池箱1以及若干个锂电池3，冷却框架2安装于电池箱1内，冷却框架2安装于电池箱1内，若干个锂电池3均嵌入冷却框架2内并与电池箱1固定连接；

本发明实施例中，能够实现冷却框架2与电池组之间高效换热，有效解决在整个电芯的高度方向上因降温处理后导致电芯顶部或底部与电芯中部温差偏大的问题，可延长锂电池3的使用寿命，可快速将冷却框21内换热后且超出预设温度范围的冷液及时排出或降温，确保锂电池3持续处于理想温度范围内工作，可进一步延长锂电池3的使用寿命，无需额外设计梁来加强电池组的结构强度以及增加锂电池3的膨胀空间。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种软包电池组用热管理系统，其特征在于，包括：

冷却框架(2)，用于分隔并大面积液冷若干个锂电池(3)，所述冷却框架(2)包括若干个冷却框(21)和若干块冷却隔板(22)，若干个冷却框(21)与若干块冷却隔板(22)呈横向交替分布且内部连通；

温度传感器(24)，设有若干且分别安装于若干个所述冷却框(21)出水端处，用于测试冷却框(21)出水端处的水温；

液冷系统(4)，用于提供并输送冷液，所述液冷系统(4)包括冷液输送组一(41)、冷液输送组二(42)、控制模块(43)以及液冷水箱(44)，所述冷液输送组一(41)输送端与首端的所述冷却框(21)进水端连通，回流端与尾端的所述冷却框(21)出水端连通，所述冷液输送组二(42)上的输送端和回流端均设有若干，所述冷液输送组二(42)输送端与相近的所述冷却框(21)出水端连通，回流端与相近的所述冷却框(21)出水端连通并位于输送端上游，所述冷液输送组一(41)和冷液输送组二(42)均与控制模块(43)电性连接，所述冷液输送组一(41)和冷液输送组二(42)均与液冷水箱(44)连通。

2.根据权利要求1所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述冷却框(21)和冷却隔板(22)内部均具有若干个第一流道组和若干个第二流道组，若干个所述第一流道组与若干个所述第二流道组呈纵向交替分布且相通，所述冷却框(21)进水端处均开有入水口一(212)，所述冷液输送组一(41)输送端密封插接于入水口一(212)内，首端以及中间的所述冷却框(21)出水端处均开有出水口二(213)和出水口一(214)，所有的所述冷却框(21)出水端处均开有入水口二(215)，所述冷液输送组二(42)回流端密封插接于出水口二(213)内，且冷液输送组二(42)输送端密封插接于入水口二(215)内，所述冷却隔板(22)进、出水端均密封插接有连接管(221)，一根所述连接管(221)密封插接于相邻一侧所述冷却框(21)的出水口一(214)内，另一根所述连接管(221)密封插接于相邻另一侧所述冷却框(21)的入水口一(212)内。

3.根据权利要求2所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述第一流道组包括流道一(211)；所述第二流道组包括若干条均匀纵向分布的流道二(217)，所述流道一(211)与相近的所述流道二(217)相通，所述流道一(211)内的直径与冷液输送组一(41)内的管道直径相等，且流道一(211)的直径大于流道二(217)的直径。

4.根据权利要求2所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：首端以及中间的所述冷却框(21)靠近出水端处安装有电磁阀一(216)，所述电磁阀一(216)位于出水口二(213)与出水口一(214)之间，且电磁阀一(216)与控制模块(43)电性连接。

5.根据权利要求2所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述冷液输送组一(41)包括：

水泵一(413)，其进水端与液冷水箱(44)内部靠近制冷的一端连通；

输送管一(411)，一端密封固定于水泵一(413)出水端处，另一端密封插接于首端所述冷却框(21)上的入水口一(212)内；

回流管一(412)，一端密封插接于尾端所述冷却框(21)上的入水口二(215)内，另一端与液冷水箱(44)内部远离制冷的一端连通。

6.根据权利要求2所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述冷液输送组二(42)包括：

输送管二(421)，具有若干个出水位点，若干个所述出水位点分别与若干个所述入水口二(215)连通；

水泵二(423)，其进水端与液冷水箱(44)内部靠近制冷的一端连通，其出水端与输送管二(421)连通；

回流管二(422)，具有若干个进水位点，若干个所述进水位点分别与若干个所述出水口二(213)连通。

7.根据权利要求1-6所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述冷液输送组一(41)和冷液输送组二(42)上均安装有若干个且分别控制其若干端部水流的电磁阀二(424)，所述电磁阀二(424)均与控制模块(43)电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述冷却框(21)和冷却隔板(22)贴合锂电池(3)的面均固定有若干根缓冲筋(23)。

9.根据权利要求1所述的一种软包电池组用热管理系统，其特征在于：所述冷却框架(2)与锂电池(3)相接触的面喷有绝缘层，且冷却框架(2)与锂电池(3)未接触的面设有保温层。

10.一种软包电池组，其特征在于，包括根据权利要求1-9任意所述的软包电池组用热管理系统、电池箱(1)以及若干个锂电池(3)，所述冷却框架(2)安装于电池箱(1)内，所述冷却框架(2)安装于电池箱(1)内，若干个所述锂电池(3)均嵌入冷却框架(2)内并与电池箱(1)固定连接。