CN201717346U - 一种动力锂电池温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力锂电池温度控制装置，包括温控电池盒，所述温控电池盒与高、低温液体源由管道连通形成循环回路，在循环回路上设有循环泵，循环泵与温控电池盒之间连接有温度传感器和控制单元。温控电池盒与高、低温液体源由管道连通形成循环回路，在循环回路上设有循环泵，循环泵与温控电池盒之间连接有温度传感器和控制单元，通过温度传感器实时检测和控制单元及时调控，为锂电池创造适宜的工作环境温度，提高电化学反应速度，保证锂电池的输出电流、输出电压和放电容量，以使锂电池发挥最优的性能，满足动力电源的使用要求。

Description

一种动力锂电池温度控制装置

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，特别涉及一种动力锂电池温度控制装置。

背景技术

锂电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正、负极构成的二次电池。锂电池的正极材料通常由锂的活性化合物组成，常见的正极材料主要成分为钴酸锂、锰酸锂、三元镍钴材料和磷酸铁锂，负极则是特殊分子结构的碳。锂电池一般包括正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线和电池壳等部分。由于锂电池使用了胶体电解质，不会发生电液泄露，装配容易，使整体电池很轻、很薄。另外，上述锂电池不会发生漏液与燃烧爆炸等安全事故，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而提高整个电池的比容量，这就是一般所述的软包装锂电池。

目前，锂电池的单体工作电压为2.0～4.25V，动力型锂电池的容量为10～100Ah。使用中，要满足电动车高电压、大电流的负载用电要求，必须由多个单体电池串并联使用。这样不但使电池的内阻、容量和端电压难于均衡，而且充放电保护线路的技术难度增加，成本提高。例如：一辆行驶160～260km的纯电动轿车，直流输入电压为310V，如果使用磷酸铁锂电池(3.2V，90Ah)就需要96个单体串联，才能满足供电要求；一辆车身为12米的电动客车，若工作电压为388V就需要108个单体(3.6V的锰酸锂或三元锂电池)串联起来供电。串联起来的电池容量越大，其充放电保护线路的制作难度越高，且安全性也很难彻底解决。另外，电动轿车锂电池的使用环境温度在-20～+55℃。就单只电芯而言，其0℃时的容量保持率约为60～70％，-10℃时的容量保持率约为40～55％，-20℃时的容量保持率约为20～40％。锂电池的低温使用环境下的极限低温可能低至-40℃以下，在这样的低温条件下，电化学反应速度下降，电池输出的电流和电压都会下降，放电容量也会大幅下降，这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。相反，在高温使用环境下的极限温度可达50℃，甚至高达60℃左右，即使磷酸铁锂电池的高温性能较好，其放电容量也会大幅下降。因此，控制锂电池的工作环境温度至关重要，成为锂电池的主要攻坚方向。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够有效保证锂电池具有适宜的使用环境温度的动力锂电池温度控制装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种动力锂电池温度控制装置，包括温控电池盒，所述温控电池盒与高、低温液体源由管道连通形成循环回路，在循环回路上设有循环泵，循环泵与温控电池盒之间连接有温度传感器和控制单元。

所述温控电池盒包括上端开口的外壳，外壳的开口处设有盖板，盖板上部设有正极柱和负极柱及检测线端子，检测线端子与盖板下侧的温度传感器相连；盖板下部设有与正极柱和负极柱相连的极耳连接件；外壳上设有多个液体流通孔，液体流通孔的两端分别与液体输入管道和液体输出管道相通。

所述液体流通孔设在外壳的两侧端面上且垂直于盖板所在平面，液体输入管道和液体输出管道上设有相连通的连接头，连接头封堵在液体流通孔的上端和下端；所述液体流通孔、液体输入管道和液体输出管道的内壁上沿长度方向设有圆弧状凸起。

所述外壳底部可拆卸设置有底座，底座两侧设有圆弧状凹槽，凹槽与两侧的液体输入管道或/和液体输出管道卡接。

所述高、低温液体源包括带有进液口和出液口的温控液体盒，温控液体盒上方设有散热体，温控液体盒与散热体之间设有金属板，金属板与温控液体盒和散热体之间分别设有半导体温差模块，半导体温差模块联接后与直流电源电连接。

所述温控液体盒和散热体内部设有散热筋，散热体一端设有散热风扇。

所述半导体温差模块与直流电源之间电连接设置有双刀双掷开关。

所述金属板与温控液体盒之间的半导体温差模块和金属板与散热体之间的半导体温差模块的热面或冷面朝向一致。

所述温控液体盒外表面设有绝热膜。

所述控制单元为PLC可编程逻辑控制器，其与双刀双掷开关控制连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、温控电池盒与高、低温液体源由管道连通形成循环回路，在循环回路上设有循环泵，循环泵与温控电池盒之间连接有温度传感器和控制单元，通过温度传感器实时检测和控制单元及时调控，为锂电池创造适宜的工作环境温度，提高电化学反应速度，保证锂电池的输出电流、输出电压和放电容量，以使锂电池发挥最优的性能，满足动力电源的使用要求。

2、在外壳上设有多个液体流通孔，在液体流通孔内通入热水或者冷水，以提高电池外壳的温度或者散热性能，可将锂电池的温度控制在20～45℃，有利于电化学反应的正常进行，提高锂电池使用的稳定性；该电池盒设计科学，结构简单、合理，适用于各种软包装锂电池的包装，可以使软包装锂电池单体容量自几安时至数百安时自由组装，有利于提高单体锂电池的质量比能量，组装、装卸和运输方便，消除各种安全隐患，安全可靠。

3、在盖板上设有检测线端子，便于实时监测锂电池的工作温度，以便及时调控锂电池的工作温度。

5、在液体流通孔、液体输入管道和液体输出管道的内壁上设有圆弧状凸起，即进行增大热交换面积的处理，提高吸热或者散热性能，保证电池使用性能。

6、金属板与温控液体盒和散热体之间分别设有半导体温差模块，半导体温差模块与直流电源之间电连接设置有双刀双掷开关，通过改变双刀双掷开关的掷向，来改变半导体温差模块与直流电源的连接极性，从而使温控液体盒内的液体变换成高温液体或低温液体，有效保证锂电池具有适宜的使用环境温度。

7、在温控液体盒和散热体内部设有散热筋，增大热交换面积，大大提高了吸热或散热性能；在温控液体盒的外表面设有绝热膜，有效减少温控液体盒内部热量散失，节约电能。

8、在散热体的一端设有散热风扇，提高散热体的冷却速度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中温控电池盒的结构示意图；

图3为图2中外壳的结构示意图；

图4为图2中液体输入管道或液体输出管道的结构示意图；

图5为图2中液体流通孔或液体输入管道或液体输出管道内壁的结构示意图。

图6为图1中高、低温液体源的主视结构示意图；

图7为图6的俯视结构示意图；

图8为图6的左视结构示意图；

图9为高、低温液体源的立体结构示意图；

图10为高、低温液体源的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示的动力锂电池温度控制装置，其包括温控电池盒和高、低温液体源，温控电池盒与高、低温液体源由管道连通形成循环回路，在循环回路上设有循环泵，在循环泵与温控电池盒之间连接有温度传感器，在高、低温液体源和温控电池盒之间连接有控制单元。上述控制单元为PLC可编程逻辑控制器。

如图2所示的锂电池温控电池盒，其包括上端开口的外壳1，在外壳底部设有可拆卸的底座16，外壳1上部开口处设有盖板2，在盖板2上设有正极柱3和负极柱4。在外壳1内部纵向设有多块隔板14，隔板14将外壳1的内部均匀分隔为多个独立区域，在各个独立区域内设有多块电芯5，多块电芯5并排设置。电芯5上部的正极耳12和负极耳13由“工”字型的极耳连接件6连接，以备与正极柱3和负极柱4连接，正极柱3和负极柱4分别通过盖板2上的沉孔与盖板2下部的极耳连接件6相连；连接体7、连接体8和连接体9将相邻的电池组串联在一起。为了便于锂电池的性能检测，在盖板2上设有检测线端子17，检测线端子17的下端通过导线分别与极耳连接件6、连接体7、连接体8和连接体9相连。其中，检测线端子17的材质为黄铜镀铬，且其横截面积为0.5-1.0平方毫米。

如图3、图4和图5所示，在外壳1上设有多个液体流通孔15，液体流通孔15设在外壳1的两侧端面上，且垂直于盖板2所在平面，在液体流通孔15的两端分别设有与之相通的液体输入管道10和液体输出管道11。液体输入管道10和液体输出管道11上设有与液体流通孔15数目相同的连接头18，连接头18与液体输入管道10和液体输出管道11相连通，所述连接头18封堵在液体流通孔15内。在底座16两侧设有圆弧状凹槽，凹槽与两侧的液体输入管道10或/和液体输出管道11卡接，底座16可沿液体输入管道10和液体输出管道11的长度方向推拉滑动。在液体流通孔15、液体输入管道10和液体输出管道11的内壁上设有圆弧状凸起19，即进行增大热交换面积的处理，提高吸热或者散热性能，保证电池使用性能。

外壳1的高、宽比例为(190±5)∶(135±1.5)，适合整备质量为860kg∽1400kg的乘用车，安放在前后座位下，不需要提升座位高度，整车的最小离地间隙仍可达到≥150mm。外壳1为高压铸铝合金件或者冷拔铝合金件。盖板2的材质为V00尼龙66塑胶料，阻燃V00级，并符合BOHS指令要求。正极柱3和负极柱4的材质为黄铜镀铬。液体输入管道10和液体输出管道11可以为金属材料，或者为V00尼龙66塑胶料，阻燃V00级，并符合BOHS指令要求。

如图6、图7、图8和图9所示的高、低温液体源，其包括温控液体盒21，在温控液体盒21两端可拆卸端盖上分别设有进液口22和出液口23的。在温控液体盒21的上方设有散热体24，温控液体盒21与散热体24之间设有金属板25，在金属板25与温控液体盒21和散热体24之间分别设有半导体温差模块26，金属板25上面和下面的半导体温差模块数目分别为两块和四块。半导体温差模块26通过导热硅脂均匀粘贴在金属板25上面和温控液体盒21上面，且金属板25与温控液体盒21之间和金属板25与散热体24之间的半导体温差模块26的热面或冷面朝向一致。如图10所示，半导体温差模块26串联后与直流电源27电连接，在半导体温差模块26与直流电源27之间电连接设置有双刀双掷开关28。为提高吸热或散热性能，在温控液体盒21和散热体24内部设有散热筋29，为了进一步提高吸热或散热性能，还可以在散热筋29、温控液体盒21和散热体24的内壁上沿长度方向设有圆弧状凸起，增大热交换面积，提高吸热或散热性能。在散热体24的一端设有散热风扇30，用于散热体24的冷却降温。在温控液体盒21的外表面设有绝热膜31，减少温控液体盒21内部热量散失。散热体24为盒式散热体。

高、低温液体源的工作原理为：当半导体温差模块26通电时发生放热或吸热现象，通过改变双刀双掷开关28的掷向，来改变半导体温差模块26连接直流电源27的两极极性，温控液体盒21内的液体就会变换成高温液体或低温液体。

温控液体盒21和散热体24均为高压铸铝合金件或者冷拔铝合金件。半导体温差模块26的型号为TEC1-12708，直流电源27的电压为72V。若半导体温差模块26并联后连接在直流电源上，则直流电源的电压为12V。

在高、低温液体源的金属板25上面和下面的半导体温差模块数目也可以分别为四块和十块或者八块和二十块。

循环泵与温控电池盒之间的温度传感器与检测线端子17相连，实时检测温控电池盒的工作温度，并向控制单元即PLC可编程逻辑控制器传输信号。

控制单元即PLC可编程逻辑控制器与高、低温液体源的双刀双掷开关28控制连接。当温度传感器将其从检测线端子17检测到的温控电池盒工作温度信号传输给PLC可编程逻辑控制器，若温控电池盒工作温度过高，PLC可编程逻辑控制器控制双刀双掷开关28改变掷向，从而改变半导体温差模块26连接直流电源27的两极极性，使温控液体盒21内产生低温液体，低温液体经循环泵进入温控电池盒，即在液体输入管道10、液体流通孔15和液体输出管道11之间形成冷却水回路，以降低温控电池盒的工作温度，为温控电池盒创造适宜的工作环境，以发挥锂电池的最优性能。相反，当温度传感器传输给PLC可编程逻辑控制器的温度信号显示温控电池盒工作温度过低，则说明外界环境温度过低或者温控液体盒21内持续产生的低温液体过多、时间过长，此时，PLC可编程逻辑控制器控制双刀双掷开关28改变掷向，使温控液体盒21产生高温液体，高温液体经循环泵进入温控电池盒，即在液体输入管道10、液体流通孔15和液体输出管道11之间形成高温水回路，以提升温控电池盒的工作温度，为锂电池发挥最优的性能创造适宜的工作环境。

Claims (10)

1.一种动力锂电池温度控制装置，其特征在于：包括温控电池盒，所述温控电池盒与高、低温液体源由管道连通形成循环回路，在循环回路上设有循环泵，循环泵与温控电池盒之间连接有温度传感器和控制单元。

2.如权利要求1所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述温控电池盒包括上端开口的外壳，外壳的开口处设有盖板，盖板上部设有正极柱和负极柱及检测线端子，检测线端子与盖板下侧的温度传感器相连；盖板下部设有与正极柱和负极柱相连的极耳连接件；外壳上设有多个液体流通孔，液体流通孔的两端分别与液体输入管道和液体输出管道相通。

3.如权利要求2所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述液体流通孔设在外壳的两侧端面上且垂直于盖板所在平面，液体输入管道和液体输出管道上设有相连通的连接头，连接头封堵在液体流通孔的上端和下端；所述液体流通孔、液体输入管道和液体输出管道的内壁上沿长度方向设有圆弧状凸起。

4.如权利要求3所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述外壳底部可拆卸设置有底座，底座两侧设有圆弧状凹槽，凹槽与两侧的液体输入管道或/和液体输出管道卡接。

5.如权利要求1所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述高、低温液体源包括带有进液口和出液口的温控液体盒，温控液体盒上方设有散热体，温控液体盒与散热体之间设有金属板，金属板与温控液体盒和散热体之间分别设有半导体温差模块，半导体温差模块联接后与直流电源电连接。

6.如权利要求5所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述温控液体盒和散热体内部设有散热筋，散热体一端设有散热风扇。

7.如权利要求6所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述半导体温差模块与直流电源之间电连接设置有双刀双掷开关。

8.如权利要求7所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述金属板与温控液体盒之间的半导体温差模块和金属板与散热体之间的半导体温差模块的热面或冷面朝向一致。

9.如权利要求8所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述温控液体盒外表面设有绝热膜。

10.如权利要求9所述的动力锂电池温度控制装置，其特征在于：所述控制单元为PLC可编程逻辑控制器，其与双刀双掷开关控制连接。

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