CN212033186U - 一种动力电池水冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种动力电池水冷系统,包含水冷机组、冷凝盘管、膨胀水箱、导管和冷却水。本实用新型对分布在车辆不同温度环境的电池包分支路控制,通过控制各支路的流量阀,增加处于高温区域电池的冷却水流量,降低处于低温区域电池的冷却水流量,使整车所有电池包温差在适当范围内,避免因电池包间温差过大影响电池整体充放电性能。本实用新型能够将冷却水根据散热区域或电池单体进行多支路设置,实现各散热区域或各电池单体之间温度均匀,温差控制在设置范围内,确保电池整体的充放电性能。
Description
技术领域
本实用新型属于动力电池冷却技术领域,具体涉及一种动力电池水冷系统。
背景技术
电池包作为电动汽车上装载电池组的主要储能装置,是电动汽车的关键部件,但由于车辆空间有限,电池充放电等工作中产生的热量累积,会造成各处温度不均匀从而影响电池单体的一致性,从而降低电池充放电循环效率,影响电池的功率和能量发挥,严重时还将导致热失控,影响系统安全性与可靠性。为了使电池组发挥最佳的性能和寿命,需要对电池进行热管理,将电池包温度控制在合理的范围内。受锂电池材料特性影响,锂电池高效充放电温度一般在25±5℃,电池温度过高会影响电池充放电寿命,当温度超过一定值后,甚至可能出现热失控,引发电池起火等严重后果,车用动力锂电池温度控制已成为电动汽车系统研发的关键环节。当前,电池包自然冷却和冷却水传导散热为动力电池散热的主要方式。自然冷却效率低、适应性差,尤其是在夏日温度较高区域无法达到电池有效散热的效果。而冷却水散热方式也多以单一的制冷或热传导方式对电池进行散热,效果也不太理想。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一套完整的电池液冷控制系统,通过多重策略控制、水冷机组制冷、循环冷却水传导降温的方式,实现动力电池包的高效散热。相比传统液冷控制方案,本实用新型可实现分支路精准制冷、按实际需求进入合理工作模式,提搞效率。
本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题,
一种动力电池水冷系统,包含水冷机组、冷凝盘管、膨胀水箱、导管和冷却水,其特征在于,
所述水冷机组包括水冷机组控制器TMS、换热器和循环水泵;
所述水冷机组控制器TMS包括第一设定值,所述水冷机组控制器TMS从电池管理系统BMS实时获取各电池箱内温度数据,并与第一设定值进行比较,向循环水泵发出水冷系统控制信号;当温度高于第一设定值时,所述水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统启动信号;当温度低于第一设定值时,所述水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统关闭信号;
所述循环水泵根据水冷系统控制信号控制冷却水循环流动;
所述换热器对冷却水进行换热;
所述冷凝盘管设于各电池箱内;
所述膨胀水箱用于盛放冷却水;
所述导管依次循环连接循环水泵、换热器、冷凝盘管和循环水泵,连接循环水泵和膨胀水箱;
冷却水用于热交换,并在循环水泵、换热器、冷凝盘管内循环流动。
为了获得更好的技术效果,所述水冷机组还包括制冷压缩机、制冷液和冷凝器,所述水冷机组控制器TMS还包括第二设定值和出水口温度传感器;
所述导管依次循环连接制冷压缩机、制冷液、冷凝器、换热器和制冷压缩机;
所述制冷压缩机用于做功制冷;
所述制冷液用于循环传热;
所述冷凝器用于所述制冷压缩机吸收所述制冷液释放的热量;
所述换热器用于所述制冷液吸收冷却水释放的热量;
所述出水口温度传感器设在冷凝盘管的出口端,检测冷凝盘管出口端的冷却水温度,并发送至所述水冷机组控制器TMS;
所述水冷机组控制器TMS将出水口温度与第二设定值进行比较,当出水口温度高于第二设定值时,所述水冷机组控制器TMS再向所述制冷压缩机发出制冷系统启动信号,制冷压缩机通过做工制冷,并通过所述冷凝器与制冷液进行热交换,制冷液再通过热交换器与冷却水进行热交换;当出水口温度低于第二设定值时,所述水冷机组控制器TMS向所述制冷压缩机发出制冷系统关闭信号。
为了获得更好的技术效果,还有电控流量阀,所述电控流量阀设于所述冷凝盘管的前端,根据所述水冷机组控制器TMS发出的控制信号控制流量阀开度;所述水冷机组控制器TMS将从电池管理系统BMS实时获取的各电池箱内温度数据进行比较,关闭或减小电池箱内温度最低的电池箱对应的电控流量阀开度。
为了获得更好的技术效果,所述冷凝盘管在电池箱内呈S形排列。
为了获得更好的技术效果,所述电池管理系统BMS通过CAN通讯方式将各电池箱内温度数据传输给水冷机组控制器TMS。
本实用新型对分布在车辆不同温度环境的电池包分支路控制,通过控制各支路的流量阀,增加处于高温区域电池的冷却水流量,降低处于低温区域电池的冷却水流量,使整车所有电池包温差在适当范围内,避免因电池包间温差过大影响电池整体充放电性能。本实用新型能够将冷却水根据散热区域或电池单体进行多支路设置,实现各散热区域或各电池单体之间温度均匀,温差控制在设置范围内,确保电池整体的充放电性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步详细阐述本实用新型的内容。
一种动力电池水冷系统,包含水冷机组、冷凝盘管、电控流量阀、膨胀水箱、导管和冷却水,其特征在于,
所述水冷机组包括水冷机组控制器TMS、换热器、循环水泵、制冷压缩机、制冷液和冷凝器;
所述水冷机组控制器TMS包括第一设定值、第二设定值和出水口温度传感器;
所述水冷机组控制器TMS从电池管理系统BMS实时获取各电池箱内温度数据,并与第一设定值进行比较,向循环水泵发出水冷系统控制信号;
当温度高于第一设定值时,所述水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统启动信号;当温度低于第一设定值时,所述水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统关闭信号;
所述出水口温度传感器设在冷凝盘管的出口端,检测冷凝盘管出口端的冷却水温度,并发送至所述水冷机组控制器TMS;
所述水冷机组控制器TMS将出水口温度与第二设定值进行比较,当出水口温度高于第二设定值时,所述水冷机组控制器TMS再向所述制冷压缩机发出制冷系统启动信号,制冷压缩机通过做工制冷,并通过所述冷凝器与制冷液进行热交换,制冷液再通过热交换器与冷却水进行热交换;当出水口温度低于第二设定值时,所述水冷机组控制器TMS向所述制冷压缩机发出制冷系统关闭信号;
所述电池管理系统BMS通过CAN通讯方式将各电池箱内温度数据传输给水冷机组控制器TMS;
所述循环水泵根据水冷系统控制信号控制冷却水循环流动;
所述换热器对冷却水进行换热;
所述冷凝盘管设于各电池箱内,所述冷凝盘管在电池箱内呈S形排列;
所述电控流量阀设于所述冷凝盘管的前端,根据所述水冷机组控制器TMS发出的控制信号控制流量阀开度;所述水冷机组控制器TMS将从电池管理系统BMS实时获取的各电池箱内温度数据进行比较,关闭或减小电池箱内温度最低的电池箱对应的电控流量阀开度;
所述膨胀水箱用于盛放冷却水;
所述导管依次循环连接循环水泵、换热器、冷凝盘管和循环水泵,连接循环水泵和膨胀水箱;
冷却水用于热交换,并在循环水泵、换热器、冷凝盘管内循环流动;
所述导管依次循环连接制冷压缩机、制冷液、冷凝器、换热器和制冷压缩机;
所述制冷压缩机用于做功制冷;
所述制冷液用于循环传热;
所述冷凝器用于所述制冷压缩机吸收所述制冷液释放的热量;
所述换热器用于所述制冷液吸收冷却水释放的热量。
电动车辆运行时,电池管理系统BMS监测各电电池箱内部温度,当温度高于第一设定值时,即电池发热量达到水冷系统启动条件时,水冷机组控制器TMS根据电池发热状态,分析电池水冷散热需求,水冷机组进入水冷自循环冷却模式或制冷压缩机制冷模式,冷却水按图1中箭头方向流动带走电池箱内热量,实现电池降温。
在本实施例中,电动车辆配置四个电池箱,因车辆布置空间有限,1号电池箱、2号电池箱布置在如车顶等车辆温度较高区域,3号电池箱、4号电池箱布置如车尾等温度较低温区,1、2号电池箱相对3、4号电池箱的散热更慢,并且随着车辆的持续运行,1、2号电池对水冷散热的需求更高。
本实用新型水冷机组控制器TMS根据高温区1、2号电池箱和低温区3、4号电池箱的温差情况,控制电控流量阀1和电控流量阀2的不同流量阀开度,使1、2、3、4号电池温度差控制在适当范围内。
本实用新型电池水冷机组TMS可根据电池箱的温度高低情况、散热需求,进入制冷模式、自循环模式、停机模式。
当本实用新型进入制冷模式后,制冷压缩机工作并快速制冷,循环水泵开启冷却水循环传导散热,实现电池箱的快速降温。
当本实用新型进入自循环模式后,制冷压缩机停止工作,循环水泵继续工作,冷却水通过换热器自然散热,可实现缓解电池箱内温度急速上升现象。
当本实用新型进入停机模式后,制冷压缩机与循环水泵均停止工作,冷却水停止循环,电池箱依靠自然冷却散热。
本实用新型工作流程,在车辆起动或开始充电时,电动汽车的电池管理系统BMS启动,本唤醒本实用新型水冷机组控制TMS,电池管理系统BMS实时向本实用新型水冷机组控制TMS发送电池箱的温度信息,本实用新型水冷机组控制TMS根据电池箱的温度信息与第一设定值、第二设定值进行比较,向循环水泵发出水冷系统控制信号。
本实用新型运行模式与温度控制策略,本实施例中,1号电池箱、2号电池箱布置在如车顶等车辆温度较高区域,3号电池箱、4号电池箱布置如车尾等温度较低温区:
以下T_max:指电池最高温度;T_mean:指电池平均温度;
T_max1:指1、2号电池最高温度;T_mean1:指1、2号电池平均温度;
T_max2:指3、4号电池最高温度;T_mean2:指3、4号电池平均温度;
当T_max≤26℃或T_mean≤24℃,水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统关闭信号,进入停机模式;
当T_max≥30℃且T_mean≥26℃,水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统启动信号,进入自循环模式;
进一步的,在行车状态时出水口温度≥15℃,或在充电状态时出水口温度≥10℃,则水冷机组控制器TMS向制冷压缩机发出制冷系统启动信号,制冷压缩机通过做工制冷,进入制冷模式;
在启动制冷模式或启动自循环时,水冷机组控制器TMS同时打开电控流量阀1和电控流量阀2;在制冷模式或自循环运行时,当T_max1-T_max2≥2℃或T_mean1-T_mean2≥2℃时,水冷机组控制器TMS关闭电控流量阀2,并保持电控流量阀1开启;在制冷模式或自循环运行时,当T_max1- T_max2<2℃或T_mean1- T_mean2<2℃时,水冷机组控制器TMS控制电控流量阀1和电控流量阀2同时打开。
本实用新型结构简单,所述水冷机组控制器TMS为多个比较器的组合,将获取的电池箱内温度数据、出水口温度与预设值进行比较,以及电池箱内温度数据之间进行比较,并发出相应的控制指令。本实用新型对分布在车辆不同温度环境的电池包分支路控制,通过控制各支路的流量阀,增加处于高温区域电池的冷却水流量,降低处于低温区域电池的冷却水流量,使整车所有电池包温差在适当范围内,能够避免因电池包间温差过大影响电池整体充放电性能。本实用新型不仅能够通过制冷进行降温,还能够在外界温度比较低时,仅采用循环冷却水自循环模式进行电池箱的降温,达到节能目的。
本实用新型既适合对现有电动汽车的电池箱进行改造,利用现有电动汽车的电池管理系统BMS获取电池箱内的温度参数进行改造,也可以对传统的电动自行车进行改造,在每个电池箱或电池侧壁增加温度传感器,由水冷机组控制器TMS采集各电池的温度参数,此外,由于本实用新型带有制冷压缩机、制冷液和冷凝器等较大体积设备,当用于传统的电动自行车时,可以省略制冷压缩机、制冷液和冷凝器等设备,仅使用自循环模式,例如直接由水冷机组控制器TMS采集各电池的温度参数,并将各电池的温度参数与第一设定值进行比较,按实施例所述内容,向循环水泵发出水冷系统控制信号;并对各电池的温度参数进行相互比较,关闭或减小电池箱内温度最低的电池箱对应的电控流量阀开度。
本实用新型结构简单,可以根据使用环境选择不同模块适用于不同的电池设备中,确保电池在使用和充放电过程中各电池温度均匀,避免因别个电池散热问题导致影响电池整体的充放电性能。
Claims (5)
1.一种动力电池水冷系统,包含水冷机组、冷凝盘管、膨胀水箱、导管和冷却水,其特征在于,
所述水冷机组包括水冷机组控制器TMS、换热器和循环水泵;
所述水冷机组控制器TMS包括第一设定值,所述水冷机组控制器TMS从电池管理系统BMS实时获取各电池箱内温度数据,并与第一设定值进行比较,向循环水泵发出水冷系统控制信号;当温度高于第一设定值时,所述水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统启动信号;当温度低于第一设定值时,所述水冷机组控制器TMS向循环水泵发出水冷系统关闭信号;
所述循环水泵根据水冷系统控制信号控制冷却水循环流动;
所述换热器对冷却水进行换热;
所述冷凝盘管设于各电池箱内;
所述膨胀水箱用于盛放冷却水;
所述导管依次循环连接循环水泵、换热器、冷凝盘管和循环水泵,连接循环水泵和膨胀水箱;
冷却水用于热交换,并在循环水泵、换热器、冷凝盘管内循环流动。
2.如权利要求1所述动力电池水冷系统,其特征在于,所述水冷机组还包括制冷压缩机、制冷液和冷凝器,所述水冷机组控制器TMS还包括第二设定值和出水口温度传感器;
所述导管依次循环连接制冷压缩机、制冷液、冷凝器、换热器和制冷压缩机;
所述制冷压缩机用于做功制冷;
所述制冷液用于循环传热;
所述冷凝器用于所述制冷压缩机吸收所述制冷液释放的热量;
所述换热器用于所述制冷液吸收冷却水释放的热量;
所述出水口温度传感器设在冷凝盘管的出口端,检测冷凝盘管出口端的冷却水温度,并发送至所述水冷机组控制器TMS;
所述水冷机组控制器TMS将出水口温度与第二设定值进行比较,当出水口温度高于第二设定值时,所述水冷机组控制器TMS再向所述制冷压缩机发出制冷系统启动信号,制冷压缩机通过做工制冷,并通过所述冷凝器与制冷液进行热交换,制冷液再通过热交换器与冷却水进行热交换;当出水口温度低于第二设定值时,所述水冷机组控制器TMS向所述制冷压缩机发出制冷系统关闭信号。
3.如权利要求1或2所述动力电池水冷系统,其特征在于,还有电控流量阀,所述电控流量阀设于所述冷凝盘管的前端,根据所述水冷机组控制器TMS发出的控制信号控制流量阀开度;所述水冷机组控制器TMS将从电池管理系统BMS实时获取的各电池箱内温度数据进行比较,关闭或减小电池箱内温度最低的电池箱对应的电控流量阀开度。
4.如权利要求1或2所述动力电池水冷系统,其特征在于,所述冷凝盘管在电池箱内呈S形排列。
5.如权利要求1或2所述动力电池水冷系统,其特征在于,所述电池管理系统BMS通过CAN通讯方式将各电池箱内温度数据传输给水冷机组控制器TMS。
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