CN213242662U - 一种基于液态介质的汽车电池热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于液态介质的汽车电池热管理系统，包括冷却液箱、电池组箱以及冷却循环控制单元，主循环系统和辅助循环系统，主循环系统包括主冷却管路，主冷却管路以S形走向布置在电池组排列空隙内，主冷却管路两端通过主循环连接管与冷却液箱连通，辅助循环系统包括上分液板、辅助冷却腔以及下分液板，上分液板安装在电池组箱上部，下分液板安装在电池组箱上部，辅助冷却腔围裹在柱形电池外侧，同时主冷却管路位于辅助冷却腔内侧。本发明通过设置主辅双循环的结构，通过主循环系统和辅助循环系统对汽车电池组内部进行制冷，使电池组降温更高效、温度更稳定、控温更精确的优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电池技术领域，具体的说，是一种基于液态介质的汽车电池热管理系统。
背景技术
随着国家经济的发展，人民生活水平的提高，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一种代步工具。但是传统燃油汽车的缺点也在逐渐显露出来，汽车行驶过程中产生的排放物对人类的生存环境造成了极大的影响。
近年来，国家已经在大力支持新能源汽车，新能源汽车与传统燃油汽车相比更加环保。而在新能源汽车中，动力电池一直以来都是新能源汽车的核心部分，自2016年以来，国家相关部门发布的每一项关于动力电池的重要政策都会引起行业内的高度重视。动力电池的安全性、耐久性等也一直被作为重点突破口，但是这些性能的突破也受着许多外界条件的限制，尤其是温度条件。锂离子电池因其优越的性能被广泛应用于新能源汽车中，但是它的最佳工作温度在20度至40度之间，而实际汽车行驶过程中，锂离子电池的产热往往会超出其最佳工作温度，如果不及时散热，就很容易引起电池组内部的热量堆积，当电池组内部温度过高时就会使汽车的电源系统产生故障甚至发生安全事故。
不过现有的汽车电池冷却方式较为单一，主要为风冷和液冷。风冷由于空气与锂电池对流换热系数较低，所以冷却效果不理想；液冷由于电池组与冷却液会直接接触，冷却效果优秀，但是会发生短路的风险。目前，公开号为CN106025428A的中国发明专利申请，在其说明书中公开了一种通过三种不同的循环方式保证电池工作在稳定、高效、安全的温度范围内的系统，其系统内部包括高温散热回路、中温散热回路和加热回路，不过由于其冷却液均是与电池组直接接触，因此还是会有一定的风险存在。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种基于液态介质的汽车电池热管理系统。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于液态介质的汽车电池热管理系统，包括冷却液箱、电池组箱以及冷却循环控制单元，冷却液箱内储存有冷却液，冷却液箱内安装有制冷元件，电池组箱内设置有用于储存电池组的空腔、若干个柱形电池置于该空腔中，其特征是：汽车电池热管理系统包括主循环系统和辅助循环系统，主循环系统包括主冷却管路，主冷却管路以S形走向布置在电池组排列空隙内，主冷却管路两端通过主循环连接管与冷却液箱连通，主循环系统上安装有用于使冷却液在冷却液箱和主冷却管路之间循环流动的主管泵，辅助循环系统包括上分液板、辅助冷却腔以及下分液板，上分液板安装在电池组箱上部，下分液板安装在电池组箱上部，辅助冷却腔的数量与位置与柱形电池一一对应，辅助冷却腔围裹在柱形电池外侧，同时主冷却管路位于辅助冷却腔内侧，上分液板和下分液板均具有内腔，辅助冷却腔上端与上分液板的内腔连通，下端与下分液板的内腔连通，上分液板和下分液板分别通过辅助循环连接管与冷却液箱连通，辅助循环系统上安装有用于使冷却液在冷却液箱、上分液板、辅助冷却腔以及下分液板之间循环流动的辅管泵，冷却液箱、电池组箱、主循环系统和辅助循环系统内均安装有温度检测器，温度检测器用于监测冷却液箱、电池组箱、主循环系统和辅助循环系统内的冷却液温度，冷却循环控制单元与各温度检测器以及制冷元件连接，能接收各温度检测器传来的温度信息，冷却循环控制单元还与主管泵以及辅管泵连接，并根据温度信息控制主管泵以及辅管泵的开关以及制冷元件的运作。
为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：
上述的冷却液箱内设置有用于减缓流速、分隔冷却液箱内冷却液的分隔挡板。
上述的冷却循环控制单元包括控制处理主板和实时显示屏，控制处理主板用于接收各温度检测器传来的温度信息，控制主管泵以及辅管泵的开关以及制冷元件的运作，实时显示屏用于显示各温度检测器传来的温度信息，以及主管泵、辅管泵和制冷元件的工作状态。
上述的控制处理主板包括泵体控制模块、报警模块以及温度实时监测反馈模块，泵体控制模块与主管泵以及辅管泵信号连接，用于控制主管泵和辅管泵的开关以及对冷却介质的流速的调节，温度实时监测反馈模块与各温度传感器信号连接，并基于温度传感器监测的温度，将汽车电池热管理系统各部分温度在实时显示屏上反馈，控制处理主板能够基于温度传感器反馈的温度值与报警值的比较结果来控制报警模块是否向外发出报警信号。
上述的控制处理主板预设有由低到高的第一标准温度值区间、第二标准温度值区间和报警温度值，当温度传感器反馈的温度值位于第一标准温度值区间中时，控制处理主板仅启动主管泵运作，使主循环系统工作，当温度传感器反馈的温度值位于第二标准温度值区间中时，控制处理主板同时启动主管泵和辅管泵运作，使主循环系统和辅助循环系统同时工作，当温度传感器反馈的温度值高于报警温度值，控制处理主板同时启动主管泵和辅管泵运作，同时控制报警模块报警。
上述的第一标准温度值区间为20～40℃，第二标准温度值区间为40～50℃，报警温度值为50℃。
上述的控制处理主板在第一标准温度值区间内根据实测温度值控制主管泵运作功率，温度越高，主管泵运作功率越大，控制处理主板在第二标准温度值区间内根据实测温度值控制主管泵和辅管泵运作功率，主管泵始终处于最大功率，温度越高，辅管泵运作功率越大，实测温度值高于报警温度值时，主管泵和辅管泵终处于最大功率。
本发明与现有技术相比获得如下有益效果：本案通过设置主辅双循环的结构，通过主循环系统和辅助循环系统对汽车电池组内部进行制冷，一般情况下，电池组温度正常，主循环系统工作，而辅助循环系统待机，主循环系统的以S形走向布置在电池组排列空隙内的主冷却管路对电池组进行降温，冷却液在主冷却管路中流动，不直接与电池组接触，在散热的同时不会发生短路的风险。当电池组温度过高且主冷却管路由于热量堆积无法及时降温时，辅助循环系统能够配合主循环系统进行迅速制冷，整个过程通过泵体控制模块与温度传感器反馈的信息调整液态介质在管道中的流速，最终达到对电池组温度更精确的控制，本案的汽车电池热管理系统有着使用更安全。使电池组降温更高效、温度更稳定、控温更精确的优点。
附图说明
附图1为本发明的液体介质的汽车电池热管理系统的立体示意图；
附图2为本发明的液体介质的汽车电池热管理系统的内部主循环冷却系统水管的结构示意图；
附图3为本发明的液体介质的汽车电池热管理系统的内部辅助循环冷却系统的结构示意图；
附图4为本发明的液体介质的汽车电池热管理系统的控制原理示意图。
其中，附图标记为：冷却液箱1、制冷元件11、分隔挡板12、电池组箱2、冷却循环控制单元3、控制处理主板31、实时显示屏32、主循环系统4、主冷却管路41、辅助循环系统5、上分液板51、辅助冷却腔52、下分液板53。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
下面将结合附图1～附图3具体说明系统内的各个结构及其工作原理，并将结合附图4具体说明本案的液体介质的汽车电池热管理系统的控制原理。
根据附图1所示，本案的汽车电池热管理系统的空间分布为冷却液箱1设置于电池组箱2前方，实际情况下，考虑连接的材料消耗以及效率，汽车电池热管理系统的空间分布并不固定。
冷却液箱1用于储存冷却液，内部设置有用于对冷却液箱1内的冷却液进行制冷的制冷元件11、用于减缓流速、分隔冷却液箱内冷却液的分隔挡板12、用于将冷却液箱1内的冷却液对主循环冷却系统输出的主管泵、用于将所却液箱1内的冷却液对辅助循环冷却系统输出的辅管泵以及用于检测后冷却液箱1内部冷却液温度的温度传感器。
电池组箱2内设置有用于储存电池组的空腔、箱体底部及侧部科学均匀地放置温度传感器，用于实时测量、反馈电池组箱2内各部分电池的温度。
主冷却管路41设置于电池组箱2内且与所述冷却液箱1流体连通，使得冷却液箱1、主管泵、主冷却管路41依次流体连通，构成主循环系统4。
如图1、3所示，辅助循环系统5包括上分液板51、辅助冷却腔52、下分液板53，辅助冷却腔52围裹在柱形电池外侧，同时主冷却管路41位于辅助冷却腔52内侧，上分液板51和下分液板53均具有内腔，辅助冷却腔52上端与上分液板51的内腔连通，下端与下分液板53的内腔连通，使得冷却液箱1、辅管泵、上分液板51、辅助冷却腔52、下分液板53依次流体连通，构成辅助循环系统5。
冷却液从冷却液箱1经过电池组箱2返回冷却液箱1中的过程中，电池组箱2内的各个锂电池组产生的热量均能够被冷却液吸收并带出电池组箱2。
为检测循环前后冷却液温度并实时监测冷却液箱1和电池组箱2内的温度，温度传感器分别设置于冷却液箱1底部、电池组箱2的底部和内侧及主冷却管路41的进出口上、上分液板51的进口和下分液板53的出口上。
根据附图4所示，冷却循环控制单元包括控制处理主板31、实时显示屏32，控制处理主板31与制冷元件11、主管泵、辅管泵依次信号连接，实时显示屏32与所述的温度传感器、所述的控制处理主板31依次信号连接。
冷却循环控制单元设置有第一标准温度值和第二标准温度值，冷却循环控制单元能够结合各个温度传感器所测得的温度值来控制主管泵、辅管泵、制冷元件11是否开启工作，另外，控制处理主板31能够基于所述温度传感器反馈的温度值与第一标准温度值、第二标准温度值的比较结果通过计算对所述的泵体控制模块发送信号来控制泵体对冷却介质的流速进行调节。
冷却循环控制单元报警模块预设温度报警值，控制处理主板31能够基于所述温度传感器反馈的温度值与报警值的比较结果来判断报警模块是否向外发出报警信号。根据本案研究的电池组特性，上述第一标准温度值为20～40℃，第二标准温度值为40～50℃，报警值为50℃。
系统开启时，控制系统初始化，判断系统是否连接成功，如果连接不成功，则循环连接控制处理主板31，直至连接成功为止。系统连接成功后，电池组箱内的温度传感器实时监测箱内温度并反馈至控制处理主板31上并于实时显示屏32上显示，具体的，当温度传感器实测得到的温度值小于第一标准温度值时，循环装置不启动；当温度传感器实测得到的温度值位于第一标准温度值区间时，则开启制冷元件以及主管泵工作，具体的，控制处理主板31通过温度传感器反馈的温度控制调整主管泵的输出功率；当温度传感器实测得到的温度值位于第二标准温度值区间时，则分别开启制冷元件以及主管泵、辅管泵工作，具体的，控制处理主板31通过温度传感器反馈的温度控制调整泵体的输出功率；此期间电池组箱内的温度传感器不断检测锂电池组温度是否超出报警值，当实测温度值没有超出报警值时，循环系统正常工作；当实测温度值超出报警值时，则报警模块发出报警信号，与此同时，维持电池组箱内的主辅循环冷却系统的工作，维持高效降温、控温。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于液态介质的汽车电池热管理系统，包括冷却液箱(1)、电池组箱(2)以及冷却循环控制单元(3)，冷却液箱(1)内储存有冷却液，冷却液箱(1)内安装有制冷元件(11)，所述的电池组箱(2)内设置有用于储存电池组的空腔、若干个柱形电池置于该空腔中，其特征是：汽车电池热管理系统包括主循环系统(4)和辅助循环系统(5)，所述的主循环系统(4)包括主冷却管路(41)，所述的主冷却管路(41)以S形走向布置在电池组排列空隙内，主冷却管路(41)两端通过主循环连接管与冷却液箱(1)连通，所述的主循环系统(4)上安装有用于使冷却液在冷却液箱(1)和主冷却管路(41)之间循环流动的主管泵，所述的辅助循环系统(5)包括上分液板(51)、辅助冷却腔(52)以及下分液板(53)，所述的上分液板(51)安装在电池组箱(2)上部，下分液板(53)安装在电池组箱(2)上部，所述的辅助冷却腔(52)的数量与位置与柱形电池一一对应，所述的辅助冷却腔(52)围裹在柱形电池外侧，同时主冷却管路(41)位于辅助冷却腔(52)内侧，所述的上分液板(51)和下分液板(53)均具有内腔，辅助冷却腔(52)上端与上分液板(51)的内腔连通，下端与下分液板(53)的内腔连通，上分液板(51)和下分液板(53)分别通过辅助循环连接管与冷却液箱(1)连通，所述的辅助循环系统(5)上安装有用于使冷却液在冷却液箱(1)、上分液板(51)、辅助冷却腔(52)以及下分液板(53)之间循环流动的辅管泵，所述的冷却液箱(1)、电池组箱(2)、主循环系统(4)和辅助循环系统(5)内均安装有温度检测器，所述的温度检测器用于监测冷却液箱(1)、电池组箱(2)、主循环系统(4)和辅助循环系统(5)内的冷却液温度，所述的冷却循环控制单元(3)与各温度检测器以及制冷元件(11)连接，能接收各温度检测器传来的温度信息，冷却循环控制单元(3)还与主管泵以及辅管泵连接，并根据温度信息控制主管泵以及辅管泵的开关以及制冷元件(11)的运作。
2.根据权利要求1所述的一种基于液态介质的汽车电池热管理系统，其特征是：所述的冷却液箱(1)内设置有用于减缓流速、分隔冷却液箱内冷却液的分隔挡板(12)。
3.根据权利要求2所述的一种基于液态介质的汽车电池热管理系统，其特征是：所述的冷却循环控制单元(3)包括控制处理主板(31)和实时显示屏(32)，所述的控制处理主板(31)用于接收各温度检测器传来的温度信息，控制主管泵以及辅管泵的开关以及制冷元件(11)的运作，所述的实时显示屏(32)用于显示各温度检测器传来的温度信息，以及主管泵、辅管泵和制冷元件(11)的工作状态。
4.根据权利要求3所述的一种基于液态介质的汽车电池热管理系统，其特征是：所述的控制处理主板(31)包括泵体控制模块、报警模块以及温度实时监测反馈模块，所述的泵体控制模块与主管泵以及辅管泵信号连接，用于控制主管泵和辅管泵的开关以及对冷却介质的流速的调节，所述的温度实时监测反馈模块与各温度传感器信号连接，并基于所述的温度传感器监测的温度，将汽车电池热管理系统各部分温度在实时显示屏(32)上反馈，所述的控制处理主板(31)能够基于温度传感器反馈的温度值与报警值的比较结果来控制报警模块是否向外发出报警信号。
5.根据权利要求4所述的基于液态介质的汽车电池热管理系统，其特征是：所述的控制处理主板(31)预设有由低到高的第一标准温度值区间、第二标准温度值区间和报警温度值，当温度传感器反馈的温度值位于第一标准温度值区间中时，控制处理主板(31)仅启动主管泵运作，使主循环系统(4)工作，当温度传感器反馈的温度值位于第二标准温度值区间中时，控制处理主板(31)同时启动主管泵和辅管泵运作，使主循环系统(4)和辅助循环系统(5)同时工作，当温度传感器反馈的温度值高于报警温度值，控制处理主板(31)同时启动主管泵和辅管泵运作，同时控制报警模块报警。
6.根据权利要求5所述的基于液态介质的汽车电池热管理系统，其特征是：所述的第一标准温度值区间为20～40℃，第二标准温度值区间为40～50℃，报警温度值为50℃。
7.根据权利要求6所述的基于液态介质的汽车电池热管理系统，其特征是：控制处理主板(31)在第一标准温度值区间内根据实测温度值控制主管泵运作功率，温度越高，主管泵运作功率越大，控制处理主板(31)在第二标准温度值区间内根据实测温度值控制主管泵和辅管泵运作功率，主管泵始终处于最大功率，温度越高，辅管泵运作功率越大，实测温度值高于报警温度值时，主管泵和辅管泵终处于最大功率。
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Assignee: Nanjing Institute of Engineering Technical Service Co.,Ltd. Assignor: NANJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980035197 Date of cancellation: 20240301 |